WO2022249527A1 - 検査装置及び検査方法 - Google Patents

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WO2022249527A1
WO2022249527A1 PCT/JP2022/000240 JP2022000240W WO2022249527A1 WO 2022249527 A1 WO2022249527 A1 WO 2022249527A1 JP 2022000240 W JP2022000240 W JP 2022000240W WO 2022249527 A1 WO2022249527 A1 WO 2022249527A1
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WO
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polarization
light
inspection
unit
inspected
Prior art date
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PCT/JP2022/000240
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English (en)
French (fr)
Inventor
健太郎 澤田
康之 佐藤
Original Assignee
ソニーグループ株式会社
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination

Definitions

  • This technology relates to an inspection apparatus and an inspection method for inspecting the surface of a surface to be inspected.
  • Patent Document 1 describes the optical detection of surface defects in organic thin films such as polarizing films used in organic thin film solar cells, organic EL (Electro Luminescence) displays, liquid crystal displays, and the like.
  • suitable lighting conditions differ depending on the characteristics of the defects. For example, in the detection of flaws, a dark-field observation method for detecting scattered light at defect portions is effective. On the other hand, in the detection of dents, it is effective to use linear illumination such as a fluorescent lamp to visualize changes in surface shape. For this reason, a plurality of optical systems are required, and a large number of cameras and illuminations need to be installed in order to realize inspection over a wide area.
  • the purpose of the present technology is to provide an inspection apparatus and an inspection method suitable for inspecting the surface condition of a surface to be inspected.
  • An inspection apparatus includes an irradiation section, a polarization separation section, an imaging section, and a processing section.
  • the irradiation unit irradiates the surface to be inspected with light.
  • the polarization separation section separates the light obtained from the inspection target surface irradiated with the light into a plurality of polarization components with different polarization directions.
  • the imaging section has a plurality of pixels that receive the plurality of different polarized light components separated by the polarization separation section and output pixel signals.
  • the processing unit performs filtering processing at a predetermined spatial frequency on the polarization phase difference image generated using the pixel signals output from the imaging unit.
  • the surface to be inspected may have a curved surface.
  • the area of the light emitting surface of the irradiation unit may be set larger than the surface to be inspected.
  • the processing section may generate a degree-of-polarization image using the pixel signals output from the imaging section.
  • the polarization separation unit has a plurality of polarizers that separate the light obtained from the inspection target surface into polarization components with different polarization directions, and the plurality of polarizers are arranged on the light receiving surfaces of the corresponding pixels. good too.
  • Each of the polarizers may have a polarization axis at an angle of ⁇ degrees, an angle of ( ⁇ +45) degrees, an angle of ( ⁇ +90) degrees, and an angle of ( ⁇ +135) degrees.
  • the imaging unit may have a Scheimpflug optical system.
  • the inspection method is An imaging unit having a plurality of pixels that receives light obtained from a surface to be inspected irradiated with light through a polarization separation unit that separates the light into a plurality of different polarization components and outputs pixel signals, from the pixels get the signal, A polarization phase difference image generated using the pixel signals is filtered at a predetermined spatial frequency.
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a polarization camera as another example; It is an example of an image acquired by the inspection device. It is a flow chart of an inspection method by a treating part of the above-mentioned inspection device.
  • the inspection apparatus of the present embodiment can be used, for example, for defect inspection of a glossy painted surface of a vehicle body (hereinafter sometimes simply referred to as "painted surface").
  • a painted surface forming the outer surface of a vehicle body is mainly composed of a resin.
  • the inspection device is installed, for example, in a car body painting line in an automobile manufacturing plant.
  • Defects in the painted surface of the vehicle body include, for example, convex defects, concave defects, and the like.
  • a convex defect is, for example, a bump or a sagging.
  • Blisters are foreign substances such as fibers and dust mixed in the paint, or foreign substances adhering to the paint after coating, causing the paint film to rise (convex shape).
  • Sagging refers to the fact that when painting vertical or slanted surfaces, the paint flows downward until it dries, resulting in partially uneven coating thickness. The light reflected by the spots and sagging parts tends to have less scattered reflection components.
  • Concave defects are, for example, craters, dents, and scratches.
  • Crater is a hole that the paint repels and reaches from the coating film surface to the base surface of the object to be coated. Dents are depressions that occur on the surface of the coating film due to repelling of the paint.
  • a scratch is a linear scratch such as a scratch. The light reflected at the scratched portion is mainly composed of the scattered reflection component, whereas the light reflected at the repellent or dented portion tends to have less scattered reflection component.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of an inspection apparatus 1.
  • the inspection apparatus 1 inspects defects existing on the painted surface of the vehicle body M, which is the surface 2 to be inspected.
  • the surface 2 to be inspected is the painted surface of the bonnet of the vehicle body M.
  • the inspection device 1 includes an irradiation section 5 , a polarization camera 3 , a processing section 4 and a display section 6 .
  • the inspection target surface 2 is imaged by the polarization camera 3 while the inspection target surface 2 is irradiated with the light from the irradiation unit 5 .
  • Defect inspection of the coated surface is performed by observing the state change (polarization state change) of the light due to reflection on the inspection target surface 2 in the imaging results. A detailed description will be given below.
  • the irradiation unit 5 is a surface illuminator that irradiates the inspection target surface 2 with light.
  • the light emitted from the irradiation unit 5 may be polarized light with a known polarization state, such as circularly polarized light or linearly polarized light, or may be non-polarized light. Circularly polarized light includes elliptically polarized light.
  • the light from the irradiation unit 5 is obliquely incident on the surface 2 to be inspected.
  • FIG. 2A to 2C each show a configuration example of the irradiation unit 5.
  • FIG. 2A when the irradiation section 5 emits non-polarized light, the irradiation section 5 has a light source 50, for example.
  • the light source 50 is, for example, a white light source.
  • FIG. 2B when the irradiation unit 5 emits linearly polarized light, the irradiation unit 5 has a light source 50 and a polarizing plate 51 .
  • the polarizing plate 51 converts non-polarized light from the light source 50 into linearly polarized light.
  • FIG. 2A when the irradiation section 5 emits non-polarized light, the irradiation section 5 has a light source 50, for example.
  • the light source 50 is, for example, a white light source.
  • FIG. 2B when the irradiation unit 5 emits linearly polarized light, the irradiation unit 5 has a light source 50 and
  • the irradiation unit 5 when the irradiation unit 5 emits circularly polarized light, the irradiation unit 5 has a light source 50 , a polarizing plate 51 and a quarter-wave plate 52 .
  • the polarizing plate 51 converts the non-polarized light emitted from the light source 50 into linearly polarized light
  • the quarter-wave plate 52 converts the linearly polarized light into circularly polarized light.
  • the light source 50 is configured in a panel shape, for example, by disposing a diffusion plate on an LED substrate in which a plurality of LEDs are arranged on a wiring substrate at equal intervals. Further, the light source 50 may be configured by arranging a diffusion plate on a fluorescent lamp group in which a plurality of elongated fluorescent lamps are arranged, and is not particularly limited.
  • the body of the vehicle body M which is the surface to be inspected, typically does not consist only of a flat surface with zero curvature, but has a surface with a curvature (curved surface).
  • the body of the vehicle body M has a different curvature depending on the part, and the inclination of the surface differs depending on the part.
