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特開2024-135189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】P2024135189
(43)【公開日】2024-10-04
(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 21/57 20060101AFI20240927BHJP
G01N 21/27 20060101ALI20240927BHJP
【ＦＩ】
G01N21/57
G01N21/27 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】25
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023045753
(22)【出願日】2023-03-22
(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】391016358
【氏名又は名称】東芝情報システム株式会社
(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】大野 博司
(72)【発明者】
【氏名】加納 宏弥
(72)【発明者】
【氏名】神川 卓大
(72)【発明者】
【氏名】岡野 英明
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 さゆり
(72)【発明者】
【氏名】平川 千紗
(72)【発明者】
【氏名】大野 啓文
(72)【発明者】
【氏名】高木 義昭
【テーマコード（参考）】
2G059
【Ｆターム（参考）】
2G059AA05
2G059BB08
2G059EE02
2G059EE11
2G059EE13
2G059FF01
2G059HH02
2G059KK04
2G059MM01
(57)【要約】
【課題】 物体の情報を取得し得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、光学検査方法は、物点からの少なくとも２つの異なる波長スペクトルを含む光を、波長選択部により選択的に通過させ、波長スペクトルの光を受光できる少なくとも２つのカラーチャンネルを有する撮像部によって物点を撮像させること、物点に対する少なくとも２つのカラーチャンネルでの受光データに基づいて、少なくとも２つの異なる波長スペクトルの光をそれぞれ異なる方向を持つ信号ベクトルとすること、信号ベクトルの方向に基づいて物点における光の方向分布の広がりを推定処理することを含む。
【選択図】 図１
【解決手段】 実施形態によれば、光学検査方法は、物点からの少なくとも２つの異なる波長スペクトルを含む光を、波長選択部により選択的に通過させ、波長スペクトルの光を受光できる少なくとも２つのカラーチャンネルを有する撮像部によって物点を撮像させること、物点に対する少なくとも２つのカラーチャンネルでの受光データに基づいて、少なくとも２つの異なる波長スペクトルの光をそれぞれ異なる方向を持つ信号ベクトルとすること、信号ベクトルの方向に基づいて物点における光の方向分布の広がりを推定処理することを含む。
【選択図】 図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
物点からの少なくとも２つの異なる波長スペクトルを含む光を波長選択部により選択的に通過させ、前記波長スペクトルの光を受光できる少なくとも２つのカラーチャンネルを有する撮像部によって前記物点を撮像させること、
前記物点に対する前記少なくとも２つのカラーチャンネルでの受光データに基づいて、前記少なくとも２つの異なる波長スペクトルの光をそれぞれ異なる方向を持つ信号ベクトルとすること、
前記信号ベクトルの方向に基づいて前記物点における前記光の方向分布の広がりを推定処理すること、
を含む、光学検査方法。
前記物点に対する前記少なくとも２つのカラーチャンネルでの受光データに基づいて、前記少なくとも２つの異なる波長スペクトルの光をそれぞれ異なる方向を持つ信号ベクトルとすること、
前記信号ベクトルの方向に基づいて前記物点における前記光の方向分布の広がりを推定処理すること、
を含む、光学検査方法。
【請求項2】
前記信号ベクトルは、前記少なくとも２つのカラーチャンネルの画素値を互いに直交する座標上に取った色座標空間における点を終点とするベクトルである、
請求項１に記載の光学検査方法。
請求項１に記載の光学検査方法。
【請求項3】
前記推定処理することは、前記受光データによる撮像画像とリファレンス画像とを照合して、前記物点における前記光の方向分布の広がりを推定処理することを含む、
請求項１又は請求項２に記載の光学検査方法。
請求項１又は請求項２に記載の光学検査方法。
【請求項4】
照明光は少なくとも２つの異なる第１の波長スペクトルと第２の波長スペクトルを持つとし、前記第１の波長スペクトルの光に含まれない少なくとも一つの波長の光を遮蔽する第１の波長選択領域と、前記第２の波長スペクトルの光に含まれない少なくとも一つの波長の光を遮蔽する第２の波長選択領域とを有する波長選択部に前記照明光を通過させ、物点に前記照明光を照射させるとともに、
撮像部の撮像開口を通過した光によって画像として写される前記物点を含む物体面を境界として、前記撮像部に近い側を撮像側とし、前記撮像部から遠い側を照明側とし、
前記物点に対し、前記第１の波長選択領域に対応する第１の照明側立体角と、前記第２の波長選択領域に対応する第２の照明側立体角とを規定し、
前記物点に対し、前記撮像開口に対応する撮像開口立体角を規定し、
前記第１の照明側立体角あるいは前記第２の照明側立体角のどちらか一方が前記撮像開口立体角と共通領域を持たないようにして、前記第１の波長スペクトルの光及び前記第２の波長スペクトルの光を受光できる少なくとも２つのカラーチャンネルを有する前記撮像部によって前記物点を撮像させること、
前記物点に対する前記少なくとも２つのカラーチャンネルでの受光データに基づいて、前記第１の波長スペクトルの光及び前記第２の波長スペクトルの光をそれぞれ異なる方向を持つ信号ベクトルとすること、
