特開 2023-31022 光学検査方法、光学検査プログラム、及び、光学検査装置

(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】P2023031022

(43)【公開日】2023-03-08

(54)【発明の名称】光学検査方法、光学検査プログラム、及び、光学検査装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/88 20060101AFI20230301BHJP

   G01B 11/30 20060101ALI20230301BHJP

【ＦＩ】

G01N21/88 Z

G01B11/30 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021136474

(22)【出願日】2021-08-24

(71)【出願人】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(71)【出願人】

【識別番号】301063496

【氏名又は名称】東芝デジタルソリューションズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003708

【氏名又は名称】弁理士法人鈴榮特許綜合事務所

(72)【発明者】

【氏名】加納 宏弥

(72)【発明者】

【氏名】大野 博司

【テーマコード（参考）】

2F065

2G051

【Ｆターム（参考）】

2F065AA23

2F065AA24

2F065AA49

2F065AA50

2F065BB01

2F065DD03

2F065FF04

2F065JJ03

2F065JJ26

2F065LL04

2F065LL22

2F065LL24

2F065QQ16

2F065QQ25

2F065QQ27

2F065QQ32

2F065QQ33

2F065QQ42

2F065SS13

2F065TT03

2G051AA90

2G051AB02

2G051CA04

2G051CB01

2G051CB05

2G051CC15

2G051EA12

2G051EA17

2G051EB01

2G051EC03

2G051EC04

(57)【要約】

【課題】 被検体からの光線方向に関する情報を含む像を取得して被検体の表面状態を検査する光学検査方法を提供すること。
【解決手段】 実施形態によれば、被検体を検査する光学検査方法は、被検体からの光線方向に応じて、第１の波長の光線と、第１の波長とは異なる波長の第２の波長の光線とを、撮像部に向けて、第１の波長の光線強度及び第２の波長の光線強度を相補的な関係として射出し、撮像部で第１の波長の光線に関する第１の像の情報及び第２の波長の光線に関する第２の像の情報をそれぞれ取得させること、第１の像の情報、及び、第２の像の情報を比較し、被検体の凹凸情報を抽出すること、を備える。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

被検体からの光線方向に応じて、第１の波長の光線と、前記第１の波長とは異なる波長の第２の波長の光線とを、撮像部に向けて、前記第１の波長の光線強度及び前記第２の波長の光線強度を相補的な関係として射出し、前記撮像部で前記第１の波長の光線に関する第１の像の情報及び前記第２の波長の光線に関する第２の像の情報をそれぞれ取得させること、
前記第１の像の情報、及び、前記第２の像の情報を比較し、前記被検体の凹凸情報を抽出すること、
を備える、前記被検体を検査する光学検査方法。

【請求項2】

前記第１の像の情報及び前記第２の像の情報の少なくとも一方に対して、画像フィルタを畳み込んだ演算処理を行うこと、
を備える、請求項１に記載の光学検査方法。

【請求項3】

前記第１の像の情報及び前記第２の像の情報に対して前記画像フィルタを畳み込んだ演算処理を行うとき、
前記第１の像の情報に対し、第１の画像フィルタを畳み込んだ演算処理を行い、
前記第２の像の情報に対し、前記第１の画像フィルタとは異なる第２の画像フィルタを畳み込んだ演算処理を行う、
請求項２に記載の光学検査方法。

【請求項4】

前記第１の像の情報に対し、前記第１の画像フィルタとして像の平坦さを強調させる画像フィルタ処理を行い、
前記第２の像の情報に対し、前記第２の画像フィルタとして像の輪郭を強調させる画像フィルタ処理を行う、
請求項３に記載の光学検査方法。

【請求項5】

被検体からの光線方向に応じて、第１の波長の光線と、前記第１の波長とは異なる波長の第２の波長の光線とを、撮像部に向けて、前記第１の波長の光線強度及び前記第２の波長の光線強度を相補的な関係として射出させる光学装置を用いて、前記撮像部で前記第１の波長に関する第１の像の情報及び前記第２の波長の光線に関する第２の像の情報をそれぞれ取得させる処理と、
前記第１の像の情報、及び、前記第２の像の情報を比較し、前記被検体の凹凸情報を抽出する処理と
をプロセッサに実行させる、前記被検体を検査する光学検査プログラム。

【請求項6】

被検体からの光線を結像する結像光学系と、
前記結像光学系の結像面に設けられる撮像部と、
前記結像光学系と前記撮像部との間で前記結像光学系の焦点面に設けられ、前記被検体からの光線方向に応じて、第１の波長の光線と、前記第１の波長とは異なる波長の第２の波長の光線とを、前記撮像部に向けて、前記第１の波長の光線強度及び前記第２の波長の光線強度を相補的な関係を有する状態に射出し、前記撮像部で前記第１の波長の光線に関する第１の像の情報及び前記第２の波長の光線に関する第２の像の情報をそれぞれ取得させる、カラーフィルタと、
前記第１の像の情報と前記第２の像の情報との比較により、前記被検体の凹凸情報を抽出するプロセッサと
を備える、光学検査装置。

【請求項7】

前記プロセッサは、前記第１の像の情報及び前記第２の像の情報の比較を、前記第１の像の情報と前記第２の像の情報との四則演算処理により行う、請求項６に記載の光学検査装置。

【請求項8】

前記プロセッサは、前記第１の像の情報及び前記第２の像の情報の少なくとも一方に対して、画像フィルタ を畳み込んだ演算処理を行った後、又は、画像フィルタを畳み込んだ演算処理を行う前に、前記第１の像の情報及び前記第２の像の情報に対して、前記四則演算処理を行う、請求項７に記載の光学検査装置。

【請求項9】

前記プロセッサが前記第１の像の情報及び前記第２の像の情報に対してそれぞれ前記画像フィルタを畳み込んだ演算処理を行うとき、
前記第１の像の情報に対し、第１の画像フィルタを畳み込んだ演算処理を行い、
前記第２の像の情報に対し、前記第１の画像フィルタとは異なる第２の画像フィルタを畳み込んだ演算処理を行う、請求項８に記載の光学検査装置。

【請求項10】

前記プロセッサは、
前記第１の像の情報に対し、前記第１の画像フィルタとして像の平坦さを強調させる画像フィルタを用い、
前記第２の像の情報に対し、前記第２の画像フィルタとして像の輪郭を強調させる画像フィルタを用いる、請求項９に記載の光学検査装置。

【請求項11】

前記カラーフィルタは、前記被検体からの光線方向に応じて、前記第１の波長の光線及び前記第２の波長とは異なる波長の第３の波長の光線を、前記撮像部に向けて、前記第１の波長の光線強度、前記第２の波長の光線強度、及び、前記第３の波長の光線強度を相補的な関係を有する状態に射出し、前記撮像部で前記第１の像の情報、前記第２の像の情報、及び、前記第３の波長の光線に関する第３の像の情報をそれぞれ取得させ、
前記プロセッサは、前記第１の像の情報、前記第２の像の情報、及び、前記第３の像の情報の少なくとも２つの情報の比較により、前記被検体の凹凸情報を抽出する、
請求項６乃至請求項１０のいずれか１項に記載の光学検査装置。

【請求項12】

被検体からの第１の散乱角に応じた第１の波長の光線を第１の像の情報とし、前記被検体からの前記第１の散乱角とは異なる第２の散乱角に応じ、前記第１の波長の光線とは異なる第２の波長の光線を第２の像の情報として取得するとともに、前記第１の波長の光線強度及び第２の波長の光線強度を相補的な関係として取得するカメラと、
前記第１の像の情報、及び、前記第２の像の情報の比較により、前記被検体の表面情報を抽出するプロセッサと
を備える、光学検査装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、光学検査方法、光学検査プログラム、及び、光学検査装置に関する。

【背景技術】

【0002】

様々な産業において、物体の非接触での光学検査が重要となっている。光学検査において、光線方向の識別は、物体情報を知る上で重要である。従来、色相（ｈｕｅ）と呼ばれる量を用いて光線方向を識別する方法がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－２０３７９６号公報

【特許文献2】特開２０１９－１２４５４２号公報

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】W. L. Hows, "Rainbow schlieren and its applications", Appl. Optics, vol. 23, No. 14, 1984.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明が解決しようとする課題は、被検体からの光線方向に関する情報を含む像を取得して被検体の表面状態を検査する光学検査方法、光学検査プログラム、及び、光学検査装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

実施形態によれば、被検体を検査する光学検査方法は、被検体からの光線方向に応じて、第１の波長の光線と、前記第１の波長とは異なる波長の第２の波長の光線とを、撮像部に向けて、前記第１の波長の光線強度及び前記第２の波長の光線強度を相補的な関係として射出し、前記撮像部で前記第１の波長の光線に関する第１の像の情報及び前記第２の波長の光線に関する第２の像の情報をそれぞれ取得させること、前記第１の像の情報、及び、前記第２の像の情報を比較し、前記被検体の凹凸情報を抽出すること、を備える。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】第１及び第２実施形態に係る光学検査システムを示す概略的なブロック図。

