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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023019494
(43)【公開日】2023-02-09
(54)【発明の名称】検査システム
(51)【国際特許分類】
G01N 21/88 20060101AFI20230202BHJP
【ＦＩ】
G01N21/88 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】13
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021124257
(22)【出願日】2021-07-29
(71)【出願人】
【識別番号】314012076
【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001427
【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】原口 一馬
【テーマコード（参考）】
2G051
【Ｆターム（参考）】
2G051AA90
2G051AB02
2G051BA08
2G051BB03
2G051BB07
2G051CA03
2G051CA04
2G051CA06
2G051CB01
(57)【要約】
【課題】物品の表面の方向推定が可能であるとともに撮像された画像のカラーバランスの校正が可能な検査システムを提供する。
【解決手段】検査システム１００は、照明装置５０とカメラ８０とを備えている。照明装置５０は、面光源１０とレンズ３０とカラーフィルター２０とを備えている。カラーフィルター２０は、面光源１０とレンズ３０との間であって、レンズ３０の焦点位置またはその近傍に配置される。カラーフィルター２０は、面光源１０から出射された検査光の進行方向と交差する方向に所定の色分布が付与されている。物品２００の画像は、物品２００で反射され、カメラ８０に入射された検査光の反射光に基づいて生成される。物品２００の画像における輝度情報が、物品２００に対する検査光の入射方向によらず一定となるように構成されている。
【選択図】図１Ａ
【解決手段】検査システム１００は、照明装置５０とカメラ８０とを備えている。照明装置５０は、面光源１０とレンズ３０とカラーフィルター２０とを備えている。カラーフィルター２０は、面光源１０とレンズ３０との間であって、レンズ３０の焦点位置またはその近傍に配置される。カラーフィルター２０は、面光源１０から出射された検査光の進行方向と交差する方向に所定の色分布が付与されている。物品２００の画像は、物品２００で反射され、カメラ８０に入射された検査光の反射光に基づいて生成される。物品２００の画像における輝度情報が、物品２００に対する検査光の入射方向によらず一定となるように構成されている。
【選択図】図１Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
物品に検査光を照射する照明装置と、前記検査光が照射された前記物品を撮像する撮像装置と、を少なくとも備えた検査システムであって、
前記照明装置は、
前記検査光を出射する面光源と、
前記面光源から出射された前記検査光を前記物品に向けて集光するレンズと、を少なくとも備え、
前記検査光は、進行方向と交差する方向に所定の色分布が付与された状態で、前記レンズに入射され、
前記撮像装置で撮像された前記物品の画像は、前記物品で反射され、かつ前記撮像装置に入射された前記検査光の反射光に基づいて生成され、
前記撮像装置で撮像された前記物品の画像における輝度情報が、前記物品に対する前記検査光の入射方向によらず一定となるように構成されていることを特徴とする検査システム。
前記照明装置は、
前記検査光を出射する面光源と、
前記面光源から出射された前記検査光を前記物品に向けて集光するレンズと、を少なくとも備え、
前記検査光は、進行方向と交差する方向に所定の色分布が付与された状態で、前記レンズに入射され、
前記撮像装置で撮像された前記物品の画像は、前記物品で反射され、かつ前記撮像装置に入射された前記検査光の反射光に基づいて生成され、
前記撮像装置で撮像された前記物品の画像における輝度情報が、前記物品に対する前記検査光の入射方向によらず一定となるように構成されていることを特徴とする検査システム。
【請求項2】
請求項１に記載の検査システムにおいて、
前記照明装置は、
前記面光源と前記レンズとの間であって、前記レンズの焦点位置または当該焦点位置の近傍に配置されたカラーフィルターをさらに備え、
前記カラーフィルターは、前記検査光の進行方向と交差する方向において、前記色分布が付与されていることを特徴とする検査システム。
前記照明装置は、
前記面光源と前記レンズとの間であって、前記レンズの焦点位置または当該焦点位置の近傍に配置されたカラーフィルターをさらに備え、
前記カラーフィルターは、前記検査光の進行方向と交差する方向において、前記色分布が付与されていることを特徴とする検査システム。
【請求項3】
請求項２に記載の検査システムにおいて、
前記色分布は、色相と彩度と明度とで表現され、
前記カラーフィルターにおける前記検査光の入射面において、前記検査光の光軸からの角度を前記色相とし、前記光軸からの距離を前記彩度とし、かつ前記カラーフィルターを透過した前記検査光の強度を明度とするとき、
前記カラーフィルターは、前記検査光が前記カラーフィルターを透過する位置によらず、前記明度が一定となるように構成されていることを特徴とする検査システム。
前記色分布は、色相と彩度と明度とで表現され、
前記カラーフィルターにおける前記検査光の入射面において、前記検査光の光軸からの角度を前記色相とし、前記光軸からの距離を前記彩度とし、かつ前記カラーフィルターを透過した前記検査光の強度を明度とするとき、
前記カラーフィルターは、前記検査光が前記カラーフィルターを透過する位置によらず、前記明度が一定となるように構成されていることを特徴とする検査システム。
【請求項4】
請求項３に記載の検査システムにおいて、
前記物品に照射される前記検査光は、赤色光成分と緑色光成分と青色光成分とを少なくとも含み、
