WO2024084783A1 - 画像取得装置、検査装置、及び画像取得方法 - Google Patents

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WO2024084783A1
WO2024084783A1 PCT/JP2023/028775 JP2023028775W WO2024084783A1 WO 2024084783 A1 WO2024084783 A1 WO 2024084783A1 JP 2023028775 W JP2023028775 W JP 2023028775W WO 2024084783 A1 WO2024084783 A1 WO 2024084783A1
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WO
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light
image acquisition
image
polarized
polarized light
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Application number
PCT/JP2023/028775
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English (en)
French (fr)
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俊輔 松田
秀幸 近藤
邦彦 土屋
Original Assignee
浜松ホトニクス株式会社
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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
    • 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
    • G01N21/89—Investigating the presence of flaws or contamination in moving material, e.g. running paper or textiles

Definitions

  • One aspect of the embodiment relates to an image acquisition device, an inspection device, and an image acquisition method.
  • Patent Document 1 calculates the distribution of birefringence phase difference of the object from an intensity signal detected by an image sensor, and judges the quality of the object based on that distribution.
  • a device configured in this way can inspect an object that has birefringence.
  • One aspect of the embodiment has been made in consideration of this problem, and aims to provide an image acquisition device, an inspection device, and an image acquisition method that are capable of detecting objects on a target object that have the property of reflecting light with high accuracy.
  • the image acquisition device includes a light irradiation device that irradiates polarized light onto an object, an imaging device that detects the polarized light that is specularly reflected by the object and acquires image data including different polarization components of the light, and an image processing unit that detects objects present on the object through which the polarized light passes, based on multiple images.
  • an image acquisition method includes a light irradiation step of irradiating an object with polarized light, an imaging step of detecting the polarized light specularly reflected by the object and acquiring image data including different polarization components of the light, and an image processing step of detecting objects present on the object through which the polarized light passes, based on multiple images.
  • the distribution of the polarization state of light that is polarized and specularly reflected by an object can be evaluated based on the detected image data.
  • an object on the object that has the property of transmitting and reflecting polarized light can be detected with high accuracy.
  • an inspection device includes an image acquisition device according to the first aspect, a transport device that transports an object in a predetermined direction, and an inspection processing unit that inspects the object based on data output from the image acquisition device.
  • the third aspect it is possible to efficiently detect objects that have the property of transmitting and reflecting polarized light on multiple objects while transporting the multiple objects.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an image acquisition device 1 according to an embodiment.
  • 2 is a diagram showing an image of reflected light occurring at an object S when the image acquisition device 1 of FIG. 1 is used.
  • FIG. 1 is a diagram showing a plurality of image data acquired by an image processing device 8 for the same object S.
  • FIG. 4 is a graph showing a change in luminance in one pixel with respect to the rotation angle of the rotatable waveplate 4 in the image data shown in FIG. 3.
  • 1 is a schematic configuration diagram of an inspection system 100 according to an embodiment. 4 is a flowchart showing the steps of an inspection method for an object S using the inspection system 100.
  • 1 is a diagram showing an original image of reflected light captured by a camera 6 of the inspection system 100.
  • FIG. 1 is a diagram showing an inspection result image, which is a distribution of specular reflected light acquired by the computer 12 of the inspection system 100.
  • FIG. 1 is a diagram showing an inspection result image, which is a linearly polarized light distribution acquired by the computer 12 of the inspection system 100.
  • FIG. 10 is a graph showing the luminance distribution at the position of the line P2 on the three images shown in FIGS.
  • FIG. 11 is a schematic configuration diagram of an image acquisition device 1A according to a first modified example.
  • FIG. 2 shows an original image of reflected light acquired by the inspection system 100.
  • 1 is a diagram showing an inspection result image, which is a circularly polarized light distribution acquired by the inspection system 100.
  • FIG. 14 is a graph showing the luminance distribution at the position of the line P3 on the two images shown in FIGS. 12 and 13.
  • FIG. 13 is a schematic configuration diagram of an image acquisition device 1B according to a second modified example.
  • FIG. 2 shows an original image of reflected light acquired by the inspection system 100.
  • FIG. 2 is a diagram showing an inspection result image acquired by the inspection system 100.
  • 18 is a graph showing the luminance distribution at the position of the line P4 on the two images shown in FIGS. 16 and 17.
  • FIG. 13 is a diagram showing a configuration of an imaging device 201 according to a modified example.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an image acquisition device 1 according to an embodiment.
  • Image acquisition device 1 is a device that acquires image data of an object for the purpose of inspecting the presence or absence of foreign matter on the object, such as food.
  • the object inspected by image acquisition device 1 may be other items, such as electronic components, in addition to food, such as beef, pork, chicken, lamb, and processed foods.
  • the light propagation path is indicated by a dotted line
  • the data transmission path, such as image data is indicated by a solid line.
  • the image acquisition device 1 includes an illumination device (light irradiation device) 2, a right-angle prism mirror 3, an imaging device 7 including a rotating wavelength plate 4, a polarizing plate 5, and a camera 6, and an image processing device (image processing unit) 8. Each component of the image acquisition device 1 will be described in detail below.
  • the lighting device 2 is composed of a main body 2a that diffuses and irradiates unpolarized light, and a polarizing sheet 2b attached close to the light irradiation surface of the main body 2a, and diffuses and irradiates light with a predetermined polarization state (light polarized in a predetermined polarization state) toward the object S.
  • Examples of light-emitting devices built into the main body 2a include LEDs, SLDs (Superluminescent Diodes), lasers, and halogen lamps.
  • the shape of the light irradiation surface of the main body 2a may be flat or curved, such as spherical. In this embodiment, the lighting device 2 irradiates circularly polarized light (light polarized to a circular polarization).
  • Right-angle prism mirror 3 is provided adjacent to the light irradiation surface side of lighting device 2.
  • This right-angle prism mirror 3 is an optical element that has the function of reflecting light generated when polarized light from lighting device 2 is reflected by object S toward camera 6. Note that a mirror arranged at a 45 degree angle may be used instead of right-angle prism mirror 3.
  • the camera 6 provided in the imaging device 7 is an imaging element that is positioned at a position where the light from the object S reflected by the right-angle prism mirror 3 can be detected via the rotating wavelength plate 4 and the polarizing plate 5, and detects a two-dimensional image of the light reflected by the object S to obtain image data.
  • a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) camera, a CCD (Charge Coupled Device) camera, or the like is used.
  • a line sensor camera or a TDI (Time Delay Integration) sensor camera may be used as the camera 6.
  • the rotating wavelength plate 4, the polarizing plate 5, and the camera 6 may be configured by a polarizing camera that has a different polarizer plate for each pixel and can obtain an image containing multiple polarized components.
  • the rotating wavelength plate 4 provided in the imaging device 7 is an optical element that is disposed between the right-angle prism mirror 3 and the camera 6, and delays the phase of the one-directional polarized component of the light reflected by the right-angle prism mirror 3.
  • the rotating wavelength plate 4 is disposed at an angle that delays the phase of the one-directional polarized component of the light by 90 degrees, for example, but the phase value to be delayed is not limited to this.
  • This rotating wavelength plate 4 is supported so that it can rotate around a rotation axis that is aligned with the direction of incidence of the light from the right-angle prism mirror 3, so as to change the polarization direction in which the phase is delayed.
  • the polarizing plate 5 provided in the imaging device 7 is disposed between the rotating wavelength plate 4 and the camera 6.
  • This polarizing plate 5 is an optical element that transmits the linearly polarized component of the light that has been reflected by the right-angle prism mirror 3 and then passed through the rotating wavelength plate 4, in a fixed direction.
  • the image processing device 8 is a device that detects foreign objects on the target object S by receiving image data acquired by the camera 6.
  • the image processing device 8 is a calculation device (such as a computer) that incorporates a processor such as a CPU (Central Processing Unit) or a GPU (Graphics Processing Unit), a recording medium such as a RAM (Random Access Memory) or a ROM (Read Only Memory), a communication module, and an input/output module.
  • the image processing device 8 may also be configured with an FPGA (Field Programmable Gate Array) or an ASIC (Application Specific Integrated Circuit).
  • the image processing device 8 may acquire image data from the camera 6 via a cable, or may acquire image data from the camera 6 via wireless communication. The detection function of the image processing device 8 will be described later.
  • Figure 2 is a diagram showing an image of reflected light that occurs from the object S when the image acquisition device 1 is used.
  • Each polarized light beam L0 diffused and irradiated by the lighting device 2 reaches a wide area on the surface of the object S.
  • the object S such as food, has the property of generating specularly reflected light L1 and diffusely reflected light L2 when light is incident on it.