前記信号ベクトルの方向に基づいて前記物点における前記光の方向分布の広がりを推定処理すること、
を含む、光学検査方法。
撮像部の撮像開口を通過した光によって画像として写される前記物点を含む物体面を境界として、前記撮像部に近い側を撮像側とし、前記撮像部から遠い側を照明側とし、
前記物点に対し、前記第１の波長選択領域に対応する第１の照明側立体角と、前記第２の波長選択領域に対応する第２の照明側立体角とを規定し、
前記物点に対し、前記撮像開口に対応する撮像開口立体角を規定し、
前記第１の照明側立体角あるいは前記第２の照明側立体角のどちらか一方が前記撮像開口立体角と共通領域を持たないようにして、前記第１の波長スペクトルの光及び前記第２の波長スペクトルの光を受光できる少なくとも２つのカラーチャンネルを有する前記撮像部によって前記物点を撮像させること、
前記物点に対する前記少なくとも２つのカラーチャンネルでの受光データに基づいて、前記第１の波長スペクトルの光及び前記第２の波長スペクトルの光をそれぞれ異なる方向を持つ信号ベクトルとすること、
前記信号ベクトルの方向に基づいて前記物点における前記光の方向分布の広がりを推定処理すること、
を含む、光学検査方法。
【請求項5】
前記少なくとも２つの異なる波長スペクトルの光を、光拡散部によって拡散させて通過させた後、さらに前記波長選択領域を通過させること、を含む、
請求項４に記載の光学検査方法。
請求項４に記載の光学検査方法。
【請求項6】
前記少なくとも２つの異なる波長スペクトルの光を合波させた後、さらに前記光拡散部を通過させること、を含む、
請求項５に記載の光学検査方法。
請求項５に記載の光学検査方法。
【請求項7】
物点からの少なくとも２つの異なる波長スペクトルの光を波長選択部により選択的に通過させ、前記波長スペクトルの光を受光できる少なくとも２つのカラーチャンネルを有する撮像部によって前記物点を撮像させ、
前記物点に対する前記少なくとも２つのカラーチャンネルでの受光データに基づいて、前記少なくとも２つの異なる波長スペクトルの光をそれぞれ異なる方向を持つ信号ベクトルとし、
前記信号ベクトルの方向に基づいて前記物点における前記光の方向分布の広がりを推定処理させる、
ことをコンピュータに実行させる、光学検査プログラム。
前記物点に対する前記少なくとも２つのカラーチャンネルでの受光データに基づいて、前記少なくとも２つの異なる波長スペクトルの光をそれぞれ異なる方向を持つ信号ベクトルとし、
前記信号ベクトルの方向に基づいて前記物点における前記光の方向分布の広がりを推定処理させる、
ことをコンピュータに実行させる、光学検査プログラム。
【請求項8】
照明光は少なくとも２つの異なる第１の波長スペクトルと第２の波長スペクトルを持つとし、前記第１の波長スペクトルの光に含まれない少なくとも一つの波長の光を遮蔽する第１の波長選択領域と、前記第２の波長スペクトルの光に含まれない少なくとも一つの波長の光を遮蔽する第２の波長選択領域とを有する波長選択部に前記照明光を通過させ、物点に前記照明光を照射させるとともに、
撮像部の撮像開口を通過した光によって画像として写される前記物点を含む物体面を境界として、前記撮像部に近い側を撮像側とし、前記撮像部から遠い側を照明側とし、
前記物点に対し、前記第１の波長選択領域に対応する第１の照明側立体角と、前記第２の波長選択領域に対応する第２の照明側立体角とを規定し、
前記物点に対し、前記撮像開口に対応する撮像開口立体角を規定し、
前記第１の照明側立体角あるいは前記第２の照明側立体角のどちらか一方が前記撮像開口立体角と共通領域を持たないようにして、前記第１の波長スペクトルの光及び前記第２の波長スペクトルの光を受光できる少なくとも２つのカラーチャンネルを有する前記撮像部によって前記物点を撮像させること、
前記物点に対する前記少なくとも２つのカラーチャンネルでの受光データに基づいて、前記第１の波長スペクトルの光及び前記第２の波長スペクトルの光をそれぞれ異なる方向を持つ信号ベクトルとすること、
前記信号ベクトルの方向に基づいて前記物点における前記光の方向分布の広がりを推定処理すること、
をコンピュータに実行させる、光学検査プログラム。
撮像部の撮像開口を通過した光によって画像として写される前記物点を含む物体面を境界として、前記撮像部に近い側を撮像側とし、前記撮像部から遠い側を照明側とし、
前記物点に対し、前記第１の波長選択領域に対応する第１の照明側立体角と、前記第２の波長選択領域に対応する第２の照明側立体角とを規定し、
前記物点に対し、前記撮像開口に対応する撮像開口立体角を規定し、
前記第１の照明側立体角あるいは前記第２の照明側立体角のどちらか一方が前記撮像開口立体角と共通領域を持たないようにして、前記第１の波長スペクトルの光及び前記第２の波長スペクトルの光を受光できる少なくとも２つのカラーチャンネルを有する前記撮像部によって前記物点を撮像させること、
前記物点に対する前記少なくとも２つのカラーチャンネルでの受光データに基づいて、前記第１の波長スペクトルの光及び前記第２の波長スペクトルの光をそれぞれ異なる方向を持つ信号ベクトルとすること、
前記信号ベクトルの方向に基づいて前記物点における前記光の方向分布の広がりを推定処理すること、
をコンピュータに実行させる、光学検査プログラム。
【請求項9】
請求項７又は請求項８に記載の光学検査プログラムを実装する処理部を有する、光学検査装置。
【請求項10】
物点からの少なくとも２つの異なる波長スペクトルの光を波長選択部により選択的に通過させ、前記波長スペクトルの光を受光できる少なくとも２つのカラーチャンネルを有する撮像部によって前記物点を撮像させ、
前記物点に対する前記少なくとも２つのカラーチャンネルでの受光データに基づいて、前記少なくとも２つの異なる波長スペクトルの光をそれぞれ異なる方向を持つ信号ベクトルとし、
前記信号ベクトルの方向に基づいて前記物点における前記光の方向分布の広がりを推定処理する、
処理部を有する、光学検査装置。
前記物点に対する前記少なくとも２つのカラーチャンネルでの受光データに基づいて、前記少なくとも２つの異なる波長スペクトルの光をそれぞれ異なる方向を持つ信号ベクトルとし、
