JP2019120644A - 表面検査装置、及び表面検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】検査対象物の表面の凹凸の有無を適切に検査可能な表面検査装置を提供する。【解決手段】表面検査装置１は、複数の検査パターンＰが投影された検査対象物を撮像した撮像画像についてエッジ抽出画像を生成するエッジ抽出画像生成部４０と、エッジ抽出画像における第１エッジの強度と第２エッジの強度とに基づいて、第１エッジの強度及び第２エッジの強度のうちの一方に対する他方の影響度を低減するように、第１エッジの強度及び第２エッジの強度を補正する補正係数を設定する補正係数設定部５０と、補正係数を用いて補正された第１エッジの強度及び第２エッジの強度に基づいて補正済エッジ抽出画像を生成する補正済エッジ抽出画像生成部７０と、補正済エッジ抽出画像に基づき輝度値を積算した積算画像を生成する積算画像生成部８０と、積算画像に基づいて検査対象物の表面の凹凸の有無を判定する判定部９０と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、検査対象物の表面の凹凸の有無を検査する表面検査装置、及び表面検査方法に関する。

一般的に、製品を製造した場合、当該製品の表面に所定の規格より大きいサイズの凹凸（製品の形状に由来しない凹凸）が存在していると不良品となり、凹凸のサイズが上記規格内に収まっている製品と仕分ける必要がある。そこで、従来、このような製品の表面の凹凸の有無を検査する技術が利用されてきた（例えば特許文献１）。

特許文献１には、被検査試料（本願「検査対象物」に相当）の表面に現れる凹凸のうねりを検査するうねり検査装置が記載されている。当該うねり検査装置は、被検査試料に対して、所定の光源パターンを照射するパターン化光源と、被検査試料に照射された光源パターンを撮像する撮像装置と、撮像装置により撮像された画素の明るさに基づき、所定の閾値に対する光源パターンの輝度の重心位置を算出する輝度重心位置算出手段と、輝度重心位置の画素と該画素の隣接画素に対して、重み付けを行う重み付け手段と、重み付けされた画素の画素値に基づき、被検査試料の表面のうねり判定を行う判定手段とを備えて構成される。

特開２００２−２５０６８４号公報

特許文献１に記載の技術は、光源パターンとして縞パターンが用いられ、この縞パターンを光源から被検査試料に投影し、その縞のエッジを検出した画像の画素値を累積することで表面の欠陥を目立つようにしている。ここで、被検査試料の形状は単一面とは限らず、複数の面を有する場合もある。このような複数の面を有する被検査試料を検査する場合には、縞パターンを投影するパターン化光源の位置と被検査試料の設置角度とによっては、光源パターンが投影された被検査試料を撮像した画像において、被検査試料の一方の面に起因した影が他方の面に映り込み、その結果、複数の面同士の境界部を境に明暗が生じる可能性がある。このような画像について所定の閾値より大きい輝度値を有する画素を接続してエッジとして検出した場合、当該境界部に由来するエッジ（形状に由来するエッジ）と投影した縞パターンに由来するエッジ（表面の凹凸に由来するエッジ）とが同時に検出されることがあり、これら２つのエッジの判別を容易に行うことができない。このため、特許文献１に記載の技術は、適切に凹凸の有無を検査するにあたり改良の余地がある。

そこで、光源の位置と検査対象物の設置角度とに関わらず、検査対象物の表面の凹凸（検査対象物の形状に由来しない凹凸）の有無を適切に検査することが可能な表面検査装置、及び表面検査方法が求められる。

本発明に係る表面検査装置の特徴構成は、所定以上の明度からなる第１パターンと前記第１パターンの明度よりも暗い第２パターンとが交互に並び、前記第１パターンと前記第２パターンとが前記交互に並ぶ方向に沿って予め設定されたずれ量だけ順次ずれていく複数の検査パターンを作製する検査パターン作製部と、前記検査パターン作製部により作製された複数の前記検査パターンを表示画面に順次表示して検査対象物に投影する投影部と、前記検査パターンが投影される毎に、前記検査対象物を撮像した撮像画像を取得する撮像画像取得部と、前記撮像画像取得部により取得された複数の撮像画像の夫々についてエッジ抽出を行い、抽出されたエッジを、前記エッジと前記エッジでない部分との輝度値の差に基づいて示したエッジ抽出画像を前記撮像画像毎に生成するエッジ抽出画像生成部と、前記エッジ抽出画像における所定の第１方向に沿った第１エッジの強度と前記エッジ抽出画像における前記第１方向に直交する第２方向に沿った第２エッジの強度とに基づいて、前記第１エッジの強度及び前記第２エッジの強度のうちの一方に対する他方の影響度を低減するように、前記第１エッジの強度及び前記第２エッジの強度を補正する補正係数を設定する補正係数設定部と、前記補正係数に基づいて前記第１エッジの強度及び前記第２エッジの強度を補正する強度補正部と、前記強度補正部により補正された前記第１エッジの強度及び前記第２エッジの強度に基づいて、複数の前記エッジ抽出画像から、複数の補正済エッジ抽出画像を生成する補正済エッジ抽出画像生成部と、複数の前記補正済エッジ抽出画像に亘って前記検査対象物における同じ位置毎に前記輝度値を積算した１枚の積算画像を生成する積算画像生成部と、前記積算画像を複数の区画に区分けし、区分けされた前記区画毎の前記輝度値に基づいて前記検査対象物の表面の凹凸の有無を判定する判定部と、を備えている点にある。