  • the degree of polarization of the specularly reflected light L1 generated based on it is relatively high, and the degree of polarization of the diffusely reflected light L2 generated based on it is relatively low.
  • the polarized light beam L0 incident on the foreign object FS generates specularly reflected light L3 that is specularly reflected on the surface of the foreign object FS, specularly reflected light L4 that is specularly reflected on the back surface of the foreign object FS after transmitting through the foreign object FS, and diffusely reflected light L5 that is diffusely reflected by the foreign object FS.
  • the specularly reflected light beams L3 and L4 have a relatively higher intensity than the specularly reflected light L1, and their degrees of polarization are higher than the diffusely reflected light beams L2 and L5, similar to the specularly reflected light L1. Furthermore, if the material of the foreign object FS has birefringence, the polarization state of the specularly reflected light L4 changes from the polarization state of the incident light ray L0.
  • the image processing device 8 of the image acquisition device 1 acquires and stores image data including multiple different polarization components or multiple pieces of image data corresponding to multiple different polarization components from the same object S using the above-mentioned properties of reflected light, with the same object S as the target, from the camera 6, in order to two-dimensionally detect the reflectance or polarization state of the reflected light from the object S.
  • the image processing device 8 acquires four or more pieces of image data used to calculate the Stokes parameters for each pixel using the rotating compensator method while rotating the rotating wavelength plate 4 at predetermined angle intervals with the same object S as the target. In this way, the image processing device 8 acquires image data showing mutually different polarization components by detecting light including specularly reflected light by the object S while rotating the rotating wavelength plate 4.
  • FIG. 3 shows an example of multiple image data acquired by the image processing device 8 for the same object S
  • FIG. 4 shows the change in luminance at one pixel versus the rotation angle of the rotatable wavelength plate 4.
  • 18 pieces of image data are acquired while rotating the rotatable wavelength plate 4 at 10 degree intervals in the range from 0 degrees to 170 degrees.
  • the graph shown in FIG. 4 shows the change in luminance at the pixel at position P1 on the image data shown in FIG. 3.
  • the luminance of the polarized component detected by the pixel varies periodically as the rotatable wavelength plate 4 is rotated.
  • Figure 5 shows a schematic configuration of the inspection system 100 according to the embodiment.
  • the inspection system 100 includes an image acquisition device 1 having the above-described configuration, a transport device 11 such as a belt conveyor that transports an object S in a predetermined direction, and a computer (inspection processing unit) 12 that calculates image data output from the image acquisition device 1.
  • the image acquisition device 1 acquires image data of the object S transported by the transport device 11, and outputs the acquired image data to the computer 12.
  • the computer 12 has the same hardware configuration as the image processing device 8. That is, the computer 12 is physically a calculation device that incorporates a processor such as a CPU or GPU, a recording medium such as a RAM or ROM, a communication module, and an input/output module.
  • the computer 12 may obtain image data from the image processing device 8 via a cable, or may obtain image data from the image processing device 8 via wireless communication.
  • the computer 12 performs an inspection process for the object S based on, for example, multiple image data, using the rotation compensator method. That is, the computer 12 first obtains the brightness of one pixel from multiple image data obtained for the same object S.
  • the luminance I of a pixel of each image data is theoretically expressed by the following formula (1).
  • I I 0 (2+S 1 -2S 3 sin2C+S 1 cos4C+S 2 sin4C) (1)
  • I0 represents the average luminance of all reflected light incident on the imaging device 7
  • S1 , S2 , and S3 represent the Stokes parameters
  • C represents the rotation angle of the rotatable wave plate 4.
  • the Stokes parameter S1 represents the difference in intensity between orthogonal polarization components
  • the Stokes parameter S2 represents the difference in intensity between the + ⁇ /4 polarization component and the - ⁇ /4 polarization component
  • the Stokes parameter S3 represents the difference in intensity between the right-handed circular polarization component and the left-handed circular polarization component.
  • the computer 12 processes the brightness at one pixel of the multiple image data using the relationship in formula (1) above to calculate the Stokes parameters S1 , S2 , S3 and brightness I0 at that pixel. For example, the computer 12 calculates the Stokes parameters S1 , S2 , S3 as a Fourier series. Furthermore, the computer 12 repeats the same calculation for all pixels of the image data to calculate the Stokes parameters S1 , S2 , S3 and brightness I0 for all pixels.
  • the computer 12 can obtain an inspection result image showing the distribution of polarization in the reflected light from the object S by performing one of the following calculations based on the Stokes parameters S1 , S2 , S3 and brightness I0 of each pixel obtained for one object S.
  • the computer 12 outputs one or more inspection result images acquired for one target object S to an output device such as a display.
  • the computer 12 may also output the inspection result images to an external device via a network, a recording medium, or the like.
  • Figure 6 is a flowchart showing the steps of the method for inspecting the object S.
  • the transport device 11 starts transporting the object S (step S1). After that, when the object S is transported by the transport device 11 into the irradiation range of the polarized light of the lighting device 2, the polarized light from the lighting device 2 is irradiated onto the object S (step S2).
  • the reflected light generated on the surface of the object S is incident on the camera 6 via the rotating wavelength plate 4 and the polarizing plate 5, and the two-dimensional image of the reflected light is detected by the camera 6, thereby outputting image data (S3).
  • the detection of the two-dimensional image of the reflected light is repeated while rotating the rotating wavelength plate 4, thereby outputting multiple image data reflecting the detection results of the multiple polarization components of the reflected light.
  • the image data acquired by the camera 6 is acquired and stored by the image processing device 8, and then output to the computer 12, where it is processed. That is, the computer 12 calculates the Stokes parameters, etc. for each pixel based on the brightness of each pixel of the image data (step S4). Next, the computer 12 acquires one or more inspection result images showing the distribution of polarization in the light reflected from the object S by calculating the Stokes parameters, etc. for each pixel (step S5). The inspection result image is at least one of a specular reflection light distribution, a linear polarization distribution, and a circular polarization distribution. Finally, the computer 12 outputs one or more inspection result images of the object S to an output device as images in which a foreign object FS present on the object S is detected (step S6), and the inspection process for the object S is completed.
  • FIG. 7 to 9 show examples of images obtained by the inspection process of the inspection system 100.
  • FIG. 7 shows an original image of reflected light obtained by the camera 6 with the rotating wavelength plate 4 and the polarizing plate 5 removed.
  • FIG. 8 shows an inspection result image obtained by the computer 12, which is a specular reflection light distribution.
  • FIG. 9 shows an inspection result image obtained by the computer 12, which is a linear polarization distribution. Note that since the illumination light is circularly polarized, the linear polarization distribution means an image that shows the degree of change in the polarization state.
  • FIG. 10 is a graph showing the luminance distribution at the position of the line P2 on the three images shown in FIGS. 7 to 9.
  • the distribution of the polarization state of light that is polarized and specularly reflected by the object S can be evaluated based on the image data detected by the image acquisition device 1.
  • a foreign object FS on the object S that has the property of transmitting and reflecting polarized light can be detected with high accuracy.
  • the lighting device 2 is configured to irradiate diffused and polarized light toward the object S. This makes it possible to detect foreign objects FS that have the property of transmitting and reflecting polarized light over a wide range when targeting a three-dimensional object S such as food.
  • the illumination device 2 is configured to emit circularly polarized light.
  • the foreign object FS can be detected with high accuracy even if the foreign object FS has birefringence.
  • the imaging device 7 includes a polarizing plate 5 and is configured to detect reflected light via the polarizing plate 5. In this way, the distribution of the polarization state of light that is polarized by the object S and then specularly reflected can be evaluated with a simple configuration.
  • the imaging device 7 further includes a rotating wavelength plate 4 and is configured to detect reflected light via the rotating wavelength plate 4.
  • the distribution of the polarization state of light that is specularly reflected from the light polarized by the object S can be evaluated with high accuracy by calculation using the Stokes parameters, etc.
  • the inspection system 100 can efficiently detect objects that have the property of transmitting and reflecting polarized light on multiple objects S while transporting the multiple objects S.
  • FIG. 11 is a schematic diagram of an image acquisition device 1A according to a first modified example.
  • the image acquisition device 1A has a configuration in which the illumination device 2 in the image acquisition device 1 is replaced with an illumination device 2A.
  • the illumination device 2A is composed of a main body 2a and a polarizing sheet 2c attached close to the light irradiation surface of the main body 2a, and irradiates linearly polarized light in a predetermined polarization state toward the object S by diffusing it.
  • FIG. 12 and 13 show an example of an image acquired by the inspection process of the inspection system 100 including the image acquisition device 1A.