前記カラーフィルターは、前記撮像装置で撮像された前記物品の画像において、前記赤色光成分の輝度と前記緑色光成分の輝度と前記青色光成分の輝度のうち少なくとも２つが、前記物品に対する前記検査光の入射方向によらずそれぞれ同じとなるように構成されることを特徴とする検査システム。
前記物品に照射される前記検査光は、赤色光成分と緑色光成分と青色光成分とを少なくとも含み、
前記カラーフィルターは、前記撮像装置で撮像された前記物品の画像において、前記赤色光成分の輝度と前記緑色光成分の輝度と前記青色光成分の輝度のうち少なくとも２つが、前記物品に対する前記検査光の入射方向によらずそれぞれ同じとなるように構成されることを特徴とする検査システム。
【請求項5】
請求項２に記載の検査システムにおいて、
前記物品に照射される前記検査光は、赤色光成分と緑色光成分と青色光成分とを少なくとも含み、
前記カラーフィルターは、前記撮像装置で撮像された前記物品の画像において、前記赤色光成分の輝度と前記緑色光成分の輝度と前記青色光成分の輝度との和が、前記物品に対する前記検査光の入射方向によらず一定となるように構成されることを特徴とする検査システム。
前記物品に照射される前記検査光は、赤色光成分と緑色光成分と青色光成分とを少なくとも含み、
前記カラーフィルターは、前記撮像装置で撮像された前記物品の画像において、前記赤色光成分の輝度と前記緑色光成分の輝度と前記青色光成分の輝度との和が、前記物品に対する前記検査光の入射方向によらず一定となるように構成されることを特徴とする検査システム。
【請求項6】
請求項２ないし５のいずれか１項に記載の検査システムにおいて、
前記面光源は白色の前記検査光を出射し、
前記カラーフィルターは、赤色光を透過する赤色フィルターと、緑色光を透過する緑色フィルターと、青色光を透過する青色フィルターとが、平面的に配置されて構成されることを特徴とする検査システム。
前記面光源は白色の前記検査光を出射し、
前記カラーフィルターは、赤色光を透過する赤色フィルターと、緑色光を透過する緑色フィルターと、青色光を透過する青色フィルターとが、平面的に配置されて構成されることを特徴とする検査システム。
【請求項7】
請求項２ないし６のいずれか１項に記載の検査システムにおいて、
前記面光源と前記カラーフィルターとが一体化されて、液晶ディスプレイとして構成されることを特徴とする検査システム。
前記面光源と前記カラーフィルターとが一体化されて、液晶ディスプレイとして構成されることを特徴とする検査システム。
【請求項8】
請求項１に記載の検査システムにおいて、
前記面光源から出射される前記検査光は、赤色光成分と緑色光成分と青色光成分とを少なくとも含み、
前記撮像装置で撮像された前記物品の画像において、前記赤色光成分の輝度と前記緑色光成分の輝度と前記青色光成分の輝度のうち少なくとも２つが、前記物品に対する前記検査光の入射方向によらずそれぞれ同じとなるように構成されることを特徴とする検査システム。
前記面光源から出射される前記検査光は、赤色光成分と緑色光成分と青色光成分とを少なくとも含み、
前記撮像装置で撮像された前記物品の画像において、前記赤色光成分の輝度と前記緑色光成分の輝度と前記青色光成分の輝度のうち少なくとも２つが、前記物品に対する前記検査光の入射方向によらずそれぞれ同じとなるように構成されることを特徴とする検査システム。
【請求項9】
請求項１に記載の検査システムにおいて、
前記面光源から出射される前記検査光は、赤色光成分と緑色光成分と青色光成分とを少なくとも含み、
前記撮像装置で撮像された前記物品の画像において、前記赤色光成分の輝度と前記緑色光成分の輝度と前記青色光成分の輝度との和が、前記物品に対する前記検査光の入射方向によらず一定となるように構成されることを特徴とする検査システム。
前記面光源から出射される前記検査光は、赤色光成分と緑色光成分と青色光成分とを少なくとも含み、
前記撮像装置で撮像された前記物品の画像において、前記赤色光成分の輝度と前記緑色光成分の輝度と前記青色光成分の輝度との和が、前記物品に対する前記検査光の入射方向によらず一定となるように構成されることを特徴とする検査システム。
【請求項10】
請求項８または９に記載の検査システムにおいて、
前記面光源は、赤色光を出射する赤色光源と、緑色光を出射する緑色光源と、青色光を出射する青色光源とが、平面的に配置されて構成されることを特徴とする検査システム。
前記面光源は、赤色光を出射する赤色光源と、緑色光を出射する緑色光源と、青色光を出射する青色光源とが、平面的に配置されて構成されることを特徴とする検査システム。
【請求項11】
請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の検査システムにおいて、
前記物品で反射された前記反射光が前記撮像装置に向かう光路中に配置された光学部材をさらに備え、
前記光学部材は、前記レンズで集光された前記検査光を前記物品に向けて反射する一方、前記物品で反射された前記反射光を透過することを特徴とする検査システム。
前記物品で反射された前記反射光が前記撮像装置に向かう光路中に配置された光学部材をさらに備え、
前記光学部材は、前記レンズで集光された前記検査光を前記物品に向けて反射する一方、前記物品で反射された前記反射光を透過することを特徴とする検査システム。
【請求項12】
請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の検査システムにおいて、
前記撮像装置で撮像された前記物品の画像に基づいて、前記物品の外観を検査することを特徴とする検査システム。
前記撮像装置で撮像された前記物品の画像に基づいて、前記物品の外観を検査することを特徴とする検査システム。
【請求項13】
請求項１２に記載の検査システムにおいて、
前記物品の画像に基づいて、前記物品の表面に傷や凹凸が形成されているか否かを検査することを特徴とする検査システム。
前記物品の画像に基づいて、前記物品の表面に傷や凹凸が形成されているか否かを検査することを特徴とする検査システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、物品の外観検査に用いられる検査システムに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、物品の外観検査に用いられる照明装置として、特許文献１，２に開示される構成が知られている。