このような特徴構成とすれば、第１エッジの強度及び第２エッジの強度の夫々について、補正係数による重み付けを行って、第１エッジの強度及び第２エッジの強度のうちの一方に対する他方の影響度を小さくすることができる。このような補正係数に基づき補正された第１エッジの強度及び第２エッジの強度によりエッジ検出を行うことで、検査パターンに由来するエッジ（検査対象物の輪郭を示すエッジ）が分断されていても接続することができる。また、照明位置と検査対象物の形状とに応じて生じる影に起因した輪郭と、投影している縞パターンに起因した輪郭とを区別できるので、検査パターンに基づく輪郭を検出することが可能となる。したがって、適切に検査対象物の表面の凹凸の有無を検査することができる。

また、前記補正済エッジ抽出画像生成部は、前記第１エッジの強度及び前記第２エッジの強度の合成強度に基づいて前記補正済エッジ抽出画像を生成し、前記補正係数は、前記合成強度が、前記検査対象物において検出すべき凹凸のサイズに応じたエッジの強度よりも小さくなるように設定されると好適である。

このように合成強度を補正すれば、検出すべき凹凸のサイズに起因したエッジを見落とすことが無くなる。したがって、検査対象物の表面に存在する凹凸の有無を適切に検査することが可能となる。

本発明に係る表面検査方法の特徴構成は、所定以上の明度からなる第１パターンと前記第１パターンの明度よりも暗い第２パターンとが交互に並び、前記第１パターンと前記第２パターンとが前記交互に並ぶ方向に沿って予め設定されたずれ量だけ順次ずれていく複数の検査パターンを作製する検査パターン作製ステップと、前記検査パターン作製ステップにより作製された複数の前記検査パターンを表示画面に順次表示して検査対象物に投影する投影ステップと、前記検査パターンが投影される毎に、前記検査対象物を撮像した撮像画像を取得する撮像画像取得ステップと、前記撮像画像取得ステップにより取得された複数の撮像画像の夫々についてエッジ抽出を行い、抽出されたエッジを、前記エッジと前記エッジでない部分との輝度値の差に基づいて示したエッジ抽出画像を前記撮像画像毎に生成するエッジ抽出画像生成ステップと、前記エッジ抽出画像における所定の第１方向に沿った第１エッジの強度と前記エッジ抽出画像における前記第１方向に直交する第２方向に沿った第２エッジの強度とに基づいて、前記第１エッジの強度及び前記第２エッジの強度のうちの一方に対する他方の影響度を低減するように、前記第１エッジの強度及び前記第２エッジの強度を補正する補正係数を設定する補正係数設定ステップと、前記補正係数に基づいて前記第１エッジの強度及び前記第２エッジの強度を補正する強度補正ステップと、前記強度補正ステップにより補正された前記第１エッジの強度及び前記第２エッジの強度に基づいて、複数の前記エッジ抽出画像から、複数の補正済エッジ抽出画像を生成する補正済エッジ抽出画像生成ステップと、複数の前記補正済エッジ抽出画像に亘って前記検査対象物における同じ位置毎に前記輝度値を積算した１枚の積算画像を生成する積算画像生成ステップと、前記積算画像を複数の区画に区分けし、区分けされた前記区画毎の前記輝度値に基づいて前記検査対象物の表面の凹凸の有無を判定する判定ステップと、を備えている点にある。

このような表面検査方法であっても、上述した表面検査装置と実質的に差異はなく、表面検査装置と同様の効果を奏することが可能である。

表面検査装置の構成を示す模式図である。 検査パターンを示す図である。 撮像画像の一例を示した図である。 エッジ抽出画像の一例を示した図である。 エッジの抽出概念についての説明図である。 エッジ抽出画像及び補正済エッジ抽出画像の一例を示した図である。 エッジの強度補正についての説明図である。 積算画像の一例を示した図である。 その他の実施形態に係るエッジの強度補正についての説明図である。 その他の実施形態に係るエッジの強度補正についての説明図である。

