JP7413234B2 - 光学撮像装置、光学検査装置、および、光学検査方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、光学撮像装置、光学検査装置、および、光学検査方法に関する。

様々な産業において、物体の非接触での表面測定が重要となっている。従来方法では、例えば、光線を分光して物体に照明し、撮像素子でそれぞれ分光された画像を取得し、各光線方向を推定して物体面の情報を取得する手法が知られている。

米国特許第５６７５４０７号明細書

W. L. Hows, "Rainbow schlieren and its application," Applied Optics, vol. 23, No. 14, 1984 J. S. Kim and T. Kanade, "Multiaperture telecentric lens for 3D reconstruction," Optics Letters, vol. 36, No. 7, 2011

本発明が解決しようとする課題は、物体面の情報を取得する、光学撮像装置、光学検査装置、および、光学検査方法を提供することである。

実施形態によれば、光学撮像装置は、結像光学部と、波長選択部を有する非等方波長選択開口と、撮像部とを備える。結像光学部は、第１の波長および第１の波長と異なる第２の波長を含む光線で物体を結像する。非等方波長選択開口は、結像光学部の第１の光軸に交差する軸を第１の軸とし、第１の光軸および第１の軸に交差する軸を第２の軸とし、第１の波長を有する第１の光線と第２の波長を有する第２の光線とを波長選択領域ごとに選択的に通過させる波長選択部を有する。波長選択部は、第１の軸と第２の軸の方向によって波長選択領域の分布が異なる。波長選択部は、結像光学部の第１の軸の軸方向に物体側テレセントリック性を有し、第２の軸の軸方向に物体側非テレセントリック性を有する第１の光線を波長選択部で通過させると同時に、第１の軸の軸方向および第２の軸の軸方向に物体側非テレセントリック性を有する第２の光線を波長選択部で通過させる。撮像部は、波長選択部をそれぞれ通過する第１の光線及び第２の光線の像を同時に取得する。

第１実施形態に係る光学検査装置を示す概略的な斜視図。 第１実施形態に係る光学検査装置のブロック図。 第１実施形態に係る光学検査装置の第１の面に沿う概略図。 第１実施形態に係る光学検査装置の第２の面に沿う概略図。 第１実施形態に係る光学検査装置を示す概略的な斜視図。 第２実施形態に係る光学検査装置を示す概略的な斜視図。 第２実施形態の変形例に係る光学検査装置を示す概略的な斜視図。 第３実施形態に係る光学検査装置を示す概略的な斜視図。 第４実施形態に係る光学検査装置を示す概略的な斜視図。 第４実施形態に係る光学検査装置のブロック図。 第４実施形態の第１変形例に係る光学検査装置の照明部の第１の面に沿う概略的な断面図。 第４実施形態の第２変形例に係る光学検査装置の照明部の第１の面に沿う概略的な断面図。

以下に、各実施形態について図面を参照しつつ説明する。図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。各実施形態の説明および各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

（第１実施形態）
以下、第１実施形態に係る光学検査装置１０について、図１から図５を参照しながら説明する。

図１には、本実施形態に係る光学検査装置１０の模式的な斜視図を示す。

本実施形態の光学検査装置１０は、光学撮像装置１２を有する。光学撮像装置１２は、第１の光軸Ｌ１を有する結像光学部（結像光学素子）２２、波長選択部（第１の波長選択部）２４、および、画像センサー（撮像部）２６を有する。図２に示すように、光学検査装置１０は、画像センサー２６を制御する制御部１８を有する。制御部１８は、光学撮像装置１２を制御する。制御部１８には、ディスプレイ９が接続され、制御部１８の画像センサー２６で得る像を表示可能である。なお、制御部１８は、電子的に動くものあるいは電子的な信号を受け取り機械的に動くもので結像光学部２２の調整を行うことが可能である。また、制御部１８は、電子的に切り替えるものあるいは電子的な信号を受け取り機械的に切り替えるもので波長選択部２４の調整を行うことが可能である。

制御部１８は、コンピュータであって、物理的には、ＲＡＭ、ＲＯＭ等のメモリ、ＣＰＵ等のプロセッサ（演算回路）、通信インターフェース、ハードディスク等の情報格納部を備える。制御部１８としては、例えばパーソナルコンピュータ、クラウドサーバ、タブレット端末などが挙げられる。制御部１８は、メモリに格納されるプログラムをプロセッサで実行することにより機能する。

制御部１８は、画像センサー２６からの画像を取得できる。また、制御部１８は、露光時間、フレームレート等を制御することにより像の取得に関する調整を行う。また、制御部１８は、画像センサー２６によって撮像された像の色相の判定を行う。

光は電磁波の一種であり、光には、Ｘ線、紫外線、可視光、赤外線、マイクロ波なども含まれるとする。本実施形態において、光は可視光であるとし、例えば波長は４００ｎｍから７６０ｎｍの領域にあるとする。光は、波長範囲が狭い、いわゆる単色光でなく、可視光など、適宜の波長範囲を含むことが好ましい。

図１に示す結像光学部２２は、例えば結像レンズである。つまり、結像光学部２２は、球面レンズ、非球面レンズ、アクロマートレンズ、フレネルレンズなどでよい。図１において、結像光学部２２としての結像レンズは模式的に１つのレンズで代表して描いているが、複数のレンズから構成される組レンズであってもよい。あるいは、結像光学部２２は、凹面ミラーや凸面ミラー、あるいはそれらの組み合わせでもよい。つまり、結像光学部２２は、検査対象となる物体の一点、つまり物点から発した光線群を共役な像点に集める機能を有する光学素子であれば何でもよい。

結像光学部２２によって物点から発した光線群が像点に集められる（集光される）ことを結像という。あるいは、物点が像点（物点の共役点）に移されるともいう。図１に示すように、結像光学部２２に対し、物点が無限遠にあるとしたとき、物点から発して結像光学部２２に到達する光線群は平行光光線群になると考えられる。また、無限遠からの平行光光線群が結像光学部２２によって移される共役点の集合面を、結像光学部２２の焦点面と呼ぶ。このとき、この光線によって移される物点の共役な像点を焦点と呼ぶ。それらの光線群のうち、焦点面に垂直に入射する光線の軌道を、結像光学部２２の第１の光軸Ｌ１とする。結像光学部２２の光軸は結像光学部２２の中心を通る直線であるとし、これを第１の光軸Ｌ１とする。

波長選択部２４は、結像光学部２２と画像センサー２６との間に配置される。波長選択部２４は、結像光学部２２の光軸Ｌ１上の焦点面に配置される。

波長選択部２４は、第１の光軸Ｌ１に直交する一方向（後述する第２の軸Ａｙに平行な方向）を長手方向とする、例えば矩形状に形成されている。波長選択部２４は、本実施形態では、第１の波長と、第１の波長と異なる第２の波長とを選択的に通過させる。波長選択部２４は、少なくとも２つ以上の波長選択領域２４ａ，２４ｂを有する。少なくとも２つ以上の波長選択領域のうち２つの波長選択領域２４ａ，２４ｂの一方を第１の波長選択領域２４ａとし、他方を第２の波長選択領域２４ｂとする。第１の波長選択領域２４ａおよび第２の波長選択領域２４ｂは、それぞれ、波長選択部２４の長手方向に沿って形成されている。第１の波長選択領域２４ａが、第１の光軸Ｌ１上に配置されている。第１の波長選択領域２４ａは、第２の波長選択領域２４ｂに隣り合う。波長選択部２４の第１の波長選択領域２４ａおよび第２の波長選択領域２４ｂは、第２の軸Ａｙに平行な軸に並進対称に形成されている。

第１の波長選択領域２４ａは第１の波長を有する光線（第１の光線）を通過させる。ここで、光線を通過させるとは、透過あるいは反射によって光線を物点から像点に向かわせることを意味する。本実施形態において、第１の波長選択領域２４ａは第１の波長の光線を正透過（regular transmission）により正通過させるとする。ここで、正通過とは正透過あるいは正反射（regular reflection）により通過することを意味する。一方、第１の波長選択領域２４ａは、第２の波長を有する光線（第２の光線）を遮蔽する。ここで遮蔽とは、光線を通過させないことを意味する。つまり、遮蔽とは、光線を物点から像点に向かわせないことを意味する。例えば、第１の波長は４５０ｎｍの青光とする。ただし、第１の波長選択領域２４ａを通過する光線は第１の波長だけでなく、波長４５０ｎｍを含む適宜の範囲のスペクトルを有する。