前記信号ベクトルの方向に基づいて前記物点における前記光の方向分布の広がりを推定処理する、
処理部を有する、光学検査装置。
【請求項11】
前記少なくとも２つの異なる波長スペクトルの光に対する前記信号ベクトルが、互いに線形独立になるように構成された光学系を有する、
請求項１０に記載の光学検査装置。
請求項１０に記載の光学検査装置。
【請求項12】
前記処理部によって制御される前記カラーチャンネルを有する前記撮像部と、
前記物点からの前記少なくとも２つの異なる波長スペクトルを含む光を選択的に通過させる前記波長選択部と、
前記波長選択部は前記物点と前記撮像部との間に備えるとし、
前記波長選択部を通過せずに撮像可能となる光を遮蔽する遮蔽部と
を有する、請求項１０に記載の光学検査装置。
前記物点からの前記少なくとも２つの異なる波長スペクトルを含む光を選択的に通過させる前記波長選択部と、
前記波長選択部は前記物点と前記撮像部との間に備えるとし、
前記波長選択部を通過せずに撮像可能となる光を遮蔽する遮蔽部と
を有する、請求項１０に記載の光学検査装置。
【請求項13】
前記波長選択部は、
前記少なくとも２つの異なる波長スペクトルを含む光のうちの第１の波長スペクトルの光に含まれない少なくとも一つの波長の光を遮蔽する第１の波長選択領域と、第２の波長スペクトルの光に含まれない少なくとも一つの波長の光を遮蔽する第２の波長選択領域と、
を有し、
前記遮蔽部は、前記第１の波長選択領域と前記第２の波長選択領域との間に設けられ、前記第１の波長スペクトルの光および前記第２の波長スペクトルの光を遮蔽する遮蔽領域を有する、
請求項１２に記載の光学検査装置。
前記少なくとも２つの異なる波長スペクトルを含む光のうちの第１の波長スペクトルの光に含まれない少なくとも一つの波長の光を遮蔽する第１の波長選択領域と、第２の波長スペクトルの光に含まれない少なくとも一つの波長の光を遮蔽する第２の波長選択領域と、
を有し、
前記遮蔽部は、前記第１の波長選択領域と前記第２の波長選択領域との間に設けられ、前記第１の波長スペクトルの光および前記第２の波長スペクトルの光を遮蔽する遮蔽領域を有する、
請求項１２に記載の光学検査装置。
【請求項14】
少なくとも２つの異なる波長スペクトルを含む照明光のうちの第１の波長スペクトルの光に含まれない少なくとも一つの波長の光を遮蔽する第１の波長選択領域と、第２の波長スペクトルの光に含まれない少なくとも一つの波長の光を遮蔽する第２の波長選択領域と、を有し、物点に向けて前記照明光を通過させる波長選択部と、
前記物点からの反射光の、前記第１の波長スペクトルの光と前記第２の波長スペクトルの光とを、それぞれ異なる方向の信号ベクトルとして受光するカラーチャンネルを有するイメージセンサーを有する撮像部と、
前記イメージセンサーで前記物点からの光を受光する撮像開口を規定する遮蔽部と、
を備え、
前記撮像開口を通過した光によって画像として写される前記物点を含む物体面を境界として、前記撮像部に近い側を撮像側とし、前記撮像部から遠い側を照明側とし、
前記物点に対し、前記第１の波長選択領域に対応する第１の照明側立体角と、前記第２の波長選択領域に対応する第２の照明側立体角とを規定し、
前記物点に対し、前記撮像開口に対応する撮像開口立体角を規定し、
前記遮蔽部は、前記第１の照明側立体角あるいは前記第２の照明側立体角のどちらか一方が前記撮像開口立体角と共通領域を持たないように、前記撮像開口を規定する、
光学検査装置。
前記物点からの反射光の、前記第１の波長スペクトルの光と前記第２の波長スペクトルの光とを、それぞれ異なる方向の信号ベクトルとして受光するカラーチャンネルを有するイメージセンサーを有する撮像部と、
前記イメージセンサーで前記物点からの光を受光する撮像開口を規定する遮蔽部と、
を備え、
前記撮像開口を通過した光によって画像として写される前記物点を含む物体面を境界として、前記撮像部に近い側を撮像側とし、前記撮像部から遠い側を照明側とし、
前記物点に対し、前記第１の波長選択領域に対応する第１の照明側立体角と、前記第２の波長選択領域に対応する第２の照明側立体角とを規定し、
前記物点に対し、前記撮像開口に対応する撮像開口立体角を規定し、
前記遮蔽部は、前記第１の照明側立体角あるいは前記第２の照明側立体角のどちらか一方が前記撮像開口立体角と共通領域を持たないように、前記撮像開口を規定する、
光学検査装置。
【請求項15】
少なくとも２つの異なる波長スペクトルを含む照明光のうちの第１の波長スペクトルの光に含まれない少なくとも一つの波長の光を遮蔽する第１の波長選択領域と、第２の波長スペクトルの光に含まれない少なくとも一つの波長の光を遮蔽する第２の波長選択領域と、を有し、物点に向けて前記照明光を通過させる波長選択部と、
前記物点からの、
前記第１の波長スペクトルの光を受光する第１のカラーチャンネルと、
前記第２の波長スペクトルの光を受光する第２のカラーチャンネルと
を各画素に有し、前記第１の波長スペクトルの光及び前記第２の波長スペクトルの光をそれぞれ異なる信号として受光するイメージセンサーと、
前記物点に対する前記イメージセンサーの画素において、前記物点における光の方向分布の広がりに応じ、前記第１のカラーチャンネルと前記第２のカラーチャンネルの画素値の大小関係が変化するように、前記イメージセンサーで受光する光の撮像開口を設定する遮蔽部と、
を備える、光学検査装置。
前記物点からの、
前記第１の波長スペクトルの光を受光する第１のカラーチャンネルと、
前記第２の波長スペクトルの光を受光する第２のカラーチャンネルと
を各画素に有し、前記第１の波長スペクトルの光及び前記第２の波長スペクトルの光をそれぞれ異なる信号として受光するイメージセンサーと、
前記物点に対する前記イメージセンサーの画素において、前記物点における光の方向分布の広がりに応じ、前記第１のカラーチャンネルと前記第２のカラーチャンネルの画素値の大小関係が変化するように、前記イメージセンサーで受光する光の撮像開口を設定する遮蔽部と、
を備える、光学検査装置。
【請求項16】
前記照明光を少なくとも２つの異なる方向の光に分岐するように拡散させた後、前記波長選択部に入射させる光拡散部を備える照明部を備える、
請求項１４又は請求項１５に記載の光学検査装置。
