JP5014003B2 - 検査装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、検査対象の表面検査のための処理を行う検査装置および方法に関する。

従来の検査装置として被検査対象物体の表面に照明光を照射し、照明光の反射光を検出し、被検査対象物体の表面形状を検出する装置が知られている。

一般的に、生産プロセスに起因し、被検査対象物体の表面形状は異なってくる。複数種類の表面形状を検出するためには、それぞれの表面形状に応じた複数種類の検査装置が必要になる。もしくは、複数種類の検出手段を、一つの検査装置に搭載させる必要がある。

特許文献１には、三種類の照明手段と二種類の撮像手段を備えた検査装置が開示されている。特許文献１の検査装置では、三種類の照明手段と二種類の撮像手段との動作を切り替えることにより、被検査対象物体の表面に現れるキズ、シミ、隆起の三種類の表面形状を検出する。
特開平６−２２２０１３

特許文献１に開示された検査装置は、複数種類の表面形状を検出するために、撮像条件を変化させ、複数の撮像画像を取得し、表面検査を行っている。従来技術では、複数の撮像条件による複数の撮像画像を取得する必要があるため、表面検査の処理が煩雑化していた。

本発明は、上記課題を鑑み、単一の撮像画像で複数種類の表面検査を可能にすることを目的とする。

本発明は、検査対象を撮像することにより取得された撮像画像を取得する撮像画像取得手段と、前記検査対象の表面に対して鉛直方向に照明光を照射したときに、前記検査対象の第一の表面形状に起因する反射光の輝度と、前記検査対象の第二の表面形状に起因する反射光の輝度との割合の大小が変化する角度に応じた閾値を取得する閾値取得手段と、前記閾値に基づき、前記検査対象への照明光の入射角に対する反射光の強度分布が異なる第一の画像領域と第二の画像領域とを、前記撮像画像から取得する取得手段と、前記第一の画像領域と第二の画像領域とに対して、それぞれ異なる表面検査のための画像処理を行う画像処理手段とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、単一の撮像画像で複数種類の表面検査を可能にすることが出来る。

（第一の実施形態）
図１は、本実施形態における外観検査装置の構成を示す図である。図１の（ａ）は、外観検査装置の正面図を示したものであり、図１（ｂ）は、外観検査装置の側面図を示したものである。

検査対象１０１は、外観検査される対象となる検査対象物体である。図１（ａ）と図１（ｂ）との対応から分かるように、本実施形態における検査対象１０１は、円筒部分を有する。

図１では、検査対象１０１の円筒部分の中心軸をｘ軸、中心軸に対する水平半径方向をｙ軸、中心軸に対する鉛直半径方向をｚ軸に設定している。

円筒形の検査対象の具体例として、例えば、帯電ローラーがある。帯電ローラーは、複写機などに搭載され、コピー用紙にトナーを転写する際に用いられる。帯電ローラーの表面にキズなどがあると、コピー用紙に形成される画像に悪影響が出ることがある。画質の確保のために、帯電ローラーの表面検査には、複数種類の検査が必要になることがある。

検査対象面１０２は、検査対象１０１上の検査対象となる面である。

照明手段１０３は、検査対象１０１に対して照明光を照射する照明手段である。検査対象１０１に照明光を照射することにより、検査対象面１０２の状態を鮮明に把握することが可能になる。

点光源装置１０４は、照明手段１０３に搭載され、照明光を発する装置である。点光源装置１０４には、電球、ハロゲンランプ、球状ストロボＸｅ管などを使用できるが、球状ストロボＸｅ管が表面検査には適している。

レンズ１０５は、照明手段１０３に搭載され、点光源装置１０４から発せられた照明光を集光させ、平行光に変換するレンズである。

撮像手段１０６は、照明手段１０３に照射された検査対象面１０２を撮像し、撮像画像を取得する。撮像手段１０６は、ＣＣＤ、または、ＣＭＯＳセンサのような光電変換エリアセンサ部と被検査部材表面を光電変換エリアセンサ部の面上に結像するレンズなどから構成される。また、照明手段１０３を撮像手段１０６に組み込んでも良い。本実施例では、検査対称面１０２に対する撮像手段１０６の撮影角を０°、即ち、撮像手段１０６の撮像面の光軸を検査対象面１０２に対して垂直に配置する。垂直に配置する理由は、斜めから撮影したときの画像歪みと合焦範囲を減少させるためである。このように配置することにより、照明手段１０３から照射された照明光の正反射は、撮像手段１０６の撮像面の垂直方向になる。ただし、本実施形態は垂直方向からの撮影に限られるものではない。

また、本実施形態の場合、検査対象１０１は曲率がある円筒部分を有するため、被写界深度の深い撮像手段１０６を用いることが望ましい。円筒の周辺部までボケることなく撮影するには、円筒の半径をｒとすると、被写界深度はｒ／２だけ必要である。