本発明に係る表面検査装置は、検査対象物の表面の凹凸の有無を適切に検査することができるように構成される。検査対象物の表面の凹凸とは、検査対象物に本来設けられている凹凸（検査対象物の形状に由来する凹凸）ではなく、検査対象物の表面に意図せず形成されてしまった凹凸（検査対象物の形状に由来しない凹凸）である。以下、本実施形態の表面検査装置１について説明する。

図１は、本実施形態の表面検査装置１の構成を模式的に示した図である。図１に示されるように、表面検査装置１は、検査パターン作製部１０、投影部２０、撮像画像取得部３０、エッジ抽出画像生成部４０、補正係数設定部５０、強度補正部６０、補正済エッジ抽出画像生成部７０、積算画像生成部８０、判定部９０を備えて構成される。特に、検査パターン作製部１０、エッジ抽出画像生成部４０、補正係数設定部５０、強度補正部６０、補正済エッジ抽出画像生成部７０、積算画像生成部８０、判定部９０の各機能部は、検査対象物の表面の凹凸の有無の検査に係る処理を行うために、ＣＰＵを中核部材としてハードウェア又はソフトウェア或いはその両方で構築されている。

検査パターン作製部１０は、所定以上の明度からなる第１パターンＦと当該第１パターンＦの明度よりも暗い第２パターンＳとが交互に並ぶ検査パターンＰを作製する。「所定以上の明度からなる第１パターンＦ」とは、後述する投影部２０が有する表示画面２１に検査パターンＰを表示した際に、所定の明るさ以上の明るさで表示される表示物であり、例えば白色からなる表示物が相当する。一方、「第１パターンＦの明度よりも暗い第２パターンＳ」とは、表示画面２１に検査パターンＰを表示した際に、第１パターンＦの明るさよりも暗い明るさで表示される表示物であり、例えば黒色からなる表示物が相当する。検査パターンＰは、このような第１パターンＦと第２パターンＳとを所定の方向に沿って交互に並べて構成される。本実施形態では、図１に示されるように第１パターンＦと第２パターンＳとは、表示画面２１の縦方向に沿って交互に並べられる。

また、検査パターン作製部１０は、第１パターンＦと第２パターンＳとが交互に並ぶ方向に沿って予め設定されたずれ量だけ順次ずれていく複数の検査パターンＰを作製する。図２には、検査パターン作製部１０により作製される複数の検査パターンＰが示される。「第１パターンＦと第２パターンＳとが交互に並ぶ方向」とは、図２の（ａ）における第１パターンＦ、第２パターンＳ、第１パターンＦ、第２パターンＳが並ぶ方向であり、具体的には表示画面２１の縦方向が相当する。「ずれ量」とは、検査パターン作製部１０において予め設定されており、図２の（ａ）に示されるように例えば１つの第１パターンＦと１つの第２パターンＳとからなる縦方向の長さを１周期とすると、当該１周期を４分割した縦方向の長さ（表示画面２１におけるピッチ）とすると良い（画像データ上で２ドットとすると好適である）。この場合、図２の（ａ）〜（ｄ）に示されるように、第１パターンＦと第２パターンＳとが１／４周期ずつ順次ずれていくような４枚の検査パターンＰが作製される。

このような所定以上の明度からなる第１パターンＦと当該第１パターンＦの明度よりも暗い第２パターンＳとが交互に並び、第１パターンＦと第２パターンＳとが交互に並ぶ方向に沿って予め設定されたずれ量だけ順次ずれていく複数の検査パターンＰを作製する工程は、表面検査方法における検査パターン作製ステップと称される。

図１に戻り、投影部２０は、検査パターン作製部１０により作製された複数の検査パターンＰを表示画面２１に順次表示して検査対象物２に投影する。投影部２０は、例えば液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等の表示部を備えて構成され、その表示画面２１に検査パターン作製部１０により作製された複数の検査パターンＰを順次変更しながら表示する。一方、投影部２０から所定距離だけ離れた位置には、検査対象物２が設置される。これにより、表示画面２１に表示された検査パターンＰが検査対象物２に所定の入射角度θ１で投影する（照射する）ことが可能となる。

このような検査パターン作製ステップにより作製された複数の検査パターンＰを表示画面２１に順次表示して検査対象物２に投影する工程は、表面検査方法における投影ステップと称される。