請求項１４又は請求項１５に記載の光学検査装置。
【請求項17】
前記波長選択部は、前記イメージセンサーあるいは前記照明部の少なくとも一方に設けられる、
請求項１６に記載の光学検査装置。
請求項１６に記載の光学検査装置。
【請求項18】
前記波長選択部を通過する光を結像する照明用光学素子を備える、
請求項１４又は請求項１５に記載の光学検査装置。
請求項１４又は請求項１５に記載の光学検査装置。
【請求項19】
平行光を照射する照明部を備える、
請求項１４又は請求項１５に記載の光学検査装置。
請求項１４又は請求項１５に記載の光学検査装置。
【請求項20】
前記波長選択部は、
互いに異なる複数の波長選択領域が並べられた第１のセットと、
前記第１のセットと同じ配列で前記複数の波長選択領域が並べられた第２のセットと
を有する、
請求項１４又は請求項１５に記載の光学検査装置。
互いに異なる複数の波長選択領域が並べられた第１のセットと、
前記第１のセットと同じ配列で前記複数の波長選択領域が並べられた第２のセットと
を有する、
請求項１４又は請求項１５に記載の光学検査装置。
【請求項21】
前記イメージセンサーで前記物体面を撮像させ、
前記撮像した撮像画像に基づいて、背景画像を作成させ、
前記撮像画像から前記背景画像を差し引いて、背景除去画像を作成させる、
処理部を有する、請求項１４に記載の光学検査装置。
前記撮像した撮像画像に基づいて、背景画像を作成させ、
前記撮像画像から前記背景画像を差し引いて、背景除去画像を作成させる、
処理部を有する、請求項１４に記載の光学検査装置。
【請求項22】
光を結像する照明用光学素子を備え、
前記照明用光学素子の焦点面には、前記波長選択部が配置される、
請求項１４又は請求項１５に記載の光学検査装置。
前記照明用光学素子の焦点面には、前記波長選択部が配置される、
請求項１４又は請求項１５に記載の光学検査装置。
【請求項23】
前記物点と前記イメージセンサーとの間、あるいは、前記波長選択部と前記イメージセンサーとの間、あるいは、前記物点と前記波長選択部との間の少なくとも１つに設けられ、前記第１の波長スペクトルの光と前記第２の波長スペクトルの光を前記イメージセンサーに結像できる結像光学素子を備える、
請求項１４又は請求項１５に記載の光学検査装置。
請求項１４又は請求項１５に記載の光学検査装置。
【請求項24】
照明側焦点面を有し、前記波長選択部が前記照明側焦点面あるいはその近傍に配置される凹面ミラーと、
白色光を射出する光源と、
を有し、
前記波長選択部の前記第１の波長選択領域は、前記照明側焦点面の焦点に設けられ、
前記波長選択部の前記第２の波長選択領域は、前記照明側焦点面の焦点から離れた位置に設けられる、
請求項１４又は請求項１５に記載の光学検査装置。
白色光を射出する光源と、
を有し、
前記波長選択部の前記第１の波長選択領域は、前記照明側焦点面の焦点に設けられ、
前記波長選択部の前記第２の波長選択領域は、前記照明側焦点面の焦点から離れた位置に設けられる、
請求項１４又は請求項１５に記載の光学検査装置。
【請求項25】
第１の波長スペクトルの光と、前記第１の波長スペクトルの光とは異なる第２の波長スペクトルの光と、前記第１の波長スペクトルの光及び前記第２の波長スペクトルの光とは異なる第３の波長スペクトルの光を含む照明光を、物点を含む物体面に照射したとき、
前記第１の波長スペクトルの光を通過させ、その波長スペクトルに含まれない少なくとも一つの波長を持つ光を遮蔽する第１の波長選択領域と、
前記第２の波長スペクトルの光を通過させ、その波長スペクトルに含まれない少なくとも一つの波長を持つ光を遮蔽する第２の波長選択領域と、
前記第３の波長スペクトルの光を通過させ、その波長スペクトルに含まれない少なくとも一つの波長を持つ光を遮蔽する第３の波長選択領域と、
を有する波長選択部と、
前記物点からの、
前記第１の波長スペクトルの光を受光する第１のカラーチャンネルと、
前記第２の波長スペクトルの光を受光する第２のカラーチャンネルと
前記第３の波長スペクトルの光を受光する第３のカラーチャンネルと
を各画素に有し、前記第１の波長スペクトルの光、前記第２の波長スペクトルの光、前記第３の波長スペクトルの光をそれぞれ異なる信号ベクトルとして受光するイメージセンサーと
を備え、
前記物体面の前記物点に対する前記イメージセンサーの画素において、
前記物点における光の方向分布の広がりに応じ、前記第１のカラーチャンネルと前記第２のカラーチャンネルと前記第３のカラーチャンネルの画素値の大小関係が変化するように、前記波長選択部と前記イメージセンサーは配置された、
光学検査装置。
前記第１の波長スペクトルの光を通過させ、その波長スペクトルに含まれない少なくとも一つの波長を持つ光を遮蔽する第１の波長選択領域と、
前記第２の波長スペクトルの光を通過させ、その波長スペクトルに含まれない少なくとも一つの波長を持つ光を遮蔽する第２の波長選択領域と、
前記第３の波長スペクトルの光を通過させ、その波長スペクトルに含まれない少なくとも一つの波長を持つ光を遮蔽する第３の波長選択領域と、
を有する波長選択部と、
前記物点からの、
前記第１の波長スペクトルの光を受光する第１のカラーチャンネルと、
前記第２の波長スペクトルの光を受光する第２のカラーチャンネルと
前記第３の波長スペクトルの光を受光する第３のカラーチャンネルと
を各画素に有し、前記第１の波長スペクトルの光、前記第２の波長スペクトルの光、前記第３の波長スペクトルの光をそれぞれ異なる信号ベクトルとして受光するイメージセンサーと
を備え、
前記物体面の前記物点に対する前記イメージセンサーの画素において、
前記物点における光の方向分布の広がりに応じ、前記第１のカラーチャンネルと前記第２のカラーチャンネルと前記第３のカラーチャンネルの画素値の大小関係が変化するように、前記波長選択部と前記イメージセンサーは配置された、
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検査が重要となっている。従来方法では、分光した光線の色（波長スペクトル）を光線方向と一対一に対応させ、色を特定することにより光線の方向を同定し、物体面あるいは物体内の情報を取得する手法がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】“Color ranging method for high speed low-cost 3D surface profile measurement” U.S. patent 5,675,407