制御手段１０７は、撮像手段１０６の撮像動作の制御、照明手段１０３の照明動作の制御、撮像手段で取得された撮像画像に対する画像処理などを行う。制御手段１０７は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、各処理を行うためのプログラムが格納されたＲＯＭなどから構成され、撮像手段１０６および照明手段１０３と電気的に接続されている。

制御手段１０７のＲＯＭに格納されているプログラムは、撮像手段１０６の撮像動作の制御プログラム、照明手段１０３の照明動作の制御プログラム、撮像手段で取得された撮像画像に対する画像処理プログラムなどである。以上、本実施形態における外観装置の構成を示したが、これらの一部は、一般的なパーソナルコンピュータなどに代替可能である。

図２は、照明手段１０３からの照射光の角度と、検査対象面１０２からの反射光の角度との対応を示した図である。図１の座標系と同様に、検査対象１０１の中心軸をｘ軸、中心軸に対する水平半径方向をｙ軸、中心軸に対する鉛直半径方向をｚ軸に設定している。

照射光２０１は、照明手段１０３からの照射光を示している。

反射光２０２は、検査対称面１０２から反射した照射光２０１の反射光を示している。
ψ_ｘｚは、ｘｚ平面上の照射光２０１の角度を示している。
ψ_ｙｚは、ｙｚ平面上の照射光２０１の角度を示している。
θは、ｘｚ平面上の反射光２０２の角度を示している。
φは、ｘｙ平面上の反射光２０２の角度を示している。

上記のように、三次元空間上で考えた場合、照明光２０１の入射角と反射光２０２の反射角は、それぞれ二つの角度で表すことが出来る。しかし、以下では、説明の簡略化のためにｘｚ平面以外の傾きはゼロであると仮定して、ｘｚ平面以外の平面を考慮せずに処理を行う。ｘｚ平面以外の平面を考慮した場合の処理については、後述する。

図３は、本実施形態における処理の流れを示す図である。図３を用いて、本実施形態の処理の流れを説明する。

（ステップ３０１）ステップ３０１では、撮像手段１０６が、検査対称面１０２を撮像し、制御手段１０７が撮像画像取得手段として機能し、撮像画像を取得する。撮像枚数、撮像タイミングは、あらかじめ設定された撮像パラメータに従い、制御手段１０７により制御される。ただし、以下では、単一の撮像画像を取得し、表面検査を行う方法について説明する。

（ステップ３０２）ステップ３０２では、制御手段１０７が画像取得手段として機能し、ステップ３０１で取得された撮像画像から検査領域の取得処理を行う。本実施形態における取得処理は、複数種類の検査の内、それぞれの検査に適した領域を撮像画像から取得する処理である。本実施形態では、検査対象面１０２上の微小な凹凸（第一の表面検査のための第一の表面形状）を検出するための粗密ムラ検査と、検査対象面１０２上のキズやゴミの付着（第二の表面検査のための第二の表面形状）などの比較的大きな表面形状の欠陥を検出するための欠陥部位検査との二種類の検査を行う。ただし、本実施形態は、二種類の検査に限定されるものではなく、三種類以上の検査にも適用可能である。

図４は、本実施形態における抽出処理の概念を示す図である。前述したように、本実施形態では、円筒部分を有する検査対象１０１に対する検査を行う。撮像手段１０６の撮像により取得される撮像画像は、撮像画像４０１のような矩形領域になる。

撮像画像４０１の領域の内、ｙ軸上の原点付近の領域は、撮像手段１０６の撮像面に対してほぼ垂直の領域である。ｙ軸上の原点付近の領域では、照明手段１０３からの照明に対して微小な凹凸に起因する拡散反射光が支配的になる。これは、微小な凹凸に起因する拡散反射光の輝度分布は、正反射光以外の反射光が少なく、正反射光に近いため、ｙ軸上の原点付近の領域に反映されやすいからである。よって、ｙ軸上の原点付近の領域は、粗密ムラ検査用の領域４０２（第一の画像領域）として取得される。拡散反射光とは、被照明対象の表面形状に応じた反射光である。一般的に、表面形状が複雑な形状であるほど、正反射方向以外に拡散する光が多くなる。

撮像画像４０１領域の内、ｙ軸上の原点から離れた領域は、検査対象面１０２に曲率があるため、正反射光に近い微小な凹凸に起因する拡散反射光は反映されづらくなる。一方、キズやゴミの付着などに起因する拡散反射光には、正反射方向以外に反射する光成分が多い。よって、ｙ軸上の原点から離れた領域は、キズやゴミの付着などに起因する拡散反射光の割合が多くなる。

従って、ｙ軸の原点から離れた領域は、キズやゴミの付着などに起因する欠陥部位を抽出しやすい領域になる。よって、ｙ軸の原点から離れた領域は、欠陥部位検査用の領域４０３（第二の画像領域）として取得される。