撮像画像取得部３０は、検査パターンＰが投影される毎に、検査対象物２を撮像した撮像画像を取得する。上述したように、検査パターンＰは複数作製され、投影部２０は複数の検査パターンＰを順次変更しながら表示する。撮像画像取得部３０は、検査パターンＰが変更されるにしたがい、検査パターンＰが投影された検査対象物２を撮像した撮像画像を取得する。図３には、撮像画像取得部３０により取得された撮像画像の一例が示される。図３の（ａ）は、検査対象物の表面に欠陥が存在していない場合の撮像画像の一例であり、図３の（ｂ）は、検査対象物の表面に欠陥が存在している場合の撮像画像の一例である。撮像画像取得部３０は、例えばＣＭＯＳイメージセンサ、ＣＣＤイメージセンサ等の撮像デバイスを用いて構成することが可能である。なお、撮像画像取得部３０は、検査対象物２に投影された検査パターンＰが正反射したものを撮像した撮像画像を取得できるように構成すると良い。すなわち、反射角度θ２が入射角度θ１と等しくなるように構成すると良い。なお、θ１及びθ２は、３０度程度が望ましい。

このような検査パターンＰが投影される毎に、検査対象物２を撮像した撮像画像を取得する工程は、表面検査方法における撮像画像取得ステップと称される。

図１に戻り、エッジ抽出画像生成部４０は、撮像画像取得部３０により取得された複数の撮像画像の夫々についてエッジ抽出を行い、抽出されたエッジを、エッジとエッジでない部分との輝度値の差に基づいて示したエッジ抽出画像を撮像画像毎に生成する。図３に示されるように、撮像画像は検査パターンＰの第１パターンＦと第２パターンＳとが検査対象物２で反射したものに相当する。エッジ抽出画像生成部４０は、撮像画像取得部３０により取得された複数の撮像画像の夫々について、撮像画像において第１パターンＦに基づく色と第２パターンＳに基づく色との境界部分に相当するエッジの抽出（検出）を行う。

撮像画像取得ステップにより取得された複数の撮像画像の夫々についてエッジ抽出を行い、抽出されたエッジを、エッジと当該エッジでない部分との輝度値の差に基づいて示したエッジ抽出画像を撮像画像毎に生成する工程は、表面検査方法におけるエッジ抽出画像生成ステップと称される。

図４には、図３の（ａ）及び（ｂ）の撮像画像について、エッジ検出を行ったエッジ検出画像が示される。エッジ抽出画像においては、抽出されたエッジが強調されるように、図４に示されるようにエッジの部分が明るい色（例えば白）で示され、他の部分であるエッジでない部分がエッジの部分を示した色よりも暗い色（例えば黒色）で示される。したがって、エッジ抽出画像では、抽出されたエッジと、エッジでない部分とが、輝度値の差によって示される。エッジ抽出画像生成部４０は、撮像画像取得部３０により取得された撮影画像毎にエッジ抽出画像を生成する。すなわち、撮影画像がｎ枚ある場合には、エッジ抽出画像もｎ枚生成される。

このようなエッジの抽出は、例えば公知のＣａｎｎｙ法を用いて行うことが可能である。図５は、Ｃａｎｎｙ法を用いたエッジ抽出概念の説明図である。例えば、図５の（ａ）に示される入力画像についてエッジ抽出を行う場合には、図５の（ｂ）に示される横方向ソーベルフィルタ及び図５の（ｃ）に示される縦方向ソーベルフィルタが用いられる。入力画像のエッジ検出に用いられるソーベルフィルタは近傍数ａ（ａ＝３，５，７，・・・２ｎ＋１）の正方行列からなる。横方向ソーベルフィルタは中央列のみ全て０のガウシアン分布であり、縦方向ソーベルフィルタは中央行のみ全て０のガウシアン分布である。ａの値は入力画像に応じて適宜、選択される。横方向ソーベルフィルタを用いた場合には、図５の（ｄ）に示されるように入力画像における横方向のエッジが検出され、図５の（ｅ）に示されるように縦方向ソーベルフィルタを用いた場合には、入力画像における縦方向のエッジが検出される。

横方向のエッジの強度を横方向強度Ｉｘとし、縦方向のエッジの強度を縦方向強度Ｉｙとすると、全体の強度である合成強度Ｉは、下記の（１）式で示される（図５の（ｆ）参照）。
Ｉ＝Ｉｘ＋Ｉｙ ・・・（１）