【0003】
特許文献１，２に開示される従来の構成では、面光源とレンズとの間に遮光フィルターが配置される。また、この遮光フィルターは、レンズの入射側の焦点位置に配置される。照明装置をこのような構成とすることで、物品の表面の各点において照明条件を同じにすることができる。また、特許文献２に開示されるように、遮光フィルターとカラーフィルターとを組み合わせることで、物品の表面の方向（傾き）に応じて反射光の色分布を変更させることができる。このことにより、照明装置を備えた検査システムにおいて、物品の表面の方向や表面凹凸や傷等を高精度に検出できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特許第５８６６５７３号公報
【特許文献2】特許第６４５１８２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、検査システムにおいて、照明装置から出射された検査光は、物品の表面で反射され、反射光がカメラに入射されて、物品の画像が撮像される。また、特許文献２に開示される構成では、物品の画像はカラー画像として取得される。
【0006】
このような場合、撮像された画像におけるカラーバランスを校正する必要がある。一般的には、白色の物品を用いて画像を撮像し、ホワイトバランスが調整される。
【0007】
しかし、特許文献２に開示される構成では、カラーフィルターが、検査光の入射面内で色分布を有している。このため、検査光が物品に照射される方向によって、検査光の色が異なってしまう。また、物品の表面の方向が異なると、カメラで撮像された画像の色分布も異なってしまう。
【0008】
つまり、特許文献２に開示された構成では、物品の表面の方向推定と撮像された画像のカラーバランスの校正とが両立しないという課題があった。
【0009】
本開示は、物品の表面の方向推定が可能であるとともに撮像された画像のカラーバランスの校正が可能な検査システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記目的を達成するため、本開示に係る検査システムは、物品に検査光を照射する照明装置と、前記検査光が照射された前記物品を撮像する撮像装置と、を少なくとも備えた検査システムであって、前記照明装置は、前記検査光を出射する面光源と、前記面光源から出射された前記検査光を前記物品に向けて集光するレンズと、を少なくとも備え、前記検査光は、進行方向と交差する方向に所定の色分布が付与された状態で、前記レンズに入射され、前記撮像装置で撮像された前記物品の画像は、前記物品で反射され、かつ前記撮像装置に入射された前記検査光の反射光に基づいて生成され、前記撮像装置で撮像された前記物品の画像における輝度情報が、前記物品に対する前記検査光の入射方向によらず一定となるように構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【0011】
本開示によれば、撮像された画像のカラーバランスの校正を行うことができる。また、物品の表面の方向を推定することができ、物品の表面が平坦でない場合にも、物品の外観検査を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1A】実施形態１に係る検査システムの概略構成図である。
【図2】物品に照射される検査光の照射立体角を示す模式図である。
【図3A】物品の表面に傾きがある場合の反射光の状態を示す模式図である。
【図3B】物品の表面に別の傾きがある場合の反射光の状態を示す模式図である。
【図4】金属の反射率の波長依存性の一例を示す図である。
【図5】カラーフィルターの平面模式図である。
【図6】カメラで撮像した画像のＲＧＢ色空間における輝度表現の一例を示す図である。
【図7】実施形態２に係るカラーフィルターの平面模式図である。
【図8A】カメラの撮像画像における赤色光成分の輝度の位相依存性を示す図である。
【図8B】カメラの撮像画像における緑色光成分の輝度の位相依存性を示す図である。
【図8C】カメラの撮像画像における青色光成分の輝度の位相依存性を示す図である。
【図9】変形例１に係る液晶フィルターの平面模式図である。
【図10】変形例２に係る検査システムの概略構成図である。
【図11】変形例２に係る面光源の平面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本開示の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【0014】
（実施形態１）
［検査システムの構成及び動作］
図１Ａは、本実施形態に係る検査システムの概略構成図を示し、図１Ｂは、図１Ａの破線で囲まれた部分の拡大図を示す。図２は、物品に照射される検査光の照射立体角を模式的に示す。図３Ａは、物品の表面に傾きがある場合の反射光の状態を模式的に示し、図３Ｂは、物品の表面に別の傾きがある場合の反射光の状態を模式的に示す。なお、以降の説明において、検査光の光軸方向をＸ方向と呼び、支持体からカメラ８０に向かう方向をＺ方向と呼ぶことがある。Ｘ方向及びＺ方向とそれぞれ交差する方向をＹ方向と呼ぶことがある。
［検査システムの構成及び動作］
図１Ａは、本実施形態に係る検査システムの概略構成図を示し、図１Ｂは、図１Ａの破線で囲まれた部分の拡大図を示す。図２は、物品に照射される検査光の照射立体角を模式的に示す。図３Ａは、物品の表面に傾きがある場合の反射光の状態を模式的に示し、図３Ｂは、物品の表面に別の傾きがある場合の反射光の状態を模式的に示す。なお、以降の説明において、検査光の光軸方向をＸ方向と呼び、支持体からカメラ８０に向かう方向をＺ方向と呼ぶことがある。Ｘ方向及びＺ方向とそれぞれ交差する方向をＹ方向と呼ぶことがある。
【0015】
図１に示すように、検査システム１００は、照明装置５０とハーフミラー（光学部材）６０と支持台７０とカメラ（撮像装置）８０とを備えている。照明装置５０とハーフミラー６０は、筐体４０の内部に配置されている。