つまり、第一の画像領域と第二の画像領域とでは、照明光の入射角に対する反射光の強度分布が異なるため、それぞれ異なる表面検査のための処理を行うことが出来る。

以上、説明したように、撮像手段１０６の位置、検査対象面１０２の傾きなどの相対位置関係を利用することによって、単一の撮像画像から粗密ムラ検査用の領域４０２と欠陥部位領域４０３とを取得することが出来る。

実際に、粗密ムラ検査用の領域４０２と欠陥部位検査用の領域４０３とを取得するため
には、領域を分割する閾値が必要になる。本実施形態では、検査対象１０１の円筒の半径
ｒと、閾値φｔｈを用いて、領域の範囲を算出する。ここで、閾値φｔｈは、検査対象面
１０２に対して直角に照明光を照射したときに、微小な凹凸に起因する拡散反射光とキズ
やゴミなどに起因する拡散反射光との輝度の割合の大小が切り替わる角度である。本実施形態では、制御手段１０７が、閾値取得手段として機能し、閾値φｔｈを取得する。

本実施形態では、粗密ムラ検査用の領域４０２は、経験則から、ｙ軸を基準として、−ｒ・ｓｉｎφ_ｔｈ／２からｒ・ｓｉｎφ_ｔｈ／２までの領域とする。そして、欠陥部位検査用の領域４０３は、粗密ムラ検査用の領域以外の領域とする。ただし、撮像手段１０６の位置、照明手段の照明光の入射角、検査対象１０１の形状など、それぞれの相対位置関係に応じて、取得する領域の範囲を適宜変更しても良い。制御手段１０７は、必要に応じて、検査対象面１０２の情報を取得する情報取得手段、照明手段１０３の位置を取得する位置取得手段として機能する。また、閾値に用いられるφ_ｔｈの求め方については、後述する。

（ステップ３０３）ステップ３０３では、制御手段１０７が、撮像画像中の対象領域が粗密ムラ検査用の領域４０２であるか否かを判断し、処理を分ける。対象領域は、ユーザー指示もしくはあらかじめ設定されたパラメータに基づき決定される。対象領域が、撮像画像すべてである場合は、粗密ムラ検査用の処理と欠陥部位検査用の処理との平行処理を行う。ステップ３０２で、撮像画像は、粗密ムラ検査用の領域４０２と欠陥部位検査用の領域４０３に分割されているので、対象領域が粗密ムラ検査用の領域４０２であるか否かは容易に判断することが出来る。対象領域が粗密ムラ検査用の領域である場合は、ステップ３０４に処理を進める。対象領域が粗密ムラ検査用の領域４０２でないと判断した場合には、ステップ３１０に処理を進める。

（ステップ３０４）ステップ３０４では、制御手段１０７が、ステップ３０３で設定された対象領域の画像に対して、シェーディング補正を行う。シェーディング補正とは、撮像手段１０６の特性による輝度のムラを補正する処理である。撮像手段１０６には、画像を取得するための多くの撮像素子が配置されている。それぞれの撮像素子の特性は同じであることが望ましいが、実際には製造工程の処理などに起因し、異なる特性になってしまう。シェーディング補正は、あらかじめ撮像素子の特性の違いを取得しておき、画像処理によって撮像素子の特性の違いを補正する処理である。本ステップで対象領域に対してシェーディング補正をした後は、ステップ３０６に処理を進める。

（ステップ３０５）ステップ３０５では、制御手段１０７が、対象領域における輝度の変化量の積算値を算出する。対象領域に微小な凹凸が多くある場合、微小な凹凸に起因する。

輝度ムラが撮像画像中に多く現れる。本実施形態では、輝度ムラの多さを検出するために、輝度値の差分を算出する。まず、対象領域中の各々の画素に対して微小領域を設定し、微小領域中の輝度の最低値と最高値との差分を算出する。そして、対象領域中のすべての画素に対して、微小領域中の輝度の差分値を算出し、差分値を積算する。算出された積算値が所定値よりも大きい値であれば、対象領域には輝度ムラが多く現れているとみなすことが出来る。輝度の変化量の積算値を算出した後は、ステップ３０６に処理を進める。

（ステップ３０６）ステップ３０６では、制御手段１０７が、表面検査処理手段として機能し、ステップ３０５で算出した輝度の変化量が所定値Ｌ_ｔｈ１より大きいか否かを判定する。所定値Ｌ_ｔｈ１は、対象領域に微小な凹凸があるか否かを判定するための閾値である。輝度の変化量がＬ_ｔｈ１より大きい場合、ステップ３０８に処理を進める。輝度の変化量がＬ_ｔｈ１より大きくない場合は、ステップ３０７に処理を進める。所定値Ｌ_ｔｈ１は、微小な凹凸が多くあるサンプルの輝度値の変化量の積算値と、微小な凹凸がないサンプルの輝度値の変化量の積算値とを比較することにより、適切に求めることが出来る。