  • FIG. 12 shows an original image of reflected light acquired by the camera 6 with the rotating wavelength plate 4 and the polarizing plate 5 removed
  • FIG. 13 shows an inspection result image, which is a circular polarization distribution acquired by the computer 12.
  • the circular polarization distribution means an image showing the degree of change in the polarization state.
  • FIG. 14 is a graph showing the luminance distribution at the position of the line P3 on the two images shown in FIGS. 12 and 13.
  • FIG. 15 is a schematic diagram of an image acquisition device 1B according to a second modified example.
  • Image acquisition device 1B has a configuration in which the rotating wavelength plate 4 and polarizing plate 5 in image acquisition device 1 are replaced with a rotating polarizing plate 5B.
  • the rotating polarizing plate 5B is supported so as to be rotatable about a rotation axis along the direction of incidence of light from the right-angle prism mirror 3 so as to change the polarization direction of the linearly polarized light to be transmitted.
  • the image processing device 8 of image acquisition device 1B repeatedly captures two-dimensional images of one object S using the camera 6 while changing the rotation angle of the rotating polarizing plate 5B for the object S, and acquires and stores the multiple image data output as a result.
  • the computer 12 acquires the multiple image data acquired by the image processing device 8 as an inspection result image.
  • FIG. 16 and 17 show an example of an image acquired by the inspection process of the inspection system 100 including the image acquisition device 1B, where FIG. 16 is an original image of reflected light acquired by the camera 6 with the rotating polarizer 5B removed, and FIG. 17 is a calculated image based on the inspection result image acquired by the computer 12.
  • a first inspection result image and a second inspection result image acquired with the rotating polarizer 5B rotated at different angles are each subjected to subtraction of their own average value, and a calculated image can be obtained by calculating the absolute value of the difference between the first inspection result image and the second inspection result image from which the average value has been subtracted.
  • FIG. 18 is a graph showing the luminance distribution at the position of the line P4 on the two images shown in FIGS. 16 and 17.
  • an imaging device 201 having the configuration shown in FIG. 19 may be used instead of the imaging device 7.
  • the imaging device 201 is configured to split the reflected light of the object S incident on the right-angle prism mirror 3 into multiple polarized components, and form a two-dimensional image of the two split polarized components on the light receiving surface of the internal imaging element.
  • the configuration of the imaging device 201 will be described below.
  • the imaging device 201 is configured with a collimator lens 203, an imaging lens 204, a front polarizing beam splitter 205a, a rear polarizing beam splitter 205b, a front mirror 206a, a rear mirror 206b, and an imaging lens movement mechanism 208 built into a housing 202.
  • a circular field stop 209 is provided at the center of one end surface of a cylindrical portion 202a constituting a part of the housing 202.
  • the field stop 209 has a stop adjustment mechanism 214 that can variably set its inner diameter (width).
  • the collimator lens 203 is fixed inside the other end side of the cylindrical portion 202a so that its optical axis A1 coincides with the central axis of the cylindrical portion 202a, i.e., the central axis of the field stop 209. With this structure, the width of the field stop 209 in the direction perpendicular to the optical axis A1 can be variably set.
  • the end surface of the cylindrical portion 202a of the housing 202 is fixed toward the right-angle prism mirror 3, and the reflected light from the right-angle prism mirror 3 is input from the field stop 209 into the inside of the housing 202 along the optical axis A1 .
  • the collimator lens 203 receives the reflected light that has passed through the field stop 209, converts the reflected light into parallel light, and outputs it into the inside of the housing 202 along the optical axis A1 .
  • By adjusting the aperture of the field stop 209 it is possible to limit the range of the field of view on the imaging plane of the light reflected from the object.
  • a cylindrical portion 202b is integrally formed coaxially with the cylindrical portion 202a, and a circular window portion 210 is provided at the center of the end face of the cylindrical portion 202b for passing an optical image formed based on the reflected light input from the cylindrical portion 202a side to the outside.
  • a camera 6 is attached to the end face of the cylindrical portion 202b of the housing 202.
  • the camera 6 incorporates an image sensor 6a, and is attached so that a light receiving surface 6b of the image sensor 6a faces the window portion 210, the center of the light receiving surface 6b is located on the optical axis A1 of the collimator lens 203, and the light receiving surface 6b coincides with the imaging position of the optical image output from the window portion 210.
  • this mounting structure it is possible for the camera 6 to capture an optical image formed by the image sensor 201 with the image sensor 201 arranged coaxially with the right-angle prism mirror 3.
  • a front-stage polarizing beam splitter 205a and a rear-stage polarizing beam splitter 205b which are light separation elements, are detachably disposed on the optical axis A1 inside the housing 202 between the cylindrical portions 202a and 202b.
  • These polarizing beam splitters 205a and 205b are integrated and configured to be detachable from the optical axis A1 inside the housing 202.
  • the polarizing beam splitters 205a and 205b may also be integrated with a front-stage mirror 206a and a rear-stage mirror 206b, which will be described later, to be detachable.
  • the front-stage polarizing beam splitter 205a is disposed adjacent to the collimator lens 203 so that its center is located on the optical axis A1 and its light receiving surface is inclined at 45 degrees with respect to a plane perpendicular to the optical axis A1 .
  • the front-stage polarizing beam splitter 205a splits and transmits linearly polarized light (hereinafter referred to as "first split light") at a predetermined angle ⁇ 1 out of the parallel light output from the collimator lens 203, and outputs the first split light along the optical axis A1 .
  • the front-stage polarizing beam splitter 205a splits and reflects linearly polarized light (hereinafter referred to as "second split light") at a predetermined angle ⁇ 2 different from the predetermined angle ⁇ 1 out of the parallel light, and outputs the second split light in a direction perpendicular to the optical axis A1 (downward in FIG. 19).
  • second split light linearly polarized light
  • the rear polarizing beam splitter 205b is disposed at a position separated from the front polarizing beam splitter 205a toward the window portion 210, with its center shifted a predetermined distance from the optical axis A1 toward the rear mirror 206b, and with its light receiving surface inclined at 45 degrees with respect to a plane perpendicular to the optical axis A1 .
  • the rear polarizing beam splitter 205b is composed of an optical member having the same transmission and reflection characteristics as the front polarizing beam splitter 205a, and outputs the first divided light along the optical axis A1 toward the window portion 210 by further transmitting the first divided light that has been transmitted through the front polarizing beam splitter 205a.
  • the rear polarizing beam splitter 205b reflects the second divided light that has been reflected by the front polarizing beam splitter 205a and then passed through the front mirror 206a and the rear mirror 206b, and outputs the second divided light along a direction inclined with respect to the optical axis A1 toward the window portion 210.
  • these polarizing beam splitters 205a and 205b are light separation elements that separate the parallel light from the collimator lens 203 into two polarized components, the first and second split lights.
  • the front stage mirror 206a is provided at a distance from the front stage polarizing beam splitter 205a in the reflection direction of the second divided light, and the angle of the light receiving surface of the front stage mirror 206a is set to be inclined at 45 degrees with respect to the plane perpendicular to the optical axis A1 .
  • This front stage mirror 206a reflects the second divided light output from the front stage polarizing beam splitter 205a in a direction parallel to the optical axis A1 .
  • the rear stage mirror 206b is provided at a distance from the front stage mirror 206a in the reflection direction of the second divided light, and faces the light receiving surface of the rear stage polarizing beam splitter 205b, and the angle of the light receiving surface of the rear stage mirror 206b is set to be inclined at 45 + ⁇ degrees ( ⁇ is a preset angle) with respect to the plane perpendicular to the optical axis A1 .
  • This rear stage mirror 206b reflects the second divided light that has passed through the front stage mirror 206a toward the light receiving surface of the rear stage polarizing beam splitter 205b along a direction intersecting the optical axis A1 .
  • an imaging lens 204 is provided on the optical axis A1 between the rear polarizing beam splitter 205b and the window 210, and is supported by the imaging lens moving mechanism 208 so that its position can be adjusted.
  • the imaging lens 204 is supported so that its optical axis A2 is parallel to the optical axis A1 , and is configured to be movable by the imaging lens moving mechanism 208 in a direction perpendicular to the optical axis A1 while the optical axis A2 is kept parallel to the optical axis A1 .
  • the imaging lens 204 can be set by the imaging lens moving mechanism 208 to a first state in which the optical axis A2 coincides with the optical axis A1 , and a second state in which the optical axis A2 is shifted from the optical axis A1 by a predetermined distance.
  • the center of the rear polarizing beam splitter 205b is located on the optical axis of the imaging lens 204. This can reduce vignetting.