【0016】
後で詳述するように、検査システム１００では、支持台７０に載置された物品２００に照明装置５０から検査光を照査し、物品２００で反射された反射光をカメラ８０で撮像する。カメラ８０で撮像された画像に基づいて、物品２００の外観が検査される。
【0017】
照明装置５０は、面光源１０とカラーフィルター２０とレンズ３０とで構成され、面光源１０は、白色の平面光を検査光として出射する。
【0018】
カラーフィルター２０は、面光源１０とレンズ３０との間であって、レンズ３０の焦点位置、この場合は、入射側の焦点位置に配置されている。カラーフィルター２０は、検査光の入射面内で所定の色分布を有している。このため、面光源１０から出射された検査光は、カラーフィルター２０を透過することで、検査光の進行方向と交差する方向に前述の色分布を有する平面光となる。カラーフィルター２０に付与された色分布については後で詳述する。
【0019】
レンズ３０は、面光源１０から出射され、カラーフィルター２０を透過した検査光を物品２００に向けて集光する。また、検査光は、レンズ３０を透過することで所定の照射立体角ＩＳ（図２参照）が付与される。このことについてさらに述べる。
【0020】
図１に示すように、面光源１０とカラーフィルター２０とレンズ３０とを配置した場合、検査光の光軸上であって、かつレンズ３０の出射側焦点位置である点Ｐ１における照射立体角ＩＳは、カラーフィルター２０における検査光の光路の直径とレンズ３０の焦点距離ｆにより一義的に決まる。なお、ここで言う「照射立体角」とは、検査光の光路上の所定の点を頂点とし、当該所定の点に光が照射される範囲を示す任意形状の錐体を言う（例えば、図２参照）。前述の光路の直径をｒとすると、照射立体角ＩＳの平面半角θは式（１）に示す関係を満たす。
【0021】
θ＝ｔａｎ－１（ｒ／２ｆ） ・・・（１）
また、検査光の光軸から離れた位置であっても、レンズ３０の中心からレンズ３０の出射側焦点位置だけ離れた位置における照射立体角ＩＳも、点Ｐ１における照射立体角ＩＳと同じ形状で同じ大きさとなる。また、レンズ３０の出射側焦点位置よりも遠い位置における照射立体角ＩＳも、点Ｐ１における照射立体角ＩＳと同じ形状で同じ大きさとなる。
また、検査光の光軸から離れた位置であっても、レンズ３０の中心からレンズ３０の出射側焦点位置だけ離れた位置における照射立体角ＩＳも、点Ｐ１における照射立体角ＩＳと同じ形状で同じ大きさとなる。また、レンズ３０の出射側焦点位置よりも遠い位置における照射立体角ＩＳも、点Ｐ１における照射立体角ＩＳと同じ形状で同じ大きさとなる。
【0022】
また、検査光がハーフミラー６０により反射された場合にも、これらの照射立体角ＩＳは維持される。したがって、図２に示すように、検査光は、物品２００の表面の各点において同じ照射立体角ＩＳを有するように照射される。つまり、物品２００の表面の任意の点において、面光源１０からの距離に依存せず、照明条件が同じとなる。
【0023】
ハーフミラー（光学部材）６０は、レンズ３０を透過した検査光の光路中であって、物品２００で反射された反射光がカメラ８０に向かう光路中に配置されている。ハーフミラー６０は、レンズ３０で集光された検査光を物品２００に向けて反射する一方、物品２００で反射された反射光を透過する。つまり、ハーフミラー６０は、検査光を物品２００に照射させるとともに、物品２００からの反射光をカメラ８０に入射させる。
【0024】
支持台７０は、平坦な表面を有しており、当該表面に物品２００が載置される。
【0025】
カメラ（撮像装置）８０は、物品２００で反射され、ハーフミラー６０を透過した反射光を受光し、物品２００の画像を生成する。つまり、カメラ８０は、検査光が照射された物品２００の画像を撮像する。なお、カメラ８０で撮像される画像はカラー画像である。よって、図示しないが、カメラ８０は、撮像面を有する撮像素子として、カラーフィルターが搭載されたＣＭＯＳイメージセンサを有している。また、カメラ８０は、ＣＭＯＳイメージセンサの出力信号を処理して画像を生成するプロセッサ（図示せず）を備えていてもよい。
【0026】
次に、検査システム１００の動作原理について説明する。
【0027】
図１に示すように、検査光は、ハーフミラー６０により、光軸がＺ方向に向くように反射される。物品２００の表面が平坦でかつ支持台７０の表面と平行である場合、物品２００の表面で反射される反射光（以下、単に反射光という）は、白色光となる。例えば、図１Ｂに示す物品２００の表面の領域Ｓ１での反射光は白色光としてカメラ８０に入射される。
【0028】
一方、カラーフィルター２０は検査光の入射面内で色分布を有している。その結果、図１Ａに示す例で言えば、カラーフィルター２０の赤色領域（以下、Ｒ領域（図４参照）という）を透過した検査光の光軸は、カラーフィルター２０の青色領域（以下、Ｂ領域（図４参照）という）を透過した検査光の光軸と方向が異なっている。また、前述したように、物品２００の表面の各点において、照射立体角ＩＳは同じである。このため、物品２００の表面に傾きがある場合、検査光の光軸の方向が異なることに対応して反射光の色が変化する。
【0029】
図３Ａに示すように、物品２００の表面が紙面の左側に傾いていると、Ｂ領域を透過した検査光はカメラ８０の撮像面に向かって反射される。一方、Ｒ領域を透過した検査光の一部は、カメラ８０の撮像面から離れるように反射される。その結果、カメラ８０で撮像される物品２００の画像は、青みがかった色となる。例えば、図１Ｂに示す物品２００の表面の領域Ｓ２は、青みがかった色の領域としてカメラ８０で撮像される。
【0030】
また、図３Ｂに示すように、物品２００の表面が紙面の右側に傾いていると、Ｒ領域を透過した検査光はカメラ８０の撮像面に向かって反射される。一方、Ｂ領域を透過した検査光の一部は、カメラ８０の撮像面から離れるように反射される。その結果、カメラ８０で撮像される物品２００の画像は、赤みがかった色となる。例えば、図１Ｂに示す物品２００の表面の領域Ｓ３は、赤みがかった色の領域としてカメラ８０で撮像される。
【0031】