（ステップ３０７）ステップ３０７では、制御手段１０７が、異状なしの判定を行い、ステップ３０９に処理を進める。

（ステップ３０８）ステップ３０８では、制御手段１０７が、異状ありの判定を行い、ステップ３０９に処理を進める。

（ステップ３０９）ステップ３０９では、制御手段３０７が、ステップ３０７もしくはステップ３０８の判定結果に基づき、判定結果の出力を行う。判定結果の出力では、モニタなどの画像表示手段に、異状ありの旨もしくは異状なしの旨の表示をさせる。

（ステップ３１０）ステップ３１０では、制御手段１０７が平滑化手段として機能し、撮像画像の対象領域に対して、平滑化処理を行う。平滑化処理とは、各画素に対して、周囲の画素値の平均値を算出し、各画素の画素値を平均値に変換する処理である。平滑化処理を行うことによって、微細な輝度ムラが減少し、欠陥部位検査用の領域４０３におけるキズやゴミの付着などの比較的大きな欠陥を検出しやすくなる。平滑化処理を行った後は、ステップ３１１に処理を進める。

（ステップ３１１）ステップ３１１では、制御手段１０７が、撮像画像の対象領域に対してシェーディング補正を行う。本ステップで行うシェーディング補正の処理は、前述したステップ３０４における処理と同様であるため、説明を省略する。

（ステップ３１２）ステップ３１２では、制御手段１０７が、表面検査処理手段として機能し、キズやゴミの付着がある領域の輝度値と、キズやゴミの付着がない領域の輝度値との比が所定値Ｌ_ｔｈ２以上であるか否かを判定する。キズやゴミの付着がある領域と、キズやゴミの付着がない領域とを分離する方法については、様々な画像処理方法が提案されているため、ここでは説明を省略する。本ステップで用いられる所定値Ｌ_ｔｈ２は、キズやゴミの付着があるサンプルの輝度値と、キズやゴミの付着があるサンプルの輝度値を比較することにより、適切に求めることが出来る。本ステップでは、輝度の比が所定値Ｌ_ｔｈ２より大きい場合、ステップ３０８に処理を進める。輝度の比が所定値Ｌ_ｔｈ２より大きくない場合は、ステップ３０７に処理を進める。

複数種類の表面検査を同時に行う場合、従来技術では、照明角の異なる複数の照明光もしくは観察角の異なる複数の撮像手段を用いる必要があった。本実施形態によれば、上記処理を行うことにより、単一の撮像手段と単一の照明手段から得られた撮像画像で、複数種類の表面検査を行うことが出来る。単一の撮像手段と単一の照明手段しか必要としないので、外観検査装置の構成を簡略化し、外観検査装置の製造コストを下げることが出来る。

尚、本実施形態では、単一の撮像画像を用いた表面検査を行った。しかし、例えば、不図示の駆動手段を用いて、円筒部分の中心軸を中心に検査対象１０１を回転させ、所定角度ごとに複数の撮像画像を取得して、表面検査を行っても良い。所定角度ごとに取得した複数の撮像画像を用いて表面検査を行うことにより、検査対象面１０２上の全面に対して、粗密ムラ検査用と欠陥部位検査を行うことが出来る。なお、１回の撮影で検出可能な範囲は閾値φ_ｔｈに制限されるため、撮影回転角度ピッチはφ_ｔｈよりも小さくする必要がある。

複数の撮像画像を取得する場合でも、外観検査装置には単一の撮像手段と単一の照明手段しか必要ないので、外観検査装置の製造コストを下げることが出来る。

また、本実施形態では、表面検査の対象として、検査対象面上の微小な凹凸とキズやゴミの付着などの表面形状の欠陥を扱った。しかし、検査対象面を組成する部材、検査対象面に対する照射光の透過率に応じて正反射光の割合は変化するため、本実施形態の方法は、様々な表面検査に適用することが可能である。

また、本実施形態では、粗密ムラ検査用の領域と欠陥部位検査用の領域とを分割するために、閾値φ_ｔｈや撮像手段と検査対象との相対位置関係を用いた。しかし、相対位置関係などがあらかじめ分かっている場合は、撮像画像中の輝度値が大きい領域を粗密ムラ検査用の領域とし、輝度値が小さい領域を欠陥部位検査用の領域として画像の分割を行っても良い。

（閾値φ_ｔｈの求め方）
次に、ステップ３０２で用いた閾値φ_ｔｈの求め方を説明する。

図５は、本実施形態における閾値φ_ｔｈを求めるための変角光度計の構成を示す図である。図５（ａ）は、ｘｚ平面上における変角光度計を示した図であり、図５（ｂ）は、ｘｙ平面上における変角光度計を示した図である。

点光源装置５０１は、変角光度計に配設され、照明光を発する装置である。

集光レンズ５０２は、点光源装置５０１から発せられた照明光を集光する凸レンズである。

コリメータ５０３は、集光レンズ５０２で集光された照明光を平行光に変換する機器である。

コリメータレンズ５０４は、コリメータ５０３に配設された凸レンズである。

スリット５０５は、コリメータレンズ５０４の焦点位置に形成された溝である。点光源装置５０１からの照明光は、スリット５０５を介してコリメータ５０３の内部に取り込まれる。取り込まれた照明光はコリメータレンズ５０４を介して外部に照射することにより、照明光はほぼ平行光に変換される。コリメータ５０３から照射された照明光は、検査対象面１０２に照射され、反射される。

