JP7463313B2 - 光学検査方法、光学検査装置、および光学検査プログラム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、光学検査方法、光学検査装置、および光学検査プログラムに関する。

様々な産業において、物体の非接触での光学検査が重要となっている。光学検査において、光線の方向の識別は、物体情報を知る上で重要である。従来、色相（ｈｕｅ）と呼ばれる量を用いて光線方向を識別する方法がある。しかし、従来用いられていた色相（ｈｕｅ）はスカラー量（つまり、多次元ベクトルとは異なり、大きさのみを表す量）である。従来の色相を特に、色相スカラーと呼ぶ。

W. L. Hows, "Rainbow schlieren and its applications", Appl. 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、光線方向を識別することができる光学検査方法、光学検査装置、および光学検査プログラムを提供することである。

実施形態の光学検査方法は、物点からの光線をイメージングした像点までの光線経路において、物点からの光線を、光線の方向に応じて、少なくとも２つの異なる互いに重複しない独立な波長領域の光線に分離し、少なくとも２つの異なる互いに重複しない独立な波長領域の光線の強度を独立な軸とする色相ベクトルを取得し、色相ベクトルから物点からの光線の方向に関する情報を取得する。

実施形態の光学検査装置は、物点からの光線のイメージングを行うイメージング部と、物点からの光線をイメージングした像点までの光線経路において、物点からの光線を、光線の方向に応じて、少なくとも２つの異なる互いに重複しない独立な波長領域の光線に分離して通過させる色相ベクトル生成部と、色相ベクトル生成部を通過した少なくとも２つの異なる互いに重複しない独立な波長領域の光線でイメージングした像点を取得する画像取得部と、像点に対して少なくとも２つの異なる互いに重複しない独立な波長領域の光線の強度を独立な軸とする色相ベクトルを取得し、色相ベクトルから物点からの光線の方向に関する情報を取得する処理部とを備える。

実施形態の光学検査プログラムは、物点からの光線をイメージングした像点までの光線経路において、物点からの光線を、光線の方向に応じて、少なくとも２つの異なる互いに重複しない独立な波長領域の光線に分離してイメージングした像点に対して、少なくとも２つの異なる互いに重複しない独立な波長領域の光線の強度を独立な軸とする色相ベクトルを取得する処理と、色相ベクトルから物点からの光線の方向に関する情報を取得する処理とを、コンピュータに実施させる。

第１実施形態に係る光学検査装置の概略構成を示す側面図。 色相ベクトル生成部によって分離される光線の波長領域の例を示すグラフ。 色相ベクトル空間における色相ベクトルを示すブラフ。 第１実施形態に係る光学検査方法において処理部の処理を示すフローチャート。 第２実施形態に係る光学検査装置の概略構成を示す側面図。 第３実施形態に係る光学検査装置の概略構成を示す側面図。 第３実施形態に係る光線方向選択部の概略構成を示す平面図。 第３実施形態に係る光線方向選択部の変形例の概略構成を示す平面図。 第４実施形態に係る光学検査装置の概略構成を示す斜視図。

以下に、各実施の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。本願明細書と各図において、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実施形態について、図を参照して詳細に説明する。本実施形態に係る光学検査装置１０の概略構成を示す側面図を図１に示す。

光学検査装置１０は、イメージング部２０、色相ベクトル生成部３０、画像取得部４０、処理部５０を備える。本実施形態では、便宜上、異なる方向の２つの光線Ｌ１，Ｌ２を想定する。異なる方向の２つの光線Ｌ１，Ｌ２を、それぞれ、第１の光線Ｌ１、第２の光線Ｌ２とする。

光線Ｌ１，Ｌ２は、光の伝搬方向を示したものである。例えば、光は、電磁波である。つまり、光は、Ｘ線、紫外線、可視光、赤外線、ミリ波、マイクロ波など、電磁波であればなんでもいい。ここでは、光は、特に、波長が４００ｎｍから８００ｎｍまでの可視光であるとする。

イメージング部２０は、物点ＯＰからの光線のイメージングを行う。物点ＯＰからの光線のイメージングとは、物点ＯＰから発せられる光線を像点ＩＰに移すことを意味する。言い換えれば、物点ＯＰを像点ＩＰに結像することを意味する。幾何光学において、物点ＯＰと像点ＩＰは互いに共役である。ただし、物点ＯＰや像点ＩＰは、光学的に実質的に点と見做せる領域である。像点ＩＰは画像取得部４０に位置する。