【図2】第１実施形態に係る光学検査システムの光学検査装置の一部を示す概略的な斜視図。

【図3】第１実施形態に係る光学検査システムの光学検査装置の一部を示す概略図。

【図4】図２及び図３に示す光学検査装置の光学装置のカラーフィルタを示す概略図。

【図5】第１及び第２実施形態に係る光学検査システムの光学検査装置で用いる画像フィルタプログラムの一例を示す図。

【図6】第１実施形態に係る光学検査システムの光学検査装置を用いて撮像したＲＧＢ像データ、Ｒ像データ、Ｇ像データ、及び、Ｂ像データを示す写真。

【図7】環境光下において通常のカメラを用いて撮像したＲＧＢ像データ、Ｒ像データ、Ｇ像データ、及び、Ｂ像データを示す写真。

【図8】第１実施形態に係る光学検査システムの光学検査装置を用いて被検体の表面情報（凹凸情報）を取得するための演算処理を示すフローチャート。

【図9】図８に示すフローチャートを用いて、Ｒ像データ及びＢ像データから、算出像データを出力した状態を示す概略図。

【図10】図８に示すフローチャートの一部を除いて用いて、Ｒ像データ及びＢ像データから、算出像データを出力した状態を示す概略図。

【図11】図８に示すフローチャートの一部の順を変更して、Ｒ像データ及びＢ像データから、算出像データを出力した状態を示す概略図。

【図12】第２実施形態に係る光学検査システムの光学検査装置の一部を示す概略的な斜視図。

【図13】図１２に示す光学検査システムの光学検査装置を、光軸を含む第１の面で見たときの概略的な断面図。

【図14】図１２に示す光学検査システムの光学検査装置を、光軸を含む第２の面で見たときの概略的な断面図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下に、各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

【0009】

（第１実施形態）
本実施形態に係る光学検査システム２について、図１から図１１を参照して説明する。

【0010】

図１は、本実施形態に係る光学検査システム２の構成の一例を示すブロック図である。図１に示すように、光学検査システム２は、光学検査装置４と、ディスプレイ６とを備える。

【0011】

光学検査装置４は、光学装置１２と、撮像部１４と、光源１６と、プロセッサ１８と、記憶部２０と、ＲＯＭ（Read Only Memory）２２と、ＲＡＭ（Random Access Memory）２４と、を備える。光学装置１２と撮像部１４とは、いわゆるカメラ１３を構成する。

【0012】

図２に示すように、光学装置１２は、結像光学系（結像レンズ）３２、及び、カラーフィルタ（多波長開口）３４を備える。

【0013】

結像光学系３２は、１又は複数のレンズを組み合わせて形成される。結像光学系３２は、被検体からの光線を結像する。結像光学系３２の光軸Ｃは、カラーフィルタ３４の光軸（中心軸）に一致する。カラーフィルタ３４は、結像光学系３２に対して距離ｆの焦点面に、結像光学系３２の光軸に対して回転対称に配置される。撮像部１４は、結像光学系３２及びカラーフィルタ３４を通す光の光路上に配置される。撮像部１４は、結像光学系３２に対して距離Ｌ（＞ｆ）の結像面に設けられる。

【0014】

なお、光は電磁波の一種であり、光には、Ｘ線、紫外線、可視光、赤外線、マイクロ波なども含まれる。本実施形態において、光は可視光であるとし、例えば波長は４００ｎｍから７６０ｎｍの領域にあるとする。

【0015】

図３は、図２に示す光学装置１２の一部及び撮像部１４を拡大して示す図である。図３に示すように、例えば、被検体Ｓのある物点Ｏで正反射した光線Ｌ１１、及び、適宜の角度にそれぞれ散乱した光線Ｌ２１，Ｌ３１は、結像光学系３２によって屈折され、光線Ｌ１２，Ｌ２２，Ｌ３２が撮像部１４の撮像面１４ａに結像する。

【0016】

図４に示すように、カラーフィルタ３４は、本実施形態では、第１の波長選択フィルタ（波長選択領域）４２、第２の波長選択フィルタ（波長選択領域）４４、及び、第３の波長選択フィルタ（波長選択領域）４６を有する。第１の波長選択フィルタ４２、第２の波長選択フィルタ４４、及び、第３の波長選択フィルタ４６は、同心状に形成される。カラーフィルタ３４は、波長選択フィルタ４２，４４，４６ごとにおいて、特定の波長（波長スペクトル）の光線を透過させ、特定の波長から外れる波長の光線を遮蔽する性質を有する。

【0017】

第１の波長選択フィルタ４２は、円盤状に形成される。第１の波長選択フィルタ４２は、結像光学系３２の光軸Ｃ上に設けられる。第１の波長選択フィルタ４２は、結像光学系３２を通過した、被検体からの第１の波長の光線を通過させる。なお、第１の波長選択フィルタ４２は、第１の波長（特定の波長）と異なる波長の光線を透過させず、遮蔽する性質を有する。

【0018】

第２の波長選択フィルタ４４は、第１の波長選択フィルタ４２の外周に円環状に形成される。第２の波長選択フィルタ４４は、結像光学系３２を通過した、被検体からの第１の波長とは異なる第２の波長の光線を通過させる。第２の波長選択フィルタ４４の径方向の幅は、適宜に設定可能である。なお、第２の波長選択フィルタ４４は、第２の波長（特定の波長）と異なる波長の光線を透過させず、遮蔽する性質を有する。

【0019】

第３の波長選択フィルタ４６は、第２の波長選択フィルタ４４の外周に円環状に形成される。第３の波長選択フィルタ４６は、結像光学系３２を通過した、被検体からの第１の波長及び第２の波長とは異なる第３の波長の光線を通過させる。第３の波長選択フィルタ４６の径方向の幅は、適宜に設定可能である。なお、第３の波長選択フィルタ４６は、第３の波長（特定の波長）と異なる波長の光線を透過させず、遮蔽する性質を有する。

【0020】

なお、第１の波長と、第２の波長及び第３の波長は、重ならないことが好適である。また、第２の波長と、第３の波長とは、重ならないことが好適である。このため、第１の波長、第２の波長、及び、第３の波長は、それぞれ独立している。

【0021】

カラーフィルタ３４は、第３の波長選択フィルタ４６の外周に光線遮蔽部４８を有する。光線遮蔽部４８は、例えば黒色の板で形成され、第３の波長選択フィルタ４６を保持する。なお、第３の波長選択フィルタ４６は、第２の波長選択フィルタ４４を保持する。第２の波長選択フィルタ４４は、第１の波長選択フィルタ４２を保持する。カラーフィルタ３４は、例えば内側から外側に向かって、透過する波長の光が連続的に変化するように構成されていてもよい。すなわち、カラーフィルタ３４は、内側から外側に円環状に共通の中心軸に対して円環状に同一の波長の光を通すが、異なる波長の光を通さないように構成されている。

【0022】

カラーフィルタ３４の第１の波長選択フィルタ４２の外周の半径をｒ１とし、第２の波長選択フィルタ４４の外周の半径をｒ２とし、第３の波長選択フィルタ４６の外側の半径をｒ３とする。このとき、ｒ３＞ｒ２＞ｒ１である。ここで、第１の波長選択フィルタ４２の半径ｒ１内の領域をＡ１とする。第１の波長選択フィルタ４２の外周と第２の波長選択フィルタ４４の外周との間の領域をＡ２とする。第２の波長選択フィルタ４４の外周と第３の波長選択フィルタ４６の外周との間の領域をＡ３とする。

【0023】

第１の波長選択フィルタ４２の半径ｒ１、第１の波長選択フィルタ４２の外周と第２の波長選択フィルタ４４の外周との間の距離であるｒ２－ｒ１、及び、第２の波長選択フィルタ４４の外周と第３の波長選択フィルタ４６の外周との間の距離であるｒ３－ｒ２は、適宜に設定可能である。より具体的には、カラーフィルタ３４の第１の波長選択フィルタ４２の半径ｒ１、第２の波長選択フィルタ４４の半径ｒ２、第３の波長選択フィルタ４６の半径ｒ３は、変更し得る。このため、領域Ａ１，Ａ２，Ａ３の形状及び大きさは、変化し得る。

【0024】

本実施形態に係る光学装置１２では、被検体Ｓの任意の物点Ｏから射出された光線のうち、結像光学系３２に入射したとき、主光線が光軸Ｃに平行である青（Ｂ）光は、青色の光線として分離されている。つまり、本実施形態に係る光学装置１２は、青色の光線について、テレセントリック性を有するテレセントリック光学系である。一方で、本実施形態に係る光学装置１２は、赤（Ｒ）光及び緑（Ｇ）光について、テレセントリック性を有していない非テレセントリック光学系である。

【0025】

本実施形態では、カラーフィルタ３４は、説明の簡略化のため、例えば、可視光のうち、波長選択フィルタ４２，４４，４６ごとに、ある波長の光を透過させ、ある波長から外れた波長を遮蔽、すなわち、透過を防止するものとする。