受光手段５０６は、検査対象面１０２から反射光を受光する装置である。

受光レンズ５０７は、受光手段５０６に配設され、反射光を集光する凸レンズである。

スリット５０８は、受光レンズ５０７の焦点位置に形成され、反射光に対して、スリット５０５と逆の機能を持つ。

光電変換素子５０９は、受光手段５０６に配設され、スリット５０８を介して受光した反射光の強度に応じて、電流を発生させる。光電変換素子に発生する電流を計測することにより、反射光の強度を測定することが出来る。

コリメータ５０３と受光手段５０６とは不図示の駆動手段により駆動され、相対角度ψ_ｘｚ、θ、φを様々に変化させることが可能である。尚、図５（ａ）、（ｂ）では、コリメータの相対角度としてψ_ｘｚを用いているが、更にψ_ｙｚを用いても良い。

駆動手段によって相対角度ψｘｚ、θ、φを変化させ、反射光の強度分布を測定することにより、微小な凹凸に起因する拡散反射光と、キズやゴミの付着などに起因する拡散反射光との割合の大小が切り替わる角度φｔｈを推定することが出来る。推定方法としては、例えば、まずキズやゴミの付着のみがあると分かっているサンプル材に対して、変角光度計を用いて、様々な角度からの拡散反射光の輝度を取得する。そして、次に、微小な凹凸のみがあると分かっているサンプル材に対して、変角光度計を用いて、様々な角度からの拡散反射光の輝度を取得する。以上の処理により、キズやゴミの付着のみに起因する拡散反射光の分布と、微小な凹凸のみに起因する拡散反射光の分布とを取得することが出来る。取得された拡散反射光の分布を重ね合わせることにより、割合の大小が変化する点を求め、角度φｔｈを推定することが出来る。

図６は、微小な凹凸に起因する拡散反射光と、キズやゴミの付着などに起因する拡散反射光との割合を示した概念図である。図６は、略平行光を所定の入射角ψ_ｘｚで入射させφを変化させた測定結果を示している。カメラレンズの光軸を被検査面に対して垂直としたため、θ＝０°になっている。したがって、ここで測定した拡散反射曲線は側方散乱光の角度特性を表す。ただし、入射角ψ_ｘｚで入射させ、θを変化させた測定結果も、同様に測定可能である。

拡散反射光曲線６０１は、検査対象面１０２に対して鉛直方向に照明光を照射した際の微小な凹凸に起因する拡散反射光を示す曲線である。拡散反射曲線とは所定の方向から光を入射したときの、放射角に応じた拡散反射光の輝度の強度変化を示す曲線のことである。一般に、検査対象面１０２の表面形状、表面を構成する部材などに応じて、反射光の拡散反射曲線は異なる。

拡散反射光曲線６０２は、検査対象面１０２に対して鉛直方向に照明光を照射した際のキズやゴミの付着などに起因する拡散反射光を示す曲線である。

図６の拡散反射光曲線６０１が示すように、微小な凹凸に起因する拡散反射光は、鉛直方向に対して最も強い輝度で反射する正反射光に近い反射光である。しかし、鉛直方向の周辺部での反射光の輝度は小さくなる。拡散反射光曲線６０１は、正反射光の割合が大きい反射光ともみなすことが出来る。一方、図６の拡散反射光曲線６０２が示すように、キズやゴミの付着などに起因する拡散反射光は、検査対象面１０２からほぼ全方位に拡散している。拡散反射光曲線６０２は、正反射光の割合が小さい反射光ともみなすことが出来る。図６に示すように、検査対象面１０２に対する鉛直方向からの傾きがφ_ｔｈを境に、拡散反射光曲線６０１よりも拡散反射光曲線６０２の割合が大きくなっている。つまり、図６におけるＡの方向から検査対象面１０２を観察した場合、微小な凹凸は観察しやすいが、キズやゴミの付着は観察しづらくなる。逆に、図６のＢもしくはＢ’方向から検査対象面１０２を観察した場合、キズやゴミの付着は観察しやすいが、微小な凹凸は観察しづらくなる。

図７は、検査対象１０２上のそれぞれの位置における拡散反射光曲線を示した図である。図７に示すように、鉛直方向に対する検査対象面１０２の傾き角がφ_ｔｈの位置を境に、拡散反射光曲線６０１と拡散反射光曲線６０２との割合が変化している。従って、検査対象面１０２の傾きがφ_ｔｈの位置を境に、粗密ムラ検査用の領域４０２と欠陥部位検査用の領域４０３を分ければ、適切な表面検査を行うことが出来る。前述したように、本実施形態では、ｙ軸の原点から、−ｒ・ｓｉｎφ_ｔｈ／２からｒ・ｓｉｎφ_ｔｈ／２までの領域を粗密ムラ検査用の領域４０２とした。しかし、検査対象面１０２の曲率に応じて、撮像手段１０６と検査対象面１０２からの反射光との傾きがφ_ｔｈになる位置を境に、粗密ムラ検査用の領域４０２を設定しても良い。