第２の波長選択領域２４ｂは第２の波長の光線を通過させる。一方、第２の波長選択領域２４ｂは、第１の波長の光線を遮蔽する。第２の波長は６５０ｎｍの赤光とする。ただし、第２の波長選択領域２４ｂを通過する光線は第２の波長だけでなく、６５０ｎｍを含む適宜の範囲のスペクトルを有する。

画像センサー２６は、少なくとも一つ以上の画素を持つ。画像センサー２６は、好ましくは多数の画素を持つ。各画素は少なくとも２つの異なる波長の光線、つまり第１の波長の光線と第２の波長の光線を受光できるとする。画像センサー２６が配置された領域を含む面を、結像光学部２２の像面とする。画像センサー２６はエリアセンサーでもよく、ラインセンサーでもよい。また、画像センサー２６は、各画素でＲ，Ｇ，Ｂの３チャンネルの色チャンネルを備えるものでよい。図１に示すように、本実施形態では、画像センサー２６はエリアセンサーとし、各画素は赤と青の２つの色チャンネルを備える。つまり、画像センサー２６は、波長４５０ｎｍの青光と、波長６５０ｎｍの赤光をそれぞれ独立な色チャンネルで受光できる。

本実施形態では、結像光学部２２の第１の光軸Ｌ１に対して直交するように第１の軸Ａｘを取る。ただし、この限りではなく、第１の軸Ａｘは、結像光学部２２の第１の光軸Ｌ１に交差する方向であれば何でもよい。本実施形態では、第１の軸Ａｘの軸方向は、第１の波長選択領域２４ａと第２の波長選択領域２４ｂとが並ぶ方向に一致する。すなわち、第１の波長選択領域２４ａおよび第２の波長選択領域２４ｂは、第１の軸Ａｘの軸方向にずれて配置される。本実施形態では、第２の軸Ａｙを、第１の軸Ａｘと第１の光軸Ｌ１との両者に直交する方向に取る。ただし、この限りではなく、第２の軸Ａｙは、第１の軸Ａｘと第１の光軸Ｌ１の両者に交差する方向であれば何でもよい。本実施形態では、第２の軸Ａｙの軸方向は、波長選択部２４の長手方向に沿うとする。

第１の軸Ａｘと第１の光軸Ｌ１とが張る面を第１の面（仮想面）とし、第２の軸Ａｙと第１の光軸Ｌ１とが張る面を第２の面（仮想面）とする。

図３には、第１の面に沿う光学検査装置１０の断面図を示す。図４には、第２の面に沿う光学検査装置１０の断面図を示す。

図１および図３に示すように、物体側からの光線のうち、第１の光軸Ｌ１に平行であり、かつ第１の面内にある光線を第１の光線群１とする。第１の光線群１を代表して、第１の光線１ａおよび第１の光線１ｂの２つの光線を考える。物体側からの光線のうち、第１の光軸Ｌ１に対して傾斜する方向であり、かつ第１の面内にある光線を第２の光線群２とする。第２の光線群２を代表して、第２の光線２ａおよび第２の光線２ｂの２つの光線を考える。

図１および図４に示すように、物体側からの光線のうち、第１の光軸Ｌ１に平行であり、かつ第２の面内にある光線を第３の光線群とする。第３の光線群を代表して、第３の光線３を考える。物体側からの光線のうち、第１の光軸Ｌ１に対して傾斜する方向であり、かつ第２の面内にある光線を第４の光線群とする。第４の光線群を代表して、第４の光線４を考える。

図１および図３に示すように、第１の面に平行な面は、波長選択部２４の第１の波長選択領域２４ａおよび第２の波長選択領域２４ｂに同時に交差する。つまり、第１の面に平行な面は、波長選択部２４の少なくとも２つの異なる波長選択領域２４ａ，２４ｂに交差する。図１および図４に示すように、第２の面に平行な面は、波長選択部２４の一つの波長選択領域２４ａに交差する。つまり、波長選択部２４は、第１の面と第２の面で波長選択部２４の波長選択領域に交差する数が異なるため、非等方であり、異方性がある。このような波長選択部２４のことを、本実施形態において、非等方波長選択開口と呼ぶ。つまり、第１の軸Ａｘと第２の軸Ａｙの方向によって波長選択領域の分布が異なる波長選択部２４を非等方波長選択開口とする。

結像光学部２２によって物点からの光線が像点に結像される光学系において、一般的に、物体側において主光線が第１の光軸Ｌ１に対して平行になるような光学系を、物体側テレセントリック光学系と呼ぶ。本実施形態において、物体側で第１の光軸Ｌ１に対して実質的に平行な光線が結像光学部２２によって結像されるとき、光線は物体側テレセントリック性を有すると定める。一方、そうでない場合、つまり物体側で第１の光軸Ｌ１に対して実質的に平行でなく、傾斜した光線が結像光学部２２によって結像されるとき、光線は物体側非テレセントリック性を有すると定める。

以上の構成のもとで、本実施形態に係る光学検査装置１０の動作原理について説明する。

物体側からの第１の光線群の光線１ａ，１ｂは、第１の光軸Ｌ１に対して平行である。光線１ａ，１ｂは、結像光学部２２の焦点面の焦点に到達する。つまり、第１の光線１ａ，１ｂは焦点に到達する。このため、第１の光線１ａ，１ｂは、焦点面に置かれた波長選択部２４の第１の波長選択領域２４ａに到達する。すなわち、第１の面内でテレセントリック性を有する第１の光線１ａ，１ｂは、第１の波長選択領域２４ａに到達する。

物体側からの第２の光線群の光線２ａ，２ｂは、第１の面内で第１の光軸Ｌ１に対して傾斜する。第２の光線群の光線２ａ，２ｂは、結像光学部２２の焦点面において焦点から外れ、第２の波長選択領域２４ｂに到達する。つまり、第２の光線２ａ，２ｂは、第２の波長選択領域２４ｂに到達する。すなわち、第１の面内で非テレセントリック性を有する光線２ａ，２ｂは、第２の波長選択領域２４ｂに到達する。

物体側からの第３の光線群の光線３は、第２の面内で第１の光軸Ｌ１に平行である。第３の光線群の光線３は、結像光学部２２の焦点面の焦点に到達する。このため、第３の光線３は、焦点面に置かれた波長選択部２４の第１の波長選択領域２４ａに到達する。すなわち、第２の面内でテレセントリック性を有する光線３は、第１の波長選択領域２４ａに到達する。

物体側からの第４の光線群の光線４は、第２の面内で第１の光軸Ｌ１に対して傾斜する。第４の光線群の光線４は、結像光学部２２の焦点面において焦点から外れたところである第１の波長選択領域２４ａに到達する。つまり、第４の光線４は、第１の波長選択領域２４ａに到達する。すなわち、第２の面内で非テレセントリック性を有する光線は、第１の波長選択領域２４ａに到達する。

このように、第１の面内において、テレセントリック性を有する光線１ａ，１ｂと非テレセントリック性を有する光線２ａ，２ｂは、それぞれ異なる波長選択領域に到達する。一方、第２の面内において、テレセントリック性を有する光線３と非テレセントリック性を有する光線４は、いずれも同じ波長選択領域２４ａに到達する。

物体側から任意の方向で結像光学部２２に到達する任意の光線に対し、その経路を第１の面に投影したもの（図１および図３参照）と第２の面に投影したもの（図１および図４参照）を考える。それらの投影された光線に対し、上述した性質が同様にそれぞれ成立する。つまり、第１の面に投影した光線であり、テレセントリック性を有する光線と非テレセントリック性を有する光線は、波長選択部２４の異なる波長選択領域に到達する。一方、第２の面に投影した光線であり、テレセントリック性を有する光線と非テレセントリック性を有する光線は、いずれも同じ波長選択領域２４ａに到達する。