  • Such an imaging lens moving mechanism 208 may be a slide mechanism capable of continuously adjusting the position of the imaging lens 204, or a switching mechanism that switches between positions corresponding to the first and second states in two stages.
  • the imaging lens 204 When the imaging lens 204 is set to the second state by the imaging lens moving mechanism 208, the imaging lens 204 receives the first and second split light beams split from the reflected light via the polarizing beam splitters 205a and 205b, and forms the split light beams as separated first and second optical images on the light receiving surface 6b in the camera 6 attached to the outside of the window 210.
  • the imaging lens 204 when the imaging lens 204 is set to the first state by the imaging lens moving mechanism 208 and the polarizing beam splitters 205a and 205b are removed, the imaging lens 204 receives the reflected light only via the collimator lens 203, and forms the reflected light beam as a single optical image on the light receiving surface 6b in the camera 6 attached to the outside of the window 210.
  • the imaging device 201 configured in this way can be used in both an observation mode in which the reflected light is observed as a single optical image by the camera 6 (hereinafter referred to as "single view mode”), and an observation mode in which the reflected light is separated into two optical images by the camera 6 and observed (hereinafter referred to as "double view mode").
  • single view mode an observation mode in which the reflected light is observed as a single optical image by the camera 6
  • double view mode an observation mode in which the reflected light is separated into two optical images by the camera 6 and observed
  • the light irradiation device irradiates the target object with diffused polarized light. This makes it possible to detect objects that have the property of transmitting and reflecting polarized light over a wide range when a three-dimensional target object is the target.
  • the light irradiation device irradiates polarized light that is circularly polarized. In this case, even if the object has birefringence, the object can be detected with high accuracy.
  • the light irradiation device irradiates polarized light that is linearly polarized. In this way, the distribution of changes in the polarization state can be easily evaluated based on the detected image, and objects that transmit and reflect polarized light can be easily detected.
  • the imaging device includes a polarizing plate and detects light that is specularly reflected through the polarizing plate. In this way, the distribution of the polarization state of light that is specularly reflected after being polarized by an object can be evaluated with a simple configuration.
  • the imaging device further includes a wave plate and detects light that is specularly reflected via the wave plate.
  • the distribution of the polarization state of light that is specularly reflected from the light polarized by the object can be evaluated with high accuracy by calculation.
  • the imaging device includes a light separation element that separates the specularly reflected light into multiple light components, and captures the multiple light components to obtain image data including multiple images.
  • a light separation element that separates the specularly reflected light into multiple light components, and captures the multiple light components to obtain image data including multiple images.
  • multiple images can be obtained simultaneously, and the distribution of the polarization state of light that is specularly reflected from the object polarized can be immediately evaluated.
  • the image acquisition device of the embodiment is [1] "an image acquisition device including a light irradiation device that irradiates polarized light onto an object, an imaging device that detects the polarized light specularly reflected by the object and acquires image data including different polarization components of the light, and an image processing unit that detects objects present on the object through which the polarized light passes, based on multiple images.”
  • the image acquisition device of the embodiment may be [2] "the image acquisition device described in [1] above, in which the light irradiation device irradiates the target object with diffused and polarized light.”
  • the image acquisition device of the embodiment may be [3] "the image acquisition device described in [1] or [2] above, in which the light irradiation device irradiates polarized light that is circularly polarized.”