ここで、単に（１）式で演算された強度に基づき設定した閾値（単一の閾値）を用いてエッジ抽出を行うと、図５の（ｆ）に示されるように、横方向のエッジと縦方向のエッジとがつながらないことがある。そこで、従来、（１）式で算定された合成強度Ｉを基準に２つの閾値（「Ｈｉｇｈ閾値」及び「Ｌｏｗ閾値」とする）を設定し、この２つの閾値を用いてエッジの接続処理（ヒステリシス閾値処理）を行っていた。Ｈｉｇｈ閾値は、検出すべきエッジの強度に応じて設定された閾値であり、Ｌｏｗ閾値は図５の（ｆ）のように途切れてしまった輪郭を繋ぐための閾値である。なお、Ｌｏｗ閾値は全てのエッジに利用するのではなく、Ｈｉｇｈ閾値で検出された線に繋がる線の検出のみに利用する閾値である。これにより、図５の（ｇ）に示されるように、途切れてしまった輪郭を繋ぐことが可能となる。

ここで、図６にはエッジ抽出画像の一例が示される。図６の（ａ）は、Ｈｉｇｈ閾値及びＬｏｗ閾値を夫々、所定の閾値に設定した場合のエッジ抽出画像である。この例では、エッジ抽出画像において検査対象物２の一部しか表示されていない（検査パターンＰに基づく形状に由来するエッジ（輪郭）の全てが表示されていない）。そこで、エッジ抽出画像において検査対象物２の全体を表示すべく、上記Ｈｉｇｈ閾値を下げることにより、図６の（ｂ）のようなエッジ抽出画像を取得していた。しかしながら、単にＨｉｇｈ閾値を下げて抽出したエッジに基づくエッジ抽出画像では、投影部２０の位置と検査対象物２の設置角度によっては、図６の（ｂ）においてＴに沿った領域のように、検査対象物２の形状に起因しエッジが強調され、検査対象物２の表面の凹凸に起因したエッジであるか否かの判定が容易ではない。また、Ｈｉｇｈ閾値を下げるだけでは、検査対象物２の形状の全てがエッジ抽出画像に含まれるようにすることができず、図６の（ｂ）においてＵで示した領域のエッジが分断されている。このため、検査対象物２の全体に亘って凹凸の有無を検査することができなかった。

そこで、補正係数設定部５０は、エッジ抽出画像における所定の第１方向に沿った第１エッジの強度とエッジ抽出画像における第１方向に直交する第２方向に沿った第２エッジの強度とに基づいて、第１エッジの強度及び第２エッジの強度のうちの一方に対する他方の影響度を低減するように、第１エッジの強度及び第２エッジの強度を補正する補正係数を設定する。「エッジ抽出画像における所定の第１方向に沿った第１エッジの強度」とは、本実施形態では上述したエッジ抽出画像における横方向のエッジが相当し、「エッジ抽出画像における第１方向に直交する第２方向に沿った第２エッジの強度」とは、本実施形態では上述したエッジ抽出画像における縦方向のエッジが相当する。「第１エッジの強度及び第２エッジの強度のうちの一方に対する他方の影響度」とは、第１エッジ及び第２エッジのうちの一方の強度により、第１エッジ及び第２エッジのうちの他方が検出し難くなっている影響の度合いをいう。このような影響度が大きいと、上述したように第１エッジ及び第２エッジの他方が検出し難くなる。

そこで、補正係数設定部５０は、第１エッジの強度及び第２エッジの強度を補正する補正係数を設定する。上述したように、横方向のエッジの強度を横方向強度Ｉｘとし、縦方向のエッジの強度を縦方向強度Ｉｙとすると、合成強度Ｉは、上記（１）式で示される。補正係数設定部５０は、この（１）式における横方向強度Ｉｘと縦方向強度Ｉｙとの夫々を補正可能な補正係数Ａ，Ｂを設定する。ただし、０≦Ａ≦１、０≦Ｂ≦１である。補正係数で補正された合成強度Ｉは、（２）式で示される。
Ｉ＝Ａ×Ｉｘ＋Ｂ×Ｉｙ ・・・（２）

ここで、Ｃａｎｎｙ法においてエッジを接続する場合には、横方向のエッジの強度と縦方向のエッジの強度との和に対してヒステリシス閾値処理を行うため、上記のように横方向のエッジ及び縦方向のエッジを補正することで、第１エッジの強度及び第２エッジの強度のうちの一方に対する他方の影響度を低減することができる。したがって、投影する検査パターンＰの輪郭方向を予め設定しておくことで、形状由来の輪郭を除去し、投影した縞の輪郭のみを選択的に抽出することが可能となる。

エッジ抽出画像における所定の第１方向に沿った第１エッジの強度とエッジ抽出画像における第１方向に直交する第２方向に沿った第２エッジの強度とに基づいて、第１エッジの強度及び第２エッジの強度のうちの一方に対する他方の影響度を低減するように、第１エッジの強度及び第２エッジの強度を補正する補正係数を設定する工程は、表面検査方法における補正係数設定ステップと称される。