画像取得部４０は、イメージング部２０によってイメージング（結像）される画像を取得する。画像取得部４０は、少なくとも１つの画素４１を備える。例えば、画像取得部４０は、複数の画素４１を備える。各画素４１は、少なくとも２つの異なる波長領域に対する光強度を同時期に取得する。つまり、各画素４１は、少なくとも２つの異なる波長領域の光を識別可能である。各画素４１は、例えば、複数の波長領域の光線を受光できる複数の受光素子を備える。例えば、画像取得部４０は、カラーフィルターと、ＣＣＤエリアセンサーあるいはＣＭＯＳエリアセンサーを備える。各画素４１は、カラーフィルターの複数の色領域と、エリアセンサーの複数の受光素子を備える。これは、後述する実施形態と比較すると、単板式カメラによるイメージングを行うとも言える。

色相ベクトル生成部３０は、到達した光線を、少なくとも２つの異なる波長領域の光線に分離して通過させることができる。ここで、通過させるとは、透過あるいは反射のどちらかを意味する。

本実施形態では、色相ベクトル生成部３０は、２つの選択領域３１，３２を備える。２つの選択領域３１，３２は、それぞれ、２つの異なる独立な波長領域の光線に分離して通過させる。例えば、色相ベクトル生成部３０の選択領域３１，３２は、それぞれ、互いに独立な波長領域の光線を選択的に通過させる光学フィルターを備える。

２つの選択領域３１，３２がそれぞれ通過させる光線の２つの波長領域をそれぞれ第１の波長領域と第２の波長領域とする。さらに、第１の波長領域と第２の波長領域は実質的に重ならない。実質的に重ならない波長領域のことを独立な波長領域と呼ぶ。

図２に、色相ベクトル生成部３０の選択領域３１，３２によってそれぞれ分離される光線の２つの波長領域のグラフの例を示す。横軸が波長であり、縦軸が光の強度である。２つの異なる独立な波長領域をそれぞれＢとＲとする。例えば、２つの異なる独立な波長領域ＢとＲを、それぞれ、第１の波長領域Ｂと第２の波長領域Ｒとする。第１の波長領域Ｂは、４５０ｎｍの波長を含み、第２の波長領域Ｒは、６５０ｎｍの波長を含むとする。つまり、第１の波長領域Ｂは青光を通過させ、第２の波長領域Ｒは赤光を通過させる。ただし、第１の波長領域Ｂと第２の波長領域Ｒは、この限りではなく、自由に選択されてよい。

本実施形態では、色相ベクトル生成部３０に到達する前の第１の光線Ｌ１と第２の光線Ｌ２は、波長が４００ｎｍから８００ｎｍまでの可視光であるとする。色相ベクトル生成部３０を通過した後、第１の光線Ｌ１は、４５０ｎｍの波長を有し、第２の光線Ｌ２は、６５０ｎｍの波長を有する。つまり、色相ベクトル生成部３０の通過後、第１の光線Ｌ１は青光を含み、第２の光線Ｌ２は赤光を含む。

図３に、色相ベクトル空間における色相ベクトルのグラフを示す。横軸が波長領域Ｂであり、縦軸が波長領域Ｒである。各画素４１における信号強度に基づいて、各画素４１に対して色相ベクトル空間を張る（設定する）ことができる。２つの独立な波長領域ＢとＲに対して画素４１で得られた２つの信号強度をそれぞれｂとｒとする。つまり、信号強度ｂは、画素４１で得られた青光の強度を示し、信号強度ｒは、画素４１で得られた赤光の強度を示す。

さらに、信号強度ｂとｒを、それぞれ独立な座標に割り当てる。ここでは、独立な２つの波長領域ＢとＲにそれぞれ対応する直交座標ＢとＲに対して、信号強度ｂとｒをそれぞれ割り振っている。座標位置はベクトルＶによって表現され、ここではＶ＝（ｂ，ｒ）となる。つまり、色相ベクトル空間が直交座標ＢとＲによって設定され、画素４１にイメージングされた光線の強度は、色相ベクトルＶ＝（ｂ，ｒ）によって表される。

画素４１にイメージングされた光線の方向（例えば、物点ＯＰから発せられる光線の３次元空間における単位方向）が変化すれば、この変化に伴って、色相ベクトルＶ＝（ｂ，ｒ）の座標が変化する。従って、色相ベクトルの座標から、画素４１にイメージングされた光線の方向を推定することが可能である。

色相ベクトルの重要な特徴は、一方の独立な波長領域を通過して得られる信号強度が、他方の独立な波長領域を通過して得られる信号強度に影響しないということである。これにより、互いに独立な座標軸に信号強度を割り振ることができる。

一方、従来から、一般に、色相（Ｈｕｅ）はスカラー量として扱われている。つまり、各波長強度の混合比を色相スカラーとしている。色相スカラーは大きさのみを表す量であるため、少なくとも２つ以上の構成要素を持つ２次元色相ベクトルを表すことができない。