  • the image acquisition device of the embodiment may be [4] "the image acquisition device described in [1] or [2] above, in which the light irradiation device irradiates linearly polarized light.”
  • the image acquisition device of the embodiment may be [5] "the image acquisition device according to any one of [1] to [4] above, which includes a polarizing plate and detects light specularly reflected through the polarizing plate.”
  • the image acquisition device of the embodiment may be [6] "the image acquisition device described in [5] above, in which the imaging device further includes a wave plate and detects light specularly reflected through the wave plate.”
  • the image acquisition device of the embodiment may be [7] "an image acquisition device according to any one of [1] to [4] above, which includes a light separation element that separates specularly reflected light into multiple light components, and captures the multiple light components to acquire image data including multiple images.”
  • the inspection device of the embodiment is [8] "an inspection device including an image acquisition device according to any one of [1] to [7] above, a transport device that transports an object in a predetermined direction, and an inspection processing unit that inspects the object based on data output from the image acquisition device.”
  • the image acquisition method of the embodiment is [9] "an image acquisition method comprising a light irradiation step of irradiating an object with polarized light, an imaging step of detecting the polarized light specularly reflected by the object and acquiring image data including different polarization components of the light, and an image processing step of detecting objects present on the object through which the polarized light passes, based on a plurality of images.”

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Abstract

画像取得装置１は、対象物Ｓに偏光した光を照射する照明装置２と、偏光が対象物Ｓによって正反射された光を検出し、光の互いに異なる偏光成分の複数の画像データを取得する撮像装置７と、複数の画像データを基に、対象物Ｓ上に存在する偏光した光が透過する異物を検出する画像処理装置８と、を備える。

Description

画像取得装置、検査装置、及び画像取得方法
　実施形態の一側面は、画像取得装置、検査装置、及び画像取得方法に関する。
　従来から、被検査物に光を照射して被検査物を透過した光を検出することで被検査物を検査する装置が知られている。例えば、下記特許文献１に記載の装置は、イメージセンサによって検出された強度信号から、被検査物の複屈折位相差の分布を計算し、その分布に基づいて被検査物の良否を判定する。このような構成の装置によれば、複屈折性を有する被検査物を検査することができる。
特開２０２０－１９０５１４号公報
　上述したような従来の装置においては、被検査物を透過する光を検出しているために、光を反射する性質を有する物体を検出することが困難な傾向にある。そのため、被検査物上の光を反射する性質を有する物体を高精度に検出することが求められる。
　そこで、実施形態の一側面は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、対象物上の光を反射する性質を有する物体を高精度に検出することが可能な画像取得装置、検査装置、及び画像取得方法を提供することを課題とする。
　実施形態の第一の側面に係る画像取得装置は、対象物に偏光した光を照射する光照射装置と、偏光した光が対象物によって正反射された光を検出し、光の互いに異なる偏光成分を含む画像データを取得する撮像装置と、複数の画像を基に、対象物上に存在する偏光した光が透過する物体を検出する画像処理部と、を備える。
　あるいは、実施形態の第二の側面に係る画像取得方法は、対象物に偏光した光を照射する光照射ステップと、偏光した光が対象物によって正反射された光を検出し、光の互いに異なる偏光成分を含む画像データを取得する撮像ステップと、複数の画像を基に、対象物上に存在する偏光した光が透過する物体を検出する画像処理ステップと、を備える。
　上記第一の側面あるいは上記第二の側面によれば、検出される画像データを基に、対象物によって偏光した光が正反射された光の偏光状態の分布を評価できる。その結果、対象物上の偏光した光を透過及び反射する性質を有する物体を高精度に検出することができる。
　あるいは、実施形態の第三の側面に係る検査装置は、上記第一の側面に係る画像取得装置と、所定の方向に対象物を搬送する搬送装置と、画像取得装置から出力されるデータに基づいて対象物を検査する検査処理部と、を備える。
　上記第三の側面によれば、複数の対象物を搬送しながら、複数の対象物上の偏光した光を透過及び反射する性質を有する物体を効率的に検出することができる。
　本発明のいずれかの側面によれば、対象物上の光を反射する性質を有する物体を高精度に検出することができる。
実施形態に係る画像取得装置１の概略構成図である。 図１の画像取得装置１を用いた場合に対象物Ｓにおいて生じる反射光のイメージを示す図である。 画像処理装置８によって同一の対象物Ｓを対象に取得された複数の画像データ示す図である。 図３に示す画像データにおける回転波長板４の回転角に対する１つの画素における輝度変化を示すグラフである。 実施形態に係る検査システム１００の概略構成図である。 検査システム１００を用いた対象物Ｓの検査方法の手順を示すフローチャートである。 検査システム１００のカメラ６によって取得された反射光の元画像を示す図である。 検査システム１００のコンピュータ１２によって取得された正反射光分布である検査結果画像を示す図である。 検査システム１００のコンピュータ１２によって取得された直線偏光分布である検査結果画像を示す図である。 図７～９に示す３つの画像上のラインＰ２の位置における輝度分布を示すグラフである。 第１変形例にかかる画像取得装置１Ａの概略構成図である。 検査システム１００によって取得された反射光の元画像を示す図である。 検査システム１００によって取得された円偏光光分布である検査結果画像を示す図である。 図１２～１３に示す２つの画像上のラインＰ３の位置における輝度分布を示すグラフである。 第２変形例にかかる画像取得装置１Ｂの概略構成図である。 検査システム１００によって取得された反射光の元画像を示す図である。 検査システム１００によって取得された検査結果画像を示す図である。 図１６～１７に示す２つの画像上のラインＰ４の位置における輝度分布を示すグラフである。 変形例に係る撮像装置２０１の構成を示す図である。
　以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
　図１は、実施形態に係る画像取得装置１の概略構成図である。画像取得装置１は、食品等の対象物上の異物の有無を検査する用途で対象物の画像データを取得する装置である。ただし、画像取得装置１による検査の対象である対象物は、牛肉、豚肉、鶏肉、羊肉、加工食品等に代表される食品以外に、電子部品等の他の物品であってもよい。図１においては、光の伝搬経路が点線で示され、画像データ等のデータの伝送経路が実線で示されている。
　画像取得装置１は、照明装置（光照射装置）２と、直角プリズムミラー３と、回転波長板４、偏光板５、及びカメラ６を含む撮像装置７と、及び画像処理装置（画像処理部）８とを備える。以下、画像取得装置１の各構成要素の詳細について説明する。
　照明装置２は、無偏光の光を拡散させて照射する本体部２ａと、本体部２ａの光照射面に近接して取り付けられた偏光シート２ｂとによって構成され、対象物Ｓに向けて所定の偏光状態の光（所定の偏光状態に偏光した光）を拡散させて照射する。本体部２ａに内蔵される発光装置としては、ＬＥＤ、ＳＬＤ（Superluminescent　diode）、レーザ、ハロゲンランプ等が挙げられる。本体部２ａの光照射面の形状は、平面状であってもよいし、球面等の曲面状であってもよい。本実施形態では、照明装置２は、円偏光の光（円偏光に偏光した光）を照射する。