  • “having a curvature” indicates that the curvature is other than zero.
  • the area of the light emitting surface of the irradiation unit 5 is sufficiently large in consideration of the light reflection direction due to the curved shape of the body of the vehicle body M.
  • the inspection object can be inspected. Even if the surface 2 has a curved surface, it is possible to inspect the curved surface with a specular reflection optical system.
  • the hood shown in FIG. 1 is the surface to be inspected
  • the size of the light emitting surface of the irradiation unit 5 in the horizontal direction and the vertical direction is about 200 cm to 250 cm. be able to.
  • the size of the light emitting surface of the irradiation unit 5 can be made larger than the surface to be inspected.
  • the numerical value is an example, and is not limited to this.
  • the best sensitivity can be obtained by arranging the irradiation unit and the polarization camera (imaging unit) at an angle centered on Brewster's angle. Arrangement angles other than the angle around Brewster's angle are also feasible.
  • the polarization camera 3 can acquire polarization information of a subject (surface to be inspected).
  • the number of polarizing cameras 3 to be installed is appropriately set according to the size of the surface to be inspected, and one or a plurality of cameras are installed.
  • 3 and 4 are schematic diagrams showing structural examples of the polarization camera 3, respectively. A polarization camera having either configuration of FIGS. 3 and 4 may be used.
  • FIG. 3A is a schematic diagram showing an example of the polarization camera 3.
  • the polarization camera 3 has an image sensor 32 as an imaging section and a polarization unit 31 as a polarization separating section.
  • Polarization unit 31 has a plurality of polarizers 34 .
  • a configuration without color filters will be described, but the polarization camera 3 may have color filters.
  • FIG. 3(B) is a schematic diagram showing an example of the arrangement of the light receiving modifiers in which the polarizers 34 are arranged corresponding to the pixels 33 of the image sensor 32 .
  • FIG. 3B schematically illustrates a plurality of pixels 33 in which polarizers 34 (polarization units 31) are arranged.
  • the image sensor 32 has a plurality of pixels 33 each capable of outputting a pixel signal. As shown in FIG. 3B, the plurality of pixels 33 are arranged in a two-dimensional matrix on the light receiving surface of the image sensor 32 along two directions (X direction and Y direction) perpendicular to each other. The image sensor 32 detects the intensity of incident light incident on each pixel 33 and outputs the detection result as a pixel signal.
  • the specific configuration of the image sensor 32 is not limited, and for example, a CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) sensor, a CCD (Charge Coupled Device) sensor, or the like may be used as appropriate.
  • CMOS Complementary Metal-Oxide Semiconductor
  • CCD Charge Coupled Device
  • the polarization unit 31 separates the light (reflected light) obtained from the inspection target surface 2 irradiated with the light from the irradiation unit 5 into a plurality of different polarized components.
  • the light separated into different polarization components is incident on pixels 33 of image sensor 32 .
  • the polarization unit 31 has a plurality of polarizers 34 arranged on the light receiving surface 35 side of the image sensor 32 .
  • Light (reflected light) obtained from the inspection target surface 2 is incident on the light receiving surface 35 of the image sensor 32 via the polarization unit 31 .
  • the intensity (brightness) of the optical image at the position of each pixel 33 is detected as a pixel signal. This makes it possible to observe the image of the surface 2 to be inspected and the like.
  • Each polarizer 34 has a size approximately equal to the size of the plurality of pixels 33 of the image sensor 32 and is arranged corresponding to the plurality of pixels 33 of the image sensor 32 . That is, the polarization unit 31 is configured such that one polarizer 34 is arranged on the light receiving surface 35 side of one pixel 33 . Therefore, the number of multiple polarizers 34 and the number of multiple pixels 33 are equal to each other.
  • the plurality of polarizers 34 have polarization axes in different polarization directions. For example, when light is incident on a certain polarizer 34, a polarization component (linearly polarized light) having a polarization direction parallel to the polarization axis of the polarizer 34 is extracted.
  • the polarizer 34a has a polarization axis with a polarization direction of angle ⁇ degrees.
  • the polarization direction at the angle ⁇ degrees is taken as the reference direction. In this embodiment, the angle ⁇ degrees is 0 degrees.
  • the polarizer 34b has a polarization axis with a polarization direction at an angle of ( ⁇ +45) degrees.
  • the polarizer 34c has a polarization axis with a polarization direction at an angle of ( ⁇ +90) degrees. In other words, it has a polarization axis at an angle of 90 degrees, rotated 90 degrees from the reference direction in a predetermined direction.
  • the polarizer 34d has a polarization axis with a polarization direction at an angle of ( ⁇ +135) degrees. In other words, it has a polarization axis at an angle of 135 degrees, rotated 135 degrees from the reference direction in a predetermined direction.
  • the light obtained from the surface 2 to be inspected enters the polarization unit 31 (a plurality of polarizers 34).
  • the plurality of polarizers 34 extract polarized light components parallel to the respective polarization axes from the incident light, and allow the extracted polarized light components to enter the corresponding pixels 33 . It can also be said that the plurality of polarizers 34 controls the polarization direction of light traveling toward the corresponding pixels 33 .
  • the plurality of polarizers 34 are formed on the light-receiving surface 35 side of each pixel 33 in accordance with the process of generating the plurality of pixels 33 of the image sensor 32, for example. That is, the polarizing unit 31 is composed of a plurality of polarizers 34 formed on a plurality of pixels 33 .
  • a specific configuration of the polarizer 34 is not limited, and a polarizer 34 using a wire grid, a liquid crystal element, a polarizing film, or the like may be used as appropriate.
  • the polarization camera may have the configuration shown in FIG.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of another polarization camera 3.
  • the polarization camera 3 shown in FIG. 4 has an image sensor 37 as an imaging section and a rotatable polarizing plate 36 as a polarization separating section.
  • a configuration without color filters will be described, but the polarization camera 3 may have color filters.
  • Image sensor 37 has a plurality of pixels each capable of outputting a pixel signal.
  • a CMOS sensor, a CCD sensor, or the like may be used as appropriate.
  • a rotatable polarizing plate 36 is provided on the light receiving surface side of the polarization camera 3 . By rotating the polarizing plate 36, the light obtained from the surface 2 to be inspected is separated into a plurality of polarization components with different polarization directions in a time division manner. The separated light is incident on pixels of the image sensor 37, and pixel signals are output from each pixel.
  • a plurality of images are captured while the polarizing plate 36 is rotated to obtain a plurality of polarized images in different polarization directions.
  • the polarization camera 3 having the structure shown in FIG.
  • the polarization camera 3 shown in FIG. It is enough to take an image of a degree. In this way, by using the polarization camera 3 shown in FIG. 3, inspection time can be shortened, and efficient inspection can be performed.
  • the image sensor 32 captures an image of the surface to be inspected through a lens (objective lens or imaging lens) not shown.
  • the polarization camera 3 may be a camera with Scheimpflug optics. Since the present technology observes a change in the state of light due to reflection (a change in the state of polarization), it is preferable that the irradiation unit 5 and the polarizing camera 3 are placed in a specular reflection arrangement. The irradiation unit 5 is arranged so that the light from .
  • the focus in the depth direction may be blurred due to the depth of focus of the lens, but by using a camera with a Scheimpflug optical system, it is possible to obtain a wide range of high-definition images in the depth direction.