これは、例えば、２つの光線の強度の重ね合わせにおいては、重ね合わせ後の光線の強度から、重ね合わせ前の２つの光線の強度の情報を取得することができない。これは、光線の強度の重ね合わせは、不可逆的であると言える。

これに対して、例えば、２つの互いに異なる波長を持つ光線の重ね合わせにおいては、重ね合わせ後の光線の強度から、重ね合わせ前の２つの波長のそれぞれに対する光線の強度の情報を原理的に取得することができる。これは、光線の波長の重ね合わせは、可逆的であると言える。

このため、各画素４１に入射した光線Ｌ１，Ｌ２の２つの異なる波長に基づいて作り出される色相ベクトルは、色相ベクトル空間における方向と大きさの情報を有するため、従来の色相スカラーに比較して、多くの情報量を有することを意味する。

処理部５０は、少なくとも２つの異なる波長に対する光強度の情報を各画素４１から受け取る。さらに処理部５０は、その情報から色相ベクトルを取得し、色相ベクトルから光線方向を推定する。

処理部５０は、コンピュータを備える。つまり、処理部５０は、プロセッサ（ＣＰＵ）と記憶部（メモリ）を備える。記憶部は、例えば、主記憶部と補助記憶部を備える。記憶部は、プロセッサが実行するプログラムを記憶している。プロセッサは、記憶装置からプログラムを読み出して実行することにより、各種の処理をおこなう。記憶部はまた、処理に必要な情報を記憶している。例えば、プロセッサは、本実施形態に係る光学検査プログラムを記憶装置から読み出して実行することにより、本実施形態に係る光学検査方法の処理部５０における処理を実施する。

以下、本実施形態に係る処理部５０における動作原理について説明する。
例えば、画素４１における信号強度ｂが実質的に０より大きく、信号強度ｒが実質的に０であれば、処理部５０は、第１の光線Ｌ１の経路を通った光線が画素４１に到達したと判断する。つまり、処理部５０は、物点ＯＰからの光線は、第１の光線Ｌ１の経路を通ったと判断する。

また、画素４１における信号強度ｂが実質的に０であり、信号強度ｒが実質的に０より大きければ、処理部５０は、第２の光線Ｌ２の経路を通った光線が画素４１に到達したと判断できる。つまり、処理部５０は、物点ＯＰからの光線は、第２の光線Ｌ２の経路を通ったと判断する。

あるいは、画素４１における信号強度ｂとｒがいずれも実質的に０よりも大きければ、処理部５０は、物点ＯＰからの光線は、第１の光線Ｌ１の経路および第２の光線Ｌ２の経路の両方を通過したと判断する。

このようにして、処理部５０は、画素４１における信号強度ｂとｒに基づいて、画素４１で取得した色相ベクトルから、画素４１にイメージングされる物点ＯＰからの光線の方向を推定することができる。

ここで、仮に、本実施形態の色相ベクトル生成部３０のように独立な波長領域に対して光線強度を振り分けることが出来ない場合を想定する。つまり、色相ベクトル生成部３０によって分離される波長領域が互いに重なっており、波長領域が独立でない場合を想定する。このような場合、色相ベクトル空間を設定することができない。つまり、画素４１に対して色相ベクトルが構成できない。

すると、第１の光線Ｌ１の経路を通った光線が画素４１に到達したときの波長領域に対する信号強度は、第２の光線Ｌ２の経路を通った光線が画素４１に到達したときの波長領域に対する信号強度とともに大きくなる。逆に、第２の光線Ｌ２の経路を通った光線が画素４１に到達したときの波長領域に対する信号強度は、第１の光線Ｌ１の経路を通った光線が画素４１に到達したときの波長領域に対する信号強度とともに大きくなる。このため、処理部５０は、画素４１の信号強度から、第１の光線Ｌ１あるいは第２の光線Ｌ２のどちらの光線方向かを推定することが困難である。

色相ベクトルが構成できない場合でも、色相スカラーは構成できる。従来、色相スカラーを用いて光線方向を推定しているが、スカラー量は大きさのみを表す量なので、スカラー量は２次元ベクトルに比べて保有する情報量が少ない。

そのため、色相ベクトルを用いることによって、色相ベクトルに対応付けできる光線方向の情報は、従来の色相スカラーに対応付けできる光線方向の情報に比べて、多大に増加させることが可能である。これにより、処理部５０は、画素４１にイメージングされる物点ＯＰからの光線の方向を推定することが可能である。