【0026】

なお、本実施形態では、便宜的に、国際照明委員会（ＣＩＥ：Commission Internationale de I’Eclairage）により決められた、赤（Ｒ）光の波長を７００ｎｍ、緑（Ｇ）光の波長を５４６．１ｎｍ、青（Ｂ）光の波長を４３５．８ｎｍとする。

【0027】

本実施形態では、第１の波長選択フィルタ４２の領域Ａ１は、可視光のうち、例えば青光（４３５．８ｎｍ）及びその近傍の第１の波長を有するＢ光を通し、それ以外の波長の光を遮断する。本実施形態では、第２の波長選択フィルタ４４の領域Ａ２は、可視光のうち、例えば例えば緑光（５４６．１ｎｍ）及びその近傍の第２の波長を有するＧ光を通し、それ以外の波長の光を遮断する。本実施形態では、第３の波長選択フィルタ４６の領域Ａ３は、可視光のうち、例えば赤光（７００ｎｍ）及びその近傍の第３の波長を有するＲ光を通し、それ以外の波長の光を遮断する。なお、第１の波長選択フィルタ４２の領域Ａ１が通す第１の波長の範囲、第２の波長選択フィルタ４４の領域Ａ２が通す第２の波長の範囲、及び、第３の波長選択フィルタ４６の領域Ａ３が通す第３の波長の範囲は、本実施形態では重ならないものとすることが好適である。

【0028】

光学装置１２は、ハーフミラー（ビームスプリッタ）３６を有する。ハーフミラー３６は、結像光学系３２と被検体Ｓとの間に設けられる。ハーフミラー３６は、光源１６からの照明光（白色光）を被検体Ｓに向けて照明するとともに、被検体Ｓからの光を透過させて、結像光学系３２に入射させる。

【0029】

撮像部１４は、例えば、いわゆるＲＧＢカメラを用いる。すなわち、撮像部１４は、各画素でＲ，Ｇ，Ｂの３チャンネルの色チャンネルを備える。撮像部１４は、例えばＣＭＯＳイメージセンサや、ＣＣＤイメージセンサを用いることができる。なお、撮像部１４は、少なくとも２つの画素を有する。ある画素と別のある画素とは、距離的に近位の関係にある。本実施形態で説明する撮像部１４は、全画素において、ある画素と別のある画素とは遠位にあるとし、ある画素と別のある画素は近傍であるなど、多数の画素が例えば格子状に配列されているとする。

【0030】

図３に示すように、撮像部１４は、結像光学系３２及び第１の波長選択フィルタ４２の領域Ａ１を通過した第１の波長の光線Ｌ１２、結像光学系３２及び第２の波長選択フィルタ４４の領域Ａ２を通過した第２の波長の光線Ｌ２２、及び、結像光学系３２及び第３の波長選択フィルタ４６の領域Ａ３を通過した第３の波長の光線Ｌ３２を撮像する。

【0031】

光源１６は、一例として、適宜の輝度の白色光を発光させるものを用いる。このため、光源１６の照明光は、赤（Ｒ）光、緑（Ｇ）光、青（Ｂ）光を含む。

【0032】

図１に示すプロセッサ１８は、例えば、Central Processing Unit（ＣＰＵ）、Application Specific Integrated Circuit（ＡＳＩＣ）等の集積回路である。プロセッサ１８として、汎用のコンピュータが用いられてもよい。プロセッサ１８は、専用回路として設けられている場合に限らず、コンピュータで実行されるプログラムとして設けられていてもよい。この場合、プログラムは、集積回路内の記憶領域、記憶部２０等に記録されている。プロセッサ１８は、撮像部１４及び記憶部２０に接続されている。プロセッサ１８は、撮像部１４の出力に基づいて、被検体Ｓに係る情報を算出する。

【0033】

図１に示すように、プロセッサ（処理回路）１８は、撮像部１４で撮像した像データ（ＲＧＢ像データＩｒｇｂ、Ｒ像データＩｒ、Ｇ像データＩｇ、及び、Ｂ像データＩｂ）に対する画像処理部としての機能を有する。なお、撮像部１４で取得される像データは、少なくとも２つ以上の画素から構成される。

【0034】

なお、プロセッサ１８は、光学検査装置４の外部にあってもよい。この場合、撮像部１４の出力は、光学検査装置４の外部へ出力されたり、記憶部２０へ記録されたりすればよい。つまり、被検体Ｓに係る情報の算出は、光学検査装置４の内部で行われてもよいし、外部で行われてもよい。プロセッサ１８は、ネットワークを介してデータを送受信するクラウドサービスにおけるサーバにあってもよい。

【0035】

プロセッサ１８、ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２４は、例えばバスを介して各々接続されている。これら記憶部２０、ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２４は、プロセッサ１８と相互に通信可能である。

【0036】

記憶部２０は、例えばＨＤＤ、ＳＳＤ、フラッシュメモリのような不揮発性メモリであるが、揮発性メモリをさらに有していてもよい。記憶部２０には、本実施形態に係る光学検査プログラム２０ａが記憶される。この光学検査プログラム２０ａは、ＲＯＭ２２に記憶されていてもよい。

【0037】

光学検査プログラム２０ａは、光学検査装置４に予めインストールされていてもよく、不揮発性の記憶媒体に記憶させて、又は、ネットワークを介して配布してもよい。光学検査プログラム２０ａは、例えば適宜のサーバなど、光学検査装置４の外部にあってもよい。

【0038】

本実施形態では、光学検査プログラム２０ａは、撮像部１４で取得される各種の像データを選択的に画像フィルタリングする各種の画像フィルタプログラム（図５参照）を含む。すなわち、例えば記憶部２０には、各種の画像フィルタプログラムが格納されている。画像フィルタプログラムは、ネットワークを介してサーバ上で実行することも可能である。

【0039】

なお、プロセッサ１８は、光学検査プログラム２０ａにより、像データに合わせて、例えば図５に示す画像フィルタプログラムから選択して１つ又は複数を実行する。

【0040】

ここでいう画像フィルタは、撮像部１４で得た像に対して画像フィルタ処理を行うプログラムをいう。画像フィルタプログラムは、図５に示すように、種々のタイプのものを用いることができる。画像フィルタプログラムは、ソーベルフィルタ、キャニーフィルタ、ラプラシアンフィルタ、平均化フィルタ、メディアンフィルタ、一次微分フィルタ、プレビットフィルタなど、適宜の空間フィルタを用いることができる。このため、ここでいう空間フィルタは、線形フィルタ、非線形フィルタ、その他、空間微分等を含む。また、画像フィルタプログラムとして、フーリエ変換によるローパスフィルタ、フーリエ変換によるハイパスフィルタ、フーリエ変換によるバンドパスフィルタ、エッジ強調フィルタ、エッジ抽出フィルタ、その他、抽出対象に応じて適宜のプログラムを用いることができる。

【0041】

プロセッサ１８は、例えば記憶部２０に記憶されている光学検査プログラム２０ａをＲＡＭ２４に書き込んで実行することにより、図８に示すフローチャートに沿う機能を発揮する。

【0042】

記憶部２０には、結像光学系３２の光軸Ｃとカラーフィルタ３４との関係が記憶されている。結像光学系３２の光軸Ｃとカラーフィルタ３４との関係は、例えば、カラーフィルタ３４の第１の波長選択フィルタ４２、第２の波長選択フィルタ４４、第３の波長選択フィルタ４６、光線遮蔽部４８の透過波長、遮蔽波長、及び、配置を含む。

【0043】

ここでは、灰色のプラスチック板に人工的にキズを付けた被検体Ｓを準備し、光学検査装置４を用いて被検体Ｓに検査を行った。

【0044】

被検体Ｓとして、標準表面Ｓ１に対し、幅、深さがそれぞれ例えば０．５ｍｍ程度、長さが１０ｍｍ程度の異常部（キズ部）Ｓ２を形成した。なお、標準表面Ｓ１と異常部Ｓ２との境界をエッジ部Ｓ３とする。なお、被検体Ｓの表面の標準表面Ｓ１は平滑平面であるとして形成されることが好適であるが、細かなキズが形成されている。

【0045】

そして、図６には、本実施形態に係るカメラ１３を用いて標準表面Ｓ１、異常部Ｓ２及びエッジ部Ｓ３を含む被検体Ｓをカメラ１３で撮像したときのＲＧＢ像データＩｒｇｂ、Ｒ像データＩｒ、Ｇ像データＩｇ、及び、Ｂ像データＩｂを示す。

【0046】

図２から図４に示す本実施形態に係るカメラ１３のカラーフィルタ３４の第１の波長選択フィルタ４２の領域Ａ１は、被検体Ｓからの正反射光成分のＢ光は通過させるが、散乱光成分のＲ光及びＧ光は遮蔽する。このため、Ｂ光として撮像部１４に入射され、撮像部１４でＢ像データ（第１の像データ）Ｉｂとして撮像されるのは、正反射成分だけである。なお、正反射成分は、完全に光軸Ｃに平行な成分だけでなく、適宜のずれは許容される。本実施形態では、正反射成分は、光軸Ｃに沿う方向を０としたときに、図３に示す０≦θｂの範囲とする。なお、角度θｂは、適宜に変動し得る。この角度θｂは、被検体Ｓとカラーフィルタ３４との距離、カラーフィルタ３４の第１の波長選択フィルタ４２の領域Ａ１の半径ｒ１などに依存する。