  • the depth of field of the camera may cause the front and back of the field of view to be out of focus, but the Scheimpflug optical system can avoid this.
  • a camera having a Scheimpflug optical system has a movable mechanism that changes, for example, the angle between the lens and the horizontal plane so that the surface to be inspected, the main surface of the lens, and the light receiving surface of the image sensor 32 satisfy the Scheimpflug conditions. have.
  • the display unit 6 displays an image of the surface to be inspected 2 processed by the processing unit 4 so as to be suitable for defect inspection.
  • a display device such as a liquid crystal monitor is used.
  • the display unit 6 is installed near the vehicle body painting line. As a result, the inspector can check the image displayed on the display unit 6 and inspect the surface 2 to be inspected for defects.
  • the processing unit 4 uses the pixel signal of each pixel 33 output from the image sensor 32 to calculate the polarization parameter.
  • the processing unit 4 uses the polarization parameters to process the pixel signals so as to obtain an image suitable for defect inspection of the inspection target surface 2 .
  • a spatial frequency optimized image is generated by filtering a polarization phase difference image obtained using a polarization parameter at a predetermined spatial frequency. Based on the spatial frequency optimized image, it is possible to simultaneously detect a plurality of types of defects on the inspection target surface 2 from one image with high accuracy.
  • the processing performed by the processing unit 4 will be described below with reference to FIG. 5A to 5D are images generated using the same pixel signals of the surface 2 to be inspected.
  • the surface 2 to be inspected has a curved surface.
  • the surface 2 to be inspected has three types of defects: spots 22 , scratches 21 , and dents 23 .
  • the wide linear object located at the upper left is the confirmation tape used to confirm the position of the dent, and is the original inspection target. It does not indicate the shape or defect of the surface.
  • the “original shape of the surface to be inspected” refers to the shape of the surface to be inspected in a defect-free state.
  • FIG. 5A shows an image obtained by averaging four polarization images based on pixel signals of each pixel 33 corresponding to each of the polarizers 34a to 34d output from the image sensor 32.
  • FIG. FIG. 5B is a degree of polarization image that visualizes the distribution of the degree of polarization (DoP), which is the polarization parameter calculated using the pixel signal of each pixel 33 output from the image sensor 32 .
  • DoP degree of polarization
  • FIG. 5C is a polarization phase difference image that visualizes the distribution of the polarization phase difference, which is the polarization parameter calculated using the pixel signal of each pixel 33 output from the image sensor 32 .
  • a polarization phase difference will be described later.
  • FIG. 5(D) is a spatial frequency optimized image after filtering the polarization phase difference image of FIG. 5(C) at a predetermined spatial frequency. Filtering processing will be described later.
  • FIG. 5(A) there is a dark and light area that bisects the left and right as a whole. This is because the difference in inclination of the surface, which is the original shape of the surface 2 to be inspected, appears as a shade of color.
  • scratches 21 and spots 22 can be recognized, but dents 23 are difficult to recognize.
  • a plurality of different types of defects such as scratches 21, bumps 22, and dents 23 can be detected even if the inspection target surface 2 has a curved surface by filtering the polarization phase difference image at a predetermined spatial frequency. It is possible to easily detect from a single image. A detailed description will be given below.
  • the processing unit 4 uses the pixel signal of each pixel 33 output from the image sensor 32 to calculate the Stokes vector S (S0, S1, S2) of each pixel 33 according to the following equation (1).
  • the Stokes vector S is the polarization parameter.
  • I0 indicates the luminance data (pixel signal) of the pixel 33 corresponding to the polarizer 34a having the polarization axis in the reference direction.
  • I45 indicates luminance data (pixel signal) in the pixel 33 corresponding to the polarizer 34b having the polarization axis rotated 45° from the reference direction in a predetermined direction.
  • I 90 indicates luminance data (pixel signal) in the pixel 33 corresponding to the polarizer 34c having the polarization axis rotated 90° from the reference direction in a predetermined direction.
  • I 135 indicates luminance data (pixel signal) in the pixel 33 corresponding to the polarizer 34d with the polarization axis rotated 135° from the reference direction in a predetermined direction.
  • Luminance data is intensity (brightness) data.
  • the processing unit 4 uses the Stokes vector obtained above to calculate the degree of polarization DoP according to the following equation (2).
  • the degree of polarization DoP is a polarization parameter.
  • the processing unit 4 generates a degree of polarization image that visualizes the distribution of the degree of polarization DoP.
  • the flaw 21 can be clearly recognized in the degree of polarization image that visualizes the distribution of the degree of polarization DoP calculated by the above equation (2). Since the main component of the light obtained from the scratch 21 is the scattered reflection component, observation of the degree of polarization is suitable for detecting the scratch 21 . On the other hand, it is difficult to detect the bumps 22 and the dents 23 by observing the degree of polarization.
  • the processing unit 4 uses the Stokes vector obtained above to calculate the polarization phase difference ⁇ by the following equation (3).
  • the polarization phase difference ⁇ is a polarization parameter.
  • the processing unit 4 generates a phase difference image that visualizes the distribution of the polarization phase difference ⁇ .
  • scratches 21, spots 22, and dents 23 can be recognized in the phase difference image that visualizes the distribution of the polarization phase difference ⁇ calculated by the above equation (3).
  • Observation of the polarization phase difference is suitable for detecting the scratches 21 , the spots 22 and the dents 23 because the reflection angle of the specular reflection changes in the light obtained from the uneven portions such as the scratches 21 , the spots 22 and the dents 23 .
  • the surface 2 to be inspected has a curved surface as shown in FIG. ) appears. For this reason, it is difficult to distinguish between changes in the reflection angle of specular reflection caused by the original shape of the inspection target surface 2 and changes in the reflection angle caused by defects.
  • the processing unit 4 filters the polarization phase difference image at a predetermined spatial frequency to generate a spatial frequency optimum image. More specifically, a high-pass filter is used to leave high spatial frequency components contained in the polarization phase difference image and remove low spatial frequency components. Thereby, it is possible to separate the change in the reflection angle of the specular reflection caused by the original shape of the inspection target surface 2 from the change in the reflection angle due to the defect.
  • the cutoff frequency during filtering can be appropriately set according to the curvature of the surface 2 to be inspected. With this technology, defect inspection can be performed without changing the relative positions of the irradiation unit 5 and the polarization camera 3 . Therefore, since the area of the surface to be inspected can be grasped in advance, the cutoff frequency can be set in advance according to the curvature of the surface to be inspected.
  • the boundary portion between the surfaces with different inclinations has a brightness of Since it is a portion with a sharp change, that is, a portion with a high spatial frequency, it appears as a substantially straight line extending vertically so as to bisect the left and right sides of the image.
  • portions other than the boundary do not appear on the image because they have low spatial frequencies.
  • the spatial frequency optimized image is an image in which at least part of the information relating to the original shape of the inspection target surface 2 has disappeared.
  • the spatial frequency optimized image becomes an image in which defects such as scratches 21, bumps 22, and dents 23, which have locally large changes, are more conspicuous. Therefore, the defect can be recognized more clearly, and the defect detection accuracy is improved.
  • the polarization phase difference image obtained using the pixel signals output from the image sensor 32 is filtered at a predetermined spatial frequency.
  • the inspection target surface 2 has a curved surface shape, it is possible to simultaneously detect multiple different types of defects such as scratches 21, bumps 22, and dents 23 from a single spatial frequency optimized image with high accuracy.