本実施形態に係る光学検査方法は、イメージング部２０によってイメージングされる物点ＯＰからの光線を、色相ベクトル生成部３０によって少なくとも２つの異なる独立な波長領域の光線に分離する。その結果、少なくとも２つの独立な波長領域の光線でイメージングされた像点ＩＰが画像取得部４０に形成される。光学検査方法はまた、画像取得部４０の各画素４１において、少なくとも２つの独立な波長領域の光線の光強度を取得する。光学検査方法はまた、処理部５０において、各画素４１の光強度に基づいて、物点ＯＰからの光線の方向を推定する。

処理部５０において実施される処理のフローチャートを図４に示す。
まず、処理部５０に対して、色相ベクトルと光線方向の関係が予めセットされる（Ｓ１）。例えば、色相ベクトルと光線方向の関係は、色相ベクトルの種々の座標に対して、光線方向の情報を記録したルックアップテーブルであってよい。ここで、光線方向は、例えば、物点ＯＰから発せられる光線の３次元空間における単位方向である。例えば、色相ベクトルと光線方向の関係は、処理部５０内の記憶部に記憶される。

例えば、色相ベクトル空間において、色相ベクトルがＢ軸に平行であれば、イメージングされる光線は第１の光線Ｌ１の経路を通ったということであり、色相ベクトルがＲ軸と平行であれば、第２の光線Ｌ２の経路を通ったということである。

ただし、色相ベクトル生成部３０に入射する直前の光線の波長スペクトルあるいは外部からの環境光などによって、光線方向の推定結果が影響される場合もある。そのような場合は、色相ベクトルと光線方向のキャリブレーションを行うとよい。あるいは、外部環境光による影響をオフセットさせるとよい。

次に、処理部５０は、イメージングした画像に対する画像取得部４０の各画素４１における信号強度に基づいて、各画素４１における色相ベクトルを取得する（Ｓ２）。すなわち、処理部５０は、各画素４１における青光の信号強度ｂと赤光の信号強度ｒに基づいて、各画素４１における色相ベクトルＶ＝（ｂ，ｒ）を取得する。

さらに、処理部５０は、得られた色相ベクトルを用い、予めセットされた色相ベクトルと光線方向の関係を参照し、各画素４１にイメージングされる物点ＯＰからの光線の方向を推定する（Ｓ３）。例えば、光線方向は、前述したように、物点ＯＰから発せられる光線の３次元空間における単位方向である。以上より、全画素４１に渡って光線方向が推定できる。

以上、本実施形態に係る光学検査方法および光学検査装置によれば、色相ベクトルに基づいて光線方向を推定するため、光線方向を識別することができる。

（第２実施形態）
以下、第２実施形態について、図を参照して詳細に説明する。本実施形態に係る光学検査装置１０の概略構成を示す側面図を図５に示す。

本実施形態に係る光学検査装置１０は、基本的には第１実施形態と同じであるが、さらに光線方向選択部６０を備える。また、本実施形態は２板式カメラ７０によるイメージングを行う。以下では、第１実施形態と異なるところについて述べる。

２板式カメラ７０は、色相ベクトル生成部３０、２つの画像取得部４０ａ，４０ｂ（第１の画像取得部４０ａ、第２の画像取得部４０ｂ）を備える。画像取得部４０ａ，４０ｂは、例えばＣＣＤエリアセンサーあるいはＣＭＯＳエリアセンサーなどでよい。ただし、それに限らない。

第１の画像取得部４０ａは、少なくとも１つの第１の画素４１ａを備え、第２の画像取得部４０ｂは、少なくとも１つの第２の画素４１ｂを備える。例えば、第１の画像取得部４０ａは、複数の第１の画素４１ａを備え、第２の画像取得部４０ｂは、複数の第２の画素４１ｂを備える。第１の各画素４１ａは、１つの第１の受光素子を備え、第２の各画素４１ｂは、１つの第２の受光素子を備える。例えば、第１の各画素４１ａの第１の受光素子と第２の各画素４１ｂの第２の受光素子は、それぞれ、エリアセンサーの１つの受光素子である。

第１の画像取得部４０ａにおける第１の各画素４１ａの第１の受光素子から得られる信号と、第２の画像取得部４０ｂにおける第２の各画素４１ｂの第２の受光素子から得られる信号は、互いに独立な信号であり、各画像取得部４０ａ，４０ｂにおける各同一画素４１ａ，４１ｂに対する信号として割り振られる。つまり、２つの画像取得部４０ａ，４０ｂにおける各画素４１ａ，４１ｂは、画素の位置座標に従って、１対１に対応している。

本実施形態に係る色相ベクトル生成部３０では、選択領域３１は第１の波長領域の光線を通過させ、選択領域３２は第２の波長領域の光線を反射させる。第１の波長領域と第２の波長領域は互いに独立である。例えば、第１の波長領域は、青光の４５０ｎｍの含み、第２の波長領域は、赤光の６５０ｎｍの波長を含む。