補正係数設定部５０は、第１エッジの強度及び第２エッジの強度の合成強度が、検査対象物２において検出すべき凹凸のサイズに応じたエッジの強度よりも小さくなるように補正係数を設定すると好適である。検査対象物２において検出すべき凹凸のサイズに応じたエッジの強度は、予め例えば限度見本等に凹凸を設けておき、この限度見本に対して上述したように検査パターンＰを照射し、エッジ抽出処理を行うことで特定することができる。補正係数設定部５０は、このような限度見本から取得された検出すべき凹凸のサイズに応じたエッジの強度よりも、第１エッジの強度及び第２エッジの強度の合成強度が小さくなるように設定すると良い。これにより、検査対象物２の形状に起因したエッジの強度を、検出すべき凹凸に起因したエッジの強度よりも小さくすることができるので誤検出を防止することが可能となる。

強度補正部６０は、補正係数に基づいて第１エッジの強度及び第２エッジの強度を補正する。図７には、補正係数設定部５０により、Ａを０．５とし、Ｂを１とした場合の例が示される。Ａ及びＢが１である時の合成強度Ｉ１から、Ａを０．５、Ｂを１とすることにより合成強度Ｉ２に変化させることができる。強度補正部６０は、補正係数設定部５０により設定された補正係数（Ａ及びＢ）、及び上記（２）式を用いて第１エッジの強度及び第２エッジの強度を補正する。補正係数は強度の重み付けに相当し、第１エッジ及び第２エッジのうちの少なくともいずれか一方の強度を補正することで、第１エッジの強度及び第２エッジの強度のうちの一方に対する他方の影響度を低減することが可能となる。このような合成強度Ｉ２をヒステリシス閾値処理に用いる。すなわち、このような合成強度Ｉ２に基づき、２つの閾値（Ｈｉｇｈ閾値及びＬｏｗ閾値）を設定することで、図６の（ｃ）においてＶに沿った領域のように、検査対象物２の形状に由来したエッジの強度を低減し、図６の（ｃ）においてＷで示されるように、エッジ画像の輪郭接続を行うことが可能となる。

補正係数に基づいて前記第１エッジの強度及び前記第２エッジの強度を補正する工程は、表面検査方法における強度補正ステップと称される。

補正済エッジ抽出画像生成部７０は、強度補正部６０により補正された第１エッジの強度及び第２エッジの強度に基づいて、複数のエッジ抽出画像から、複数の補正済エッジ抽出画像を生成する。強度補正部６０により補正された第１エッジの強度及び第２エッジの強度とは、上述した補正係数（Ａ及びＢ）を用いて補正された第１エッジの強度及び第２エッジの強度である。エッジ抽出画像は、上述したエッジ抽出画像生成部４０により生成される。補正済エッジ抽出画像生成部７０は、エッジ抽出画像の夫々について、第１エッジ及び第２エッジの強度を補正した補正済エッジ抽出画像を生成する。すなわち、補正済エッジ抽出画像生成部７０は、第１エッジの強度及び第２エッジの強度の合成強度に基づいて補正済エッジ抽出画像を生成する。「第１エッジの強度及び第２エッジの強度の合成強度に基づいて補正済エッジ抽出画像を生成する」とは、上述したように合成強度に基づき、設定した２つの閾値（Ｈｉｇｈ閾値及びＬｏｗ閾値）を使ってエッジを検出することを意味する。

強度補正ステップにより補正された第１エッジの強度及び第２エッジの強度に基づいて、複数のエッジ抽出画像から、複数の補正済エッジ抽出画像を生成する工程は、表面検査方法における補正済エッジ抽出画像生成ステップと称される。

図１に戻り、積算画像生成部８０は、複数の補正済エッジ抽出画像に亘って検査対象物２における同じ位置毎に輝度値を積算した１枚の積算画像を生成する。複数の補正済エッジ抽出画像とは、補正済エッジ抽出画像生成部７０により撮影画像毎に生成されたエッジ抽出画像である。ここで、投影部２０と撮像画像取得部３０と検査対象物２との位置関係は、検査パターン作製部１０により作製された複数の検査パターンＰを検査対象物２に投影し、撮像画像取得部３０が複数の検査パターンＰに応じた全ての撮像画像を取得するまで変更しない。このため、「検査対象物２における同じ位置」とは、補正済エッジ抽出画像における同じ位置に相当する。