  • the inspection time can be shortened, and the inspection efficiency is greatly improved.
  • the light emitting surface of the irradiation unit 5 since the light emitting surface of the irradiation unit 5 has a large area, it is possible to expand the inspectable area.
  • the polarization degree image (see FIG. 5(B)) may also be observed. As a result, the detection accuracy of flaws can be further improved.
  • This technology is an inspection device that is suitable for inspecting the surface condition of the inspection target surface. It can detect multiple types of defects simply by waveform processing of pixel signals obtained from the polarization camera without moving the polarization camera or the irradiation unit. It is possible to inspect. Since it is not necessary to set lighting conditions suitable for each different defect in order to inspect multiple types of defects as in the conventional method, this technology makes it possible to reduce the number of optical systems and lighting used in the inspection process. . In addition, by performing defect inspection by looking at the spatial frequency optimum image, it is possible to suppress the occurrence of inspection errors and inspection omissions due to variations in inspection by different inspectors compared to conventional visual defect inspection. Stable defect inspection work can be performed with inspection accuracy.
  • the processing unit 4 acquires a pixel signal for each pixel 33 output from the image sensor 32 of the polarization camera 3 that captures an image of the inspection target surface 2 irradiated with light from the irradiation unit 5 (ST1 ).
  • the processing unit 4 uses the acquired pixel signals to calculate polarization parameters such as the Stokes vector S, the polarization phase difference ⁇ , and the degree of polarization DoP (ST2).
  • the processing unit 4 filters the polarization phase difference image based on the calculated polarization phase difference ⁇ at a predetermined spatial frequency (ST3) to generate a spatial frequency optimized image.
  • the generated spatial frequency optimized image is output to the display section 6 and displayed on the display section 6 . Defect inspection is performed by an inspector observing the spatial frequency optimized image.
  • the processing unit 4 may also generate a degree of polarization image based on the calculated degree of polarization DoP.
  • the spatial frequency optimized image and the degree of polarization image are output to the display section 6 and displayed on the display section 6 .
  • a defect inspection may be performed by an inspector observing these images.
  • Embodiments of the present technology are not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible without departing from the gist of the present technology.
  • the example in which the surface to be inspected is the glossy painted surface of the vehicle body has been given, but the present invention is not limited to this.
  • it can be applied to surface inspection of arbitrary glossy coated surfaces, resin molded products, semiconductor wafers, transparent parts such as glass and resin, and tablets.
  • the present technology can also be applied to inspection of a flat surface.
  • the present technology by filtering, it is possible to distinguish between changes in the reflection angle of the reflected light caused by the original shape of the surface to be inspected and changes in the reflection angle caused by defects. It is particularly effective for defect inspection of a surface to be inspected having
  • This technique can also take the following configurations.