以上説明したように、図１Ａに示す検査システム１００によれば、カラーフィルター２０の色分布を適切に設定することで、カメラ８０での撮像画像における各色、例えば、赤色光、緑色光及び青色光（以下、これらを総称してＲＧＢと呼ぶことがある。）の強度等から、物品２００の表面の方向（傾き）を推定することができる。言い換えると、物品２００の表面が互いに方向の求まる複数の面で構成される場合、それぞれの面の方向を推定することができる。このことを利用して、物品２００の外観検査を行うことができる。例えば、白色光の照射のみでは識別が困難な物品２００の表面凹凸や傷の有無等を検査することができる。
【0032】
［カラーフィルターの構成及びキャリブレーションについて］
前述した物品２００の表面の方向推定を行う場合、撮像画像におけるカラーバランスが構成されていることが必要である。言い換えると、撮像画像におけるＲＧＢの強度が校正されていることが必要である。一般には、白色の物品２００を照明環境毎に撮像し、ＲＧＢの強度を調整する。
前述した物品２００の表面の方向推定を行う場合、撮像画像におけるカラーバランスが構成されていることが必要である。言い換えると、撮像画像におけるＲＧＢの強度が校正されていることが必要である。一般には、白色の物品２００を照明環境毎に撮像し、ＲＧＢの強度を調整する。
【0033】
また、物品２００の材質が異なる場合、反射率の波長依存性も異なる。図４は、金属の反射率の波長依存性の一例を示し、例えば、銀（Ａｇ）は、可視光領域（４００ｎｍ～７００ｎｍ）で反射率が１程度と一定である。一方、波長が６５０ｎｍから５００ｎｍにかけて、金（Ａｕ）の反射率は、１から０．４程度まで低下する。また、５００ｎｍ以下の波長域では、反射率が０．４程度と略一定となる。波長が６５０ｎｍから４００ｎｍにかけて、銅（Ｃｕ）は、の反射率は、１から０．５程度まで低下する。このことに鑑みれば、検査対象となる物品２００の材質が異なる場合も、ＲＧＢの強度校正が必要となる。
【0034】
しかし、図１Ａに示す検査システム１００では、物品２００に照射される検査光は、カラーフィルター２０の色分布に対応して、物品２００への照射方向毎に色が異なる。よって、物品２００の表面に方向（傾き）が異なる面が複数存在すると、物品２００からの反射光も各面で異なる色となる。
【0035】
したがって、カメラ８０の撮像面と物品２００の表面における各面の方向、及び物品２００への照射方向毎の検査光の色分布の三者の関係、さらに物品２００の材質が予め把握できていないと、ＲＧＢの強度を校正することができない。つまり、物品２００の表面の方向推定とＲＧＢの強度校正とが両立しないという課題があった。
【0036】
そこで、本実施形態では、以下に示す手順によりＲＧＢの強度校正を行い、また、その結果に基づいて、物品２００の表面の方向推定を可能としている。
【0037】
まず、カメラ８０と支持台７０と照明装置５０の各部の配置関係は、正確に規定する。次に、物品２００の表面の方向は、カメラ８０で撮像できる範囲で任意とする。さらに、カラーフィルター２０に関して、検査光の照射方向によらない一つあるいは複数の色表現の制限を付加する。
【0038】
このように設定された状態で、例えば、物品２００の表面の方向を変化させながら、物品２００をカメラ８０で撮像する。さらに、撮像された画像の輝度情報に基づき、ＲＧＢの強度を校正する。あるいは、互いに方向が異なる複数の表面を有する物品２００をカメラ８０で撮像する。さらに、撮像された画像における複数点の輝度情報に基づき、ＲＧＢの強度を校正する。カラーフィルター２０及びその色表現の制限についてさらに説明する。
【0039】
なお、本願明細書において「輝度情報」を以下のように定義する。輝度情報には、検査光の輝度が含まれる。また、輝度情報には、検査光に含まれる赤色光成分（以下、Ｒ成分という）、緑色光成分（以下、Ｇ成分という）、青色光成分（以下、Ｂ成分という）のそれぞれの輝度が含まれる。また、輝度情報には、検査光に含まれるＲ成分の輝度とＧ成分の輝度とＢ成分の輝度との和が含まれる。
【0040】
なお、Ｒ成分、Ｇ成分及びＢ成分は、それぞれ所定の波長幅を有している。例えば、Ｒ成分は、６５０ｎｍの波長を含み、数十ｎｍ～１００ｎｍ程度の波長幅を有している。Ｇ成分は、５００ｎｍの波長を含み、数十ｎｍ～１００ｎｍ程度の波長幅を有している。Ｂ成分は、４５０ｎｍの波長を含み、数十ｎｍ～１００ｎｍ程度の波長幅を有している。
【0041】
【0042】
なお、説明の便宜上、図５に示すカラーフィルター２０において、赤色領域（以下、Ｒ領域という）、Ｇ領域及びＢ領域をそれぞれ区分して図示しているが、実際には、面内の色分布は連続的に、あるいは段階的に変化している。
【0043】
図５に示すカラーフィルター２０の色分布は、色相（Hue）と彩度（Saturation）と明度（Value Brightness)とで表現される。つまり、通常のＲＧＢ色空間ではなく、ＨＳＶ色空間で表現される。具体的には、カラーフィルター２０における検査光の入射面において、検査光の光軸からの角度を色相として割り当てる。当該光軸からの距離を彩度として割り当てる。カラーフィルター２０を透過した検査光の強度を明度として割り当てる。
【0044】
このようにカラーフィルター２０を設定し、さらに、明度に関して、検査光の照射方向によらず一定となるように、カラーフィルター２０に色分布を付与する。つまり、カラーフィルター２０は、検査光がカラーフィルター２０を透過する位置によらず、明度が一定となるように構成されている。なお、カラーフィルター２０の色分布は、具体的には、以下に示す手順で設定される。
【0045】
物品２００の表面における反射率が一定の場合、カメラ８０で撮像された画像上の輝度は、物品２００の表面の方向によらず、色空間における所定の位置の点で記述される。例えば、ＲＧＢ色空間上では、図６に示すように、ＶＲ＝ＶＧ＝ＶＢ（＝一定）となる平面上の点となる。なお、ＶＲは、撮像画像における赤色光の輝度ゲインである。ＶＧは、撮像画像における緑色光の輝度ゲインである。ＶＢは、撮像画像における青色光の輝度ゲインである。
【0046】
しかし、物品２００の表面の方向が一定でない等の場合、ゲインＶＲ，ＶＧ。ＶＢの値は、それぞれ等しくならない。このため、例えばゲインＶＲを基準として、残りのゲインＶＧ。ＶＢに関し、調整係数αＧ，αＢを求める。調整後のゲインＶ’Ｇ。Ｖ’Ｂは、それぞれ式（２）、（３）に示すように表される。