イメージング部２０は、物点ＯＰから発した光線を第１の像点ＩＰおよび第２の像点ＩＰにイメージング（結像）する。第１の像点ＩＰおよび第２の像点ＩＰは、それぞれ、第１の画像取得部４０ａおよび第２の画像取得部４０ｂに位置する。

光線方向選択部６０は、少なくとも２つの異なる選択領域を備える。各選択領域は、到達した光線を、特定の波長領域の光線に分離して通過させる。ここで通過というのは、透過あるいは反射を意味する。ここで、２つの異なる選択領域の波長領域は独立でなくてもよい。つまり、２つの波長領域が互いに重なっていてもよい。ただし、２つの波長領域は独立であってもよい。

本実施形態では、例えば、光線方向選択部６０は、第１の選択領域６１と第２の選択領域６２を備える。第１の選択領域６１は４５０ｎｍの波長の光線を通過させ、第２の選択領域６２は６５０ｎｍの波長の光線を通過させる。つまり、第１の選択領域６１は青光を通過させ、第２の選択領域６２は赤光を通過させる。例えば、光線方向選択部６０の第１の選択領域６１と第２の選択領域６２は、互いに異なる波長領域の光線を通過させる光学フィルターである。

処理部５０は、第１の画像取得部４０ａと第２の画像取得部４０ｂから画像データを受け取り、画像データに基づいて色相ベクトルを取得する。つまり、処理部５０は、２つの画像取得部４０ａ，４０ｂの同じ位置座標の各画素４１ａ，４１ｂの光強度の情報から色相ベクトルを取得する。さらに処理部５０は、色相ベクトルから光線方向を推定する。処理部５０における処理は、第１実施形態で説明したとおりである。

本実施形態に係る光学検査装置１０における動作について述べる。
物点ＯＰから発せられ第１の光線Ｌ１の経路を通る光線は、光線方向選択部６０の第１の選択領域６１を通過し、波長４５０の青光を含む光線となる。また、物点ＯＰから発せられ第２の光線Ｌ２の経路を通る光線は、光線方向選択部６０の第２の選択領域６２を通過し、波長６５０の赤光を含む光線となる。

第１の光線Ｌ１の経路を通った光線は、第１の画像取得部４０ａにおける第１の各画素４１ａの第１の受光素子で受光される。また、第２の光線Ｌ２の経路を通った光線は、第２の画像取得部４０ｂにおける第２の各画素４１ｂの第２の受光素子で受光される。第１の受光素子と第２の受光素子は、同一画素４１ａ，４１ｂの構成要素として割り振られる。つまり、各画素４１ａ，４１ｂに対して、独立な２軸で張られる色相ベクトルが構成できる。

本実施形態に係る光学検査方法は、イメージング部２０によってイメージングされる物点ＯＰからの光線を、まず、光線方向選択部６０によって少なくとも２つの異なる波長領域の光線に分離し、次いで、色相ベクトル生成部３０によって少なくとも２つの異なる独立な波長領域の光線に分離する。その結果、少なくとも２つの独立な波長領域の光線でイメージングされた像点ＩＰが画像取得部４０に形成される。光学検査方法はまた、画像取得部４０の各画素４１において、少なくとも２つの独立な波長領域の光線の光強度を取得する。光学検査方法はまた、処理部５０において、各画素４１の光強度に基づいて、物点ＯＰからの光線の方向を推定する。

処理部５０は、同一位置座標の各画素４１ａ，４１ｂにおける色相ベクトルを取得し、色相ベクトルから光線方向を推定する。光線方向の推定のために処理部５０が実施する処理は、第１実施形態と同様である。

本実施形態においても、色相ベクトルに基づいて光線方向を推定するため、光線方向を識別することができる。

本実施形態に係る光学検査方法および光学検査装置においては、色相ベクトル生成部３０を透過した第１の光線Ｌ１および反射した第２の光線Ｌ２の両方を利用する。色相ベクトル生成部３０は、透過する波長領域と反射する波長領域を独立にすることが容易である。そのため、独立な波長領域が容易に実現できる。

（第３実施形態）
以下、第３実施形態について、図を参照して詳細に説明する。本実施形態に係る光学検査装置１０の概略構成を示す側面図を図６に示す。図６では、処理部５０の図示は省略している。また、本実施形態に係る光線方向選択部６０の概略構成を示す平面図を図７に示す。

本実施形態に係る光学検査装置１０は、基本的には第２実施形態と同じであるが、イメージング部２０の焦点面ＦＰに光線方向選択部６０を備える。イメージング部２０に入射する光線は、イメージング部２０の焦点面ＦＰにおいて、その光線方向に応じた位置を通過する。つまり、同一の方向の光線は、同一の位置を通過する。図６において、光軸ＯＡに平行な直線Ｌｐに対して同じθを持つ光線は、焦点面ＦＰにおいて同じ円周上の位置に到達する。本実施形態は３板式カメラ８０によるイメージングを行う。以下では、第２実施形態と異なるところについて述べる。