（ｘｚ平面以外の平面を考慮した場合の処理）
次に、ｘｚ平面以外の平面を考慮した場合の処理について説明する。

図８は、検査対象１０１に対して、照明光がｘｚ平面上でψ_ｘｚ、ｙｚ平面上でψ_ｙｚだけ、鉛直方向に対して傾いている状態を示している。ψ_ｙｚは、ｙの関数で表すことが出来る。

図９は、ｙとψ_ｙｚとの関係を示す図である。例えば、ｙ＝０のとき、ψ_ｙｚ＝０°であるが、ｙ＝ｒ／３のとき、ψ_ｙｚ＝１９．５°、ｙ＝２ｒ／３のとき、ψ_ｙｚ＝４１．８°となる。

ｙとψ_ｙｚの関係は以下の式（１）で記述される。
ψ_ｙｚ＝ｓｉｎ^−１（ｙ／ｒ）・・・式（１）
図１０は、式（１）に基づき、ｙｚ平面内での入射角ψ_ｙｚが等しい位置を示したグラフである。尚、ｙ方向入射位置は半径ｒで正規化し、ｘ方向入射位置は円筒形状検査部材の長さＬで正規化している。

検査対象１０１に対する入射角ψを図８を用いて記述する。ｘｙ平面内での光線の入射角をψ_ｘｚ、ｙｚ平面内での入射角をψ_ｙｚとする。また、入射光線の入射方向ベクトルをｔ、入射光線の入射面に立てた法線ベクトルをｎとする。

このとき入射方向ベクトルｔは以下の式（２）で記述される。
ｔ＝（ｓｉｎψ_ｘｚ，０，ｃｏｓψ_ｘｚ）・・・式（２）
一方、法線ベクトルｎは以下の式（３）で記述される。
ｎ＝（０，ｓｉｎψ_ｙｚ，ｃｏｓψ_ｙｚ）・・・式（３）
入射角ψは入射方向ベクトルｔと法線ベクトルｎのなす角であるため、その内積で与えられる。したがって、ψは以下の計算式（４）から式（５）で表される。
ｃｏｓψ＝ｔ・ｎ／（｜ｔ｜・｜ｎ｜）＝ｃｏｓψ_ｘｚ・ｃｏｓψ_ｙｚ・・・式（４）
ψ＝ｃｏｓ^−１（ｃｏｓψ_ｘｚ・ｃｏｓψ_ｙｚ）・・・式（５）
図１１は、縦軸にψを、横軸にψ_ｙｚをとり、ψ_ｘｚを０°〜９０°まで１５°おきにプロットしたグラフである。

ψ_ｘｚ＝０°のとき、ψとψ_ｙｚの誤差は０で、ψ_ｘｚが大きくなる程誤差は増大し、ψ_ｘｚ＝９０°のとき誤差が最大となることがわかる。図１１を用いることによって、簡単に、ψを取得出来るので、ｘｚ平面以外を考慮した場合の処理を行うことが出来る。

（第二の実施形態）
次に、第一の実施形態の変形例である第二の実施形態について説明する。

図１２は、本実施形態における外観検査装置の構成を示す図である。装置の構成は、第一の実施形態における装置と同じである。本実施形態と第二の実施形態とでは、検査対象が異なる。

検査対象１２０１は、球面部分を有する検査対象である。球面形状の具体例としては、例えば、凸レンズなどがある。

検査対象面１２０２は、凸レンズ形状の検査対象１２０１の表面である。

中心線１２０３は、検査対象１２０１の中心を通る線である。

球面部分を有する検査対象１２０１に略平行光を照射した場合、ｘ方向の入射位置とｙ方向の入射位置とに応じて、入射角ψ_ｙｚは変化する。

図１３は、ψ_ｘｚ＝６０°の入射角で斜入射させたときのψ_ｙｚの等入射角曲線を示したグラフである。図１３のグラフを用いることによって、第一の実施形態の場合と同様に、ｘｚ平面以外の平面を考慮した場合の処理を行うことが出来る。

撮像画像の領域を、粗密ムラ検査用の領域４０２と欠陥部位検査用の領域４０３とに分ける処理は、第一の実施形態における図３の処理と同じなので、ここでは説明を省略する。

第一の実施形態では、検査対象面１０２の全面に対して検査を行うために、検査対象１０１を駆動手段により回転させた。本実施形態でも、検査対象面１２０２の全面に対して検査を行うために、検査対象１２０１を移動させる。