以上で述べたことにより、本実施形態に係る光学検査装置１０の光学撮像装置１２は、次のように作用する。

本実施形態の光学検査装置１０の画像センサー２６で物体の青光（第１の波長の光線）を撮像する場合、波長選択部２４の第１の波長選択領域２４ａを通る。このとき、波長選択部２４の第１の波長選択領域２４ａは、赤光（第２の波長の光線）を遮蔽する。青光は第１の軸Ａｘの軸方向にテレセントリック性を有する。つまり、光学検査装置１０は、画像センサー２６で、青光のテレセントリック画像を取得できる。テレセントリック画像は物体の遠近によらないという利点がある。これより、第１の軸Ａｘの軸方向に関しては物体の実寸を取得することができる。一方、青光は、第２の軸Ａｙの軸方向に非テレセントリック性を有する。これはエントセントリック性を有するとも言い換えることができる。つまり、第２の軸Ａｙの軸方向には画角の広い、遠近感のあるエントセントリック画像を取得することができる。

光学検査装置１０の画像センサー２６で物体の赤光を撮像する場合、波長選択部２４の第２の波長選択領域２４ｂを通る。このとき、波長選択部２４の第２の波長選択領域２４ｂは、青光を遮蔽する。赤光は第１の軸Ａｘの軸方向にも第２の軸Ａｙの軸方向にも非テレセントリック性を有する。これはエントセントリック性を有するとも言い換えることができる。つまり、光学検査装置１０は、画像センサー２６で、赤光のエントセントリック画像を取得できる。これにより、光学検査装置１０は、画角の大きな画像を取得することができる。

このように、本実施形態に係る光学検査装置１０のセンサー２６は、第１の軸Ａｘの方向に沿って、青光（例えば正反射光に相当）、及び、赤光（例えば散乱光に相当）の像を同時に取得する。そして、制御部１８は、画像センサー２６で取得した像に基づいて、物体の色相を判断する。ここで、検査対象の物体の表面（これを物体面という）に異物や、光の波長に近いスケールの微細な凹凸があると、光線は散乱され、画像センサー２６は、赤光として像を取得する。このため、本実施形態に係る光学検査装置１０の光学撮像装置１２を用いることで、物体面の情報を得て、物体面を検査することができる。

また、本実施形態に係る光学検査装置１０の光学撮像装置１２は、第１の軸Ａｘの方向及び第２の軸Ａｙの方向に沿って、青光および赤光のそれぞれに対し、結像光学部２２のレンズ径を超える画角の像を得ることができる。したがって、本実施形態に係る光学検査装置１０の光学撮像装置１２は、画角の大きい像を得つつ、物体面の情報を取得することができる。

光学検査装置１０の光学撮像装置１２を用いた物体の光学検査方法について簡単に説明する。

第１の波長（例えば青光）および第２の波長（例えば赤光）を含む物体からの光線を、結像光学部２２により、波長選択部２４に到達させる。波長選択部２４で第１の波長および第２の波長の光線を選択的に通過させ、画像センサー２６に結像させる。波長選択部２４は、結像光学部２２の光軸Ｌ１に交差する第１の軸Ａｘの軸方向に物体側テレセントリック性を有し、光軸Ｌ１および第１の軸Ａｘと交差する第２の軸Ａｙの軸方向に物体側非テレセントリック性を有する第１の波長の光線を波長選択部２４の第１の波長選択領域２４ａを通過させ、第１の軸Ａｘの軸方向および第２の軸Ａｙの軸方向に物体側非テレセントリック性を有する第２の波長の光線を波長選択部２４の第２の波長選択領域２４ｂを通過させる。このとき、第１の波長選択領域２４ａは第２の波長の光線の通過を遮蔽し、第２の波長選択領域２４ｂは第１の波長の光線の通過を遮蔽する。そして、波長選択部２４を通過した第１の波長および第２の波長の光線の画像を画像センサー２６で同時に取得する。

このように、本実施形態に係る光学検査装置１０の光学撮像装置１２は、結像光学部２２に入射される光線を波長選択部２４とは反対側の物体側で分光することなく、物体面の情報を取得することができる。

図５に示す光学検査装置１０の光学撮像装置１２は、図１に示す光学検査装置１０の光学撮像装置１２と同じ構造である。図５に示すように、ある物点Ｏからの光線５，６が画像センサー２６上の像点ＩＰに撮像されるとする。

ここでは、物点Ｏからの光線５，６のうち、第１の面内において第１の光軸Ｌ１と平行に結像光学部２２に入射するものを第５の光線５とする。また、第１の面内において第１の光軸Ｌ１に傾斜するとともに、第２の面内において第１の光軸Ｌ１に対して傾斜して結像光学部２２に入射するものを第６の光線６とする。

第５の光線５は、第１の波長選択領域２４ａに到達し、第１の波長を持つ光線が通過して像点ＩＰに到達する。つまり、第５の光線５は、画像センサー２６により青光として撮像される。第６の光線６は、第２の波長選択領域２４ｂに到達し、第２の波長を持つ光線が通過して像点ＩＰに到達する。つまり、第６の光線６は、画像センサー２６により赤光として撮像される。これより、制御部１８は、物点Ｏから波長選択部２４を通る光線方向を、画像センサー２６で取得する像の色によって識別できる。すなわち、制御部１８は、画像センサー２６で取得した像の色相に基づいて、第１の軸Ａｘに対する光線の方向を取得する。

以上で述べたことにより、図５に係る光学検査装置１０の光学撮像装置１２は次のように作用する。

本実施形態の光学検査装置１０の画像センサー２６で物体からの青光（第１の波長の光線）を撮像する場合、波長選択部２４の第１の波長選択領域２４ａを通る。このとき、波長選択部２４の第１の波長選択領域２４ａは、赤光（第２の波長の光線）を遮蔽する。青光は第１の軸Ａｘの軸方向にテレセントリック性を有する。つまり、光学検査装置１０は、画像センサー２６で、青光のテレセントリック画像を取得できる。テレセントリック画像は物体Ｏの遠近によらないという利点がある。これより、第１の軸Ａｘの軸方向に関しては物体Ｏの実寸を取得することができる。一方、青光は、第２の軸Ａｙの軸方向に非テレセントリック性を有する。これはエントセントリック性を有するとも言い換えることができる。つまり、第２の軸Ａｙの軸方向には画角の広い、遠近感のあるエントセントリック画像を取得することができる。

光学検査装置１０の画像センサー２６で物体からの赤光（第２の波長の光線）を撮像する場合、波長選択部２４の第２の波長選択領域２４ｂを通る。このとき、波長選択部２４の第２の波長選択領域２４ｂは、青光を遮蔽する。赤光は第１の軸Ａｘの軸方向にも第２の軸Ａｙの軸方向にも非テレセントリック性を有する。これはエントセントリック性を有するとも言い換えることができる。つまり、光学検査装置１０は、画像センサー２６で、赤光のエントセントリック画像を取得できる。これにより、光学検査装置１０は、画角の大きな画像を取得することができる。

また、物点Ｏにおける表面状態あるいは表面形状によって物点Ｏからの光線の配光分布は変化する。本実施形態の光学検査装置１０の波長選択部２４によって、物点Ｏからの光線はその方向に依存して青光あるいは赤光が選択されて通過し、画像センサー２６により撮像される。これにより、物点Ｏの表面状態あるいは表面形状に依存して、画像センサー２６の画素で受光される青光と赤光の成分比が変化する。つまり、光学検査装置１０の制御部１８は、画像センサー２６によって撮像された像の色相によって物点Ｏの表面状態あるいは表面形状を推測する処理を行う。

以上より、本実施形態の光学検査装置１０の光学撮像装置１２の画像センサー２６により、第１の軸Ａｘの軸方向にテレセントリック画像、第２の軸Ａｙの軸方向にエントセントリック画像を同時に取得できる。また、光学撮像装置１２の制御部１８により、撮像画像の色相によって物体の表面状態あるいは表面形状を推測できる。