本実施形態では、便宜上、異なる方向の３つの光線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を想定する。異なる方向の３つの光線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を、第１の光線Ｌ１、第２の光線Ｌ２、第３の光線Ｌ３とする。例えば、第１の光線Ｌ１は６５０ｎｍの波長を有し、第２の光線Ｌ２は４５０ｎｍの波長を有し、第３の光線Ｌ３は５５０ｎｍの波長を有するとする。つまり、第１の光線Ｌ１は赤光を含み、第２の光線Ｌ２は青光を含み、第３の光線Ｌ３は緑光を含むとする。ただし、この限りではなく、波長は自由に選択できる。

光線方向選択部６０は、例えば、同心円状の複数の異なる選択領域を備える。例えば、図７に示すように、光線方向選択部６０は、光軸ＯＡが通る点を座標の原点Ｏとし、原点Ｏを中心とする同心円状の第１の選択領域６１と第２の選択領域６２と第３の選択領域６３を備える。第１の選択領域６１は６５０ｎｍの波長の光線を通過させ、第２の選択領域６２は４５０ｎｍの波長の光線を通過させ、第３の選択領域６３は５５０ｎｍの波長の光線を通過させる。つまり、第１の選択領域６１は赤光を通過させ、第２の選択領域６２は青光を通過させ、第３の選択領域６３は緑光を通過させる。

例えば、光線方向選択部６０の第１の選択領域６１と第２の選択領域６２と第３の選択領域６３は、第２実施形態と同様、互いに異なる波長領域の光線を通過させる光学フィルターである。

第１の光線Ｌ１の経路を通る光線は、最も内側の第１の選択領域６１を通過し、第２の光線Ｌ２の経路を通る光線は、中間の第２の選択領域６２を通過し、第３の光線Ｌ３の経路を通る光線は、最も外側の第３の選択領域６３を通過する。

ここでは、光線方向選択部６０が同心円状の選択領域６１，６２，６３を備える例を示したが、選択領域６１，６２，６３は、必ずしも同心円状に配置される必要はなく、他の形態に配置されてもよい。光線方向選択部６０の変形例の概略構成を示す平面図を図８に示す。変形例の光線方向選択部６０は、ストライプ状の複数の異なる選択領域６１，６２，６３を備える。第１の選択領域６１は、座標の原点Ｏを含む中央に位置し、第２の選択領域６２は、ｙ軸に沿って第１の選択領域６１の上下に位置し、第３の選択領域６３は、ｙ軸に沿って第２の選択領域６２の上下に位置している。図８の光線方向選択部６０の各選択領域６１，６２，６３の光学特性は、図７の光線方向選択部６０の各選択領域６１，６２，６３の光学特性と同様である。

図６において、３板式カメラ８０は、第２実施形態の２板式カメラ７０を３板式に拡張したものである。図示しないが、容易に想像できるように、３板式カメラ８０は、色相ベクトル生成部と、３つの画像取得部を備える。色相ベクトル生成部は、到達する光線を、３つの異なる独立な波長領域の光線に分離して通過させる。３つの画像取得部は、それぞれ、色相ベクトル生成部によって分離された３つの異なる波長領域の光線を受光する。イメージング部２０は、物体Ｍの表面上の物点ＯＰを、３板式カメラ８０内の３つの画像取得部に位置する３つの像点に結像する。

本実施形態に係る光学検査装置１０は、３板式カメラ８０を用いるため、互いに独立な３軸で張られる３次元色相ベクトルを取得できる。つまり、これは、各軸の強度諧調が例えばＭであるとすると、Ｍ×Ｍ×Ｍ＝Ｍ^３通りの光線方向を色相ベクトルに割り振ることができることを意味する。

本実施形態に係る光学検査装置１０は、３板式カメラ８０を用いる例であるが、これに代えて、Ｎ板式カメラを用いてもよい。一般的に、Ｎ板式カメラでは、Ｎ次元色相ベクトルが取得できる。そのとき、Ｍ^Ｎ通りの光線方向を色相ベクトルに割り振ることができる。

また、イメージング部２０に入射する光線は、イメージング部２０の焦点面ＦＰに配置された光線方向選択部６０によって、その光線方向に応じた位置を通過する。つまり、同一の方向の光線は、同一の位置を通過する。これより、光線方向選択部６０において、光線の方向に応じて異なる波長領域を有する光線が通過する。ここで、各波長領域は、独立であっても、独立でなくてもよい。ただし、各波長領域は異なるものとする。