【0047】
【0048】
本実施形態では、物品２００の表面の方向によらず、ゲインＶＲ＝Ｖ’Ｇ＝Ｖ’Ｂ（＝一定）となるように、調整係数αＧ，αＢを設定する。このようにして、明度に関して、検査光の照射方向によらず一定となるように、カラーフィルター２０に色分布が付与される。
【0049】
以上の通りであるから、本実施形態の検査システム１００は、以下の特徴を備えているとも言える。つまり、物品２００に照射される検査光は、Ｒ成分とＧ成分とＢ成分とを少なくとも含んでいる。
【0050】
カラーフィルター２０は、カメラ８０で撮像された物品２００の画像において、Ｒ成分の輝度とＧ成分の輝度とＢ成分の輝度とが、物品２００に対する検査光の入射方向によらずそれぞれ同じとなるように構成される。
【0051】
なお、ゲイン調整前のデータのバラツキが大きい場合、撮像画像における各成分の輝度に関し、ゲインだけでなくオフセットを入れるのが好ましい。つまり、各軸に垂直な平面の原点からの距離が等しく、各点の輝度が当該平面上に位置するようにゲインに関する調整係数やオフセットを調整してもよい。
【0052】
［効果等］
以上説明したように、本実施形態に係る検査システム１００は、物品２００に検査光を照射する照明装置５０と、検査光が照射された物品２００を撮像するカメラ（撮像装置）８０と、を少なくとも備えている。
以上説明したように、本実施形態に係る検査システム１００は、物品２００に検査光を照射する照明装置５０と、検査光が照射された物品２００を撮像するカメラ（撮像装置）８０と、を少なくとも備えている。
【0053】
検査システム１００は、カメラ８０で撮像された物品２００の画像に基づいて、物品２００の外観を検査するように構成される。また、検査システム１００は、当該画像に基づいて、物品２００の表面に傷や凹凸が形成されているか否かを検査するように構成される。
【0054】
照明装置５０は、検査光を出射する面光源１０と、面光源１０から出射された検査光を物品２００に向けて集光するレンズ３０と、を少なくとも備えている。
【0055】
また、照明装置５０は、面光源１０とレンズ３０との間であって、レンズ３０の焦点位置または当該焦点位置の近傍に配置されたカラーフィルター２０をさらに備えている。カラーフィルター２０は、検査光の進行方向と交差する方向において、所定の色分布が付与されている。
【0056】
検査光は、進行方向と交差する方向に所定の色分布が付与された状態で、レンズ３０に入射される。また、カラーフィルター２０を透過した後の検査光において、異なる色成分の光は、物品２００に照射されるときに、光軸の方向が互いに異なっている。
【0057】
カメラ８０で撮像された物品２００の画像は、物品２００で反射され、かつカメラ８０に入射された検査光の反射光に基づいて生成される。
【0058】
カメラ８０で撮像された物品２００の画像における輝度情報が、物品２００に対する検査光の入射方向によらず一定となるように構成されている。なお、本実施形態では、カラーフィルター２０は、カメラ８０で撮像された物品２００の画像において、Ｒ成分の輝度とＧ成分の輝度とＢ成分の輝度とが、物品２００に対する検査光の入射方向によらずそれぞれ同じとなるように構成される。
【0059】
検査システム１００をこのように構成することで、カメラ８０で撮像された画像におけるＲＧＢの強度校正を行うことができる。また、その結果に基づいて、物品２００の表面の方向を推定することができる。このことにより、物品２００の表面が平坦でない場合にも、物品２００の外観検査を行うことができる。また、物品２００の表面の方向を変えることで、カメラ８０で撮像される反射光の色成分が変化するため、例えば、反射率の波長依存性が互いに異なる複数の物品２００に関し、同じ検査システム１００で外観検査を行うことができる。
【0060】
なお、物品２００の表面の方向によっては、カメラ８０で撮像された物品２００の画像において、Ｒ成分、Ｇ成分及びＢ成分のすべてが含まれるとは限らない。よって、カラーフィルター２０は、カメラ８０で撮像された物品２００の画像において、Ｒ成分の輝度とＧ成分の輝度とＢ成分の輝度のうち少なくとも２つが、物品２００に対する検査光の入射方向によらずそれぞれ同じとなるように構成されていればよい。この場合も、前述の効果を奏することができる。すなわち、カメラ８０で撮像された画像におけるＲＧＢの強度校正を行うことができる。また、その結果に基づいて、物品２００の表面の方向を推定することができる。また、反射率の波長依存性が互いに異なる複数の物品２００に関し、同じ検査システム１００で外観検査を行うことができる。
【0061】
カラーフィルター２０に付与された色分布は、色相と彩度と明度とで表現される。カラーフィルター２０における検査光の入射面において、検査光の光軸からの角度を色相とし、光軸からの距離を前記彩度とし、かつカラーフィルター２０を透過した検査光の強度を明度とする。
【0062】
この場合において、カラーフィルター２０は、検査光がカラーフィルター２０を透過する位置によらず、明度が一定となるように構成されている。
【0063】
このようにすることで、カメラ８０で撮像された物品２００の画像を用いて、ＲＧＢの強度校正を容易に行うことができる。
【0064】
検査システム１００は、物品２００で反射された反射光がカメラ８０に向かう光路中に配置されたハーフミラー（光学部材）６０をさらに備えている。ハーフミラー６０は、レンズ３０で集光された検査光を物品２００に向けて反射する一方、物品２００で反射された反射光を透過する。
【0065】
このようにハーフミラー６０を設けることで、物品２００を撮像する方向と、物品２００に検査光を照射する方向とを一致させることができる。つまり、検査システム１００をいわゆる同軸照明系とすることができ、検査システム１００の小型化が図れる。
【0066】
（実施形態２）
図７は、本実施形態に係るカラーフィルターの平面模式図を示す。図８Ａは、カメラの撮像画像における赤色光成分の輝度の位相依存性を示し、図８Ｂは、緑色光成分の輝度の位相依存性を示し、図８Ｃは、青色光成分の輝度の位相依存性を示す。