本実施形態によれば、物体面の情報を取得する、光学撮像装置１２、光学検査装置１０、および、光学検査方法を提供することができる。

本実施形態では、第１の波長選択領域２４ａで通過させる光線を青光とし、遮蔽する光線を赤光とした。第２の波長選択領域２４ｂで通過させる光線を赤光とし、遮蔽する光線を青光とした。第１の波長選択領域２４ａで通過させる光線を赤光とし、遮蔽する光線を青光とし、第２の波長選択領域２４ｂで通過させる光線を青光とし、遮蔽する光線を赤光としてもよい。

第１の波長選択領域２４ａは、波長によらず全ての光線を遮蔽してもよい。つまり、第１の波長選択領域２４ａは、第１の波長の光線と第２の波長の光線の両方を遮蔽してもよい。この場合、青光（第１の波長の光線）の画像は撮像されない。一方、非テレセントリック性を有する赤光（第２の波長の光線）の光線は、第２の波長選択領域２４ｂを通過し、撮像される。これにより、制御部１８は、赤光（第２の波長）で非テレセントリック画像を抽出できる。つまり、物体からの光線のうち第１の光軸Ｌ１に沿うものを遮蔽した画像を取得できる。これにより、例えば第１の光軸Ｌ１に沿う光線強度が強く、撮像画像がハレーションを起こす場合において、ハレーションを低減できる。さらに、物体面が拡散面であり、第１の光軸Ｌ１を中心に散乱（配光分布が第１の光軸に関して軸対称）して結像光学部２２に入射する場合、大きな散乱角成分を抽出できるという利点がある。これにより、物体面の表面状態を推測することができる。

なお、本実施形態では、波長選択部２４の２つの色の第１の波長選択領域２４ａおよび第２の波長選択領域２４ｂは、緑光の波長を外している。これは、青光と緑光の波長の重複部分、緑光と赤光の波長の重複部分が、青光および赤光の波長の重複部分に比べて多いためである。言い換えると、緑光の波長は、青光の波長および赤光の波長の間にあるため、緑光の波長を用いるよりも青光の波長および赤光の波長の切り分けが容易なためである。第１の波長の範囲、第２の波長の範囲は、お互いが異なる波長であれば、上述した波長に限らず、何でもよい。また、波長選択部２４の異なる波長選択領域を通過する光線のスペクトルは異なるとする。スペクトルが異なれば、色相は異なる。

後述するが、画像センサー２６の各画素が例えばＲ，Ｇ，Ｂの３チャンネルの色チャンネルを備え、波長選択部２４が３つの波長に対応する波長選択領域２４ａ，２４ｂ，２４ｃを有する場合（図８参照）、青光、赤光に加えて、緑光を得ることができる。

本実施形態では、青光及び赤光のような適宜の波長範囲を含む画像センサー２６を用いる例について説明した。画像センサー２６として、マルチスペクトルカメラ又はハイパースペクトルカメラを用いることで、例えば可視光の波長領域４００ｎｍから７６０ｎｍを適宜の波長（ハイパースペクトルカメラであれば例えば５ｎｍの波長）ごとに、色を分離して像を得ることができる。したがって、画像センサー２６としてマルチスペクトルカメラ又はハイパースペクトルカメラを上述したように用いることで、物体面の情報を取得することができる。この場合、波長選択部２４は、２つの波長選択領域２４ａ，２４ｂだけでなく、多数に分けてもよい。

（第２実施形態）
以下、本実施形態に係る光学検査装置について、図６を参照して説明する。

図６には、本実施形態の光学検査装置１０の模式的な斜視図を示す。本実施形態に係る光学検査装置１０の光学撮像装置１２の基本的な構成は第１実施形態の光学撮像装置１２と同様である。

光学撮像装置１２は、第１実施形態の構成に加えてさらに、ビームスプリッター３２、非等方波長選択開口としての波長選択部（第２の波長選択部）１２４、画像センサー１２６を備える。画像センサー１２６は、制御部１８により制御される。画像センサー１２６は、制御部１８の制御により、画像センサー２６と同時に像を得るように同期されている。

ビームスプリッター３２は、結像光学部２２と波長選択部２４との間の第１の光軸Ｌ１上に配置される。ビームスプリッター３２は例えば無偏光のビームスプリッターとする。ただし、これに限らず、偏光ビームスプリッターでもよい。ビームスプリッター３２は、光線を分岐するものならば何でもよい。ビームスプリッター３２を通過する光線の光軸をＬ１１とし、ビームスプリッター３２に反射される光線の光軸をＬ１２とする。

波長選択部２４，１２４は同じ構成を有する。このため、波長選択部２４，１２４はいずれも、非等方波長選択開口である。波長選択部２４は第２の軸Ａｙに平行な軸に対称（並進対称）である。波長選択部１２４は第１の軸Ａｘに平行な軸に対称（並進対称）である。すなわち、波長選択部２４は第２の軸Ａｙに沿う方向に長手方向を有し、波長選択部１２４は、第１の軸Ａｘに沿う方向に長手方向を有する。波長選択部１２４は、第１の光軸Ｌ１に平行な軸方向に沿う方向で波長選択領域と交差する数と、第１の軸Ａｘに沿う方向で波長選択領域と交差する数が異なるため、非等方であり、異方性がある。

画像センサー２６，１２６は同じ構成を有する。画像センサー１２６は波長選択部１２４に平行、すなわち、光軸Ｌ１２に直交して配置される。

以上の構成のもとで、本実施形態に係る光学検査装置１０の動作原理について説明する。

結像光学部２２、ビームスプリッター３２、および、波長選択部２４を通過する青光は第１の軸Ａｘの軸方向にテレセントリック性を有する。つまり、青光によりテレセントリック画像を取得できる。テレセントリック画像は物体の遠近によらないという利点がある。これより、第１の軸Ａｘの軸方向に関しては実寸を取得することができる。一方、青光は、第２の軸Ａｙの軸方向に非テレセントリック性を有する。これはエントセントリック性を有するとも言い換えることができる。つまり、第２の軸Ａｙの軸方向には画角の広い、遠近感のあるエントセントリック画像を取得することができる。

結像光学部２２を通し、ビームスプリッター３２で分岐され、波長選択部１２４を通過する青光は第２の軸Ａｙの軸方向にテレセントリック性を有する。つまり、青光によりテレセントリック画像を取得できる。テレセントリック画像は物体の遠近によらないという利点がある。これより、第２の軸Ａｙの軸方向に関しては実寸を取得することができる。一方、青光は、第１の軸Ａｘの軸方向に非テレセントリック性を有する。これはエントセントリック性を有するとも言い換えることができる。つまり、第１の軸Ａｘの軸方向には画角の広い、遠近感のあるエントセントリック画像を取得することができる。

結像光学部２２の第２の軸Ａｙの軸方向に平行な方向に長手方向を有する波長選択部２４と画像センサー２６との組み合わせ、および、結像光学部２２の第１の軸Ａｘの軸方向に平行な方向に長手方向を有する波長選択部１２４と画像センサー１２６との組み合わせにより、本実施形態に係る光学検査装置１０は、物体側からの、第１の軸Ａｘに沿う方向、および、第２の軸Ａｙに沿う方向の、テレセントリック画像とエントセントリック画像の両方を同時に取得できる。また、本実施形態に係る光学検査装置１０の光学撮像装置１２の制御部１８は、画像センサー２６，１２６で得た色相に基づいて、物体側の光線方向を取得できる。

本実施形態によれば、物体面の情報を取得する、光学撮像装置１２、光学検査装置１０、および、光学検査方法を提供することができる。

（第１変形例）
図７に、本実施形態の第１変形例の光学検査装置１０の模式的な斜視図を示す。

本変形例に係る光学検査装置１０の光学撮像装置１２の基本的な構成は第２実施形態の光学撮像装置１２と同様である。

本変形例に係る光学撮像装置１２は、第２実施形態で説明したように、第１実施形態の構成を基準とすると、第１実施形態の構成に加えて、ビームスプリッター３２、波長選択部１２４、ミラー３４，３６、偏光ビームスプリッター３８、および、画像センサー２２６を備える。画像センサー２２６は、制御部１８により制御される。