本実施形態に係る光学検査方法および光学検査装置においては、色相ベクトルは、Ｍ^３通りの諧調が割り振られることが可能である。これより、光線方向選択部６０にＭ^３通りの異なる選択領域を作成しておけば、処理部５０によってＭ^３通りの異なる光線方向を識別できる。処理部５０における光線方向の識別の処理は、第１実施形態と同様である。

本実施形態に係る光学検査方法および光学検査装置においても、色相ベクトルに基づいて光線方向を推定するため、光線方向を識別することができる。光線方向選択部６０における各波長領域が独立ではない場合でも、各波長領域は異なるので色相ベクトルによってそれらの違いを識別することができる。

（第４実施形態）
以下、第４実施形態について、図を参照して詳細に説明する。本実施形態に係る光学検査装置１０の概略構成を示す斜視図を図８に示す。図８では、処理部５０の図示は省略している。

本実施形態に係る光学検査装置１０は、基本的には第２実施形態と同じであるが、さらにプロジェクター照明部９０を備える。プロジェクター照明部９０は、少なくとも２つの異なる独立な波長領域の光線を物体に投影することができる。光線の投影によって、照射野１００（プロジェクター照明部９０による照射によって明るくなった領域）が物体の表面に形成される。照射野１００には、少なくとも２つの異なる独立な波長領域の光線が異なる位置に投影される。それらの異なる位置を通過（つまり、反射あるいは透過）する光線は、３板式カメラ８０でイメージングされる。

本実施形態では、プロジェクター照明部９０は、異なる方向の３つの光線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を投影する。異なる方向の３つの光線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を、第１の光線Ｌ１、第２の光線Ｌ２、第３の光線Ｌ３とする。例えば、第１の光線Ｌ１は４５０ｎｍの波長を有し、第２の光線Ｌ２は６５０ｎｍの波長を有し、第３の光線Ｌ３は５５０ｎｍの波長を有するとする。つまり、第１の光線Ｌ１は青光であり、第２の光線Ｌ２は赤光であり、第３の光線Ｌ３は緑光であるとする。ただし、この限りではなく、波長は自由に選択できる。

プロジェクター照明部９０によって照射野１００が形成される。照射野１００は、３つの領域（第１の領域１０１、第２の領域１０２、第３の領域１０３）を有する。第１の領域１０１は、第１の光線Ｌ１の青光が照射された青色の領域であり、第２の領域１０２は、第２の光線Ｌ２の赤光が照射された赤色の領域、第３の領域１０３は、第３の光線Ｌ３の緑光が照射された緑色の領域である。

照射野１００は、光学作用的には、第２実施形態および第３実施形態における光線方向選択部６０と同等と見做せる。照射野１００からの光線は、イメージング部２０と３板式カメラ８０によってイメージングされる。３板式カメラ８０の構成は、第３実施形態で説明したとおりである。すなわち、３板式カメラ８０は３つの画像取得部を有する。３板式カメラ８０の画像取得部は、照射野１００がイメージングされた画像を取得し、画像取得部の各画素の信号強度は、処理部５０において、第１実施形態と同様に処理され、光線方向が推定される。

以上から、処理部５０において、色相ベクトルに基づいて照射野１００のどの位置から光線が通過してきたのか、すなわち光線方向が取得できる。

本実施形態に係る光学検査方法および光学検査装置においても、色相ベクトルに基づいて光線方向を推定するため、光線方向を識別することができる。

プロジェクター照明部９０は、照射野に結像した画像を投影することができるものでもよい。その場合、光線方向の同定の精度の向上を図ることができる。

以上述べた少なくともひとつの実施形態に係る光学検査方法および光学検査装置によれば、色相ベクトルから光線方向を取得することにより、光線方向を識別することが可能となる。

実施形態では、色相ベクトル生成部３０が２つの選択領域３１，３２または３つの選択領域３１，３２，３３を備える例について説明したが、色相ベクトル生成部３０が備える選択領域の個数はこれらに限定されない。色相ベクトル生成部３０は、４つ以上の選択領域を備えていてもよい。例えば、色相ベクトル生成部３０は、各選択領域を通過した光線を分光して検出できる限りにおいて、多くの選択領域を備えていてもよい。

色相ベクトル生成部３０が４つ以上の選択領域を備えている場合、４つ以上の独立した座標軸を有する多次元色相ベクトル空間と多次元色相ベクトルを設定することが可能である。このような多次元色相ベクトルを用いて光線方向を取得することにより、実施形態よりも詳細に光線方向を識別することも可能である。