図７は、本実施形態に係るカラーフィルターの平面模式図を示す。図８Ａは、カメラの撮像画像における赤色光成分の輝度の位相依存性を示し、図８Ｂは、緑色光成分の輝度の位相依存性を示し、図８Ｃは、青色光成分の輝度の位相依存性を示す。
【0067】
なお、図８Ａ～８Ｃにおいて、物品２００の表面の方向を段階的に変化させた場合の輝度を同じグラフに図示している。
【0068】
また、説明の便宜上、図７及び以降に示す各図面において、実施形態１と同様の箇所について同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【0069】
【0070】
まず、検査光の光軸からの距離を振幅とし、検査光の光軸を中心として、所定方向からの角度を位相とする。これら振幅と位相とは、カラーフィルター２１を透過した検査光のＲ成分、Ｇ成分及びＢ成分の輝度から算出される。
【0071】
また、本実施形態では、カメラ８０で撮像された物品２００の画像において、Ｒ成分、Ｇ成分及びＢ成分の輝度の平均値が物品２００の表面の方向によらず一定となるように、カラーフィルター２１に色分布が付与される。つまり、カラーフィルター２１に関して、検査光の照射方向によらない一つあるいは複数の色表現の制限が付加される。
【0072】
また、カメラ８０で撮像された物品２００の所定領域の画像において、Ｒ成分の輝度とＧ成分の輝度とＢ成分の輝度との和が、所定領域の面の方向によらず一定となるように、カラーフィルター２１に色分布が付与される。
【0073】
具体的には、前述したゲインＶＲ，ＶＧ，ＶＢに関し、以下の式（４）に示す満たす関係を満たすように調整係数αＧ，αＢを求める。
【0074】
ＶＲ＋αＧＶＧ＋αＢＶＢ＝一定 ・・・（４）
これらの調整係数αＧ，αＢを求めるにあたって、図８Ａ～８Ｃに示す輝度の波長依存性を参照する。例えば、図８Ａ～８Ｃに示す例で言えば、Ｒ成分の輝度は、位相が０度のときに最大となり、１８０度のときに最小となる。Ｇ成分の輝度は、位相が１２０度のときに最大となり、３００度のときに最小となる。Ｂ成分の輝度は、位相が２４０度のときに最大となり、６０度のときに最小となる。
これらの調整係数αＧ，αＢを求めるにあたって、図８Ａ～８Ｃに示す輝度の波長依存性を参照する。例えば、図８Ａ～８Ｃに示す例で言えば、Ｒ成分の輝度は、位相が０度のときに最大となり、１８０度のときに最小となる。Ｇ成分の輝度は、位相が１２０度のときに最大となり、３００度のときに最小となる。Ｂ成分の輝度は、位相が２４０度のときに最大となり、６０度のときに最小となる。
【0075】
図８Ａ～８Ｃに示す各成分の輝度の波長依存性を参照すれば、所定の位相における各成分の輝度を求めることができる。各位相における各成分の輝度の和を求めて、式（４）を満足するように調整係数αＧ，αＢを求める。なお、調整係数αＧ，αＢを求めるにあたって最小二乗法等の推定方法を用いることができる。
【0076】
求められた調整係数αＧ，αＢに基づいて、式（４）を満足するように、カラーフィルター２１に色分布が付与される。
【0077】
以上の通りであるから、本実施形態の検査システム１００は、以下の特徴を備えているとも言える。つまり、物品２００に照射される検査光は、Ｒ成分とＧ成分とＢ成分とを少なくとも含んでいる。
【0078】
カラーフィルター２１は、カメラ８０で撮像された物品２００の画像において、Ｒ成分の輝度とＧ成分の輝度とＢ成分の輝度との和が、物品２００に対する検査光の入射方向によらず同じとなるように構成される。言い換えると、カラーフィルター２１は、カメラ８０で撮像された物品２００の画像において、Ｒ成分の輝度とＧ成分の輝度とＢ成分の輝度との和が、物品２００に対する検査光の入射方向によらず同じとなるように構成される。
【0079】
本実施形態によれば、実施形態１に示す構成が奏するのと同様の効果を奏することができる。つまり、カメラ８０で撮像された画像におけるＲＧＢの強度校正を行うことができる。また、その結果に基づいて、物品２００の表面の方向を推定することができる。このことにより、物品２００の表面が平坦でない場合にも、物品２００の外観検査を行うことができる。また、物品２００の表面の方向を変えることで、カメラ８０で撮像される反射光の色成分が変化するため、例えば、反射率の波長依存性が互いに異なる複数の物品２００に関し、同じ検査システム１００で外観検査を行うことができる。
【0080】
なお、前述したように、物品２００の表面の方向によっては、カメラ８０で撮像された物品２００の画像において、Ｒ成分、Ｇ成分及びＢ成分のすべてが含まれるとは限らない。例えば、当該画像において、Ｒ成分のみが含まれることもありうる。よって、Ｒ成分の輝度とＧ成分の輝度とＢ成分の輝度との和において、１種類のみの色成分の輝度が含まれていてもよい。また、Ｒ成分の輝度とＧ成分の輝度とＢ成分の輝度との和は、Ｒ成分、Ｇ成分及びＢ成分のうちいずれか２つの色成分の輝度の和であってもよい。
【0081】
＜変形例１＞
図９は、本変形例に係る液晶フィルターの平面模式図を示す。
図９は、本変形例に係る液晶フィルターの平面模式図を示す。
【0082】
【0083】
この場合も、実施形態１に示す態様で液晶フィルター２２における色分布が設定される。ただし、前述したように、物品２００の表面の方向によっては、カメラ８０で撮像された物品２００の画像において、Ｒ成分、Ｇ成分及びＢ成分のすべてが含まれるとは限らない。
【0084】
よって、液晶フィルター２２は、カメラ８０で撮像された物品２００の画像において、Ｒ成分の輝度とＧ成分の輝度とＢ成分の輝度のうち少なくとも２つが、物品２００に対する検査光の入射方向によらずそれぞれ同じとなるように構成される。
【0085】
あるいは、実施形態２に示す態様で液晶フィルター２２における色分布が設定されてもよい。つまり、液晶フィルター２２は、カメラ８０で撮像された物品２００の画像において、Ｒ成分の輝度とＧ成分の輝度とＢ成分の輝度との和が、物品２００に対する検査光の入射方向によらず同じとなるように構成される。この場合、Ｒ成分の輝度とＧ成分の輝度とＢ成分の輝度との和において、１種類のみの色成分の輝度が含まれていてもよい。また、Ｒ成分の輝度とＧ成分の輝度とＢ成分の輝度との和は、Ｒ成分、Ｇ成分及びＢ成分のうちいずれか２つの色成分の輝度の和であってもよい。