　直角プリズムミラー３は、照明装置２の光照射面側に隣接して設けられる。この直角プリズムミラー３は、照明装置２からの偏光が対象物Ｓによって反射されることによって生じた光をカメラ６に向けて反射させる機能を有する光学素子である。なお、直角プリズムミラー３の代わりに４５度の角度で配置したミラーを用いてもよい。
　撮像装置７に備えられるカメラ６は、直角プリズムミラー３によって反射された対象物Ｓからの光を、回転波長板４及び偏光板５を介して検出可能な位置に配置され、対象物Ｓによって反射された光の二次元像を検出して画像データを取得する撮像素子である。カメラ６としては、ＣＭＯＳ（Complementary　Metal　Oxide　Semiconductor）カメラ、ＣＣＤ（Charge　Coupled　Device）カメラ等が用いられる。搬送装置で対象物Ｓを所定の方向に搬送する場合は、カメラ６として、ラインセンサカメラあるいはＴＤＩ（Time　Delay　Integration）センサカメラを用いてもよい。また、画素毎に異なる偏光子板を有して複数の偏光成分を含む画像を取得できる偏光カメラによって、回転波長板４、偏光板５及びカメラ６を構成してもよい。
　撮像装置７に備えられる回転波長板４は、直角プリズムミラー３とカメラ６との間に配置され、直角プリズムミラー３によって反射された光の一方向の偏光成分の位相を遅らせる光学素子である。回転波長板４は、例えば光の一方向の偏光成分の位相を９０度遅らせる角度で配置されているが、遅らせる位相値はこの限りではない。この回転波長板４は、位相を遅延させる偏光方向を変化させるように、直角プリズムミラー３からの光の入射方向に沿った方向を回転軸として回転可能に支持される。
　撮像装置７に備えられる偏光板５は、回転波長板４とカメラ６との間に配置される。この偏光板５は、直角プリズムミラー３によって反射された後に回転波長板４を通過した光のうち固定されたある方向の直線偏光の成分を通過させる光学素子である。
　画像処理装置８は、カメラ６によって取得された画像データを受信することにより対象物Ｓ上の異物を検出する装置である。画像処理装置８は、物理的には、プロセッサであるＣＰＵ（Central　Processing　Unit）あるいはＧＰＵ（Graphics　Processing　Unit）、記録媒体であるＲＡＭ（Random　Access　Memory）又はＲＯＭ（Read　Only　Memory）、通信モジュール、及び入出力モジュール等を内蔵する演算装置（コンピュータ等）である。また、画像処理装置８は、ＦＰＧＡ（Field　Programmable　Gate　Array）やＡＳＩＣ（Application　Specific　Integrated　Circuit）によって構成されていてもよい。画像処理装置８は、カメラ６からケーブルを介して画像データを取得してもよいし、カメラ６から無線通信によって画像データを取得してもよい。画像処理装置８の検出機能については後述する。
　ここで、図２を参照して、画像取得装置１における対象物Ｓからの反射光の検出メカニズムについて説明する。図２は、画像取得装置１を用いた場合に対象物Ｓにおいて生じる反射光のイメージを示す図である。
　照明装置２によって拡散させて照射された偏光の各光線Ｌ０は、広く対象物Ｓの表面に到達する。食品等の対象物Ｓは、光が入射した場合に正反射光Ｌ１と拡散反射光Ｌ２とを生じさせる性質を有する。特に、対象物Ｓに偏光の光線Ｌ０が入射した場合、それを基に生じた正反射光Ｌ１の偏光度は比較的高くなり、それを基に生じた拡散反射光Ｌ２の偏光度は比較的低くなる。また、対象物Ｓの表面に偏光が透過する性質を有する物体であるプラスチックフィルム等の異物ＦＳが存在する場合、その異物ＦＳに入射した偏光の光線Ｌ０によって、異物ＦＳの表面で正反射する正反射光Ｌ３と、異物ＦＳを透過してから異物ＦＳの裏面で正反射する正反射光Ｌ４と、異物ＦＳによって拡散反射される拡散反射光Ｌ５とが生じる。この場合、正反射光Ｌ３，Ｌ４は、正反射光Ｌ１よりもその強度が比較的高くなり、その偏光度は正反射光Ｌ１と同様に、拡散反射光Ｌ２，Ｌ５に比較して高くなる。また、異物ＦＳの材料が複屈折性を持つ場合には、正反射光Ｌ４の偏光状態が、入射する光線Ｌ０の偏光状態から変化する。
　画像取得装置１の画像処理装置８は、上記の反射光の性質を利用して対象物Ｓからの反射光の反射率あるいは偏光状態を二次元的に検出するために、カメラ６から同一の対象物Ｓを対象にして、複数の異なる偏光成分を含んだ画像データ、又は、複数の異なる偏光成分に対応した複数枚の画像データを、取得および記憶する。具体的には、回転補償子法を利用して画素毎にストークスパラメータを演算するのに用いられる画像データを、同一の対象物Ｓを対象にして回転波長板４を所定角度間隔で回転させながら４枚以上取得する。このようにして、画像処理装置８は、回転波長板４を回転させながら対象物Ｓによって正反射された正反射光を含む光を検出することにより、互いに異なる偏光成分を示す画像データを取得する。
　図３には、画像処理装置８によって同一の対象物Ｓを対象に取得された複数の画像データの例を示し、図４には、回転波長板４の回転角に対する１つの画素における輝度変化を示している。ここで示す例では、回転波長板４を０度から１７０度までの範囲において１０度間隔で回転させながら、１８枚の画像データが取得されている。図４に示すグラフは、図３に示す画像データ上の位置Ｐ１の画素における輝度変化を示している。このグラフに示すように、回転波長板４を回転させることにより画素によって検出される偏光成分の輝度が周期的に変動する。
　次に、実施形態に係る検査装置である検査システム１００の構成について説明する。図５は、実施形態に係る検査システム１００の概略構成である。
　検査システム１００は、上述した構成の画像取得装置１と、対象物Ｓを所定の方向に搬送するベルトコンベア等の搬送装置１１と、画像取得装置１から出力される画像データを演算するコンピュータ（検査処理部）１２とを備える。画像取得装置１は、搬送装置１１によって搬送された対象物Ｓを対象に画像データを取得し、取得した画像データをコンピュータ１２に出力する。
　コンピュータ１２は、画像処理装置８と同様なハードウェア構成を有する。すなわち、コンピュータ１２は、物理的には、プロセッサであるＣＰＵあるいはＧＰＵ、記録媒体であるＲＡＭ又はＲＯＭ、通信モジュール、及び入出力モジュール等を内蔵する演算装置である。コンピュータ１２は、画像処理装置８からケーブルを介して画像データを取得してもよいし、画像処理装置８から無線通信によって画像データを取得してもよい。
　コンピュータ１２は、機能的には、例えば複数の画像データを基に対象物Ｓを対象とした検査処理を、回転補償子法を用いて実行する。すなわち、コンピュータ１２は、まず、同一の対象物Ｓを対象にして得られた複数の画像データを対象にして、１つの画素の輝度を取得する。
　ここで、各画像データの画素の輝度Ｉは、理論的には下記式（１）によって表される。
I=I0(2+S1-2S3sin2C+S1cos4C+S2sin4C)　　　(1)
上記式（１）中、I0は撮像装置７に入射する全ての反射光の平均輝度、S1、S2、S3はストークスパラメータ、Cは回転波長板４の回転角度を、それぞれ表す。ストークスパラメータS1は、直交する偏光成分間の強度の差を表すパラメータであり、ストークスパラメータS2は、＋π／４の偏光成分と－π／４の偏光成分との間の強度の差を表すパラメータであり、ストークスパラメータS3は、右回り円偏光成分と左回り円偏光成分との間の強度の差を表すパラメータである。また、当該画素における偏光度ｐは下記式（２）；
p=S1 2+S2 2+S3 2　　　(2)
によって表される。
　コンピュータ１２は、複数の画像データの１つの画素における輝度を、上記式（１）の関係を用いて処理することにより、当該画素におけるストークスパラメータS1,S2,S3、及び輝度I0を演算により求める。例えば、コンピュータ１２は、ストークスパラメータS1,S2,S3をフーリエ級数として計算する。さらに、コンピュータ１２は、同様の演算を画像データの全ての画素に関して繰り返すことにより、全ての画素についてストークスパラメータS1,S2,S3及び輝度I0を求める。
　加えて、コンピュータ１２は、１つの対象物Ｓを対象に得られた各画素のストークスパラメータS1,S2,S3及び輝度I0を基に以下のいずれかの演算を行うことによって、対象物Ｓからの反射光における偏光に関する分布を示す検査結果画像を得ることができる。
（正反射光分布）p×I0
（直線偏光分布）S1×I0
（直線偏光分布）S2×I0
（円偏光分布）S3×I0
そして、コンピュータ１２は、１つの対象物Ｓを対象に取得した１以上の検査結果画像をディスプレイ等の出力装置に出力する。また、コンピュータ１２は、検査結果画像をネットワーク、記録媒体等を経由して外部の装置に出力してもよい。
　次に、検査システム１００を用いた対象物Ｓの検査方法について説明するとともに、本実施形態に係る画像取得方法について詳述する。図６は、対象物Ｓの検査方法の手順を示すフローチャートである。
　まず、対象物Ｓの検査処理が開始されると、搬送装置１１による対象物Ｓの搬送が開始される（ステップＳ１）。その後、対象物Ｓが搬送装置１１によって照明装置２の偏光の照射範囲内に搬送されると、照明装置２から偏光が対象物Ｓに照射される（ステップＳ２）。
　それに応じて、対象物Ｓの表面で生じた反射光が回転波長板４及び偏光板５を介してカメラ６に入射し、カメラ６によって反射光の二次元像が検出されることにより画像データが出力される（Ｓ３）。このとき、回転波長板４を回転させながら反射光の二次元像の検出が繰り返されることにより、反射光の複数の偏光成分の検出結果を反映した複数の画像データが出力される。
　カメラ６によって取得された画像データは、画像処理装置８によって取得および記憶された後に、コンピュータ１２に出力され、コンピュータ１２において処理される。すなわち、コンピュータ１２が、画像データの各画素の輝度を基に、画素ごとにストークスパラメータ等を演算する（ステップＳ４）。次に、コンピュータ１２は、各画素のストークスパラメータ等を演算することによって、対象物Ｓからの反射光における偏光に関する分布を示す検査結果画像を１以上取得する（ステップＳ５）。検査結果画像は、正反射光分布、直線偏光分布、及び円偏光分布のうちの少なくとも１つである。最後に、コンピュータ１２は、対象物Ｓを対象とした１以上の検査結果画像を、対象物Ｓ上に存在する異物ＦＳを検出した画像として出力装置に出力し（ステップＳ６）、対象物Ｓの検査処理を終了する。