【非特許文献】
【0004】
【非特許文献1】W. L. Hows, “Rainbow schlieren and its application,” Applied Optics, vol. 23, No. 14, 1984
【非特許文献2】H. Ohno, “One-shot three-dimensional measurement method with the color mapping of light direction,” OSA Continuum, Vol. 4, Issue 3, 2021
【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、物体内で光が様々な方向に散乱、拡散、あるいは回折される場合でも、物体面あるいは物体内等の物体の情報を取得し得る光学検査方法、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、光学検査方法は、物点からの少なくとも２つの異なる波長スペクトルを含む光を波長選択部により選択的に通過させ、波長スペクトルの光を受光できる少なくとも２つのカラーチャンネルを有する撮像部によって物点を撮像させること、物点に対する少なくとも２つのカラーチャンネルでの受光データに基づいて、少なくとも２つの異なる波長スペクトルの光をそれぞれ異なる方向を持つ信号ベクトルとすること、信号ベクトルの方向に基づいて物点における光の方向分布の広がりを推定処理することを含む。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】第１実施形態に係る光学検査装置を示す概略図。
【図2】第１のカラーチャンネル、第２のカラーチャンネル、第３のカラーチャンネルに対応する色座標をそれぞれＢ，Ｒ，Ｇとする色座標空間上の、第１の色ベクトル及び第２の色ベクトルを示す概略図。
【図3】第１実施形態に係る光学検査装置を用いて物体の物体面の情報を取得するためのフローチャート。
【図4】第１実施形態の変形例１による色座標空間において、標準物体を撮像部で撮像した参照画像における第１の物点に対する色ベクトルの方向を第１の参照方向とし、第２の物点に対する色ベクトルの方向を第２の参照方向として示すとともに、撮像した画像の色ベクトルを示す概略図。
【図5】第１実施形態の変形例１に係る光学検査装置を用いて物体の物体面の情報を取得するためのフローチャート。
【図6】第１実施形態の変形例２に係る光学検査装置を示す概略図。
【図7】第１実施形態の変形例３に係る光学検査装置を示す概略図。
【図8】第１実施形態の変形例３に係る光学検査装置によるＢＲＧ色座標空間における色ベクトルの一例。
【図9】第２実施形態に係る光学検査装置を示す概略図。
【図11】第２実施形態の変形例１に係る光学検査装置の照明部を示す概略図。
【図12】第２実施形態の変形例２に係る光学検査装置の照明部を示す概略図。
【図13】第３実施形態に係る光学検査装置を示す概略図。
【図14】第３実施形態の変形例１に係る光学検査装置の波長選択部を示す概略図。
【図15】第３実施形態の変形例１に係る光学検査装置の微小欠陥の画像の抽出手法を示すフローチャート。
【図16】白色プラスチック板上の微小欠陥を撮像したものと、その背景除去画像を示す図。
【図17】第３実施形態の変形例２に係る光学検査装置を示す概略図。
【図18】第４実施形態に係る光学検査装置を示す概略図。
【図19】第４実施形態の変形例１に係る光学検査装置の照明部を示す概略図。
【図20】第４実施形態の変形例２に係る光学検査装置の波長選択部を示す概略図。
【図22】第５実施形態に係る光学検査装置を示す概略図。
【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】
本明細書において、光は電磁波の一種であり、ガンマ線、Ｘ線、紫外線、可視光、赤外線、電波なども含まれるとする。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７５０ｎｍの領域にあるとする。
【0010】
【0011】
図１には、本実施形態に係る光学検査装置１０の模式的な断面図を示す。本実施形態に係る光学検査装置１０は、撮像部１２と波長選択部１４と遮蔽部１６と処理部１８とを備える。ただし、撮像部１２は、イメージセンサー２２を備える。撮像部１２が波長選択部１４及び遮蔽部１６の少なくとも一方を含む場合もある。
【0012】
物体Ｏの表面あるいは物体Ｏの内部における点を物点と呼ぶ。以下では、特に断らない限り、物点は物体Ｏの表面上にあるとする。
【0013】
本明細書において、物点を光で撮像するという意味は、物点からの光が撮像部１２のイメージセンサー２２上の像点に結像され、イメージセンサー２２の画素によって受光されるという意味で用いる。ただし、イメージセンサー２２は、エリアセンサーでもよく、ラインセンサーでもよく、光を受光信号に変換できるものならばなんでもよい。また、受光信号は、単に信号、信号値、画素値と呼ぶこともある。また、“光で物点を撮像する”と同じ意味として、光を撮像すると述べることもある。
【0014】
撮像部１２における結像レンズ等の結像光学系の図示を省略する。撮像部１２は、物点Ｏ１，Ｏ２からの光を光軸ＯＡに沿ってイメージセンサー２２の像点に写す。また、撮像部１２の光軸ＯＡ上とは、撮像部１２から光軸ＯＡに沿って射出された光を仮に想定した場合、その光が通る経路上という意味である。そのため、光がミラーやビームスプリッターなどで折り返された場合、光軸ＯＡに沿うとはその光線経路に沿った経路上という意味である。また、特に、ビームスプリッター（図示せず）で二つの光線に分岐される場合、光軸ＯＡ上は２つの分岐された経路上の両方を意味する。
【0015】