  • an irradiation unit that irradiates a surface to be inspected with light; a polarization separation unit that separates the light obtained from the inspection target surface irradiated with the light into a plurality of polarization components with different polarization directions; an imaging unit having a plurality of pixels that receives the light of the plurality of different polarization components separated by the polarization separation unit and outputs pixel signals; a processing unit that performs filtering processing at a predetermined spatial frequency on a polarization phase difference image generated using the pixel signal output from the imaging unit;
  • An inspection device comprising: (2) The inspection apparatus according to (1) above, The inspection device, wherein the surface to be inspected has a curved surface.
  • the inspection apparatus according to (1) or (2) above, The inspection apparatus, wherein an area of a light emitting surface of the irradiation unit is set larger than the surface to be inspected.
  • the inspection apparatus according to any one of (1) to (3) above, The inspection device, wherein the processing unit generates a degree-of-polarization image using the pixel signals output from the imaging unit.
  • the polarization separation unit has a plurality of polarizers that separate the light obtained from the inspection target surface into polarization components with different polarization directions, and the plurality of polarizers are arranged on the light receiving surfaces of the corresponding pixels. inspection equipment.
  • Each of the polarizers has a polarization axis at an angle of ⁇ degrees, an angle of ( ⁇ +45) degrees, an angle of ( ⁇ +90) degrees, and an angle of ( ⁇ +135) degrees.
  • the inspection apparatus according to any one of (1) to (6) above, The inspection apparatus, wherein the imaging unit has a Scheimpflug optical system.

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Abstract

【課題】検査対象面の表面状態の検査に適した検査装置及び検査方法を提供すること。 【解決手段】本技術に係る検査装置は、照射部と、偏光分離部と、撮像部と、処理部と、を具備する。上記照射部は、光を検査対象面に照射する。上記偏光分離部は、上記光が照射された上記検査対象面から得られる光を、複数の異なる偏光方向の偏光成分に分離する。上記撮像部は、上記偏光分離部で分離された上記複数の異なる偏光成分の光を受光し、画素信号を出力する、複数の画素を有する。上記処理部は、上記撮像部から出力される上記画素信号を用いて生成した偏光位相差画像を所定の空間周波数でフィルタリング処理する。

Description

検査装置及び検査方法
　本技術は、検査対象面の表面を検査する検査装置及び検査方法に関する。
　従来、例えば自動車のボディ等の光沢曲面の塗装面の欠陥検査は、検査者の目視により行われている。この際、検査者は照明に対して自身の観察位置を変化させて照明条件を変化させて、キズや凹凸等の欠陥を検出する。
　このような検査者の目視による欠陥検査では、検査者によって検査精度のばらつきが生じてしまう場合がある。また、大型の自動車の検査には複数の検査者が必要になり人件費が生産コストをあげてしまう要因となる場合がある。そのため、欠陥検査の自動化が望まれており、近年は、光学的に表面欠陥を検査する検査装置の開発が進められている。
　特許文献１には、有機薄膜太陽電池、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ、液晶表示ディスプレイ等に用いられる偏光フィルム等の有機薄膜の表面欠陥を光学的に検出することが記載されている。
　また、複数種類の欠陥を検査する場合、欠陥の特徴に応じて、適した照明条件が異なってくる。例えば、キズの検出では、欠陥部分での散乱光を検出する暗視野観察の手法が有効である。一方、へこみの検出では、蛍光灯等の直線形状の照明を使用し、表面の形状の変化を可視化する手法が有効である。このため、複数の光学系が必要となり、また広範囲の検査を実現するために多数のカメラや照明の設置が必要となってくる。
特開２０１７－１１６２９４号公報
　検査対象面の欠陥検出において、広範囲で複数種類の欠陥を検出する手法が求められている。
　以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、検査対象面の表面状態の検査に適した検査装置及び検査方法を提供することにある。
　本技術に係る検査装置は、照射部と、偏光分離部と、撮像部と、処理部と、を具備する。
　上記照射部は、光を検査対象面に照射する。
　上記偏光分離部は、上記光が照射された上記検査対象面から得られる光を、複数の異なる偏光方向の偏光成分に分離する。
　上記撮像部は、上記偏光分離部で分離された上記複数の異なる偏光成分の光を受光し、画素信号を出力する、複数の画素を有する。
　上記処理部は、上記撮像部から出力される上記画素信号を用いて生成した偏光位相差画像を所定の空間周波数でフィルタリング処理する。
　このような構成によれば、検査対象面における複数の異なる種類の欠陥の検出が可能となる。
　上記検査対象面は曲面を有していてもよい。
　上記照射部の発光面の面積は、上記検査対象面よりも大きく設定されてもよい。
　上記処理部は、上記撮像部から出力される上記画素信号を用いて偏光度画像を生成してもよい。
　上記偏光分離部は、上記検査対象面から得られる光を異なる偏光方向の偏光成分に分離する複数の偏光子を有し、複数の上記偏光子はそれぞれ対応する上記画素の受光面に配置されてもよい。
　上記偏光子それぞれは、角度α度、角度（α+４５）度、角度（α+９０）度、角度（α+１３５）度の偏光軸を有してもよい。
　上記撮像部は、シャインプルーフ光学系を有してもよい。
　本技術に係る検査方法は、
　光が照射された検査対象面から得られる光を、複数の異なる偏光成分に光を分離する偏光分離部を介して受光し、画素信号を出力する、複数の画素を有する撮像部から、前記画素信号を取得し、
　前記画素信号を用いて生成した偏光位相差画像を所定の空間周波数でフィルタリング処理する。
本技術の一実施形態に係る検査装置の全体構成を示す模式図である。 上記検査装置の一部を構成する照射部の概略構成図である。 上記検査装置の一部を構成する偏光カメラの概略構成図である。 他の例としての偏光カメラの概略構成図である。 上記検査装置により取得される画像例である。 上記検査装置の処理部による検査方法のフロー図である。
　以下、本技術に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。本実施形態の検査装置は、例えば車体の光沢塗装面（以下、単に「塗装面」ということがある。）の欠陥検査に用いることができる。車体の外表面を構成する塗装面は樹脂を主成分として構成される。
　検査装置は、例えば、自動車製造工場の車体塗装ラインに設けられる。
　車体の塗装面における欠陥には、例えば、凸状の欠陥、凹状の欠陥等がある。