　図７～図９には、検査システム１００の検査処理によって取得された画像の一例を示し、図７は、回転波長板４及び偏光板５を取り外した状態でカメラ６によって取得された反射光の元画像、図８は、コンピュータ１２によって取得された正反射光分布である検査結果画像、図９は、コンピュータ１２によって取得された直線偏光分布である検査結果画像である。なお、照明光は円偏光であるので、直線偏光分布は偏光状態の変化の度合いを示す画像を意味する。また、図１０は、図７～９に示す３つの画像上のラインＰ２の位置における輝度分布を示すグラフである。この輝度分布において異物ＦＳが存在する位置の平均輝度を異物ＦＳの存在しない位置の平均輝度で割った評価値Ｃを計算すると、図７の場合はＣ＝１．５となり、図８の場合はＣ＝３．３となり、図９の場合はＣ＝７．４となった。この結果から、検査システム１００によって得られる検査結果画像において異物ＦＳの像が浮き彫りにされており、検査システム１００によって異物ＦＳが効果的に検出可能となることが分かる。
　本実施形態によれば、画像取得装置１によって検出される画像データを基に、対象物Ｓによって偏光した光が正反射された光の偏光状態の分布を評価できる。その結果、対象物Ｓ上の偏光した光を透過及び反射する性質を有する異物ＦＳを高精度に検出することができる。
　画像取得装置１においては、照明装置２が対象物Ｓに向けて拡散させて偏光した光を照射するように構成されている。これにより、食品等の立体的な対象物Ｓを対象にした場合に広い範囲で偏光した光を透過及び反射する性質を有する異物ＦＳを検出することができる。
　また、画像取得装置１においては、照明装置２が円偏光に偏光した光を照射するように構成されている。この場合、異物ＦＳが複屈折性を有するような場合であっても異物ＦＳを高精度に検出できる。
　また、画像取得装置１においては、撮像装置７は、偏光板５を含み、偏光板５を介して反射光を検出するように構成されている。こうすれば、対象物Ｓによって偏光した光が正反射された光の偏光状態の分布を、簡易な構成で評価できる。
　また、画像取得装置１においては、撮像装置７は、回転波長板４をさらに含み、回転波長板４を介して反射光を検出するように構成されている。この場合、対象物Ｓによって偏光した光が正反射された光の偏光状態の分布を、ストークスパラメータ等を用いた演算によって精度よく評価できる。
　あるいは、本実施形態に係る検査システム１００によれば、複数の対象物Ｓを搬送しながら、複数の対象物Ｓ上の偏光した光を透過及び反射する性質を有する物体を効率的に検出することができる。
　以上、本発明の種々の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。
　図１１は、第１変形例にかかる画像取得装置１Ａの概略構成図である。画像取得装置１Ａは、画像取得装置１における照明装置２を照明装置２Ａに置換した構成を有する。照明装置２Ａは、本体部２ａと本体部２ａの光照射面に近接して取り付けられた偏光シート２ｃとによって構成され、対象物Ｓに向けて所定の偏光状態として直線偏光の偏光を拡散させて照射する。
　図１２～図１３には、画像取得装置１Ａを含む検査システム１００の検査処理によって取得された画像の一例を示し、図１２は、回転波長板４及び偏光板５を取り外した状態でカメラ６によって取得された反射光の元画像、図１３は、コンピュータ１２によって取得された円偏光分布である検査結果画像である。なお、照明光は直線偏光であるので、円偏光分布は偏光状態の変化の度合いを示す画像を意味する。また、図１４は、図１２～１３に示す２つの画像上のラインＰ３の位置における輝度分布を示すグラフである。この輝度分布において２つの異物ＦＳに対応する評価値Ｃを計算すると、図１２の場合はＣ＝１．１，１，３となり、図１３の場合はＣ＝５．９，７．１となった。この結果から、検査システム１００によって得られる検査結果画像において異物ＦＳの像が浮き彫りにされており、検査システム１００によって異物ＦＳが効果的に検出可能となることが分かる。
　図１５は、第２変形例にかかる画像取得装置１Ｂの概略構成図である。画像取得装置１Ｂは、画像取得装置１における回転波長板４及び偏光板５を回転偏光板５Ｂに置換した構成を有する。回転偏光板５Ｂは透過させる直線偏光の偏光方向を変化させるように、直角プリズムミラー３からの光の入射方向に沿った方向を回転軸として回転可能に支持される。画像取得装置１Ｂの画像処理装置８は、１つの対象物Ｓを対象にして回転偏光板５Ｂの回転角を変化させながらカメラ６によって対象物Ｓの二次元像を繰り返し撮像させ、その結果出力された複数の画像データを取得及び記憶する。コンピュータ１２は、画像処理装置８によって取得された複数の画像データを、検査結果画像として取得する。
　図１６～図１７には、画像取得装置１Ｂを含む検査システム１００の検査処理によって取得された画像の一例を示し、図１６は、回転偏光板５Ｂを取り外した状態でカメラ６によって取得された反射光の元画像、図１７は、コンピュータ１２によって取得された検査結果画像を基にした演算画像である。例えば、回転偏光板５Ｂを互いに異なる回転角として取得した第１の検査結果画像と第２の検査結果画像を、それぞれ自己の平均値を減算し、それぞれ平均値が減算された第１の検査結果画像と第２の検査結果画像の差の絶対値を求めることで演算画像を取得することができる。また、図１８は、図１６～１７に示す２つの画像上のラインＰ４の位置における輝度分布を示すグラフである。この輝度分布において２つの異物ＦＳに対応する評価値Ｃを計算すると、図１６の場合はＣ＝１．２，１．３となり、図１７の場合はＣ＝９．２，１１．４となった。この結果から、検査システム１００によって得られる検査結果画像において異物ＦＳの像が浮き彫りにされており、検査システム１００によって異物ＦＳが効果的に検出可能となることが分かる。
　また、第２変形例にかかる画像取得装置１Ｂにおいては、撮像装置７の代わりに、図１９に示す構成の撮像装置２０１が用いられてもよい。撮像装置２０１は、直角プリズムミラー３から入射する対象物Ｓの反射光を複数の偏光成分に分割し、内部の撮像素子の受光面上に、分割された２つの偏光成分の二次元像を結像するように構成されている。以下、撮像装置２０１の構成について説明する。
　図１９に示すように、撮像装置２０１は、筐体２０２内に、コリメータレンズ２０３、結像レンズ２０４、前段偏光ビームスプリッタ２０５ａ、後段偏光ビームスプリッタ２０５ｂ、前段ミラー２０６ａ、後段ミラー２０６ｂ、及び結像レンズ移動機構２０８が内蔵されて構成されている。
　筐体２０２の一部を構成する円筒部２０２ａの一端側端面の中心部には、円形状の視野絞り２０９が設けられている。この視野絞り２０９は、その内径（幅）が可変に設定できる絞り調整機構２１４を有している。そして、コリメータレンズ２０３は、その光軸Ａ１が円筒部２０２ａの中心軸、すなわち、視野絞り２０９の中心軸に一致するように、円筒部２０２ａの他端側の内部に固定されている。このような構造により、視野絞り２０９は、光軸Ａ１に対して垂直な方向の幅を可変に設定可能にされる。そして、この筐体２０２の円筒部２０２ａの端面が直角プリズムミラー３に向けて固定され、直角プリズムミラー３からの反射光が視野絞り２０９から光軸Ａ１に沿って筐体２０２の内部に入力される。そして、コリメータレンズ２０３は、視野絞り２０９を通過した反射光を受けて、その反射光を平行光に変換して筐体２０２の内部に光軸Ａ１に沿って出力する。視野絞り２０９の開口を調整することにより、対象物からの反射光の結像面での視野範囲を制限することが可能となる。
　筐体２０２の円筒部２０２ａの反対側には、円筒部２０２ａに対して同軸上に位置する円筒部２０２ｂが一体的に形成されており、この円筒部２０２ｂの端面の中心部には、円筒部２０２ａ側から入力された反射光を基に結像された光像を外部に通過させるための円形の窓部２１０が設けられている。そして、この筐体２０２の円筒部２０２ｂの端面にカメラ６が取り付けられる。カメラ６は、撮像素子６ａを内蔵し、その撮像素子６ａの受光面６ｂが窓部２１０に対向し、受光面６ｂの中心がコリメータレンズ２０３の光軸Ａ１上に位置し、かつ、受光面６ｂが窓部２１０から出力される光像の結像位置に一致するように取り付けられる。このような取り付け構造により、直角プリズムミラー３に対して撮像装置２０１が同軸上に配置された状態で、カメラ６によって撮像装置２０１によって結像された光像を撮像することが可能にされる。
　さらに、円筒部２０２ａ，２０２ｂの間の筐体２０２の内部の光軸Ａ１上には、光分離素子である前段偏光ビームスプリッタ２０５ａ及び後段偏光ビームスプリッタ２０５ｂが、着脱可能に配置されている。これらの偏光ビームスプリッタ２０５ａ，２０５ｂは、一体化されて筐体２０２内の光軸Ａ１上から着脱可能に構成されている。なお、偏光ビームスプリッタ２０５ａ，２０５ｂは、後述する前段ミラー２０６ａ及び後段ミラー２０６ｂとも一体化されて着脱可能にされていてもよい。
　前段偏光ビームスプリッタ２０５ａは、コリメータレンズ２０３に隣接した位置において、光軸Ａ１上にその中心が位置し、かつ、その受光面が光軸Ａ１の直交面に対して４５度傾斜するように配置されている。この前段偏光ビームスプリッタ２０５ａは、コリメータレンズ２０３から出力された平行光のうちの所定角度θ１の直線偏光（以下、「第１の分割光」と呼ぶ。）を分光して透過させて、第１の分割光を光軸Ａ１に沿って出力する。同時に、前段偏光ビームスプリッタ２０５ａは、平行光のうち所定角度θ１と異なる所定角度θ２の直線偏光（以下、「第２の分割光」と呼ぶ。）を分光して反射して、第２の分割光を光軸Ａ１に対して垂直な方向（図１９の下方向）に出力する。
　後段偏光ビームスプリッタ２０５ｂは、前段偏光ビームスプリッタ２０５ａから窓部２１０側に離間した位置において、その中心が光軸Ａ１上から後段ミラー２０６ｂ側に所定距離ずれて、かつ、その受光面が光軸Ａ１の直交面に対して４５度傾斜するように配置されている。後段偏光ビームスプリッタ２０５ｂは、前段偏光ビームスプリッタ２０５ａと同様な透過特性及び反射特性を有する光学部材で構成され、前段偏光ビームスプリッタ２０５ａを透過した第１の分割光をさらに透過することにより、第１の分割光を光軸Ａ１に沿って窓部２１０に向けて出力する。同時に、後段偏光ビームスプリッタ２０５ｂは、前段偏光ビームスプリッタ２０５ａで反射された後に前段ミラー２０６ａ及び後段ミラー２０６ｂを経由した第２の分割光を反射して、その第２の分割光を光軸Ａ１に対して傾斜した方向に沿って窓部２１０に向けて出力する。