【0047】

カメラ１３のカラーフィルタ３４の第２の波長選択フィルタ４４の領域Ａ２は、光軸Ｃに対して第１の散乱角度θｇ（θｂ≦θｇ＜θｒ）のＧ光は通過させるが、正反射光成分のＢ光、及び、別の第２の散乱角度θｒ（θｒ≦θ）のＲ光は遮蔽する。このため、Ｇ光として撮像部１４に入射され、撮像部１４でＧ像データ（第３の像データ）Ｉｇとして撮像されるのは、第１の散乱角度成分だけである。角度θｇは、被検体Ｓとカラーフィルタ３４との距離、カラーフィルタ３４の第２の波長選択フィルタ４４の領域Ａ２の大きさなどに依存する。角度θｒは、被検体Ｓとカラーフィルタ３４との距離、カラーフィルタ３４の第３の波長選択フィルタ４６の領域Ａ３の大きさなどに依存する。

【0048】

カメラ１３のカラーフィルタ３４の第３の波長選択フィルタ４６の領域Ａ３は、光軸Ｃに対して第２の散乱角度θｒのＲ光は通過させるが、正反射光成分のＢ光、及び、第１の散乱角度θｇのＧ光は遮蔽する。このため、Ｒ光として撮像部１４に入射され、撮像部１４でＲ像データ（第２の像データ）Ｉｒとして撮像されるのは、第２の散乱角度成分だけである。

【0049】

このため、撮像部１４で撮像された図６に示すＲＧＢ像データＩｒｇｂ、Ｒ像データＩｒ、Ｇ像データＩｇ、及び、Ｂ像データＩｂには、被検体Ｓの散乱角度の情報に応じて、色が付けられる。このため、得られるＲＧＢ像データＩｒｇｂの色は、被検体Ｓ自体の色に依存するのでなく、カラーフィルタ３４において通す波長を適宜に設定することにより変化する。

【0050】

被検体Ｓのうち、異常部Ｓ２及びエッジ部Ｓ３を除く標準表面Ｓ１は、細かなキズがあるが、大半が正反射光として、カラーフィルタ３４を通して撮像部１４に入射される。一方、異常部Ｓ２及びエッジ部Ｓ３の大半は、標準表面Ｓ１に平行な領域ではないため、大半が散乱光として、カラーフィルタ３４を通して撮像部１４に入射される。

【0051】

カラーフィルタ３４を通して撮像部１４に入射される光のうち、標準表面Ｓ１からの光線は、カラーフィルタ３４の光軸Ｃ上（領域Ａ１上）を通るＢ光によるものである。このため、撮像部１４は、Ｂ像データＩｂにおいて、標準表面Ｓ１からの正反射光を青色の像として得る。異常部Ｓ２及びエッジ部Ｓ３に相当する位置からの光は、撮像部１４には、Ｂ光として入射しない。したがって、Ｂ像データＩｂのうち、異常部Ｓ２及びエッジ部Ｓ３の像は、黒色領域となる。

【0052】

また、カラーフィルタ３４を通して撮像部１４に入射される光のうち、異常部Ｓ２からの光線は、カラーフィルタ３４の光軸Ｃからずれた領域Ａ３上を通るＲ光によるものである。このため、撮像部１４は、Ｒ像データＩｒにおいて、異常部Ｓ２からの散乱光を赤色の像として得る。標準表面Ｓ１及びエッジ部Ｓ３に相当する位置からの光は、撮像部１４には、Ｒ光として入射しない。したがって、Ｒ像データＩｒのうち、標準表面Ｓ１及びエッジ部Ｓ３の像は、黒色領域となる。

【0053】

また、カラーフィルタ３４を通して撮像部１４に入射される光のうち、エッジ部Ｓ３からの光線は、カラーフィルタ３４の光軸Ｃからずれた領域Ａ２上を通るＧ光によるものである。このため、撮像部１４は、Ｇ像データＩｇにおいて、エッジ部Ｓ３からの散乱光を緑色の像として得る。標準表面Ｓ１及び異常部Ｓ２に相当する位置からの光は、撮像部１４には、Ｇ光として入射しない。したがって、Ｇ像データＩｇのうち、標準表面Ｓ１及び異常部Ｓ２の像は、黒色領域となる。

【0054】

なお、本実施形態に係る光学検査装置４の撮像部１４の各画素で取得されるＲ像データＩｒ、Ｇ像データＩｇ、及び、Ｂ像データＩｂの光線強度（画素値）は、相補的に変化する。すなわち、カメラ１３は、被検体Ｓからの第１の散乱角（正反射を含む）に応じた例えばＢ光（第１の波長の光線）をＢ像データ（第１の像の情報）とし、被検体Ｓからの第１の散乱角とは異なる第２の散乱角に応じ、例えば、Ｂ光（第１の波長の光線）とは異なるＲ光（第２の波長の光線）をＲ像データ（第２の像の情報）として取得するとともに、Ｂ光（第１の波長）の光線強度及びＲ光（第２の波長）の光線強度を相補的な関係として取得する。ここでの第１の散乱角は、０°である正反射を含む意である。光学検査装置４は、カラーフィルタ３４を通る光線のうち、Ｒ光の光線強度が強くなると、ある画素において、Ｇ光の光線強度及びＢ光の光線強度は弱まる。また、別のある画素において、Ｂ光の光線強度が強くなると、Ｒ光の光線強度及びＧ光の光線強度は弱まる。

【0055】

本実施形態に用いるカラーフィルタ３４により、標準表面Ｓ１に相当する領域での像データの画素値の平均は、Ｂ像データＩｂが最も高く、Ｇ像データＩｇ、Ｒ像データＩｒが順に続く。

【0056】

標準表面Ｓ１に相当する位置からのＲ光の一部は、完全に撮像部１４に入射されていないわけではなく、Ｂ像データＩｂにおける標準表面Ｓ１に相当する領域の画素値の平均よりも低い画素値であるが、撮像部１４にＲ光として入射している。これは、プラスチック板で形成された標準表面Ｓ１上の細かいキズを捉えているといえる。

【0057】

同様に、標準表面Ｓ１に相当する位置からのＧ光の一部は、完全に撮像部１４に入射されていないわけではなく、Ｂ像データＩｂにおける標準表面Ｓ１に相当する領域の画素値の平均よりも低い画素値であるが、撮像部１４にＧ光として入射している。これは、プラスチック板で形成された標準表面Ｓ１上の細かいキズを捉えているといえる。

【0058】

したがって、本実施形態に係る光学検査装置４で得られるＲＧＢ像データＩｒｇｂは、カラーフィルタ３４に基づく光線の方向情報に応じた色が付いている。このＲＧＢ像データＩｒｇｂを各色チャンネルに分離したＲ像データＩｒ、Ｇ像データＩｇ、及び、Ｂ像データＩｂは、それぞれ被検体Ｓの表面情報（凹凸情報）に基づく画像となっている。このように、本実施形態に係る光学検査装置４は、撮像部１４で撮像した像により、被検体Ｓの構造（凹凸）情報を取得する。

【0059】

そして、本実施形態に係る光学検査装置４を用いることにより、撮像部１４により得られる像をチャンネルデータとして表示すると、概略、標準表面Ｓ１が青色のＢ像データＩｂ、異常部Ｓ２が赤色のＲ像データＩｒ、エッジ部Ｓ３が緑色のＧ像データＩｇとして分離した像を得ることができる。このため、プロセッサ１８は、被検体Ｓの表面情報（凹凸情報）を、Ｂ像データＩｂ、Ｒ像データＩｒ、及び、Ｇ像データＩｇを比較することにより、抽出できる。像データを比較するとは、像データの組み合わせ（つまり、２つ以上の画素から構成されるもの）と、像データの組み合わせ（２つ以上の画素から構成されるもの）とを比較することを意味する。プロセッサ１８は、その抽出像データをディスプレイ６に表示させることにより、検査者にディスプレイ６上ではっきりと視認させることができる。そして、これらＢ像データＩｂ、Ｒ像データＩｒ、及び、Ｇ像データＩｇを足し合わせた像データが、ＲＧＢ像データＩｒｇｂとなる。このとき、図６に示すように、本実施形態に係る光学検査装置４は、検査者が目視で、標準表面Ｓ１、異常部Ｓ２及びエッジ部Ｓ３をはっきりと確認できる画像（ＲＧＢ像データＩｒｇｂ）を得ることができる。

【0060】

図７には、比較対象として、同じ位置から同じ被検体Ｓを、通常のカメラで撮像したＲＧＢ像データＩ０、Ｒ像データＩ１、Ｇ像データＩ２、及び、Ｂ像データＩ３を示す。すなわち、図７に示すＲＧＢ像データＩ０、Ｒ像データＩ１、Ｇ像データＩ２、及び、Ｂ像データＩ３は、光学検査装置４のカラーフィルタ３４を通さずに撮像部１４で撮像した像である。