　凸状の欠陥は、例えばブツやタレ等である。ブツとは、塗料に混入した繊維や砂ぼこり等の異物や、塗装後に付着した異物による塗膜の降起（凸状）現象である。タレは、垂直面や傾斜面の塗装時、乾燥するまでに塗料が下方に流れ、部分的に塗装膜厚が不均一になることをいう。ブツやタレの部位で反射した光は散乱反射成分が少ない傾向にある。
　凹状の欠陥は、例えばハジキ、へこみ、キズ等である。ハジキは、塗料がはじいて、塗膜面から被塗物の素地面にまで達する穴である。へこみは、塗料がはじいて塗膜面に発生するくぼみである。キズは、掻きキズのような線状のキズである。キズの部位で反射した光は散乱反射成分が主成分となるのに対し、ハジキやへこみの部位で反射した光は散乱反射成分が少ない傾向にある。
［検査装置の構成］
　図１は、検査装置１の全体構成を示す模式図である。
　検査装置１は、検査対象面２である車体Ｍの塗装面に存在する欠陥を検査する。図１に示す例では、検査対象面２は車体Ｍのボンネットの塗装面である。
　検査装置１は、照射部５と、偏光カメラ３と、処理部４と、表示部６と、を備える。
　検査装置１による欠陥検査では、検査対象面２に照射部５からの光が照射された状態で、偏光カメラ３により検査対象面２が撮像される。該撮像結果において、検査対象面２での反射による光の状態変化（偏光状態の変化）を観察することによって塗装面の欠陥検査が行われる。以下、詳細に説明する。
　（照射部）
　照射部５は、検査対象面２に光を照射する面照明である。照射部５から出射される光は、円偏光、直線偏光といった偏光状態が既知の偏光であってもよいし、無偏光であってもよい。尚、円偏光には、楕円偏光も含まれるとする。照射部５からの光は、検査対象面２に対し斜めに入射される。
　図２（Ａ）～（Ｃ）それぞれは、照射部５の構成例を示す。
　図２（Ａ）に示すように、照射部５が無偏光を出射する場合、照射部５は例えば光源５０を有する。該光源５０は、例えば白色光源である。
　図２（Ｂ）に示すように、照射部５が直線偏光を出射する場合、照射部５は、光源５０と、偏光板５１と、を有する。偏光板５１は、光源５０からの無偏光を直線偏光に変換する。
　図２（Ｃ）に示すように、照射部５が円偏光を出射する場合、照射部５は、光源５０と、偏光板５１と、１／４波長板５２と、を有する。偏光板５１は、光源５０から出射される無偏光を直線偏光に変換し、１／４波長板５２は直線偏光を円偏光に変換する。
　上記光源５０は、例えば配線基板上に複数のＬＥＤが均等な間隔で配置されたＬＥＤ基板上に拡散板が配置され、パネル状に構成される。また、光源５０は、複数の細長い蛍光灯を並べた蛍光灯群上に拡散板が配置されて構成されてもよく、特に限定されない。
　ここで、検査対象面となる車体Ｍのボディは、典型的には、曲率がゼロの平坦面のみから構成されてはおらず、曲率を持つ面（曲面）を有して構成される。また、車体Ｍのボディは、部位によって曲率が異なっていたり、部位によって面の傾きが異なっている。
　ここで、「曲率を持つ」とは、曲率がゼロ以外であることを示す。
　このような車体Ｍのボディの曲面形状による光の反射方向を考慮して、照射部５の発光面の面積を十分に大きく設定することが好ましい。照射部５から照射され検査対象面２で正反射（鏡面反射）した光の光軸上に偏光カメラ３が位置するように、照射部５の発光面の面積を大きく構成することにより、検査対象面２が曲面を有していても、曲面上を正反射の光学系で検査することが可能となる。このように、照射部５の発光面を大面積にすることにより、照射部５と偏光カメラ３を正反射の配置にすることができる。
　本技術では、検査対象面２での光の反射による偏光状態の変化を観察することによって検査対象面２の欠陥を検出する。そのため、照射部５の発光面を大面積にして照射部５と偏光カメラ３を正反射の配置にすることで、検査対象面２が曲面を有していても、曲面上を正反射の光学系で検査することが可能となり、欠陥検出の精度を高くすることができる。
　図１に示すボンネットを検査対象面とする例では、車体Ｍの幅方向の寸法が１７０ｃｍである場合、照射部５の発光面の横方向及び縦方向の大きさはそれぞれ２００ｃｍ～２５０ｃｍ程度とすることができる。このように、照射部５の発光面の大きさを検査対象面よりも大きくすることができる。尚、数値は一例であり、これに限定されない。
　尚、本技術では、偏光を利用して検査を行うため、ブリュースター角を中心とする角度に照射部と偏光カメラ（撮像部）を配置すると最も感度が得られるが、機器の配置によっては、ブリュースター角を中心とする角度以外の配置角度であっても実現可能である。
　（偏光カメラ）
　偏光カメラ３は、被写体（検査対象面）がもつ偏光情報を取得することができる。設置される偏光カメラ３の数は、検査対象面の大きさによって適宜設定され、１つ、又は、複数設置される。
　図３及び図４は、それぞれ偏光カメラ３の構造例を示す模式図である。図３及び図４のいずれの構成の偏光カメラを用いてもよい。
　図３（Ａ）は偏光カメラ３の一例を示す模式図である。
　図３（Ａ）に示すように、偏光カメラ３は、撮像部としてのイメージセンサ３２と、偏光分離部としての偏光ユニット３１を有する。偏光ユニット３１は複数の偏光子３４を有する。ここでは、カラーフィルタを有さない構成について説明するが、偏光カメラ３はカラーフィルタを有していてもよい。
　図３（Ｂ）はイメージセンサ３２の画素３３に対応して偏光子３４が配置された受光変更子の配列の一例を示す模式図である。図３（Ｂ）では、偏光子３４（偏光ユニット３１）が配置された複数の画素３３が模式的に図示されている。
　イメージセンサ３２は、各々が画素信号を出力可能な複数の画素３３を有する。図３（Ｂ）に示すように、複数の画素３３は、イメージセンサ３２の受光面に互いに直交する２つの方向（Ｘ方向、Ｙ方向）に沿って二次元マトリクス状に配列される。イメージセンサ３２では、各画素３３に入射する入射光の強度が検出され、その検出結果が画素信号として出力される。
　イメージセンサ３２の具体的な構成は限定されず、例えば、ＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）センサやＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサ等が適宜用いられてよい。
　偏光ユニット３１は、照射部５からの光が照射された検査対象面２から得られる光（反射光）を、複数の異なる偏光成分に分離する。異なる偏光成分に分離された光はイメージセンサ３２の画素３３に入射される。
　より詳細には、偏光ユニット３１は、イメージセンサ３２の受光面３５側に配置される複数の偏光子３４を有する。イメージセンサ３２の受光面３５には、検査対象面２から得られる光（反射光）が、偏光ユニット３１を介して、入射される。そして、各画素３３の位置における光学像の強度（明るさ）が画素信号として検出される。これにより、検査対象面２の画像観察等を実現することが可能となる。
　各偏光子３４は、それぞれがイメージセンサ３２の複数の画素３３のサイズと略等しいサイズであり、イメージセンサ３２の複数の画素３３に対応して配置される。すなわち、１つの画素３３の受光面３５側に、１つの偏光子３４が配置されるように、偏光ユニット３１が構成される。従って複数の偏光子３４の数と、複数の画素３３の数とは互いに等しくなる。
　複数の偏光子３４は、それぞれ異なる偏光方向の偏光軸を有する。例えば、ある偏光子３４に光が入射すると、その偏光子３４の偏光軸に平行な偏光方向を有する偏光成分（直線偏光）が抽出される。
　図３（Ｂ）において、偏光子３４ａは、角度α度の偏光方向の偏光軸を有する。角度α度の偏光方向を基準方向とする。本実施形態において、角度α度を０度とする。
　偏光子３４ｂは、角度（α＋４５）度の偏光方向の偏光軸を有する。言い換えると基準方向から所定方向に４５°回転させた、角度４５度の偏光軸を有する。
　偏光子３４ｃは、角度（α＋９０）度の偏光方向の偏光軸を有する。言い換えると基準方向から所定方向に９０°回転させた、角度９０度の偏光軸を有する。
　偏光子３４ｄは、角度（α＋１３５）度の偏光方向の偏光軸を有する。言い換えると基準方向から所定方向に１３５°回転させた、角度１３５度の偏光軸を有する。
　偏光カメラ３では、検査対象面２から得られる光が、偏光ユニット３１（複数の偏光子３４）に入射する。複数の偏光子３４は、入射した光から各々の偏光軸に平行な偏光成分を抽出し、抽出した偏光成分を対応する画素３３に入射させる。複数の偏光子３４は、対応する画素３３に向けて進行する光の偏光方向を制御するとも言える。
　複数の偏光子３４は、例えばイメージセンサ３２の複数の画素３３を生成するプロセスに合わせて、各画素３３の受光面３５側に形成される。すなわち、複数の画素３３上に形成された複数の偏光子３４により偏光ユニット３１が構成される。偏光子３４の具体的な構成は限定されず、ワイヤーグリッド、液晶素子、偏光フィルム等を用いた偏光子３４が適宜用いられてよい。
　このように、図３に示す偏光カメラ３では、１回の撮像で得られる画素信号から、異なる偏光方向毎の画素信号、言い換えると偏光画像を取得することができる。