図１４は、本実施形態における粗密ムラ検査用の領域４０２と欠陥部位検査用の領域４０３とを示した図である。前述したように、撮像手段１０６の位置、検査対象面１２０２の傾き、照明光の入射角などに応じて、撮像画像中の分割領域は異なる。本実施形態では、検査対象面１２０２が凸形状になっており、図１４に示すように、領域は粗密ムラ検査用の領域４０２の面積は、第一の実施形態の場合よりも小さくなる。よって、検査対象面１２０２の全面に対して検査を行うためには、第一の実施形態よりも検査対象１２０１の移動量を多くしなくはならない。

本実施形態では、不図示の駆動手段により、撮像手段１０６に対して検査対象１２０１を傾けるなどの処理が必要になる。

図１５は、検査対象１２０１を撮像手段１０６に対して傾けた状態を示す図である。傾き角度ηに応じて、撮像画像４０１中の粗密ムラ検査用の領域４０２は異なる位置になる。

図１６は、検査対象１２０１を撮像手段１０６に対して傾けた場合の粗密ムラ検査用の領域４０２と欠陥部位検査用の領域４０３とを示した図である。図１６に示されているように、検査対象１２０１を傾けることによって、粗密ムラ検査用の領域４０２は、図１４の場合の位置と異なる位置になる。ただし、検査対象１２０１を傾けるだけでは、粗密ムラ検査用の領域４０２は、図１６の縦方向のみに移動する。

従って、不図示の駆動手段により、傾きに加え、検査対象１２０１を図１５のｃ軸を中心に回転させ、所定角度ごとに取得した撮像画像を用いることにより、検査対象面１２０２の全面に対して表面検査を行うことが出来る。

（第三の実施形態）
第一の実施形態および第二の実施形態では、撮像画像４０１を粗密ムラ検査用の領域４０１と欠陥部位検査用の領域４０２との二種類の領域に分割した。本実施形態では、撮像４０１を三種類以上の領域に分割する場合について説明する。

図１７は、図５の変角光度計を用いて得た三種類の拡散反射光曲線を示す図である。

拡散反射光曲線１７０１、拡散反射光曲線１７０２、拡散反射光曲線１７０３は、それぞれ検査対象面１０２の異なる構造に起因する拡散反射光曲線である。拡散反射光曲線１７０１、拡散反射光曲線１７０２、拡散反射光曲線１７０３との交点から、撮像画像４０１を検査に適した領域に分割するための閾値φ_ｔｈ１、φ_ｔｈ２を得ることが出来る。

図１８は、閾値φ_ｔｈ１、φ_ｔｈ２に基づく撮像画像の分割を示した図である。第一の実施形態と同様に、経験則より、閾値φ_ｔｈ１、φ_ｔｈ２に基づく領域を設定する。
第一の検査用の領域１８０１は、ｙ軸を基準として，−ｒ・ｓｉｎφ_ｔｈ１／２からｒ・ｓｉｎφ_ｔｈ１／２までの領域とする。
第二の検査用の領域１８０２は、ｙ軸を基準として，−ｒ・ｓｉｎφ_ｔｈ１／２から−ｒ・ｓｉｎφ_ｔｈ２／２までの領域と、ｒ・ｓｉｎφ_ｔｈ１／２からｒ・ｓｉｎφ_ｔｈ２／２までの領域とする。
第三の検査用の領域１８０３は、第一の検査用の領域１８０１と第二の検査用の領域１８０２以外の領域とする。

ただし、第一の検査用の領域１８０１、第二の検査用の領域１８０２、第三の検査用の領域１８０３の範囲は、撮像手段１０６の位置、照明光の入射角、検査対象面１０２の傾きなどに応じて変更しても良い。

上記基準に基づき、第一の実施形態における図３のステップ３０２と、ステップ３０３の処理を変更すれば、三種類以上の表面検査を行うことも可能である。

第一の実施形態における外観検査装置の構成を示す図 照明手段からの照明光の角度と検査対象面からの反射光の角度との対応を示す図 第一の実施形態における処理の流れを示す図 第一の実施形態における抽出処理の概念を示す図 変角光度計の構成を示す図 微小な凹凸に起因する拡散反射光とキズやゴミの付着に起因する拡散反射光との割合を示す図 検査対象上の拡散反射光曲線を示す図 検査対象に対して照明光が傾いている状態を示す図 座標位置ｙとｙｚ平面上における照明光の傾きψ_ｙｚとの関係を示す図 ｙｚ平面内での入射角ψ_ｙｚが等しい位置を示すグラフを示す図 縦軸にψを、横軸にψ_ｙｚをとり、ψ_ｘｚを０°〜９０°まで１５°おきにプロットしたグラフを示す図 第二の実施形態における外観検査装置の構成を示す図 ψ_ｘｚ＝６０°の入射角で斜入射させたときのψ_ｙｚの等入射角曲線を示したグラフを示す図 第二の実施形態における粗密ムラ検査用の領域と欠陥部位検査用の領域とを示す図 第二の実施形態において、検査対象を撮像手段に対して傾けた状態を示す図 第二の実施形態において、検査対象を撮像手段に対して傾けた場合の粗密ムラ検査用の領域と欠陥部位検査用の領域とを示す図 三種類の拡散反射光曲線を示す図 第三の実施形態における閾値φ_ｔｈ１、φ_ｔｈ２に基づく撮像画像の分割を示した図