【0061】

ＲＧＢ像データＩ０は、被検体Ｓの色を反映した色として取得される。また、Ｒ像データＩ１は、被検物Ｓの色から赤色を抽出しただけである。Ｇ像データＩ２は、被検物Ｓの色から緑色を抽出しただけである。Ｂ像データＩ３は、被検物Ｓの色から青色を抽出しただけである。すなわち、Ｒ像データＩ１、Ｇ像データＩ２、Ｂ像データＩ３は、被写体のスペクトル情報に基づく画像である。

【0062】

これに対し、本実施形態に係る光学検査装置４で撮像されるＲＧＢ像データＩｒｇｂは、カラーフィルタ３４を通さない、通常のカメラで撮像した被検体ＳのＲＧＢ像データＩ０と色が異なる。これは、本実施形態に係る光学検査装置４で撮像されるＲＧＢ像データＩｒｇｂは、Ｒ光の波長、Ｂ光の波長、Ｇ光の波長を、カラーフィルタ３４を選択的に透過させて、色情報ではなく、光線の方向情報を撮像部１４で取得しているためである。

【0063】

上述したように、本実施形態に係る光学検査装置４の撮像部１４の各画素で取得されるＲ像データＩｒ、Ｇ像データＩｇ、及び、Ｂ像データＩｂの光線強度は、相補的に変化する。すなわち、カラーフィルタ３４を通る光線のうち、Ｒ光の光線強度が強くなると、ある画素において、Ｇ光の光線強度及びＢ光の光線強度は弱まる。また、別のある画素において、Ｂ光の光線強度が強くなると、Ｒ光の光線強度及びＧ光の光線強度は弱まる。

【0064】

これに対し、カラーフィルタ３４を通さない、通常のカメラで撮像した被検体ＳのＲ像データＩ１、Ｇ像データＩ２、及び、Ｂ像データＩ３では、ある画素におけるＲ光の光線強度、Ｇ像の光線強度、Ｂ光の光線強度は、被検体の色によって変化するだけであり、上述した相補的な関係はない。

【0065】

次に、プロセッサ１８を用いて、図６に示す各像データＩｒ，Ｉｇ，Ｉｂに対し、異常部Ｓ２及びエッジ部Ｓ３などの特徴部分を抽出する処理について、図８に示すフローチャートを用いて説明する。本実施形態では、標準表面Ｓ１に対する異常部Ｓ２を特徴部分として抽出する処理の例について説明する。

【0066】

プロセッサ（処理回路）１８は、撮像部１４に像データを取得させると、記憶部２０から、結像光学系３２の光軸Ｃとカラーフィルタ３４との関係を読み出す。プロセッサ１８は、結像光学系３２の光軸Ｃとカラーフィルタ３４との関係から、撮像部１４で取得したＢ像データＩｂが正反射光の像と認識し、撮像部１４で取得したＧ像データＩｇが被検体Ｓからの第１の散乱角度θｇ（＜θｒ）の散乱光の像と認識し、撮像部１４で取得したＲ像データＩｒが被検体Ｓからの第２の散乱角度θｒの散乱光の像と認識する（ステップＳＴ１１）。

【0067】

その後、プロセッサ１８は、図５に示す画像フィルタプログラムから各像データに適切な画像フィルタ選択し、Ｒ像データＩｒ、Ｇ像データＩｇ、Ｂ像データＩｂに対して、同じ又は異なる画像フィルタを畳み込む（ステップＳＴ１２）。

【0068】

一例として、プロセッサ１８は、画像フィルタプログラムに基づいて、Ｒ像データＩｒ、Ｇ像データＩｇ、及び、Ｂ像データＩｂをそれぞれ空間微分し、隣接する画素同士において、画素値の変化が大きい箇所を抽出する。

【0069】

そして、プロセッサ１８は、画像フィルタを畳み込んだＲ像データ、Ｇ像データ、Ｂ像データの少なくとも２つを比較する（ステップＳＴ１３）。プロセッサ１８は、画像フィルタを畳み込んだＲ像データ、Ｇ像データ、Ｂ像データをそれぞれ比較してもよい。

【0070】

そして、プロセッサ１８は、画像フィルタを畳み込んだＲ像データから、画像フィルタを畳み込んだＢ像データを減算した、図９に示す算出像データＩｃ１を得る（ＳＴ１３）。すなわち、プロセッサ１８は、Ｂ像データ（第１の像の情報）Ｉｂ及びＲ像データ（第２の像の情報）Ｉｒに対して、画像フィルタを畳み込んだ演算処理を行った後、Ｂ像データＩｂ及びＲ像データＩｒに対して、四則演算処理を行う。算出像データＩｃ１は、被検体Ｓの凹凸情報を示している。プロセッサ１８は、凹凸の大きさに応じて、その被検体Ｓ（例えばプラスチック板）が良品であるか、不良品であるか、判断する。良品であるか、不良品であるか、凹凸の大きさや高さの閾値は適宜に設定可能である。
そして、撮像部１４の近位の関係（例えば隣り合う関係）にある２つの画素における画素値は相関性が強い。そのため、全画素でなく、必要な領域において、そのような近位の関係にある画素の画素値を比較してもよい。この場合、例えば1つの像データにおいて近位の関係にある画素の画素値を抽出し、別のある1つの像データにおいて近位の関係にある画素の画素値を抽出し、抽出したそれぞれの画素値を像データ同士で比較することで、被検体Ｓの凹凸の特徴を精度よく抽出できる。反対に、遠位の関係にある２つの画素における画素値は相関性が弱い。そのため、遠位の関係にある画素の画素値を抽出し比較するよりは、近位の画素の画素値を抽出し比較するほうが、被検体Ｓの凹凸情報の特徴をより強く表すと考えられる。

【0071】

図９に示す例では、Ｒ像データＩｒ及びＢ像データＩｂを用いて算出像データＩｃ１を得る例について説明した。Ｇ像データＩｇ及びＢ像データＩｂを用いて算出像データＩｃ１を得てもよい。

【0072】

本実施形態では、図８に示すフローチャートのステップＳＴ１２において、Ｒ像データＩｒ、Ｇ像データＩｇ、Ｂ像データＩｂに対して、同じ又は異なる画像フィルタを畳み込む例について説明した。このステップＳＴ１２は、省略してもよい。すなわち、ステップＳＴ１１からステップＳＴ１２の処理を行わずに、ステップＳＴ１３の処理を行ってもよい。この場合、図１０に示す例では、Ｒ像データＩｒからＢ像データＩｂを減算して、算出像データＩｃ２を得た。図１０に示すＲ像データＩｒでは、異常部Ｓ２に相当する位置での、Ｒ光の像による画素値は、Ｂ像データＩｂでのＢ光の像による画素値に比べて無視できるほどに大きい。このため、図１０に示す算出像データＩｃ２では、異常部Ｓ２に相当する位置での、Ｒ光の像による画素値は、殆ど残っている、と想定される。Ｒ像データＩｒでの、標準表面Ｓ１に相当する位置での、Ｒ光の像による画素値と、Ｂ像データＩｂでの、標準表面Ｓ１に相当する位置での、Ｂ光の像による画素値との差は、異常部Ｓ２に相当する位置での、Ｒ光の像による画素値とＢ光の像による画素値との差に比べて、非常に小さい。このため、算出像データＩｃ２では、異常部Ｓ２に相当する位置が、標準表面Ｓ１に相当する位置に比べて、明らかに画素値が大きい状態となる。このため、算出像データＩｃ２は、被検体Ｓの凹凸情報を示している。プロセッサ１８は、ある画素の周辺の領域の画素値と、別のある画素の周辺の領域の画素値との差の大きさに応じて、その被検体Ｓ（プラスチック板）が良品であるか、不良品であるか、判断する。良品であるか、不良品であるか、画素値の差の大きさの閾値は適宜に設定可能である。

【0073】

なお、図９及び図１０では、Ｒ像データからＢ像データを減算する例について説明した。減算の代わりに、除算を行っても、光学検査の画像処理を行うことができる。

【0074】

図１１には、プロセッサ１８が、Ｒ像データＩｒとＢ像データＩｂと加算した後、画像フィルタプログラム（図５参照）から適宜のプログラムを選択して輪郭強調処理を行い、算出像データＩｃ３を得た。この場合、プロセッサ１８は、例えばＢ像データ（第１の像の情報）Ｉｂ及びＲ像データ（第２の像の情報）Ｉｒに対し、画像フィルタを畳み込んだ演算処理を行う前に、Ｂ像データ（第１の像の情報）Ｉｂ及びＲ像データ（第２の像の情報）Ｉｒに対して、加算などの四則演算処理を行った。すなわち、ステップＳＴ１２と、ステップＳＴ１３とは、順序が反対であってもよい。