本明細書において、物点Ｏ１，Ｏ２を撮像可能な状態とは、物点Ｏ１，Ｏ２に対応する像点が、撮像部１２におけるイメージセンサー２２上あるいはイメージセンサー２２の近傍に位置することを意味する。ここで、像点がイメージセンサー２２上に載ると、像がはっきりと撮像され、像点がイメージセンサー２２から離れると、像はぼやけて撮像される。
【0016】
波長選択部１４は、第１の波長選択領域３１と第２の波長選択領域３２とを備える。第１の波長選択領域３１と第２の波長選択領域３２は、互いに異なる波長スペクトルの光を通過させる。ここで光を通過させるとは、撮像対象である物体の物点からの光を撮像部１２のイメージセンサー２２に到達させ、イメージセンサー２２で撮像可能な状態にすることである。一方、波長選択部１４を通過しなかった光は波長選択部１４で遮蔽される。ここで、光を遮蔽するとは、物体からの光を、撮像部１２のイメージセンサー２２で撮像可能ではない状態にすることを意味する。
【0017】
波長選択部１４の第１の波長選択領域３１を通過する波長スペクトルを第１の波長スペクトルとし、第２の波長選択領域３２を通過する波長スペクトルを第２の波長スペクトルとする。ここで、例えば第１の波長スペクトルを波長４００ｎｍから５００ｎｍまでの範囲で有意な光強度を有するものとし、これを青（Ｂ）光と呼ぶ。青光はピーク波長が４５０ｎｍ近傍にあるものとする。また、例えば第２の波長スペクトルを波長６００ｎｍから７００ｎｍまでの範囲で有意な光強度を有するものとし、これを赤（Ｒ）光と呼ぶ。赤光はピーク波長が６５０ｎｍ近傍にあるものとする。ただし、波長スペクトルはこの限りではなく、なんでもよい。例えば、単一波長を持つものでもよい。また、波長選択領域３１、３２の各形状は何でもよい。例えば、波長選択領域３１、３２は同心円でもよく、ストライプ状でもよく、回転対称形でもよく、多角形でもよく、放射状でもよく、楕円でもよい。図１中の波長選択領域３１、３２は、それぞれ例えば略矩形で、光軸ＯＡに交差する方向に並べられている。つまり、光軸ＯＡと波長選択領域３１、３２は互いに交わる関係にある。図１中では、光軸ＯＡに対して、第２の波長選択領域３２が交差する。
【0018】
遮蔽部１６は、例えば波長選択部１４の外側に設けられ、波長選択部１４を通過せずに撮像可能となる光を遮蔽する。遮蔽部１６は、少なくとも第１の波長スペクトルと第２の波長スペクトルを持つ光を遮蔽する。つまり、遮蔽部１６は、第１の波長スペクトルと第２の波長スペクトルを重ね合わせた波長スペクトルが有意な光強度を持つ波長範囲を遮蔽する。
【0019】
ある波長スペクトルの補色は、その当該波長スペクトルが有意な光強度を持つ波長範囲を含まない波長領域において有意な光強度を持つとする。
【0020】
撮像部１２のイメージセンサー２２ではカラー画像を取得し、処理部１８ではイメージセンサー２２で撮像されたカラー画像を処理する。ここで、イメージセンサー２２は、少なくとも第１の波長スペクトルと第２の波長スペクトルをそれぞれ異なる信号ベクトルとして受光できる２つのカラーチャンネル成分を各画素に備えるとする。これらのカラーチャンネルを、それぞれ、第１のカラーチャンネル（Ｂチャンネル）、第２のカラーチャンネル（Ｒチャンネル）とする。第１のカラーチャンネルは青光に対して強い信号を受けるとし、第２のカラーチャンネルは赤光に対して強い信号を受けるとする。
【0021】
画像の各画素において、各カラーチャンネルの画素値を成分とするベクトルを色ベクトルあるいは信号ベクトルと呼ぶ。例えば、ある画素において、第１のカラーチャンネル、第２のカラーチャンネル、第３のカラーチャンネルの画素値がそれぞれ、ｂ，ｒ，ｇであった場合、色ベクトルあるいは信号ベクトルを（ｂ，ｒ，ｇ）と表すことができる。また、各カラーチャンネルの画素値を互いに直交する座標上に取った座標空間を色座標空間と呼ぶ。色ベクトル（信号ベクトル）の成分の数、つまり、次元の数は２以上の自然数であればなんでもよく、２でも３でも４でもそれ以上でもよい。特に、撮像部１２のイメージセンサー２２にハイパースペクトルカメラを用いた場合は、次元数は３よりも大きな数となる。
【0022】
処理部１８は、撮像部１２のイメージセンサー２２を制御するとともに、後述する、光の方向分布の広がり推定処理を実行する処理を行う。
【0023】
処理部１８は、例えば、コンピュータ等から構成され、プロセッサ（処理回路）及び記憶媒体を備える。プロセッサは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、マイコン、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）及びＤＳＰ（Digital Signal Processor）等のいずれかを含む。記憶媒体には、メモリ等の主記憶装置に加え、非一時的な補助記憶装置が含まれ得る。記憶媒体としては、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、磁気ディスク、光ディスク（ＣＤ－ＲＯＭ、ＣＤ－Ｒ、ＤＶＤ等）、光磁気ディスク（ＭＯ等）、及び、半導体メモリ等の書き込み及び読み出しが随時に可能な不揮発性メモリが挙げられる。
【0024】
処理部１８では、プロセッサ及び記憶媒体のそれぞれは、１つのみ設けられてもよく、複数設けられてもよい。処理部１８では、プロセッサは、記憶媒体等に記憶されるプログラム等を実行することにより、処理を行う。また、処理部１８のプロセッサによって実行されるプログラムは、インターネット等のネットワークを介して処理部１８に接続されたコンピュータ（サーバ）、又は、クラウド環境のサーバ等に格納されてもよい。この場合、プロセッサは、ネットワーク経由でプログラムをダウンロードする。本実施形態に係る、処理部１８は、例えば、後述する光学検査プログラムを実装する。
【0025】
処理部１８では、イメージセンサー２２からの画像取得、イメージセンサー２２から取得した画像に基づく各種算出処理は、プロセッサ等によって実行され、記憶媒体が、データ記憶部として機能する。
【0026】
また、処理部１８による処理の少なくとも一部が、クラウド環境に構成されるクラウドサーバによって実行されてもよい。クラウド環境のインフラは、仮想ＣＰＵ等の仮想プロセッサ及びクラウドメモリによって、構成される。ある一例では、イメージセンサー２２からの画像取得、イメージセンサー２２から取得した画像に基づく各種算出処理が、仮想プロセッサによって実行され、クラウドメモリが、データ記憶部として機能する。