　また、偏光カメラは、図４に示す構成であってもよい。図４は他の偏光カメラ３の一例を示す模式図である。
　図４に示す偏光カメラ３は、撮像部としてのイメージセンサ３７と、偏光分離部としての回転可能な偏光板３６を有する。ここでは、カラーフィルタを有さない構成について説明するが、偏光カメラ３はカラーフィルタを有していてもよい。
　イメージセンサ３７は、各々が画素信号を出力可能な複数の画素を有する。イメージセンサ３７として、ＣＭＯＳセンサやＣＣＤセンサ等が適宜用いられてよい。
　回転可能な偏光板３６は、偏光カメラ３の受光面側に設けられる。偏光板３６を回転することにより、検査対象面２から得られる光を、時分割で複数の異なる偏光方向の偏光成分に分離する。分離された光はイメージセンサ３７の画素に入射され、各画素から画素信号が出力される。
　図４に示す偏光カメラ３では、偏光板３６を回転しながら複数枚の撮像を行い、複数の異なる偏光方向の偏光画像を取得する。
　尚、検査時間の短縮の観点から、図３に示す構造の偏光カメラ３を用いることがより好ましい。複数の異なる偏光方向の画素信号を取得するために、図４に示す偏光カメラ３では偏光板３６を回転させて複数枚の撮像が必要であるのに対し、図３に示す偏光カメラ３では１度の撮像ですむ。このように、図３に示す偏光カメラ３を用いることにより、検査時間を短縮することができ、効率の良い検査を行うことができる。
　偏光カメラ３において、イメージセンサ３２は、図示しないレンズ（対物レンズや結像レンズ）を介して検査対象面を撮像する。
　偏光カメラ３はシャインプルーフ光学系を有するカメラであってもよい。
　本技術では反射による光の状態変化（偏光状態の変化）を観察するため、照射部５と偏光カメラ３とを正反射の配置にすることが好ましく、検査対象面２に対し斜めに照射部５からの光が入射するように照射部５は配置される。この際、レンズの焦点深度の影響により奥行方向のピントがぼける場合があるが、シャインプルーフ光学系を有するカメラを用いることにより、奥行方向に広範囲で高精細な画像を取得することができる。例えば、斜めに視野を持つ場合、カメラの被写界深度により、視野内の手前と奥のフォーカスが合わないことが発生するが、シャインプルーフ光学系によって、それを回避することができる。
　シャインプルーフ光学系を有するカメラは、検査対象面、レンズの主面、及び、イメージセンサ３２の受光面がシャインプルーフの条件を満たすように、例えばレンズと水平面との間の角度を変える可動機構を有する。
　（表示部）
　表示部６は、欠陥検査に適した画像となるように処理部４により処理された検査対象面２の画像等を表示する。表示部６としては、例えば液晶モニタ等の表示装置が用いられる。表示部６は、車体塗装ラインの近傍に設置される。これにより、検査者は表示部６に表示された画像を確認しながら、検査対象面２の欠陥検査を行うことが可能となる。
　（処理部）
　処理部４は、イメージセンサ３２から出力された画素３３毎の画素信号を用いて偏光パラメータを算出する。処理部４は、該偏光パラメータを用いて、検査対象面２の欠陥検査に適した画像となるように画素信号を処理する。
　本技術においては、偏光パラメータを用いて求めた偏光位相差画像を所定の空間周波数でフィルタリング処理して空間周波数最適化画像を生成する。該空間周波数最適化画像に基づいて、検査対象面２における複数種類の欠陥を１枚の画像から同時に精度よく検出することが可能となっている。
　以下、図５を交えながら、処理部４で行われる処理について説明する。
　図５（Ａ）～（Ｄ）は、いずれも同じ検査対象面２の画素信号を用いて生成さえた画像である。検査対象面２は、曲面を有する。また、検査対象面２は、ブツ２２、キズ２１、へこみ２３の３種類の欠陥を有している。
　尚、図５（Ａ）、（Ｃ）、（Ｄ）において、左上に位置する幅のある線状の物体は、へこみの位置を確認するために用いた確認用テープであり、本来の検査対象面の形状や欠陥を示すものではない。「本来の検査対象面の形状」とは、欠陥のない状態の検査対象面の形状を指す。
　図５（Ａ）は、イメージセンサ３２から出力された各偏光子３４ａ～３４ｄに対応する画素３３毎の画素信号に基づく４枚の偏光画像を平均化して得た画像である。
　図５（Ｂ）は、イメージセンサ３２から出力された画素３３毎の画素信号を用いて算出した偏光パラメータである偏光度（ＤｏＰ：Degree of Polarization）の分布を可視化した偏光度画像である。偏光度については後述する。
　図５（Ｃ）は、イメージセンサ３２から出力された画素３３毎の画素信号を用いて算出した偏光パラメータである偏光位相差の分布を可視化した偏光位相差画像である。偏光位相差については後述する。
　図５（Ｄ）は、図５（Ｃ）の偏光位相差画像を、所定の空間周波数でフィルタリング処理した後の空間周波数最適化画像である。フィルタリング処理については後述する。
　図５（Ａ）において、全体的に左右を二分する濃淡領域がある。これは、本来の検査対象面２の形状である面の傾きの違いが色の濃淡として表れているものである。図５（Ａ）において、キズ２１及びブツ２２は認識できるものの、へこみ２３は認識が困難である。
　本技術では、偏光位相差画像を所定の空間周波数でフィルタリング処理することにより、検査対象面２が曲面を有していても、キズ２１、ブツ２２、へこみ２３といった複数の種類の異なる欠陥を1枚の画像から容易に検出することが可能となっている。以下、詳細に説明する。
　処理部４は、イメージセンサ３２から出力された画素３３毎の画素信号を用い、下記の（１）式により画素３３毎のストークスベクトルＳ（Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２）を算出する。ストークスベクトルＳは偏光パラメータである。
　（１）式中、Ｉ０は、基準方向の偏光軸が設定された偏光子３４ａに対応する画素３３における輝度データ（画素信号）を示す。Ｉ４５は、基準方向から所定方向に４５°回転された偏光軸が設定された偏光子３４ｂに対応する画素３３における輝度データ（画素信号）を示す。Ｉ９０は、基準方向から所定方向に９０°回転された偏光軸が設定された偏光子３４ｃに対応する画素３３における輝度データ（画素信号）を示す。Ｉ１３５は、基準方向から所定方向に１３５°回転された偏光軸が設定された偏光子３４ｄに対応する画素３３における輝度データ（画素信号）を示す。輝度データは、強度（明るさ）のデータである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　処理部４は、上記で求めたストークスベクトルを用い、下記の（２）式により偏光度ＤｏＰを算出する。偏光度ＤｏＰは偏光パラメータである。処理部４は、偏光度ＤｏＰの分布を可視化した偏光度画像を生成する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　図５（Ｂ）に示すように、上記（２）式により算出された偏光度ＤｏＰの分布を可視化した偏光度画像では、キズ２１を明瞭に認識することができる。キズ２１の部位から得られる光は散乱反射成分が主成分となるため、偏光度の観察は、キズ２１の検出に適している。これに対し、偏光度の観察では、ブツ２２やへこみ２３の検出が難しい。
　処理部４は、上記で求めたストークスベクトルを用い、下記の（３）式により偏光位相差Φを算出する。偏光位相差Φは偏光パラメータである。処理部４は、偏光位相差Φの分布を可視化した位相差画像を生成する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　図５（Ｃ）に示すように、上記（３）式により算出した偏光位相差Φの分布を可視化した位相差画像では、キズ２１、ブツ２２、へこみ２３を認識することができる。
　キズ２１、ブツ２２、へこみ２３といった凹凸の部位から得られる光では、鏡面反射の反射角度が変化するため、偏光位相差の観察は、キズ２１、ブツ２２、へこみ２３の検出に適している。
　しかしながら、図５（Ｃ）に示すように、検査対象面２が曲面を有する場合、本来の検査対象面２の曲面形状を表す色（図５（Ｃ）における全体的に左右を二分する濃淡領域）が表れる。このため、本来の検査対象面２の形状に起因する鏡面反射の反射角度の変化と、欠陥による反射角度の変化とが区別しにくい。
　これに対し、本技術においては、処理部４は、偏光位相差画像を所定の空間周波数でフィルタリング処理し、空間周波数最適画像を生成する。
　より詳細には、ハイパスフィルタを用いて、偏光位相差画像に含まれる空間周波数の高い成分を残し、空間周波数の低い部分を除去する。これにより、本来の検査対象面２の形状が起因する鏡面反射の反射角度の変化と、欠陥による反射角度の変化とを分離することができる。
　フィルタリング処理時のカットオフ周波数は、検査対象面２の曲率に応じて適宜設定することができる。本技術では、照射部５と偏光カメラ３の相対位置を変化させることなく欠陥検査が可能である。このため、検査対象面の領域を予め把握することができるため、検査対象面の曲率に応じてカットオフ周波数を予め設定しておくことができる。