【0075】

エッジ部Ｓ３は、Ｇ像データＩｇとして得られていた。このため、Ｒ像データＩｒとＢ像データＩｂと加算したとき、その算出像データのエッジ部Ｓ３に相当する位置は、黒色像となる。また、Ｒ像データＩｒとＢ像データＩｂと加算したとき、その算出像データの標準表面Ｓ１に相当する位置の画素値、異常部Ｓ２に相当する位置の画素値は、足される。したがって、その算出像データの標準表面Ｓ１に相当する位置、異常部Ｓ２に相当する位置は、黒色とは反対の明部として得られる。このため、算出像データに画像処理として、輪郭強調処理を行った場合、算出像データＩｃ３は、エッジ部Ｓ３に相当する位置が強調された像として得られる。なお、標準表面Ｓ１に相当する位置のＲ像データＩｒの画素値とＢ像データＩｂの画素値とが足されたときの算出像データの画素値は、異常部Ｓ２に相当する位置のＲ像データＩｒの画素値とＢ像データＩｂの画素値とが足されたときの算出像データの画素値に比べて大幅に小さい。このため、標準表面Ｓ１の細かなキズは、輪郭強調処理により、エッジ部Ｓ３に相当する位置と同様に、強調された状態となる。このため、算出像データＩｃ３は、被検体Ｓのエッジ部Ｓ３に相当する位置の凹凸情報を示している。プロセッサ１８は、算出像データＩｃ３における輪郭強調された部位の画素値と、その他の黒色部分の領域の画素値との差の大きさに応じて、その被検体Ｓ（プラスチック板）が良品であるか、不良品であるか、判断する。なお、算出像データＩｃ３において、異常部Ｓ２に相当する位置は、輪郭強調された領域として含まれていない。これは、本実施形態に係る異常部Ｓ２に相当する位置自体に、エッジ部Ｓ３が殆んど含まれていないことを意味する。

【0076】

なお、図１１では、Ｒ像データとＢ像データとを加算する例について説明した。加算の代わりに、乗算を行っても、光学検査の画像処理を行うことができる。

【0077】

その他、例えば、Ｂ像データＩｂは、正反射光の像である。このため、プロセッサ１８は、Ｂ像データＩｂに対して、画像フィルタプログラムとして、例えば、平坦さを強調するメディアンフィルタ、又は、フーリエ変換によるローパスフィルタ（第１の画像フィルタ）を採用する。画像フィルタプログラムとして、例えばローパスフィルタを用いる場合、プロセッサ１８は、画素値の変化が小さい各位置の情報を通し、画素値の変化が大きい各位置の情報をカットする。

【0078】

例えば、Ｒ像データＩｒは、第２の散乱角θｒの散乱光の像である。このため、プロセッサ１８は、画像フィルタプログラムとして、例えば、フーリエ変換によるハイパスフィルタ又はソーベルフィルタ（第２の画像フィルタ）を採用し、例えば、Ｒ像データＩｒにおける画素値の変化が大きい各位置の輪郭を強調する処理を行う。画像フィルタプログラムとして、例えばハイパスフィルタを用いる場合、プロセッサ１８は、画素値の変化が大きい各位置の情報を通し、画素値の変化が小さい各位置の情報をカットする。

【0079】

Ｇ像データＩｇは、第１の散乱角θｇの散乱光の像である。このため、プロセッサ１８は、Ｇ像データＩｇには、Ｒ像データＩｒと同様に、画像フィルタプログラムとして、例えば、高周波フーリエ変換によるハイパスフィルタ、又は、ソーベルフィルタを採用し、例えば、Ｇ像データＩｇにおける各位置の輪郭を強調する処理を行う。画像フィルタプログラムとして、例えばハイパスフィルタを用いる場合、プロセッサ１８は、画素値の変化が大きい各位置の情報を通し、画素値の変化が小さい各位置の情報をカットする。

【0080】

このように、プロセッサ１８は、Ｂ像データ（第１の像の情報）Ｉｂに対し、第１の画像フィルタを畳み込んだ演算処理を行い、Ｒ像データ（第２の像の情報）Ｉｒ又はＧ像データ（第３の像の情報）Ｉｇに対し、第１の画像フィルタとは異なる第２の画像フィルタを畳み込んだ演算処理を行ってもよい。この場合、プロセッサ１８は、Ｂ像データＩｂからは、例えばエッジ情報などを減少させ、Ｒ像データＩｒ又はＧ像データＩｇからは、エッジ情報などを増幅させるため、被検体Ｓの表面の凹凸状態をより抽出し易くすることができる。

【0081】

プロセッサ１８は、このような処理によっても、被検体Ｓの表面状態を検査することができる。

【0082】

なお、カラーフィルタ３４は、被検体Ｓからの光線方向に応じて、Ｂ光（第１の波長の光線）及びＲ光（第２の波長の光線）とは異なる波長のＧ光（第３の波長の光線）を、撮像部１４に向けて、Ｂ光の光線強度、Ｒ光の光線強度、及び、Ｇ光の光線強度を相補的な関係を有する状態に射出し、撮像部１４でＢ像データ（第１の像の情報）Ｉｂ、Ｒ像データ（第２の像の情報）Ｉｒ、及び、Ｇ像データ（第３の波長の光線に関する第３の像の情報）Ｉｇをそれぞれ取得させる。また、プロセッサ１８は、Ｂ像データ（第１の像の情報）Ｉｂ、Ｒ像データ（第２の像の情報）Ｉｒ、及び、Ｇ像データ（第３の像の情報）Ｉｇの少なくとも２つの情報の比較により、被検体Ｓの凹凸情報を抽出する。

【0083】

また、例えば、被検体Ｓにキズ（異常部Ｓ２）でなく、汚れがあるとする。このとき、カラーフィルタ３４を通さない、通常のカメラで撮像した被検体ＳのＲＧＢ像データＩ０、Ｒ像データＩ１、Ｇ像データＩ２、Ｂ像データＩ３は、その汚れに対して色情報を抽出する。これに対し、本実施形態に係る光学検査装置４で撮像されるＲＧＢ像データＩｒｇｂ、Ｒ像データＩｒ、Ｇ像データＩｇ、Ｂ像データＩｂは、その汚れがキズ（異常部Ｓ２）でなければ、その汚れ部分の情報は像に反映されない。したがって、本実施形態に係る光学検査装置４のプロセッサ１８は、被検体Ｓ上の単なる汚れを無視し、被検物Ｓが製品となったときに、被検体Ｓの異常部Ｓ２が問題を引き起こし得るか否かを出力することができる。このため、本実施形態によれば、Ｒ像データＩｒ、Ｇ像データＩｇ、Ｂ像データＩｂを比較することにより、従来よりも精度よく被検体Ｓを光学検査することができる。

【0084】

このように、本実施形態によれば、被検体Ｓからの光線方向に関する情報を含む像を取得して、その像を画像処理することにより、被検体Ｓの表面状態を検査する光学検査方法、光学検査プログラム２０ａ、及び、光学検査装置４を提供することができる。

【0085】

なお、上述したプロセッサ１８は、光学検査プログラム２０ａを実行するときに、四則演算処理（加減乗除処理）を適宜に用いることができる。

【0086】

また、上述したプロセッサ１８は、光学検査プログラム２０ａを実行するときに、Ｒ像データＩｒ、Ｇ像データＩｇ、Ｂ像データＩｂの少なくとも１つに画像フィルタ処理を行うことができる。なお、画像フィルタ処理は、ある像データに対して、１つの画像フィルタプログラムだけでなく、複数の画像フィルタプログラムを実行して所望の算出像データを得てもよい。

【0087】

また、上述したプロセッサ１８は、光学検査プログラム２０ａを実行するときに、目的とする算出像データに合わせて、Ｒ像データＩｒ、Ｇ像データＩｇ、Ｂ像データＩｂの四則演算処理と、画像フィルタ処理との順番を適宜に設定することができる。

【0088】

本実施形態では、被検体Ｓの標準表面Ｓ１は、平面であるとして説明した。被検体Ｓの標準表面Ｓ１は、実際には、曲面など、平面でなくてもよい。本実施形態に係る光学検査システム２は、被検体Ｓの拡大等により、平面と同視できる部分に対して、光学検査を行うことができる。

【0089】

（第２実施形態）
図１２から図１４を用いて第２実施形態について説明する。第２実施形態は第１実施形態の変形例であり、第１実施形態で説明した部材と同一の部材又は同一の機能を有する部材には極力同一の符号を付し、詳しい説明を省略する。

【0090】

図１２に示すように、光学検査装置４の光学装置１２は、結像光学系（結像レンズ）３２、及び、カラーフィルタ（多波長開口）１３４を備える。

【0091】

ここで、第１実施形態に係る光学検査装置４の光学装置１２のカラーフィルタ３４は、光軸Ｃに対して回転対象、すなわち、等方である例について説明した。本実施形態では、カラーフィルタ１３４が非等方である例について説明する。

【0092】

カラーフィルタ１３４は、光軸Ｃに直交する一方向（後述する第２の軸Ａｙに平行な方向）を長手方向とする、例えば矩形状に形成されている。カラーフィルタ１３４は、本実施形態では、第１の波長と、第１の波長と異なる第２の波長とを選択的に通過させる。カラーフィルタ１３４は、第１の波長選択フィルタ（波長選択領域）１４２及び第２の波長選択フィルタ（波長選択領域）１４４を有する。なお、カラーフィルタ１３４の第１の波長選択フィルタ１４２及び第２の波長選択フィルタ１４４の周囲は、光線遮蔽部１４８を有する。光線遮蔽部１４８は、例えば黒色の板で形成され、第１の波長選択フィルタ１４２及び第２の波長選択フィルタ１４４を保持する。