符号の説明

１０１ 検査対象
１０２ 検査対象面
１０３ 照明手段
１０４ 点光源装置
１０５ レンズ
１０６ 撮像手段
１０７ 制御装置

Claims (9)

1. 検査対象を撮像することにより取得された撮像画像を取得する撮像画像取得手段と、
   前記検査対象の表面に対して鉛直方向に照明光を照射したときに、前記検査対象の第一の表面形状に起因する反射光の輝度と、前記検査対象の第二の表面形状に起因する反射光の輝度との割合の大小が変化する角度に応じた閾値を取得する閾値取得手段と、
   前記閾値に基づき、前記検査対象への照明光の入射角に対する反射光の強度分布が異なる第一の画像領域と第二の画像領域とを、前記撮像画像から取得する取得手段と、
   前記第一の画像領域と第二の画像領域とに対して、それぞれ異なる表面検査のための画
   像処理を行う画像処理手段とを備えることを特徴とする検査装置。
2. 前記画像処理手段は、前記第一の画像領域に対して第一の表面検査のための画像処理を行い、前記第二の画像領域に対して第二の表面検査のための画像処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
3. 前記検査対象を撮像するためのセンサ部と、前記検査対象を照明する照明手段とを備え、
   前記取得手段は、前記照明手段の位置と、前記センサ部の位置と、前記検査対象との相対位置関係に基づき、前記第一の画像領域と前記第二の画像領域とを、前記撮像画像から取得することを特徴とする請求項１もしくは２のいずれかに記載の検査装置。
4. 前記第一の画像領域は前記第一の表面形状に起因する反射光が多く含まれる領域であり、前記第二の画像領域は前記第二の表面形状に起因する反射光が多く含まれる領域であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の検査装置。
5. 前記検査対象は、円筒部分を有し、
   前記円筒部分の中心軸を中心として、前記検査対象を回転させる駆動手段を有し、
   前記撮像画像取得手段は、前記駆動手段によって前記検査対象が所定角度だけ回転するごとに、前記撮像画像を取得することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の検査装置。
6. 前記検査対象は、球面部分を有し、
   前記検査対象を傾かせる駆動手段を有し、
   前記撮像画像取得手段は、前記駆動手段によって前記検査対象が所定角度だけ傾くごとに、前記撮像画像を取得することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の検査装置。
7. 検査対象を撮像することにより取得された撮像画像を取得する撮像画像取得手段と、
   前記検査対象の表面に対して鉛直方向に照明光を照射したときに、前記検査対象の第一の表面形状に起因する反射光の輝度と、前記検査対象の第二の表面形状に起因する反射光
   の輝度との割合の大小が変化する角度に応じた閾値を取得する閾値取得手段と、
   前記閾値と前記撮像画像の輝度分布とに基づき、前記検査対象への照明光の入射角に対する反射光の強度分布が異なる第一の画像領域と第二の画像領域とを、前記撮像画像から取得する取得手段と、
   前記第一の画像領域と第二の画像領域とに対して、それぞれ異なる表面検査のための画
   像処理を行う画像処理手段とを備えることを特徴とする検査装置。
8. 撮像画像取得手段が、検査対象を撮像することにより取得された撮像画像を取得する撮
   像画像取得工程と、
   閾値取得手段が、前記検査対象の表面に対して鉛直方向に照明光を照射したときに、前記検査対象の第一の表面形状に起因する反射光の輝度と、前記検査対象の第二の表面形状に起因する反射光の輝度との割合の大小が変化する角度に基づく閾値を取得する閾値取得工程と、
   取得手段が、前記閾値に基づき、前記検査対象への照明光の入射角に対する反射光の強度分布が異なる第一の画像領域と第二の画像領域とを、前記撮像画像から取得する取得工程と、
   画像処理手段が、前記第一の画像領域と第二の画像領域とに対して、それぞれ異なる表
   面検査のための画像処理を行う画像処理工程とを備えることを特徴とする検査方法。
9. コンピュータを、
   検査対象を撮像することにより取得された撮像画像を取得する撮像画像取得手段と、
   前記検査対象の表面に対して鉛直方向に照明光を照射したときに、前記検査対象の第一の表面形状に起因する反射光の輝度と、前記検査対象の第二の表面形状に起因する反射光
   の輝度との割合の大小が変化する角度に応じた閾値を取得する閾値取得手段と、
   前記閾値に基づき、前記検査対象への照明光の入射角に対する反射光の強度分布が異なる第一の画像領域と第二の画像領域とを、前記撮像画像から取得する取得手段と、
   前記第一の画像領域と第二の画像領域とに対して、それぞれ異なる表面検査のための画
   像処理を行う画像処理手段として機能させるためのプログラム。

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