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。

１０…光学検査装置、２０…イメージング部、３０…色相ベクトル生成部、３１，３２…選択領域、４０，４０ａ，４０ｂ…画像取得部、４１…画素、５０…処理部、６０…光線方向選択部、６１，６２，６３…選択領域、７０…２板式カメラ、８０…３板式カメラ、９０…プロジェクター照明部、１００…照射野、１０１，１０２，１０３…領域、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３…光線、ＯＡ…光軸、Ｌｐ…直線。

Claims (13)

1. 物点からの光線をイメージングした像点までの光線経路において、前記物点からの前記光線を、前記光線の方向に応じて、少なくとも２つの異なる互いに重複しない独立な波長領域の光線に分離し、前記少なくとも２つの異なる互いに重複しない独立な波長領域の光線の強度を独立な軸とする色相ベクトルを取得し、
   前記色相ベクトルから前記物点からの前記光線の方向に関する情報を取得する、
   光学検査方法。
2. 前記物点からの前記光線を、前記少なくとも２つの異なる互いに重複しない独立な波長領域の光線に分離する前において、少なくとも２つの異なる波長領域の光線に分離する、
   請求項１に記載の光学検査方法。
3. 前記像点のイメージングは、Ｎ板式カメラ（Ｎは２以上の整数）により行う、
   請求項１に記載の光学検査方法。
4. 少なくとも２つの異なる波長領域の光線を物体に照射して形成される照射野をイメージングした画像の各画素に対して、前記色相ベクトルの取得と前記情報の取得を行う、
   請求項１に記載の光学検査方法。
5. 前記物点からの前記光線を、前記少なくとも２つの異なる互いに重複しない独立な波長領域の光線に分離することは、前記物点からの前記光線を、互いに異なる波長領域の光線に分離して通過させる同心円状の複数の異なる波長領域を備える光線方向選択部により行う、
   請求項２に記載の光学検査方法。
6. 前記物点からの前記光線を、前記少なくとも２つの異なる互いに重複しない独立な波長領域の光線に分離することは、前記物点からの前記光線を、互いに異なる波長領域の光線に分離して通過させるストライプ状の複数の異なる波長領域を備える光線方向選択部により行う、
   請求項２に記載の光学検査方法。
7. 物点からの光線のイメージングを行うイメージング部と、
   前記物点からの前記光線をイメージングした像点までの光線経路において、前記物点からの前記光線を、前記光線の方向に応じて、少なくとも２つの異なる互いに重複しない独立な波長領域の光線に分離して通過させる色相ベクトル生成部と、
   前記色相ベクトル生成部を通過した前記少なくとも２つの異なる互いに重複しない独立な波長領域の光線でイメージングした像点を取得する画像取得部と、
   前記像点に対して前記少なくとも２つの異なる互いに重複しない独立な波長領域の光線の強度を独立な軸とする色相ベクトルを取得し、前記色相ベクトルから前記物点からの前記光線の方向に関する情報を取得する処理部と、
   を備える光学検査装置。
8. 前記物点からの前記光線を、前記色相ベクトル生成部に到達する前において、少なくとも２つの異なる互いに重複しない独立な波長領域の光線に分離して通過させる光線方向選択部をさらに備える、
   請求項７に記載の光学検査装置。
9. 前記像点をイメージングするＮ板式カメラ（Ｎは２以上の整数）を備え、前記Ｎ板式カメラは前記色相ベクトル生成部と前記画像取得部を含む、
   請求項７に記載の光学検査装置。
10. 少なくとも２つの異なる波長領域の光線を物体に照射して照射野を形成するプロジェクター照明部を備え、
    前記画像取得部は、前記イメージング部と前記色相ベクトル生成部を介して、前記照射野をイメージングした画像を取得し、
    前記処理部は、前記画像の各画素に対して、前記色相ベクトルの取得と前記情報の取得を行う、
    請求項７に記載の光学検査装置。
11. 前記光線方向選択部は、前記物点からの前記光線を、互いに異なる波長領域の光線に分離して通過させる同心円状の複数の異なる波長領域を備える、
    請求項８に記載の光学検査装置。
12. 前記光線方向選択部は、前記物点からの前記光線を、互いに異なる波長領域の光線に分離して通過させるストライプ状の複数の異なる波長領域を備える、
    請求項８に記載の光学検査装置。
13. 物点からの光線をイメージングした像点までの光線経路において、前記物点からの前記光線を、前記光線の方向に応じて、少なくとも２つの異なる互いに重複しない独立な波長領域の光線に分離し、前記少なくとも２つの異なる互いに重複しない独立な波長領域の光線の強度を独立な軸とする色相ベクトルを取得する処理と、
    前記色相ベクトルから前記物点からの前記光線の方向に関する情報を取得する処理とを
    、
    コンピュータに実施させる光学検査プログラム。