【0093】

ここで、本実施形態では、結像光学系３２の光軸Ｃに対して直交するように第１の軸Ａｘを取る。本実施形態では、第１の軸Ａｘの軸方向は、第１の波長選択フィルタ１４２と第２の波長選択フィルタ１４４とが並ぶ方向に一致する。すなわち、第１の波長選択フィルタ１４２及び第２の波長選択フィルタ１４４は、第１の軸Ａｘの軸方向にずれて配置される。本実施形態では、第２の軸Ａｙを、第１の軸Ａｘと光軸Ｃとの両者に直交する方向に取る。本実施形態では、第２の軸Ａｙの軸方向は、カラーフィルタ１３４の長手方向に沿う。

【0094】

第１の波長選択フィルタ１４２及び第２の波長選択フィルタ１４４は、それぞれ、カラーフィルタ１３４の長手方向に沿って形成されている。第１の波長選択フィルタ１４２は、例えば光軸Ｃ上に配置されている。第１の波長選択フィルタ１４２は、第２の波長選択フィルタ１４４に隣り合う。カラーフィルタ１３４の第１の波長選択フィルタ１４２及び第２の波長選択フィルタ１４４は、第２の軸Ａｙに平行な軸に並進対称に形成されている。

【0095】

第１の波長選択フィルタ１４２は、第１の波長を有する光線（第１の光線）を通過させる。例えば、第１の波長は、青光（４３５．８ｎｍ）及びその近傍の第１の波長を有するＢ光とする。第２の波長選択フィルタ１４４は第２の波長の光線（第２の光線）を通過させる。第２の波長は、赤光（７００ｎｍ）及びその近傍の第２の波長を有するＲ光とする。なお、第１の波長選択フィルタ１４２は、第１の波長とは異なる波長（第２の波長を含む）の光線を遮蔽する。第２の波長選択フィルタ１４４は、第２の波長とは異なる波長（第１の波長を含む）の光線を遮蔽する。

【0096】

撮像部１４はエリアセンサーでもよく、ラインセンサーでもよい。また、撮像部１４は、各画素でＲ，Ｇ，Ｂの３チャンネルの色チャンネルを備えるものでよい。ここでは、図１２に示すように、撮像部１４はエリアセンサーとし、各画素は赤と青の２つの色チャンネルを備えるものとする。つまり、撮像部１４は、Ｂ光とＲ光とをそれぞれ独立な色チャンネルで受光できる。

【0097】

なお、本実施形態では、図１２に示すように、光学検査装置４に光源１６及びハーフミラー３６を含まない。被検体Ｓをカメラ１３を用いて撮像することができれば、必ずしも光源１６及びハーフミラー３６は必要でない。もちろん、光学検査装置４に光源１６及びハーフミラーを含んでいてもよい。

【0098】

第１の軸Ａｘと光軸Ｃとが張る面を第１の面（仮想面）とし、第２の軸Ａｙと光軸Ｃとが張る面を第２の面（仮想面）とする。図１３には、第１の面に沿う光学検査装置４の断面図を示す。図１４には、第２の面に沿う光学検査装置４の断面図を示す。

【0099】

図１２及び図１３に示すように、被検体Ｓからの光線のうち、光軸Ｃに平行であり、かつ第１の面内にある光線を第１の光線群Ｌ１とする。第１の光線群Ｌ１を代表して、第１の光線Ｌ１ａ及び第１の光線Ｌ１ｂの２つの光線を考える。物体側からの光線のうち、光軸Ｃに対して傾斜する方向であり、かつ第１の面内にある光線を第２の光線群Ｌ２とする。第２の光線群Ｌ２を代表して、第２の光線Ｌ２ａ及び第２の光線Ｌ２ｂの２つの光線を考える。

【0100】

図１２及び図１４に示すように、物体側からの光線のうち、光軸Ｃに平行であり、かつ第２の面内にある光線を第３の光線群とする。第３の光線群を代表して、第３の光線Ｌ３を考える。物体側からの光線のうち、光軸Ｃに対して傾斜する方向であり、かつ第２の面内にある光線を第４の光線群とする。第４の光線群を代表して、第４の光線Ｌ４を考える。

【0101】

図１２及び図１３に示すように、第１の面に平行な面は、カラーフィルタ１３４の第１の波長選択フィルタ１４２及び第２の波長選択フィルタ１４４に同時に交差する。つまり、第１の面に平行な面は、カラーフィルタ１３４の少なくとも２つの異なる波長選択フィルタ１４２，１４４に交差する。図１２及び図１４に示すように、第２の面に平行な面は、カラーフィルタ１３４の一つの波長選択フィルタ１４２に交差する。つまり、カラーフィルタ１３４は、第１の面と第２の面でカラーフィルタ１３４の波長選択フィルタ１４２，１４４に交差する数が異なるため、非等方であり、異方性がある。言い換えると、カラーフィルタ１３４は、第１の軸Ａｘと第２の軸Ａｙとの方向によって波長選択フィルタ１４２，１４４の分布が異なり、非等方である。

【0102】

結像光学系３２によって被検体Ｓの物点Ｏからの光線が像点に結像される光学系において、一般的に、物体側において主光線が光軸Ｃに対して平行になるような光学系を、物体側テレセントリック光学系と呼ぶ。本実施形態において、物体側で光軸Ｃに対して実質的に平行な光線が結像光学系３２によって結像されるとき、光線は物体側テレセントリック性を有すると定める。一方、物体側で光軸Ｃに対して実質的に平行でなく、傾斜した光線が結像光学系３２によって結像されるとき、光線は物体側非テレセントリック性を有すると定める。

【0103】

物体側からの第１の光線群の光線Ｌ１ａ，Ｌ１ｂは、光軸Ｃに平行である。光線Ｌ１ａ，Ｌ１ｂは、結像光学系３２の焦点面の焦点に到達する。このため、第１の光線Ｌ１ａ，Ｌ１ｂは、焦点面に置かれたカラーフィルタ１３４の第１の波長選択フィルタ１４２に到達する。すなわち、第１の面内でテレセントリック性を有する第１の光線Ｌ１ａ，Ｌ１ｂは、第１の波長選択フィルタ１４２に到達する。

【0104】

物体側からの第２の光線群の光線Ｌ２ａ，Ｌ２ｂは、第１の面内で光軸Ｃに対して傾斜する。第２の光線群の光線Ｌ２ａ，Ｌ２ｂは、結像光学系３２の焦点面において焦点から外れ、例えば第２の波長選択フィルタ１４４に到達する。つまり、第２の光線Ｌ２ａ，Ｌ２ｂは、第２の波長選択フィルタ１４４に到達する。すなわち、第１の面内で非テレセントリック性を有する光線Ｌ２ａ，Ｌ２ｂは、第２の波長選択フィルタ１４４に到達する。

【0105】

なお、第１の面内で光軸Ｃに対して傾斜する物体側の光線の一部は、第２の波長選択フィルタ１４４に到達するほか、光線遮蔽部１４８に到達する。

【0106】

物体側からの第３の光線群の光線Ｌ３は、第２の面内で光軸Ｃに平行である。第３の光線群の光線Ｌ３は、結像光学系３２の焦点面の焦点に到達する。このため、第３の光線Ｌ３は、焦点面に置かれたカラーフィルタ１３４の第１の波長選択フィルタ１４２に到達する。すなわち、第２の面内でテレセントリック性を有する光線Ｌ３は、第１の波長選択フィルタ１４２に到達する。

【0107】

物体側からの第４の光線群の光線Ｌ４は、第２の面内で光軸Ｃに対して傾斜する。第４の光線群の光線Ｌ４は、結像光学系３２の焦点面において焦点から外れたところである第１の波長選択フィルタ１４２に到達する。つまり、第４の光線Ｌ４は、第１の波長選択フィルタ１４２に到達する。すなわち、第２の面内で非テレセントリック性を有する光線は、第１の波長選択フィルタ１４２に到達する。

【0108】

なお、第２の面内で光軸Ｃに対して傾斜する物体側の光線が光線遮蔽部１４８に到達することはない。

【0109】

このように、第１の面内において、テレセントリック性を有する光線Ｌ１ａ，Ｌ１ｂと非テレセントリック性を有する光線Ｌ２ａ，Ｌ２ｂは、それぞれ異なる波長選択領域に到達する。一方、第２の面内において、テレセントリック性を有する光線Ｌ３と非テレセントリック性を有する光線Ｌ４は、いずれも同じ波長選択フィルタ１４２に到達する。

【0110】

物体側から任意の方向で結像光学系３２に到達する任意の光線に対し、その経路を第１の面に投影したもの（図１２及び図１３参照）と第２の面に投影したもの（図１２及び図１４参照）を考える。それらの投影された光線に対し、上述した性質が同様にそれぞれ成立する。つまり、第１の面に投影した光線であり、テレセントリック性を有する光線と非テレセントリック性を有する光線は、カラーフィルタ１３４の異なる波長選択領域に到達する。一方、第２の面に投影した光線であり、テレセントリック性を有する光線と非テレセントリック性を有する光線は、いずれも同じ波長選択フィルタ１４２に到達する。