本変形例のビームスプリッター３２は、結像光学部２２と波長選択部２４との間の第１の光軸Ｌ１上に配置される。ミラー３４は、偏光ビームスプリッター３２との間に波長選択部２４を配置する。ミラー３６は、偏光ビームスプリッター３２との間に波長選択部１２４を配置する。偏光ビームスプリッター３８は、ミラー３４，３６で反射させる光の光路上に配置される。

ビームスプリッター３２は偏光ビームスプリッターであり、例えば互いに直交する偏光成分をそれぞれ分岐する。また、画像センサー２２６は偏光画像センサーであり、各画素において２つの直交する偏光成分を識別して受光する。

偏光ビームスプリッター３２で分岐した２つの偏光成分の一方の偏光成分（第１の偏光成分）は、光軸Ｌ１１上の波長選択部２４に入射され、他方の偏光成分（第１の偏光成分と異なる第２の偏光成分）は、光軸Ｌ１２上の波長選択部１２４に入射される。

ミラー３４は、波長選択部２４を通過した光線（所定の偏光成分の光）を、もう一つの偏光ビームスプリッター３８に導く。ミラー３６は、波長選択部１２４を通過した光線（所定の偏光成分と異なる偏光成分の光）を、もう一つの偏光ビームスプリッター３８に導く。もう一つの偏光ビームスプリッター３８は、２つの光線の偏光成分を合波する。このため、２つの合波した光線は、同じ光軸を持つ光線となり、偏光画像センサー２２６に入射される。

偏光画像センサー２２６は、制御部１８に制御された状態で、各画素において２つの直交する偏光成分を識別して受光する。

以上より、１つの偏光画像センサー２２６により、物体側からの、第１の軸Ａｘに沿う方向、および、第２の軸Ａｙに沿う方向の、テレセントリック画像とエントセントリック画像の両方を同時に取得できる。また、本実施形態に係る光学検査装置１０の光学撮像装置１２の制御部１８は、画像センサー２６，１２６で得た色相に基づいて、物体側の光線方向を取得できる。

本変形例によれば、物体面の情報を取得する、光学撮像装置１２、光学検査装置１０、および、光学検査方法を提供することができる。

（第３実施形態）
以下、本実施形態に係る光学検査装置について、図８を参照して説明する。

図８には、本実施形態の光学検査装置１０の模式的な斜視図を示す。本実施形態に係る光学検査装置１０の光学撮像装置１２の基本的な構成は第１実施形態の光学撮像装置１２と同様である。

本実施形態では、波長選択部２４は、結像光学部２２よりも検査対象の物体側に配置される。波長選択部２４は、結像光学部２２の第１の光軸Ｌ１上に配置される。第１のミラー４２は、結像光学部２２及び波長選択部２４よりも物体側に配置される。第２のミラー４４は、結像光学部２２と画像センサー２６との間に配置される。第１のミラー４２の反射面の法線方向は、第１の軸Ａｘに平行である。第２のミラー４４の反射面の法線方向は、第１の軸Ａｘに平行である。

波長選択部２４は、第１の面と第２の面で波長選択部２４の波長選択領域と交差する数が異なるため、非等方であり、異方性がある。このため、波長選択部２４は、非等方波長選択開口である。本実施形態では、波長選択部２４は、第２の軸Ａｙに沿って長手方向を有し、第１の軸Ａｘに沿う方向に対して少なくとも３つの異なる領域に分割される。波長選択部２４は、本実施形態では３つの異なる波長選択領域２４ａ，２４ｂ，２４ｃを備える。それらを第１の波長選択領域２４ａ、第２の波長選択領域２４ｂ、第３の波長選択領域２４ｃとする。本実施形態では、第１の波長選択領域２４ａは青光を通過させ、緑光、赤光を遮蔽する。第２の波長選択領域２４ｂは、赤光を通過させ、青光、緑光を遮蔽する。第３の波長選択領域２４ｃは、緑光を通過させ、赤光、青光を遮蔽する。なお、ここでは、例えば第１の波長選択領域２４ａが、結像光学部２２の第１の光軸Ｌ１上に配置されているとする。

画像センサー２６は、ラインセンサーである。物体からの光線を第７の光線７とする。物体からの第７の光線７は、第１のミラー４２により反射し、波長選択部２４の波長選択領域２４ａ，２４ｂ，２４ｃ、結像光学部２２、第２のミラー４４を通して画像センサー２６に入射される。

第１の軸Ａｘと第１の光軸Ｌ１とが張る第１の面内において、画像センサー２６は点として見做すことができる。本実施形態では、第１の面内において、物体の実質的に点とみなせる唯一の領域（唯一の物点）がラインセンサー２６に結像される。この場合、第１の面内において、唯一の物点から波長選択部２４に入射し、波長選択領域２４ａを通過する青光、波長選択領域２４ｂを通過する赤光、波長選択領域２４ｃを通過する緑光は、異なる方向であると言える。つまり、画像センサー２６がラインセンサーの場合、波長選択領域２４ａ，２４ｂ，２４ｃを結像光学部２２よりも物体側に配置しても、制御部１８により、第１の面内での色相による光線方向の識別が可能となる。

第１のミラー４２と第２のミラー４４により、物点から直接的には結像光学部２２に到達しない光線をラインセンサー２６に間接的に導くことができる。これにより、本実施形態に係る光学検査装置１０の光学撮像装置１２は、広い範囲の光線の方向を識別できる。

このように、本実施形態に係る光学検査装置１０の光学撮像装置１２は、物体面の情報を取得することができる。

光学検査装置１０の光学撮像装置１２を用いた物体の光学検査方法について簡単に説明する。

第１の波長（例えば青光）および第２の波長（例えば赤光）を含む光線を物体に入射する。このとき、結像光学部２２の第１の光軸Ｌ１に交差する第１の軸Ａｘの軸方向に物体側テレセントリック性を有し、第１の光軸Ｌ１および第１の軸Ａｘと交差する第２の軸Ａｙの軸方向に物体側非テレセントリック性を有する第１の波長の光線を波長選択部２４の第１の波長選択領域２４ａで通過させると同時に、第１の軸Ａｘの軸方向および第２の軸Ａｙの軸方向に物体側非テレセントリック性を有する第２の波長の光線を波長選択部２４の第２の波長選択領域２４ｂで通過させる。そして、波長選択部２４を通過した第１の波長及び第２の波長の光線を結像光学部２２で結像し、第１の波長及び第２の波長の光線の画像を画像センサー２６で同時に取得する。

このように、本実施形態によれば、物体面の情報を取得する、光学撮像装置１２、光学検査装置１０、および、光学検査方法を提供することができる。

（第４実施形態）
以下、本実施形態に係る光学検査装置１０について、図９及び図１０を参照して説明する。

図９には、本実施形態の光学検査装置１０の模式的な斜視図を示す。図１０には、光学検査装置１０のブロック図を示す。

図９に示すように、本実施形態に係る光学検査装置１０は、光学撮像装置１２、照明部１４、および、搬送部１６を有する。例えば光学撮像装置１２および照明部１４の位置は床面（図示せず）に対して固定され、搬送部１６の搬送路１６ａは、光学撮像装置１２および照明部１４に対して動く。

図１０に示すように、光学検査装置１０の制御部１８は、光学撮像装置１２の画像センサー２６、照明部１４、および、搬送部１６を制御する。ディスプレイ９には、光学撮像装置１２の画像センサー２６、照明部１４、および、搬送部１６の状態、および、光学撮像装置１２の画像センサー２６で得た像を表示可能である。

本実施形態の光学撮像装置１２は、基本的な構成は第１実施形態の光学撮像装置１２と同様の構成であり、第１の光軸Ｌ１を有する結像光学部２２、波長選択部２４、および、画像センサー２６を有する。