【0027】
なお、本実施形態では、処理部１８は、イメージセンサー２２を制御するとともに、イメージセンサー２２から得た像データに対して各種の演算を行う。
【0028】
処理部１８では、イメージセンサー２２で取得したカラー画像の各画素における２つのカラーチャンネルの受光信号強度（画素値）から、第１の波長スペクトルの光と第２の波長スペクトルの光を区別する。さらに、処理部１８では、各カラーチャンネルの画素値にもとづき、第１の波長スペクトルの光と第２の波長スペクトルの光が同時に撮像されたか、あるいはどちらか一方のみが撮像されたかを識別することができる。つまり、処理部１８では、各画素において、第１の波長スペクトルのみが撮像されたか、あるいは、第２の波長スペクトルのみが撮像されたか、あるいはそれらが同時に撮像されたか、あるいは、どちらも撮像されていないか、のいずれかを識別することができる。
【0029】
以上の構成のもとで、本実施形態に係る光学検査装置１０の動作原理について述べる。
【0030】
図１において、物体Ｏの表面上に第１の物点Ｏ１と第２の物点Ｏ２を取る。ただし、これに限らず、物体Ｏの内部に第１の物点Ｏ１及び第２の物点Ｏ２を取ってもよい。第１の物点Ｏ１及び第２の物点Ｏ２は物体Ｏの表面あるいは内部であればどこでもよい。
【0031】
第１の物点Ｏ１は標準面上にあるとする。標準面には微小欠陥などの欠陥が存在せず、ほぼ鏡面であるとする。つまり、標準面に光を入射したとき、反射光は正反射成分が主となる。ただし、この限りではなく、標準面としてどのような性状の面としてもよい。一方、第２の物点Ｏ２には微小な数１０マイクロメートルサイズ以下の凹凸欠陥があるとする。これはつまり、波長スケール（例えば４５０ｎｍ、６５０ｎｍ）の数１０倍以下のスケールである。このような欠陥を微小欠陥と呼ぶ。微小欠陥に光を入射すると、一般的に光は散乱される。散乱は、幾何光学的な反射によって生じることもあるが、回折によって生じることもある。ここでは、このような回折現象も含めて散乱と呼ぶ。物体Ｏが不透明である場合、散乱は物体Ｏの表面で起こる。散乱は、一つの光線である入射光が少なくとも２つの異なる方向の光線に分岐する現象であるとも言える。一方、鏡面に光を入射すると正反射が生じる。正反射光は、面の法線方向に対する入射角と反射角が等しくなり、反射光は分岐せずに一つの光線となる。また、物体Ｏが透明体であり、透明体の中に微小欠陥がある場合、微小欠陥に入射光した一つの光線は、散乱によって少なくとも２つの光線に分岐する。一方、物体Ｏ内に微小な欠陥が存在しない透明体に入射した光は、その屈折率分布が連続である場合は分岐せずに透過する。また、屈折率分布が不連続である場合は、不連続面においてフレネル反射を起こし、その不連続界面に対して入射方向とは逆の方向へと反射される成分が生じる。つまり、微小欠陥が存在しない場合、光線は最大で２つの異なる方向の光線に分岐する。しかし、反射光成分が生じたとしても、撮像側とは逆の方向に進むので、撮像部１２には到達しない。以上により、入射光線は微小欠陥で散乱され、散乱によって２つの異なる方向の光線（散乱光）に分岐される。
【0032】
任意の物点における光の方向分布のことを光線方向分布と呼ぶ。特に、物体Ｏの表面での反射光の強度分布の方向依存性はＢＲＤＦ（Bidirectional Reflectance Distribution Function）で記述することができる。以降では、特に断らない限り、物点は物体Ｏの表面上とし、イメージセンサー２２での撮像は物体Ｏの表面で反射した光によって為されるとする。ただし、物点が物体Ｏ内にあり、光が物体Ｏ内を透過してイメージセンサー２２に到達する場合も、基本的に反射の場合と同様の効果を期待できる。
【0033】
第１の物点Ｏ１におけるＢＲＤＦを第１のＢＲＤＦとし、第２の物点Ｏ２におけるＢＲＤＦを第２のＢＲＤＦとする。第１の物点Ｏ１は標準面上にあり、第２の物点Ｏ２には微小欠陥があるため、第１のＢＲＤＦは第２のＢＲＤＦに比べて（角度）分布が狭い。言い換えれば、第２のＢＲＤＦは第１のＢＲＤＦに比べて分布が広い。このように、微小欠陥が存在すると、一般的に、ＢＲＤＦは分布が広がる。ただし、この限りではなく、逆でもよい。少なくとも、微小欠陥の存在の有無によってＢＲＤＦの分布は異なる。
【0034】
第１の物点Ｏ１で反射された光は、ＢＲＤＦの分布が狭いため、本実施形態では、波長選択部１４の第１の波長選択領域３１のみを通過する。そして、第１の物点Ｏ１で反射された光は、第１の波長選択領域３１のみを通過して第１の波長スペクトルを有する光となる。一方、第２の物点Ｏ２から反射された光は、ＢＲＤＦの分布が広いため、波長選択部１４の第１の波長選択領域３１および第２の波長選択領域３２の両方の領域を通過する。このため、第２の物点Ｏ２で反射された光は、第１の波長選択領域３１を通過した第１の波長スペクトルと第２の波長選択領域３２を通過した第２の波長スペクトルとが重ね合わされた波長スペクトルの光となる。
【0035】
撮像部１２のイメージセンサー２２は、処理部１８により制御されて、第１の物点Ｏ１と第２の物点Ｏ２を含む領域を撮像する。このとき、撮像画像の第１の物点Ｏ１に対する画素において、第１の波長スペクトルの光を受光する第１のカラーチャンネルの画素値が、第２の波長スペクトルの光を受光する第２のカラーチャンネルの画素値に比べて大きな値を持つ。一方、第２の物点Ｏ２に対する画素においては、第１の波長スペクトルの光を受光する第１のカラーチャンネルと、第２の波長スペクトルの光を受光する第２のカラーチャンネルとの両方の画素値が有意な値を持つ。つまり、処理部１８は、各画素におけるカラーチャンネルの画素値の比率に基づき、ＢＲＤＦの分布の広がりに関する情報を得ることができる。
【0036】