また、上述したように、補正済エッジ抽出画像では、エッジの部分が明るい色（例えば白）で示され、他の部分であるエッジでない部分がエッジの部分を示した色よりも暗い色（例えば黒色）で示される。よって、積算画像生成部８０は、複数の補正済エッジ抽出画像に亘って夫々、同じ位置毎に輝度値を積算し、積算した結果を補正済ッジ抽出画像の位置に対応した位置に示した１枚の積算画像を生成する。このような積算画像の一例が、図８に示される。なお、積算画像においてムラ等によってエッジが生じず、抜けの部分が生じないように、例えばガウシアンフィルタを適用することも可能である。

このような複数の補正済エッジ抽出画像に亘って検査対象物２における同じ位置毎に輝度値を積算した１枚の積算画像を生成する工程は、表面検査方法における積算画像生成ステップと称される。

判定部９０は、積算画像を複数の区画に区分けし、区分けされた区画毎の輝度値に基づいて検査対象物２の表面の凹凸の有無を判定する。積算画像を複数の区画に区分けするとは、予め定められたサイズの区画に積算画像を区分けすることをいう。本実施形態では、積算画像が格子状に区分けされる。格子状の区画のサイズは、例えば画面データ上で１０×１０ドットとなるような画素分解能や、検査対象物２の表面においける１ｍｍ×１ｍｍのサイズとなるような区画とすると好適である。検査対象物２の表面に凹凸がある場合には、補正済エッジ抽出画像におけるエッジの輝度値が大きくなり、この結果、積算画像においても輝度値が大きくなる。判定部９０は、輝度値が大きい区画（輝度値変化を持つ区画）が存在する場合に、その区画のサイズに基づき検査対象物２の表面に凹凸があると判定する。一方、判定部９０は、輝度値が大きい区画が存在しない場合には、検査対象物２の表面に凹凸が無いと判定する。

このように積算画像を用いて検査対象物２の表面の凹凸の有無を検査することも可能であるが、積算画像の輝度値はムラがあるため、所定の閾値を用いた場合であっても正確に検査することは容易ではない。そこで、判定部９０は、積算画像を複数の区画に区分けし、区分けされた区画毎の輝度値の積算値に基づいて検査対象物２の表面の凹凸の有無を判定すると好適である。

例えば、判定部９０は、区画毎の輝度値の平均値に基づいて判定することが可能である。すなわち、判定部９０は、区分けした区画毎に、当該区画内の輝度の平均値を算出し、算出した結果を、縦軸を上記算出した結果に相当する平均輝度とし、横軸を区画としたマップにプロットする。

判定部９０は、夫々の算出した結果をプロットし、対象となる区画の平均輝度が所定の閾値よりも低い場合には、当該区画の表面には凹凸が無いと判定し、対象となる区画の平均輝度が閾値を超える場合には、当該区画の表面には凹凸が有ると判定する。なお、夫々の区画の結果（平均輝度）が閾値を超える（上回る）場合であっても、例えば全体の区画の数に対して凹凸が有ると判定された区画の数の割合が所定値以下であれば、誤検知やバラツキ等を考慮して検査対象物２の全体の評価としては「問題なし」と評価するようにしても良い。

このような積算画像を複数の区画に区分けし、区分けされた区画毎の輝度値に基づいて検査対象物２の表面の凹凸の有無を判定する工程は、表面検査方法における判定ステップと称される。

〔その他の実施形態〕
上記実施形態では、図７において四角形を用いて強度を補正する例を挙げて説明した。四角形に代えて、図９に示すような楕円を用いることも可能である。この場合、横方向と縦方向のソーベルフィルタの値を夫々計算し、その傾き角θを計算する。その角度に対する長辺Ｒａ、短辺Ｒｂの楕円の半径Ｒを強度Ｒ（図９では、Ｒ１、Ｒ２）とし、輪郭接続に用いる。このように、エッジの接続を行う際、ソーベルフィルタによって各画素の傾きθと強度Ｒとを抽出することでエッジ検出を行い、検出したエッジの接続を行うことが可能である。

また、図１０に示すように、補正係数Ａを０．５とし、Ｂを１とした場合に、１組の対角線が交差する点の合成強度Ｉ２を全体の強度とし、Ｈｉｇｈ閾値及びＬｏｗ閾値を設定することも可能である。

本発明は、検査対象物の表面の凹凸の有無を検査する表面検査装置、及び表面検査方法に用いることが可能である。

１：表面検査装置
２：検査対象物
１０：検査パターン作製部
２０：投影部
２１：表示画面
３０：撮像画像取得部
４０：エッジ抽出画像生成部
５０：補正係数設定部
６０：強度補正部
７０：補正済エッジ抽出画像生成部
８０：積算画像生成部
９０：判定部
Ａ：補正係数
Ｂ：補正係数
Ｆ：第１パターン
Ｐ：検査パターン
Ｓ：第２パターン