搬送部１６は、搬送路１６ａにより、図示しない検査対象となるワーク（物体）を一方向に搬送できる。搬送部１６の搬送路１６ａによるワークの搬送速度は、搬送対象（検査対象）によるが、一例として、最高で７ｍ／ｓ程度となる。

本実施形態では、波長選択部２４は、第２の軸Ａｙに沿って長手方向を有し、第１の軸Ａｘに沿う方向に対して例えば５つの異なる領域に分割される。すなわち、波長選択部２４は、本実施形態では５つの異なる波長選択領域２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ，２４ｅを備える。それらを第１の波長選択領域２４ａ、第２の波長選択領域２４ｂ、第３の波長選択領域２４ｃ、第４の波長選択領域２４ｄ、第５の波長選択領域２４ｅとする。したがって、波長選択部２４は、第１の面と第２の面で波長選択部２４の波長選択領域と交差する数が異なるため、非等方であり、異方性がある、非等方波長選択開口である。なお、ここでは、例えば第１の波長選択領域２４ａが、結像光学部２２の第１の光軸Ｌ１上に配置されているとする。

本実施形態の画像センサー２６は、ラインセンサーである。画像センサー２６は第２の軸Ａｙに沿って長手方向を有し、画素が長手方向に沿って直線状に配置される。第１の軸Ａｘと第１の光軸Ｌ１とが張る第１の面内において、画像センサー２６は点として見做すことができる。画像センサー２６の各画素は、本実施形態では、５つの異なる波長を用い、それらの組み合わせが異なる５つの光線を独立な色チャンネルでそれぞれ受光し、色相（色チャンネルの成分比）で各光線を識別する。例えば、波長４５０ｎｍの青光はＢチャンネルと呼ばれる色チャンネルでのみ受光され、波長５５０ｎｍの緑光はＧチャンネルと呼ばれる色チャンネルでのみ受光され、波長６５０ｎｍの赤光はＲチャンネルと呼ばれる色チャンネルでのみ受光される。
なお、画像センサー２６は、一般に、Ｒ、Ｇ、Ｂの３チャンネルあれば、それらの成分比によりスペクトルの違い（色相の違い）を識別することができる。このため、多波長開口領域（波長選択領域）の数は、画像センサー２６の画像チャンネル数よりも多くても機能する。

すなわち、本実施形態では、画像センサー２６の各画素は３つ以上の色チャンネルを備える。制御部１８は、画像センサー２６で得る像に基づいて、有意な色チャンネル数（各色チャンネルの画素値がノイズあるいは環境照明に埋もれない値以上になったチャンネル数）に基づき、物体面での散乱の情報を取得する。

照明部１４は、ワークの搬送路１６ａを、第２の軸Ａｙに平行な方向に長いライン状に照明できる。照明部１４は、搬送路１６ａのある領域Ｒを搬送路１６ａの搬送方向に直交するように、ライン状に照明する。照明部１４の照明光は例えば白色光であり、単色光でない。あるいは、単色光を合波して白色光にしたものでもよい。照明部１４の照明の形状はこの限りではなく、何でもよい。また、ライン状の照明は実際にはアスペクト比の大きな四角形でよい。ライン状照明の長手方向に沿う方向を第４の軸Ａ４とし、第２の軸Ａｙに平行であるとする。照明部１４から第４の軸に直交する方向を第２の光軸Ｌ２とする。また、第２の光軸Ｌ２と第４の軸Ａ４の両方に直交する方向を第３の軸Ａ３とする。

第２の光軸Ｌ２と第３の軸Ａ３が張る面を第３の面とする。第１の面と第３の面は平行であるとする。第２の光軸Ｌ２と第４の軸Ａ４が張る面を第４の面とする。

照明部１４から照射される光線群は、第３の面内において実質的に平行光であるとし、第４の面内において拡散光であるとする。

なお、照明部１４と光学撮像装置１２の位置関係は、照明部１４から発する第３の面内にある光線であり、照明部１４からの光線により照明した搬送路１６ａ上のワークの表面（物体面）から正通過（正反射（regular reflection））して第１の波長選択部２４を通過し、画像センサー２６に入射する、第１の波長を有する光線が、第１の波長選択領域２４ａを通過するように、設定される。すなわち、照明部１４から発する第３の面内における光線であり、照明部１４からの光線により照明した物体から正通過して画像センサー２６に入射し、第１の波長を有する光線は、画像センサー２６において物体側テレセントリック性を有するように、照明部１４と画像センサー２６が配置される。

ここで、第１の面内の光線であり、結像光学部２２の物体側にテレセントリック性を有する光線は、第１の波長選択領域２４ａに到達する。本実施形態では、第１の波長選択領域２４ａは第１の波長の光線（青光）を通過させ、第２の波長（赤光）、第３の波長（緑光）、その他の第４の波長、第５の波長のそれぞれの光線を遮蔽する。第２の波長選択領域２４ｂは、第２の波長の光線（赤光）を通過させ、第１の波長、第３の波長、第４の波長、第５の波長のそれぞれの光線を遮蔽する。第３の波長選択領域２４ｃは、第３の波長の光線を通過させ、第１の波長、第２の波長、第４の波長、第５の波長のそれぞれの光線を遮蔽する。第４の波長選択領域２４ｄは、画像センサーのＲチャンネルで受光される第４の波長の光線および第３の波長の光線を通過させ、第１の波長、第２の波長、第５の波長のそれぞれの光線を遮蔽する。第５の波長選択領域２４ｅは、画像センサーのいずれでも受光されない第５の波長の光線を通過させ、第１の波長、第２の波長、第３の波長、第４の波長のそれぞれの光線を遮蔽する。
つまり、第１の波長選択領域２４ａを通過した光線は、画像センサー２６のＢチャンネルで受光され、第２の波長選択領域２４ｂを通過した光線は、画像センサー２６のＲチャンネルで受光され、第３の波長選択領域２４ｃを通過した光線は、画像センサー２６のＧチャンネルで受光される。また、第４の波長選択領域２４ｄを通過した光線は、ＲチャンネルとＧチャンネルで同時に受光され、第５の波長選択領域２４ｅを通過した光線は、いずれのチャンネルでも受光されない。

例えば、表面が平らなワークが搬送されるとする。ワークの表面に、欠陥、異物、あるいは形状の起伏がある場合を異常表面とし、そうでない場合を標準表面とする。照明部１４からの光線が標準表面で反射されるとき、波長選択部２４の第１波長選択領域２４ａを通過するように波長選択領域を作成する。

以上で述べた構成のもとで、本実施形態に係る光学検査装置１０の動作原理について説明する。

ワークの表面が標準表面であれば、ラインセンサーである画像センサー２６による撮像画像はＢチャンネルとなる。つまり、画像センサー２６は、第１の波長の光線（青光）のみを撮像する。このため、制御部１８は、画像センサー２６で取得した像の色相の判別を行ったときに、第１の波長の光線のみを撮像したと判断すると、ワークの表面が標準表面であると判断する。すなわち、照明部１４から発する第３の面内における光線であり、照明した物体から正通過して画像センサー２６へ向かう光線で波長選択部２４に到達する光線は、２つ以上の異なる波長選択領域を同時に通過しない。

一方、ワーク表面が異常表面であれば、標準表面の場合と比べてワークから反射される光線方向が変化する。つまり、ラインセンサーである画像センサー２６により、撮像画像に第２の波長（赤光）、第３の波長（緑光）、第４の波長、第５の波長の光線のいずれかが撮像されれば、ワーク表面は異常表面であると言える。すなわち、照明部１４から発する第３の面内における光線であり、照明した物体から正通過されずに画像センサー２６へ向かう光線で波長選択部２４に到達する光線は、波長選択領域２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ，２４ｅのいずれかを通過する。また、照明部１４から発する第３の面内における光線であり、照明した物体から拡散されて画像センサー２６へ向かう光線で波長選択部２４に到達する光線は、光線が拡散されたことにより、異なる波長選択領域２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ，２４ｅのうち２つ以上の領域を同時に通過する。また、ワークの表面形状に応じて、撮像画像の画素の色チャンネルの成分比は変化する。つまり、それぞれの色チャンネルの値（画素値）に基づいて、制御部１８は、ワークの表面を推測することが可能となる。
また、例えば、光学撮像装置１２は、表面形状と例えばＲ，Ｇ，Ｂの３つの色チャンネルの画素値の組み合わせ（成分比）との関係をテーブル化し、図示しないメモリに格納しておく。このとき、制御部１８は、画像センサー２６で取得する各画素の色チャンネルの成分比とメモリに格納したテーブルとを照合することにより、ワークの表面（物体面）の表面形状を計測することが可能となる。