【0111】

本実施形態の光学検査装置４の撮像部１４で物体のＢ光（第１の波長の光線）を撮像する場合、すなわち、Ｂ像データＩｂを得るとき、カラーフィルタ１３４の第１の波長選択フィルタ１４２は、Ｂ光を撮像部１４に向けて射出する。このとき、カラーフィルタ１３４の第１の波長選択フィルタ１４２は、Ｒ光（第２の波長の光線）を遮蔽する。Ｂ光は第１の軸Ａｘの軸方向にテレセントリック性を有する。したがって、光学検査装置４は、撮像部１４で、テレセントリック性を有するＢ像データＩｂを取得できる。テレセントリック性を有する画像は物体の遠近によらないという性質がある。これにより、第１の軸Ａｘの軸方向に関しては物体の実寸を取得することができる。一方、Ｂ光は、第２の軸Ａｙの軸方向に非テレセントリック性を有する。これはエントセントリック性を有するとも言い換えることができる。つまり、第２の軸Ａｙの軸方向には画角の広い、遠近感のあるエントセントリック画像を取得することができる。

【0112】

光学検査装置４の撮像部１４で物体のＲ光（第２の波長の光線）を撮像する場合、すなわち、Ｒ像データＩｒを得るとき、カラーフィルタ１３４の第２の波長選択フィルタ１４４は、Ｒ光を撮像部１４に向けて射出する。このとき、カラーフィルタ１３４の第２の波長選択フィルタ１４４は、Ｂ光（第１の波長の光線）を遮蔽する。Ｒ光は第１の軸Ａｘの軸方向にも第２の軸Ａｙの軸方向にも非テレセントリック性を有する。これはエントセントリック性を有するとも言い換えることができる。つまり、光学検査装置４は、撮像部１４で、Ｒ光のエントセントリック画像を取得できる。これにより、光学検査装置４は、画角の大きな画像を取得することができる。

【0113】

このように、本実施形態に係る光学検査装置４の撮像部１４は、第１の軸Ａｘの方向に沿って、Ｂ光（例えば正反射光に相当）、及び、Ｒ光（例えば散乱光に相当）の像を同時に取得する。

【0114】

このように、結像光学系３２と撮像部１４との間で結像光学系３２の焦点面に設けられるカラーフィルタ１３４は、被検体Ｓからの光線方向に応じて、第１の波長の光線（例えばＢ光）と、第１の波長とは異なる波長の第２の波長の光線（例えばＲ光）とを、撮像部１４に向けて、射出する。そして、カラーフィルタ１３４は、撮像部１４において、第１の波長に関する第１の像の情報及び第２の波長の光線に関する第２の像の情報をそれぞれ取得させる。このとき、撮像部１４は、カラーフィルタ１３４を通過した第１の波長および第２の波長の光線の画像を同時に取得する。

【0115】

なお、本実施形態に係る光学検査装置４の撮像部１４の各画素で取得されるＲ像データＩｒ、及び、Ｂ像データＩｂの光線強度は、相補的に変化する。すなわち、ある画素において、カラーフィルタ１３４を通る光線のうち、Ｒ光の光線強度が強くなると、その同じある画素において、Ｂ光の光線強度は弱まる。また、別のある画素において、Ｂ光の光線強度が強くなると、その別のある画素において、Ｒ光の光線強度は弱まる。

【0116】

標準表面Ｓ１に対する異常部Ｓ２など、特徴部分を抽出する画像処理フローについては、第１実施形態で説明した図８に示すフローチャートに沿って行うことができる。このため、画像処理フローについては、適宜にここでの説明を省略する。

【0117】

まず、プロセッサ（処理回路）１８は、撮像部１４に像データを取得させると、記憶部２０から、結像光学系３２の光軸Ｃとカラーフィルタ３４との関係を読み出す（ステップＳＴ１１）。

【0118】

本実施形態の場合、カラーフィルタ１３４は、第１の波長選択フィルタ１４２、第２の波長選択フィルタ１４４を有する。プロセッサ１８は、２つの波長の情報（Ｒ像データＩｒ、Ｂ像データＩｂ）を画像処理することを認識する。プロセッサ１８は、結像光学系３２の光軸Ｃとカラーフィルタ３４との関係から、撮像部１４で取得したＢ像データＩｂが被検体Ｓの標準表面Ｓ１からの正反射光の像と認識し、撮像部１４で取得したＲ像データＩｒが被検体Ｓの異常部Ｓ２からの散乱光の像と認識する。

【0119】

このため、被検体Ｓの表面からの正反射光成分について、撮像部１４は、Ｂ光のＢ像データとして像を取得する。被検体Ｓの表面に異物や、光の波長に近いスケールの微細な凹凸などの異常部Ｓ２があると、その異常部Ｓ２からの光線は散乱し、撮像部１４は、Ｒ光のＲ像データとして像を取得する。

【0120】

第１実施形態で説明したように、プロセッサ１８は、画像フィルタの畳み込み処理（ＳＴ１２）及び、Ｂ像データとＲ像データとの比較処理（ＳＴ１３）を行うことで、被検体Ｓの凹凸情報を得る（ＳＴ１４）。

【0121】

このように、本実施形態によれば、被検体Ｓからの光線方向に関する情報を含む像を取得して、その像を画像処理することにより、被検体Ｓの表面状態を検査する光学検査方法、光学検査プログラム２０ａ、及び、光学検査装置４を提供することができる。

【0122】

本実施形態に係る例でも、像データに対して必ずしも画像フィルタを畳み込み処理する必要はない。すなわち、ステップＳＴ１２は、適宜に省略することができる。また、ステップＳＴ１２、ステップＳＴ１３は、適宜に順番を入れ替えることができる。

【0123】

本実施形態では、被検体Ｓの標準表面Ｓ１は、曲面など、平面でなくてもよい。本実施形態に係る光学検査システム２は、被検体Ｓの拡大等により、平面と同視できる部分に対して、光学検査を行うことができる。

【0124】

本実施形態では、第１の波長選択フィルタ１４２で通過させる光線をＢ光とし、遮蔽する光線をＲ光とした。第２の波長選択フィルタ１４４で通過させる光線をＲ光とし、遮蔽する光線をＢ光とした。第１の波長選択フィルタ１４２で通過させる光線をＲ光とし、遮蔽する光線をＢ光とし、第２の波長選択フィルタ１４４で通過させる光線をＢ光とし、遮蔽する光線をＲ光としてもよい。

【0125】

なお、本実施形態では、カラーフィルタ１３４の２つの色の第１の波長選択フィルタ１４２および第２の波長選択フィルタ１４４は、緑光（５４６．１ｎｍ）及びその近傍の波長である、Ｇ光の波長を外している。これは、Ｂ光とＧ光の波長の重複部分、Ｇ光とＲ光の波長の重複部分が、Ｂ光およびＲ光の波長の重複部分に比べて多いためである。

【0126】

Ｇ光の波長は、Ｂ光の波長およびＲ光の波長の間にあるため、Ｇ光の波長を用いるよりもＢ光の波長およびＲ光の波長の切り分けが容易なためである。第１の波長の範囲、第２の波長の範囲は、お互いが異なる波長であれば、上述した波長に限らず、何でもよい。また、カラーフィルタ１３４の異なる波長選択領域を通過する光線のスペクトルは異なるとする。スペクトルが異なれば、色相は異なる。

【0127】

本実施形態では、Ｂ光及びＲ光のような適宜の波長範囲を含む撮像部１４を用いる例について説明した。撮像部１４として、マルチスペクトルカメラ又はハイパースペクトルカメラを用いることで、例えば可視光の波長領域４００ｎｍから７６０ｎｍを適宜の波長（ハイパースペクトルカメラであれば例えば５ｎｍの波長）ごとに、色を分離して像を得ることができる。したがって、撮像部１４としてマルチスペクトルカメラ又はハイパースペクトルカメラを上述したように用いることで、物体面の情報を取得することができる。この場合、カラーフィルタ１３４は、２つの波長選択フィルタ１４２，１４４だけでなく、多数に分けてもよい。

【0128】

以上述べた少なくともひとつの実施形態によれば、被検体からの光線方向に関する情報を含む像を取得して、その像を画像処理することにより、被検体の表面状態を検査する光学検査方法、光学検査プログラム、及び、光学検査装置を提供することができる。

【0129】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0130】

２…光学検査システム、４…光学検査装置、６…ディスプレイ、１２…光学装置、１３…カメラ、１４…撮像部、１４ａ…撮像面、１６…光源、３２…結像光学系、３４…カラーフィルタ、３６…ハーフミラー、４２…第１の波長選択フィルタ、４４…第２の波長選択フィルタ、４６…第３の波長選択フィルタ、４８…光線遮蔽部、Ｓ１…標準表面、Ｓ２…異常部、Ｓ３…エッジ部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】