Claims (3)

1. 所定以上の明度からなる第１パターンと前記第１パターンの明度よりも暗い第２パターンとが交互に並び、前記第１パターンと前記第２パターンとが前記交互に並ぶ方向に沿って予め設定されたずれ量だけ順次ずれていく複数の検査パターンを作製する検査パターン作製部と、
   前記検査パターン作製部により作製された複数の前記検査パターンを表示画面に順次表示して検査対象物に投影する投影部と、
   前記検査パターンが投影される毎に、前記検査対象物を撮像した撮像画像を取得する撮像画像取得部と、
   前記撮像画像取得部により取得された複数の撮像画像の夫々についてエッジ抽出を行い、抽出されたエッジを、前記エッジと前記エッジでない部分との輝度値の差に基づいて示したエッジ抽出画像を前記撮像画像毎に生成するエッジ抽出画像生成部と、
   前記エッジ抽出画像における所定の第１方向に沿った第１エッジの強度と前記エッジ抽出画像における前記第１方向に直交する第２方向に沿った第２エッジの強度とに基づいて、前記第１エッジの強度及び前記第２エッジの強度のうちの一方に対する他方の影響度を低減するように、前記第１エッジの強度及び前記第２エッジの強度を補正する補正係数を設定する補正係数設定部と、
   前記補正係数に基づいて前記第１エッジの強度及び前記第２エッジの強度を補正する強度補正部と、
   前記強度補正部により補正された前記第１エッジの強度及び前記第２エッジの強度に基づいて、複数の前記エッジ抽出画像から、複数の補正済エッジ抽出画像を生成する補正済エッジ抽出画像生成部と、
   複数の前記補正済エッジ抽出画像に亘って前記検査対象物における同じ位置毎に前記輝度値を積算した１枚の積算画像を生成する積算画像生成部と、
   前記積算画像を複数の区画に区分けし、区分けされた前記区画毎の前記輝度値に基づいて前記検査対象物の表面の凹凸の有無を判定する判定部と、
   を備える表面検査装置。
2. 前記補正済エッジ抽出画像生成部は、前記第１エッジの強度及び前記第２エッジの強度の合成強度に基づいて前記補正済エッジ抽出画像を生成し、
   前記補正係数は、前記合成強度が、前記検査対象物において検出すべき凹凸のサイズに応じたエッジの強度よりも小さくなるように設定される請求項１に記載の表面検査装置。
3. 所定以上の明度からなる第１パターンと前記第１パターンの明度よりも暗い第２パターンとが交互に並び、前記第１パターンと前記第２パターンとが前記交互に並ぶ方向に沿って予め設定されたずれ量だけ順次ずれていく複数の検査パターンを作製する検査パターン作製ステップと、
   前記検査パターン作製ステップにより作製された複数の前記検査パターンを表示画面に順次表示して検査対象物に投影する投影ステップと、
   前記検査パターンが投影される毎に、前記検査対象物を撮像した撮像画像を取得する撮像画像取得ステップと、
   前記撮像画像取得ステップにより取得された複数の撮像画像の夫々についてエッジ抽出を行い、抽出されたエッジを、前記エッジと前記エッジでない部分との輝度値の差に基づいて示したエッジ抽出画像を前記撮像画像毎に生成するエッジ抽出画像生成ステップと、
   前記エッジ抽出画像における所定の第１方向に沿った第１エッジの強度と前記エッジ抽出画像における前記第１方向に直交する第２方向に沿った第２エッジの強度とに基づいて、前記第１エッジの強度及び前記第２エッジの強度のうちの一方に対する他方の影響度を低減するように、前記第１エッジの強度及び前記第２エッジの強度を補正する補正係数を設定する補正係数設定ステップと、
   前記補正係数に基づいて前記第１エッジの強度及び前記第２エッジの強度を補正する強度補正ステップと、
   前記強度補正ステップにより補正された前記第１エッジの強度及び前記第２エッジの強度に基づいて、複数の前記エッジ抽出画像から、複数の補正済エッジ抽出画像を生成する補正済エッジ抽出画像生成ステップと、
   複数の前記補正済エッジ抽出画像に亘って前記検査対象物における同じ位置毎に前記輝度値を積算した１枚の積算画像を生成する積算画像生成ステップと、
   前記積算画像を複数の区画に区分けし、区分けされた前記区画毎の前記輝度値に基づいて前記検査対象物の表面の凹凸の有無を判定する判定ステップと、
   を備える表面検査方法。

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