特に、制御部１８が、画像センサー２６でＲＧＢの３つの色チャンネルのうち２つ以上のチャンネルを同時に撮像したと判断した場合、つまり有意な値を持つ色チャンネルの数が２つ以上となる場合、制御部１８は、ワークの表面が異常表面であり、かつ異常表面で光が拡散されたことと判断する。一方、標準表面は第１の波長の光線（青光）の一つの色チャンネルで撮像される。これより、光学検査装置１０の制御部１８は、有意な色チャンネルの数によって、物体の表面（物体面）が、異常表面であるか標準表面であるかの推定が可能である。

以上、本実施形態に係る光学検査装置１０により、搬送中の物体（ワーク）の表面状態の検査、あるいは表面形状の計測が可能となる。

本実施形態によれば、物体面の情報を取得する、光学撮像装置１２、光学検査装置１０、および、光学検査方法を提供することができる。

本実施形態では、第１実施形態で説明した光学撮像装置１２を用いる例について説明したが、第１実施形態で説明した光学撮像装置１２の代わりに、第２実施形態で説明した光学撮像装置１２、又は、第３実施形態で説明した光学撮像装置１２を用いてもよい。

（変形例１）
図１１に示すように、照明部１４は複数のライン照明１４ａ，１４ｂ，１４ｃを備える。ライン照明１４ａ，１４ｂ，１４ｃの光源は例えばＬＥＤを用いる。だだし、これに限らず、ライン照明１４ａ，１４ｂ，１４ｃの光源は、いくつかの異なる波長を重ねたレーザーでもよい。例えば、波長４０５ｎｍ、５３２ｎｍ、６３５ｎｍのレーザーをコールドミラーあるいはホットミラーなどを使って合波させて、照明光としてもよい。照明部１４のライン照明１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、少なくとも２つ以上備えていればよい。

図１１は、第１の光軸Ｌ１とライン照明１４ａ，１４ｂ，１４ｃからの光線の第２の光軸Ｌ２ａ，Ｌ２ｂ，Ｌ２ｃを含む断面図である。第１のライン照明１４ａ、第２のライン照明１４ｂ、第３のライン照明１４ｃは搬送路１６ａのある領域Ｒを搬送路１６ａの搬送方向に直交するように、それぞれライン状に照明する。第１のライン照明１４ａ、第２のライン照明１４ｂ、第３のライン照明１４ｃで照明される領域（被照明部）Ｒは、互いに重なる。本変形例では、制御部１８は、ワークＷの表面（物体面）の重なる領域Ｒを同時に照明するようにライン照明１４ａ，１４ｂ，１４ｃを制御する。各ライン照明１４ａ，１４ｂ，１４ｃで照射され、ワークＷの表面により反射する光線について、図１１に示す断面に投影した光線の一部は光学撮像装置１２の結像光学部２２に対して平行光になる。照明部１４のライン照明１４ａ，１４ｂ，１４ｃからの光線のうち、ワークＷの表面を正反射（正通過）する光線の一部は、第１の面および第２の面に平行な平行光となる。各ライン照明１４ａ，１４ｂ，１４ｃで照射され、ワークＷにより反射する光線について、図１１に示す断面と直交する面に投影した光線の一部は光学撮像装置１２の結像光学部２２に対して拡散光となる。

ワークＷの標準表面が鏡面である場合、ワークＷに照射された光線は正反射となる。このとき、ワークＷの形状に応じて光線の第２の光軸Ｌ２ａ，Ｌ２ｂ，Ｌ２ｃの反射方向は変化する。これより、光学撮像装置１２の画像センサー２６で取得される画像は、搬送路１６ａによるワークＷの移動に基づく形状の変化に応じて色相が変化する。このような色相の変化にもとづいて、光学検査装置１０の光学撮像装置１２の制御部１８は、ワークＷの表面の形状を推定することができる。

表面に異物Ｆや、光の波長に近いスケールの微細な凹凸があると、照明部１４からの光線は散乱される。つまり、第１のライン照明１４ａ、第２のライン照明１４ｂ、第３のライン照明１４ｃからの光線は、異物Ｆによって拡散反射される。拡散反射された光線は、標準表面で反射された場合と比べ、波長選択部２４のうち通過する波長選択領域の数が増加する。これより、画像センサー２６の有意な色チャンネル数が増加する。つまり、光学撮像装置１２の画像センサー２６で取得される画像は、異物Ｆや微細な凹凸などがある異常表面領域で有意な色チャンネル数が増加する。このような有意な色チャンネル数の増加にもとづいて、光学検査装置１０の制御部１８は、ワークＷの表面を検査することができる。

したがって、本変形例に係る光学検査装置１０によれば、ワークの表面に曲面を有する場合であっても、光学撮像装置１２を用いてワークの表面を検査することができる。

本変形例によれば、物体面の情報を取得する、光学撮像装置１２、光学検査装置１０、および、光学検査方法を提供することができる。

（変形例２）
照明部１４は図１２に示すような構成でもよい。図１２は、第１の光軸Ｌ１と第２の光軸Ｌ２を含む断面である。照明部１４は、光源１１４、凹面ミラー１１６、ビームスプリッター１１８を有する。光源１１４は例えば白色（単色でない）のＬＥＤ光源とする。凹面ミラー１１６は例えば楕円ミラーであるとする。

本変形例では、図１２中の照明部１４の例えばビームスプリッター１１８の上方に光学撮像装置１２が配置される。本変形例では、ビームスプリッター１１８を介して、照明部１４の第２の光軸Ｌ２と光学撮像装置１２の第１の光軸Ｌ１を平行にする。すなわち、光源１１４から照明した光線の一部を凹面ミラー１１６およびビームスプリッター１１８を用いて第１の光軸Ｌ１と平行光とする。このように、撮像の光軸Ｌ１に平行にする照明を同軸落射照明と呼ぶ。照明は例えば図１２に示す断面において集光光となる。一方、これに直交する面において拡散光とする。

光学撮像装置１２の画像センサー２６で取得される画像は、物体（図示せず）の形状の変化に応じて色相が異なる。このような色相の変化にもとづいて、光学検査装置１０の制御部１８は、ワークの表面（物体面）の形状を推定することができる。また、光学撮像装置１２で取得される画像は、異物Ｆや微細な凹凸などがある異常表面領域で有意な色チャンネル数が増加する。このような有意な色チャンネル数の増加にもとづいて、ワークＷの表面を検査することができる。

本変形例によれば、物体面の情報を取得する、光学撮像装置１２、光学検査装置１０、および、光学検査方法を提供することができる。

以上述べた少なくともひとつの実施形態によれば、物体面の情報を取得する、光学撮像装置１２、光学検査装置１０、および、光学検査方法を提供することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。

１ａ，１ｂ…第１の光線、２ａ，２ｂ…第２の光線、３…第３の光線、４…第４の光線、５…第５の光線、６…第６の光線、９…ディスプレイ、１０…光学検査装置、１２…光学撮像装置、１４…照明部、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ…ライン照明、１６…搬送部、１６ａ…搬送路、１８…制御部、２２…結像光学部、２４…波長選択部、２４ａ…第１の波長選択領域、２４ｂ…第２の波長選択領域、２４ｃ…第３の波長選択領域、２６…画像センサー、３２…ビームスプリッター、３４，３６…ミラー、３８…偏光ビームスプリッター、１１４…光源、１１６…凹面ミラー、１１８…ビームスプリッター、１２４…波長選択部、１２６…画像センサー、２２６…偏光画像センサー、Ｌ１…光軸、Ｌ２…光軸。