　図５（Ｄ）に示すように、フィルタリング処理により得られた空間周波数最適化画像において、本来の検査対象面２の形状のみの観点では、互いに異なる傾きの面同士の境界部分は、明るさの急激な変化がある部分、すなわち空間周波数の高い部分であるため、画像上、左右を二分するように、上下方向に延びる略直線として現れる。一方、境界以外の部分は、空間周波数の低い部分であるため、画像上、現れない。このように、空間周波数最適化画像は、本来の検査対象面２の形状に係る情報の少なくとも一部が消失された画像となる。これにより、空間周波数最適化画像は、キズ２１、ブツ２２、へこみ２３といった局所的に変化が大きい部分ある欠陥がより際立つ画像となる。従って、欠陥をより明確に認識することが可能となり、欠陥検出精度が向上する。
　このように、位相差画像を所定の空間周波数でフィルタリング処理することにより、本来の検査対象面２の形状に起因する鏡面反射の反射角度の変化と、キズ２１、ブツ２２、へこみ２３といった局所的に位置する小さく凹凸差のある部位である欠陥による反射角度の変化とが区別しやすくなり、欠陥検出精度を向上させることができる。
　以上のように、本技術では、イメージセンサ３２から出力された画素信号を用いて求めた偏光位相差画像を所定の空間周波数でフィルタリング処理をする。これにより、検査対象面２が曲面形状を有していても、キズ２１、ブツ２２、へこみ２３といった複数の種類の異なる欠陥を精度よく１枚の空間周波数最適化画像から同時に検出することが可能となり、検査時間の短縮が可能となるとともに、検査効率が大幅に向上する。
　更に、本実施形態においては、照射部５の発光面を大面積にしているので、検査可能な領域を拡大することができる。従って、広範囲での複数種類の欠陥の検出が可能となり、例えば車体Ｍのような大型の検査対象であっても、検査時間の短縮が可能となる。
　尚、ここでは、欠陥として、キズ、ブツ、へこみを例にあげたが、タレ、ハジキについても同様に検出が可能である。
　また、空間周波数最適化画像の観察に加え、偏光度画像（図５（Ｂ）参照。）の観察をあわせて行ってもよい。これにより、キズの検出精度をより向上させることができる。
　本技術は、検査対象面の表面状態の検査に適した検査装置であり、偏光カメラや照射部を移動させることなく、偏光カメラにより得られる画素信号の波形処理のみで複数の種類の異なる欠陥を検査することが可能なものである。従来のように複数種類の欠陥を検査するために異なる欠陥毎に適した照明条件を設定する必要がないので、本技術では検査工程に用いる光学系や照明の数を削減することが可能となる。
　また、空間周波数最適画像をみて欠陥検査を行うことにより、従来の目視による欠陥検査と比較して、異なる検査者による検査のばらつきによる検査ミスや検査漏れ等の発生を抑制することができ、高い検査精度で安定した欠陥検査作業が可能となる。
［検査方法］
　図６のフローを用いて、上記検査装置１を用いた本技術の検査方法を説明する。
　図６に示すように、処理部４は、照射部５から光が照射された検査対象面２を撮像した偏光カメラ３のイメージセンサ３２から出力された画素３３毎の画素信号を取得する（ＳＴ１）。
　次に、処理部４は、取得した画素信号を用いて、ストークスベクトルＳ、偏光位相差Φ、偏光度ＤｏＰといった偏光パラメータを算出する（ＳＴ２）。
　次に、処理部４は、算出した偏光位相差Φに基づく偏光位相差画像を所定の空間周波数でフィルタリング処理し（ＳＴ３）、空間周波数最適化画像を生成する。
　生成された空間周波数最適化画像は、表示部６に出力され、表示部６に表示される。検査者が空間周波数最適化画像を観察することにより欠陥検査が行われる。
　また、処理部４は、空間周波数最適化画像に加え、算出した偏光度ＤｏＰに基づく偏光度画像を生成してもよい。空間周波数最適化画像と偏光度画像は、表示部６に出力され、表示部６に表示される。検査者がこれら画像を観察することにより欠陥検査が行われてもよい。
　本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
　例えば、上述の実施形態では、検査対象面が車体の光沢塗装面である例をあげたが、これに限定されない。例えば、任意の光沢塗装面、樹脂成形品、半導体ウェハ、ガラスや樹脂等の透明部品、錠剤等の表面検査にも適用可能である。
　また、上述の実施形態では、検査対象面が曲面である場合を例にあげたが、本技術は、平坦面の検査にも適用し得る。しかしながら、上述したように、本技術は、フィルタリング処理により、本来の検査対象面の形状に起因する反射光の反射角度の変化と、欠陥による反射角度の変化とを区別することができるので、曲面を有する検査対象面の欠陥検査に特に有効である。
　本技術は、以下の構成をとることもできる。
（１）　光を検査対象面に照射する照射部と、
　前記光が照射された前記検査対象面から得られる光を、複数の異なる偏光方向の偏光成分に分離する偏光分離部と、
　前記偏光分離部で分離された前記複数の異なる偏光成分の光を受光し、画素信号を出力する、複数の画素を有する撮像部と、
　前記撮像部から出力される前記画素信号を用いて生成した偏光位相差画像を所定の空間周波数でフィルタリング処理する処理部と、
　を具備する検査装置。
（２）　上記（１）に記載の検査装置であって、
　前記検査対象面は曲面を有する
　検査装置。
（３）　上記（１）又は（２）に記載の検査装置であって、
　前記照射部の発光面の面積は、前記検査対象面よりも大きく設定される
　検査装置。
（４）　上記（１）～（３）のいずれか１つに記載の検査装置であって、
　前記処理部は、前記撮像部から出力される前記画素信号を用いて偏光度画像を生成する
　検査装置。
（５）　上記（１）～（４）のいずれか１つに記載の検査装置であって、
　前記偏光分離部は、前記検査対象面から得られる光を異なる偏光方向の偏光成分に分離する複数の偏光子を有し、複数の前記偏光子はそれぞれ対応する前記画素の受光面に配置される
　検査装置。
（６）　上記（５）に記載の検査装置であって、
　前記偏光子それぞれは、角度α度、角度（α+４５）度、角度（α+９０）度、角度（α+１３５）度の偏光軸を有する
　検査装置。
（７）　上記（１）～（６）のうちいずれか１つに記載の検査装置であって、
　前記撮像部は、シャインプルーフ光学系を有する
　検査装置。
（８）　光が照射された検査対象面から得られる光を、複数の異なる偏光成分に光を分離する偏光分離部を介して受光し、画素信号を出力する、複数の画素を有する撮像部から、前記画素信号を取得し、
　前記画素信号を用いて生成した偏光位相差画像を所定の空間周波数でフィルタリング処理する
　検査方法。
　１…検査装置
　２…検査対象面
　４…処理部
　５…照射部
　３１…偏光ユニット（偏光分離部）
　３２…イメージセンサ（撮像部）
　３６…回転可能な偏光板（偏光分離部）
　３７…イメージセンサ（撮像部）

Claims (8)

  1. 　光を検査対象面に照射する照射部と、
    　前記光が照射された前記検査対象面から得られる光を、複数の異なる偏光方向の偏光成分に分離する偏光分離部と、
    　前記偏光分離部で分離された前記複数の異なる偏光成分の光を受光し、画素信号を出力する、複数の画素を有する撮像部と、
    　前記撮像部から出力される前記画素信号を用いて生成した偏光位相差画像を所定の空間周波数でフィルタリング処理する処理部と、
    　を具備する検査装置。
  2. 　請求項１に記載の検査装置であって、
    　前記検査対象面は曲面を有する
    　検査装置。
  3. 　請求項１に記載の検査装置であって、
    　前記照射部の発光面の面積は、前記検査対象面よりも大きく設定される
    　検査装置。
  4. 　請求項１に記載の検査装置であって、
    　前記処理部は、前記撮像部から出力される前記画素信号を用いて偏光度画像を生成する
    　検査装置。
  5. 　請求項１に記載の検査装置であって、
    　前記偏光分離部は、前記検査対象面から得られる光を異なる偏光方向の偏光成分に分離する複数の偏光子を有し、複数の前記偏光子はそれぞれ対応する前記画素の受光面に配置される
    　検査装置。
  6. 　請求項５に記載の検査装置であって、
    　前記偏光子それぞれは、角度α度、角度（α+４５）度、角度（α+９０）度、角度（α+１３５）度の偏光軸を有する
    　検査装置。
  7. 　請求項１に記載の検査装置であって、
    　前記撮像部は、シャインプルーフ光学系を有する
    　検査装置。
  8. 　光が照射された検査対象面から得られる光を、複数の異なる偏光成分に光を分離する偏光分離部を介して受光し、画素信号を出力する、複数の画素を有する撮像部から、前記画素信号を取得し、
    　前記画素信号を用いて生成した偏光位相差画像を所定の空間周波数でフィルタリング処理する
    　検査方法。
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