　すなわち、これらの偏光ビームスプリッタ２０５ａ，２０５ｂは、コリメータレンズ２０３からの平行光を第１及び第２の分割光の２つの偏光成分に分離する光分離素子である。
　前段ミラー２０６ａは、前段偏光ビームスプリッタ２０５ａに対して第２の分割光の反射方向に離間して設けられ、前段ミラー２０６ａの受光面の角度は、光軸Ａ１の直交面に対して４５度傾斜するように設定されている。この前段ミラー２０６ａは、前段偏光ビームスプリッタ２０５ａから出力された第２の分割光を光軸Ａ１に平行な方向に反射する。後段ミラー２０６ｂは、前段ミラー２０６ａに対して第２の分割光の反射方向に離間し、後段偏光ビームスプリッタ２０５ｂの受光面に向かい合うように設けられ、後段ミラー２０６ｂの受光面の角度は、光軸Ａ１の直交面に対して４５＋α度（αは予め設定された角度）だけ傾斜するように設定されている。この後段ミラー２０６ｂは、前段ミラー２０６ａを経由した第２の分割光を光軸Ａ１に交差する方向に沿って後段偏光ビームスプリッタ２０５ｂの受光面に向けて反射する。
　さらに、後段偏光ビームスプリッタ２０５ｂと窓部２１０との間の光軸Ａ１上には、結像レンズ移動機構２０８によって位置調整可能に支持された結像レンズ２０４が設けられている。この結像レンズ２０４は、その光軸Ａ２が光軸Ａ１に平行になるように支持され、結像レンズ移動機構２０８によって、光軸Ａ２が光軸Ａ１に対して平行な状態を保ったまま光軸Ａ１に垂直な方向に移動可能に構成されている。詳細には、結像レンズ２０４は、結像レンズ移動機構２０８によって、光軸Ａ２が光軸Ａ１に一致する第１の状態と、光軸Ａ２が光軸Ａ１から所定距離だけずれた第２の状態とに設定可能にされている。このとき、後段偏光ビームスプリッタ２０５ｂの中心が結像レンズ２０４の光軸上に位置する。これにより、ケラレを低減することができる。このような結像レンズ移動機構２０８としては、結像レンズ２０４の位置を連続的に調整可能なスライド機構であってもよいし、第１及び第２の状態に対応した位置に二段階で切り替える切替機構であってもよい。結像レンズ２０４は、結像レンズ移動機構２０８によって第２の状態に設定された際には、偏光ビームスプリッタ２０５ａ，２０５ｂを経由して反射光から分割された第１及び第２の分割光を受けて、それらの分割光を窓部２１０の外部に取り付けられたカメラ６内の受光面６ｂ上に分離された第１及び第２の光像として結像させる。一方、結像レンズ２０４は、結像レンズ移動機構２０８によって第１の状態に設定され、偏光ビームスプリッタ２０５ａ，２０５ｂが取り外された際には、反射光をコリメータレンズ２０３のみを経由して受けて、その反射光を窓部２１０の外部に取り付けられたカメラ６内の受光面６ｂ上に単一の光像として結像させる。
　このような構成の撮像装置２０１は、カメラ６によって反射光を単一の光像で観察する観察モード（以下、「シングルビューモード」と言う。）と、カメラ６によって反射光を２つの光像に分離して観察する観察モード（以下、「ダブルビューモード」と言う。）との両方に兼用することができる。撮像装置２０１を採用した画像取得装置１Ｂによれば、反射光の複数の偏光成分の画像を同時に得ることができ、対象物Ｓによって偏光した光が正反射された光の偏光状態の分布を即座に評価できる。
　上記実施形態においては、光照射装置は、対象物に向けて拡散させて偏光した光を照射する、ことが好適である。これにより、立体的な対象物を対象にした場合に広い範囲で偏光した光を透過及び反射する性質を有する物体を検出することができる。
　また、上記実施形態においては、光照射装置は、円偏光である偏光した光を照射する、ことも好適である。この場合、物体が複屈折性を有するような場合であっても物体を高精度に検出できる。
　またさらに、上記実施形態においては、光照射装置は、直線偏光である偏光した光を照射する、ことも好適である。こうすれば、検出される画像を基に容易に偏光状態の変化の分布を評価することができ、偏光した光を透過及び反射する物体を容易に検出することができる。
　さらにまた、上記実施形態においては、撮像装置は、偏光板を含み、偏光板を介して正反射された光を検出する、ことも好適である。こうすれば、対象物によって偏光した光が正反射された光の偏光状態の分布を、簡易な構成で評価できる。
　また、上記実施形態においては、撮像装置は、波長板をさらに含み、波長板を介して正反射された光を検出する、ことが好適である。この場合、対象物によって偏光した光が正反射された光の偏光状態の分布を、演算によって精度よく評価できる。
　さらに、上記実施形態においては、撮像装置は、正反射された光を複数の光成分に分離する光分離素子を含み、複数の光成分を撮像して複数の画像を含む画像データを取得する、ことが好適である。この場合、複数の画像を同時に得ることができ、即座に対象物によって偏光した光が正反射された光の偏光状態の分布を評価できる。
　実施形態の画像取得装置は、［１］「対象物に偏光した光を照射する光照射装置と、偏光した光が対象物によって正反射された光を検出し、光の互いに異なる偏光成分を含む画像データを取得する撮像装置と、複数の画像を基に、対象物上に存在する偏光した光が透過する物体を検出する画像処理部と、を備える、画像取得装置」である。
　実施形態の画像取得装置は、［２］「光照射装置は、対象物に向けて拡散させて偏光した光を照射する、上記［１］に記載の画像取得装置」であってもよい。
　実施形態の画像取得装置は、［３］「光照射装置は、円偏光である偏光した光を照射する、上記［１］又は［２］に記載の画像取得装置」であってもよい。
　実施形態の画像取得装置は、［４］「光照射装置は、直線偏光である偏光した光を照射する、上記［１］又は［２］に記載の画像取得装置」であってもよい。
　実施形態の画像取得装置は、［５］「撮像装置は、偏光板を含み、偏光板を介して正反射された光を検出する、上記［１］～［４］のいずれかに記載の画像取得装置」であってもよい。
　実施形態の画像取得装置は、［６］「撮像装置は、波長板をさらに含み、波長板を介して正反射された光を検出する、上記［５］に記載の画像取得装置」であってもよい。
　実施形態の画像取得装置は、［７］「撮像装置は、正反射された光を複数の光成分に分離する光分離素子を含み、複数の光成分を撮像して複数の画像を含む画像データを取得する、上記［１］～［４］のいずれかに記載の画像取得装置」であってもよい。
　実施形態の検査装置は、［８］「上記［１］～［７］のいずれかに記載の画像取得装置と、所定の方向に対象物を搬送する搬送装置と、画像取得装置から出力されるデータに基づいて対象物を検査する検査処理部と、を備える、検査装置」である。
　実施形態の画像取得方法は、［９］「対象物に偏光した光を照射する光照射ステップと、偏光した光が対象物によって正反射された光を検出し、光の互いに異なる偏光成分を含む画像データを取得する撮像ステップと、複数の画像を基に、対象物上に存在する偏光した光が透過する物体を検出する画像処理ステップと、を備える、画像取得方法」である。
　１，１Ａ，１Ｂ…画像取得装置、２…照明装置（光照射装置）、４…回転波長板、５…偏光板、５Ｂ…回転偏光板、７，２０１…撮像装置、２０５ａ，２０５ｂ…偏光ビームスプリッタ（光分離素子）、８…画像処理装置（画像処理部）、１１…搬送装置、１２…コンピュータ（検査処理部）、１００…検査システム（検査装置）、Ｓ…対象物、ＦＳ…異物。

 

Claims (15)

  1. 　対象物に偏光した光を照射する光照射装置と、
    　前記偏光した光が前記対象物によって正反射された光を検出し、前記光の互いに異なる偏光成分を含む画像データを取得する撮像装置と、
    　前記画像データを基に、前記対象物上に存在する前記偏光した光が透過する物体を検出する画像処理部と、
    を備える画像取得装置。
  2. 　前記光照射装置は、前記対象物に向けて拡散させて前記偏光した光を照射する、
    請求項１に記載の画像取得装置。
  3. 　前記光照射装置は、円偏光である前記偏光した光を照射する、
    請求項１又は２に記載の画像取得装置。
  4. 　前記光照射装置は、直線偏光である前記偏光した光を照射する、
    請求項１又は２に記載の画像取得装置。
  5. 　前記撮像装置は、偏光板を含み、前記偏光板を介して前記正反射された光を検出する、
    請求項１～４のいずれか１項に記載の画像取得装置。
  6. 　前記撮像装置は、波長板をさらに含み、前記波長板を介して前記正反射された光を検出する、
    請求項５に記載の画像取得装置。
  7. 　前記撮像装置は、前記正反射された光を複数の光成分に分離する光分離素子を含み、前記複数の光成分を撮像して複数の画像を含む前記画像データを取得する、
    請求項１～４のいずれか１項に記載の画像取得装置。
  8. 　請求項１～７のいずれか１項に記載の画像取得装置と、
    　所定の方向に前記対象物を搬送する搬送装置と、
    　前記画像取得装置から出力されるデータに基づいて前記対象物を検査する検査処理部と、
    を備える検査装置。
  9. 　対象物に偏光した光を照射する光照射ステップと、
    　前記偏光が前記対象物によって正反射された光を検出し、前記光の互いに異なる偏光成分を含む画像データを取得する撮像ステップと、
    　前記画像データを基に、前記対象物上に存在する前記偏光した光が透過する物体を検出する画像処理ステップと、
    を備える画像取得方法。
  10. 　前記光照射ステップでは、前記対象物に向けて拡散させて前記偏光した光を照射する、
    請求項９に記載の画像取得方法。
  11. 　前記光照射ステップでは、円偏光である前記偏光した光を照射する、
    請求項９又は１０に記載の画像取得方法。
  12. 　前記光照射ステップでは、直線偏光である前記偏光した光を照射する、
    請求項９又は１０に記載の画像取得方法。
  13. 　前記撮像ステップでは、偏光板を介して前記正反射された光を検出する、
    請求項９～１２のいずれか１項に記載の画像取得方法。
  14. 　前記撮像ステップでは、波長板を介して前記正反射された光を検出する、
    請求項１３に記載の画像取得方法。
  15. 　前記撮像ステップでは、前記正反射された光を複数の光成分に分離し、前記複数の光成分を撮像して複数の画像を含む前記画像データを取得する、
    請求項９～１２のいずれか１項に記載の画像取得方法。

     
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