Claims (20)

1. 第１の波長および前記第１の波長と異なる第２の波長を含む光線で物体を結像する結像光学部と、
   前記結像光学部の第１の光軸に交差する軸を第１の軸とし、前記第１の光軸および前記第１の軸に交差する軸を第２の軸とし、前記第１の波長を有する第１の光線と前記第２の波長を有する第２の光線とを波長選択領域ごとに選択的に通過させる第１の波長選択部を有し、前記結像光学部の前記第１の軸の軸方向に物体側テレセントリック性を有し、前記第２の軸の軸方向に物体側非テレセントリック性を有する前記第１の光線を前記第１の波長選択部で通過させると同時に、前記第１の軸の軸方向および前記第２の軸の軸方向に物体側非テレセントリック性を有する前記第２の光線を前記第１の波長選択部で通過させる、前記第１の軸と前記第２の軸の方向によって波長選択領域の分布が異なる非等方波長選択開口と、
   前記第１の波長選択部をそれぞれ通過する前記第１の光線及び前記第２の光線の像を同時に取得する撮像部と
   を備える、光学撮像装置。
2. 前記第１の波長選択部は、
   前記結像光学部の焦点面に配置される第１の波長選択領域と、
   前記第１の波長選択領域とは前記第１の軸の軸方向にずれて配置される第２の波長選択領域と
   を備え、
   前記第１の光軸と前記第１の軸が張る面を第１の面とし、
   前記第１の光軸と前記第２の軸が張る面を第２の面とするとき、
   前記物体から前記撮像部へ向かう光線のうち、前記第１の面内において、
   前記第１の波長選択領域に到達する光線は、物体側テレセントリック性を有し、
   前記第２の波長選択領域に到達する光線は、物体側非テレセントリック性を有し、
   前記第２の面内において、
   前記第１の光軸から外れた前記第１の波長選択領域に到達する光線は、物体側非テレセントリック性を有する、請求項１に記載の光学撮像装置。
3. 前記撮像部で取得した色相に基づいて、前記第１の軸に対する光線の方向を取得する制御部を備える、請求項１又は請求項２に記載の光学撮像装置。
4. 前記撮像部の各画素は２つ以上の色チャンネルを備え、
   前記制御部は、前記制御部において有意な色チャンネル数に基づき、物体面での散乱の情報を取得する、請求項３に記載の光学撮像装置。
5. 前記撮像部は、ライン状に画素を配置したラインセンサーである、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の光学撮像装置。
6. 前記第１の光軸と前記第１の軸が張る面を第１の面とし、
   前記第１の光軸と前記第２の軸が張る面を第２の面とするとき、
   前記ラインセンサーは前記第２の面に平行な方向に長手方向を有する、請求項５に記載の光学撮像装置。
7. 前記結像光学部と前記第１の波長選択部との間に設けられ偏光成分を第１の偏光成分および第２の偏光成分に分岐する偏光ビームスプリッターと、
   前記偏光ビームスプリッターで分岐される光線の光路上に設けられる第２の波長選択部と
   を備え、
   前記第１の波長選択部には、第１の偏光成分が入射され、
   前記第２の波長選択部には、前記第１の偏光成分とは異なる第２の偏光成分が入射される、請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の光学撮像装置。
8. 前記非等方波長選択開口は、前記結像光学部と前記撮像部との間に配置される、請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の光学撮像装置。
9. 前記非等方波長選択開口は、前記結像光学部よりも検査対象の物体側に配置される、請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の光学撮像装置。
10. 請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の光学撮像装置と、
    前記第１の波長および前記第２の波長を含む光線を前記物体に向けて照明する照明部と
    を備える、光学検査装置。
11. 前記照明部は第２の光軸を備え、
    前記第２の光軸に対して交差する方向を第３の軸とし、
    前記第２の光軸と前記第３の軸の両方に交差する方向を第４の軸とし、
    前記第２の光軸と前記第３の軸が張る面を第３の面とし、
    前記第２の光軸と前記第４の軸が張る面を第４の面とするとき、
    前記照明部から発する光線は、前記第３の面内において実質的に平行光であり、前記第４の面内において拡散光である、請求項１０に記載の光学検査装置。
12. 前記第１の波長選択部は、
    前記第１の光線を通過させ、前記第２の光線を遮蔽する第１の波長選択領域と、
    前記第１の波長選択領域とは前記第１の軸の軸方向にずれて配置され、前記第１の光線を遮蔽し、前記第２の光線を通過させる第２の波長選択領域と
    を備え、
    前記照明部と前記撮像部の位置関係は、前記照明部から発する前記第３の面内における光線であり、前記照明部からの前記光線により照明した前記物体から正通過して前記第１の波長選択部を通過し、前記撮像部に入射する、前記第１の波長を有する光線が、前記第１の波長選択領域を通過するように、設定される、請求項１１に記載の光学検査装置。
13. 前記照明部と前記撮像部の位置関係は、前記照明部から発する前記第３の面内における光線であり、前記照明部からの前記光線により照明した前記物体から正通過して前記第１の波長選択部を通過し、前記撮像部に入射する、前記第１の波長を有する光線が、前記撮像部において物体側テレセントリック性を有するように、設定される、請求項１１又は請求項１２に記載の光学検査装置。
14. 前記照明部から発する前記第３の面内における光線であり、照明した前記物体から正通過して前記撮像部へ向かう光線で前記第１の波長選択部に到達する光線は、２つ以上の異なる波長選択領域を同時に通過しない、請求項１１ないし請求項１３のいずれか１項に記載の光学検査装置。
15. 前記照明部を少なくとも２つ以上備え、
    前記第１の光軸と前記第１の軸が張る面を第１の面とし、
    前記第１の光軸と前記第２の軸が張る面を第２の面とするとき、
    前記照明部からの光線のうち、前記物体を正通過する光線の一部は、第１の面および第２の面に平行な平行光となる、請求項１０ないし請求項１４のいずれか１項に記載の光学検査装置。
16. 前記照明部で照明した前記物体の表面を前記撮像部で撮像して画像を取得し、前記物体の表面状態を検査あるいは表面形状を計測する、制御部を有する、請求項１０ないし請求項１５のいずれか１項に記載の光学検査装置。
17. 請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の光学撮像装置と、
    前記物体を所定の方向に搬送する搬送部と、
    前記物体の搬送中に前記物体の表面を前記撮像部で撮像して画像を取得し、前記物体の表面状態を検査あるいは表面形状を計測する、制御部と
    を備える、光学検査装置。
18. 前記第１の波長および前記第２の波長を含む光線を前記物体に向けて照明する照明部を備える、請求項１７に記載の光学検査装置。
19. 第１の波長を有する第１の光線と前記第１の波長とは異なる第２の波長を有する第２の光線が物体から結像光学部により波長選択部を通過して撮像部に結像し、
    前記結像光学部の第１の光軸に交差する第１の軸の軸方向に物体側テレセントリック性を有し、前記第１の光軸および前記第１の軸と交差する第２の軸の軸方向に物体側非テレセントリック性を有し、前記波長選択部を通過する前記第１の光線の画像を撮像部で取得すると同時に、前記第１の軸の軸方向および前記第２の軸の軸方向に物体側非テレセントリック性を有し、前記波長選択部を通過する前記第２の光線の画像を撮像部で取得する、
    光学検査方法。
20. 第１の波長を有する第１の光線と前記第１の波長とは異なる第２の波長を有する第２の光線を物体に入射したとき、結像光学部の第１の光軸に交差する第１の軸の軸方向に物体側テレセントリック性を有し、前記第１の光軸および前記第１の軸と交差する第２の軸の軸方向に物体側非テレセントリック性を有する前記第１の光線を波長選択部で通過させると同時に、前記第１の軸の軸方向および前記第２の軸の軸方向に物体側非テレセントリック性を有する前記第２の光線を前記波長選択部で通過させ、
    前記結像光学部により前記波長選択部を通過させた前記第１の光線および前記第２の光線を結像し、前記第１の光線及び前記第２の光線の画像を撮像部で取得する、
    光学検査方法。