【0086】
なお、これらの色分布を実現するために、液晶フィルター２２において、赤色光を透過する赤色フィルター（以下、Ｒフィルターという）と、緑色光を透過する緑色フィルター（以下、Ｇフィルターという）と、青色光を透過する青色フィルター（以下、Ｂフィルターという）との配列関係は、適宜変更されうる。つまり、液晶フィルター２２において、ＲフィルターとＧフィルターとＢフィルターとの配列関係は、図９に示す例に特に限定されない。
【0087】
また、液晶フィルター２２に限定されず、ＲフィルターとＧフィルターとＢフィルターとがモザイク状あるいはブロック状に配置されたカラーフィルターを用いてもよい。
【0088】
つまり、本変形例の検査システム１００において、面光源１０は白色の検査光を出射する。一方で、カラーフィルターは、Ｒフィルターと、Ｇフィルターと、Ｂフィルターとが、平面的に配置されて構成される。
【0089】
本変形例によれば、実施形態１や実施形態２に示す構成が奏するのと同様の効果をすすることができる。つまり、カメラ８０で撮像された画像におけるＲＧＢの強度校正を行うことができる。また、その結果に基づいて、物品２００の表面の方向を推定することができる。このことにより、物品２００の表面が平坦でない場合にも、物品２００の外観検査を行うことができる。また、物品２００の表面の方向を変えることで、カメラ８０で撮像される反射光の色成分が変化するため、例えば、反射率の波長依存性が互いに異なる複数の物品２００に関し、同じ検査システム１００で外観検査を行うことができる。
【0090】
なお、面光源１０と液晶フィルター２２とが一体化されて、液晶ディスプレイとして構成されてもよい。この場合、一体化された液晶ディスプレイは、図１Ａにおけるカラーフィルター２０の位置に配置される。なお、面光源１０は、白色光を発するライン光源（図示せず）と光拡散版（図示せず）とで構成されてもよい。
【0091】
【0092】
図１０に示す検査システム１００は、図１Ａに示す検査システム１００に対して、カラーフィルター２０が省略されている点及び面光源１１が図１Ａにおけるカラーフィルター２０の位置に配置されている点で異なる。また、図１１に示すように、面光源１１が、ＬＥＤ光源１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂがモザイク状に配列された構成である点で異なる。なお、ＬＥＤ光源１１Ｒは赤色光を出射する。ＬＥＤ光源１１Ｇは緑色光を出射する。ＬＥＤ光源１１Ｂは青色光を出射する。
【0093】
この場合、面光源１１から出射される検査光の色分布は、実施形態１に示す態様で設定される。ただし、前述したように、物品２００の表面の方向によっては、カメラ８０で撮像された物品２００の画像において、Ｒ成分、Ｇ成分及びＢ成分のすべてが含まれるとは限らない。
【0094】
よって、面光源１１から出射される検査光は、カメラ８０で撮像された物品２００の画像において、Ｒ成分の輝度とＧ成分の輝度とＢ成分の輝度のうち少なくとも２つが、物品２００に対する検査光の入射方向によらずそれぞれ同じとなるように構成される。
【0095】
あるいは、実施形態２に示す態様で色分布が設定されてもよい。つまり、面光源１１から出射される検査光は、カメラ８０で撮像された物品２００の画像において、Ｒ成分の輝度とＧ成分の輝度とＢ成分の輝度との和が、物品２００に対する検査光の入射方向によらず同じとなるように構成される。なお、実施形態２に示したのと同様に、Ｒ成分の輝度とＧ成分の輝度とＢ成分の輝度との和において、１種類のみの色成分の輝度が含まれていてもよい。また、Ｒ成分の輝度とＧ成分の輝度とＢ成分の輝度との和は、Ｒ成分、Ｇ成分及びＢ成分のうちいずれか２つの色成分の輝度の和であってもよい。
【0096】
なお、これらの色分布を実現するために、面光源１１において、ＬＥＤ光源１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの配列関係は、適宜変更されうる。つまり、面光源１１において、ＬＥＤ光源１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの配列関係は、図１１に示す例に特に限定されない。
【0097】
つまり、本変形例の検査システム１００において、面光源１１は、赤色光を出射する赤色光源であるＬＥＤ光源１１Ｒと、緑色光を出射する緑色光源であるＬＥＤ光源１１Ｇと、青色光を出射する青色光源ＬＥＤ光源１１Ｂとが、平面的に配置されて構成される。
【0098】
本変形例によれば、実施形態１や実施形態２に示す構成が奏するのと同様の効果をすすることができる。つまり、カメラ８０で撮像された画像におけるＲＧＢの強度校正を行うことができる。また、その結果に基づいて、物品２００の表面の方向を推定することができる。このことにより、物品２００の表面が平坦でない場合にも、物品２００の外観検査を行うことができる。また、物品２００の表面の方向を変えることで、カメラ８０で撮像される反射光の色成分が変化するため、例えば、反射率の波長依存性が互いに異なる複数の物品２００に関し、同じ検査システム１００で外観検査を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【0099】
本開示の検査システムは、物品の表面の方向推定が可能であるとともに撮像された画像のカラーバランスの校正が可能なため、物品の外観検査に用いる上で有用である。
【符号の説明】
【0100】
１０，１１ 面光源
２０，２１ カラーフィルター
２２ 液晶フィルター（カラーフィルター）
３０ レンズ
４０ 筐体
５０ 照明装置
６０ ハーフミラー（光学部材）
７０ 支持台
８０ カメラ（撮像装置）
１００ 検査システム
２００ 物品
２０，２１ カラーフィルター
２２ 液晶フィルター（カラーフィルター）
３０ レンズ
４０ 筐体
５０ 照明装置
６０ ハーフミラー（光学部材）
７０ 支持台
８０ カメラ（撮像装置）
１００ 検査システム
２００ 物品
【図1A】
【図1B】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図9】
【図10】
【図11】