遮蔽部１６は、波長選択部１４を通過せずに撮像部１２で撮像可能な状態になる光を遮蔽する。もし、遮蔽部１６が存在しなければ、波長選択部１４を通過せずに第１のカラーチャンネルあるいは第２のカラーチャンネルで受光される光が存在し得る。そうすると、各画素におけるカラーチャンネルの画素値の比率に基づき、ＢＲＤＦの分布の広がりに関する情報を得ることが困難になる。つまり、遮蔽部１６はＢＲＤＦの分布の広がりに関する情報を得るために必要と言える。言い換えれば、遮蔽部１６があることによって、処理部１８は、環境に左右されず、精度の良いＢＲＤＦの分布の広がり推定が可能になる効果があると言える。
【0037】
撮像部１２のイメージセンサー２２で撮像される画像において、第１の物点Ｏ１に対応する画素における色ベクトルを第１の色ベクトルとし、第２の物点Ｏ２に対応する画素における色ベクトルを第２の色ベクトルとする。図２に示すように、第１のカラーチャンネル、第２のカラーチャンネル、第３のカラーチャンネルに対応する色座標をそれぞれ、Ｂ、Ｒ、Ｇとし、色座標空間を取る。各色ベクトルは、ある画素における第１のカラーチャンネルの画素値、第２のカラーチャンネルの画素値、及び、第３のカラーチャンネルの画素値をそれぞれ大きさとする。図２において第１の色ベクトルと第２の色ベクトルは、ＢＲＤＦの分布がそれぞれ異なるため、ベクトルの方向が互いに異なる。つまり、処理部１８は、色ベクトルの方向に基づき、各物点Ｏ１，Ｏ２のＢＲＤＦの分布の広がりを識別することができると言える。
【0038】
つまり、第１の波長選択領域３１と第２の波長選択領域３２とを通過する互いに異なる波長スペクトルの光は、それぞれ２つの異なる方向を持つ信号ベクトル（色ベクトル）となる。第１の波長選択領域３１を通過する波長スペクトルの光の信号ベクトルを、第１の基本色ベクトルとする。第２の波長選択領域３２を通過する波長スペクトルの光の信号ベクトルを、第２の基本色ベクトルとする。
【0039】
撮像部１２のイメージセンサー２２で撮像される画像の色ベクトルは、それらの基本色ベクトル（第１の基本色ベクトルと第２の基本色ベクトル）のそれぞれに係数を掛けたものの足し合わせ（線形結合）となる。そして、ベクトルの線形独立性という数学的な性質に基づくと、第１の基本色ベクトルと第２の基本色ベクトル、そしてそれらに０でない係数を掛けて足し合わせた線形結合ベクトルは、互いに方向が異なることを示すことができる。そのため、処理部１８は、色ベクトルの方向から、各物点Ｏ１、Ｏ２からの光が第１の波長選択領域３１または第２の波長選択領域３２のどちらかを通過したか、あるいはその両方を通過したかを識別することができる。
【0040】
ここで、色ベクトル（信号ベクトル）の線形独立性を用いることができるのは、遮蔽部１６により、波長選択部１４を通過した第１の波長スペクトルおよび第２の波長スペクトルの光のみで撮像画像の信号ベクトルを構成できるからである。一方、遮蔽部１６が無ければ、波長選択部１４を通過しないで撮像部１２のイメージセンサー２２に到達する光も撮像部１２のイメージセンサー２２で撮像される可能性がある。つまり、遮蔽部１６があることにより、イメージセンサー２２で撮像された光は波長選択部１４を通過した光であると断定することができる。一方、遮蔽部１６が存在しない場合、色ベクトルの方向が異なっていても、イメージセンサー２２で撮像された光が通過した経路の推定が難しくなる。ただし、このような遮蔽が完全ではなくても、波長選択部１４を通過しないでイメージセンサー２２で撮像される光を減らすことにより、イメージセンサー２２で撮像された光が通過した経路の推定の精度が高くなるという効果がある。
【0041】
また、第１の波長選択領域３１と第２の波長選択領域３２を通過する光の２つの色ベクトル（信号ベクトル）の方向が異なるならば、第１の波長スペクトルと第２の波長スペクトルに重なる領域があってもよい。これは、方向が異なる２つのベクトルを線形結合したベクトルには、数学的に、線形独立性が適用できるからである。つまり、第１の基本色ベクトルと第２の基本色ベクトルの方向が互いに異なれば、それらに０でない係数を掛けて線形結合したベクトルの方向も、基本色ベクトルのものと異なる。このため、処理部１８は、第１の波長スペクトルの光と第２の波長スペクトルの光と、それらを重ね合わせた光を、色ベクトルの方向の違いから識別することができる。そのため、波長選択領域３１、３４を通過する光の波長スペクトルは重なりがあっても良く、波長選択領域３１、３２としてさまざまなものを適用できるという効果がある。
【0042】
これにより、少なくとも２つの異なる第１の波長スペクトルと第２の波長スペクトルを持つ光に対し、第１の波長選択領域３１は前記第１の波長スペクトルの光に含まれない少なくとも一つの波長の光を遮蔽し、第２の波長選択領域は前記第２の波長スペクトルの光に含まれない少なくとも一つの波長の光を遮蔽すればよいことになる。
【0043】
このように、本実施形態に係る光学検査装置１０の処理部１８を用いる物体の情報取得処理は、図３に示すように行われる。処理部１８は、まず、第１の物点Ｏ１及び第２の物点Ｏ２を含む領域を、遮蔽部１６で適宜の光を遮蔽しながら、波長選択部１４を通してイメージセンサー２２で撮像させ、像データを取得する（ステップＳＴ１０１）。そして、処理部１８は、取得した像データを処理する。処理部１８は、取得した像データの各カラーチャンネルの画素値に基づいて、第１の物点Ｏ１に対応する画素における第１の色ベクトルを算出するとともに、第２の物点Ｏ２に対応する画素における第２の色ベクトルを算出する（ステップＳＴ１０２）。そして、処理部１８は、第１の物点Ｏ１における第１のＢＲＤＦの分布の広がり、及び、第２の物点Ｏ２における第１のＢＲＤＦの分布の広がりを識別する。すなわち、処理部１８は、第１の物点Ｏ１の表面性状及び第２の物点Ｏ２の表面性状を判定する（ステップＳＴ１０３）。
【0044】
以上で述べたように、本実施形態に係る光学検査装置１０により、色ベクトルの方向に基づいてＢＲＤＦの分布の広がりを識別できる。なぜならば、「波長選択部１４を通過しない光は遮蔽されるように構成された撮像部１２によって、波長選択部１４の少なくとも２つの異なる波長選択領域３１，３２を通過する２つの波長スペクトルの光のうち、少なくともどちらか一つの波長スペクトルの光を用いて物点Ｏ１，Ｏ２を撮像したとき、２つの異なる波長スペクトルの光をそれぞれ異なる方向を持つ信号ベクトルとして受光するカラーチャンネルで撮像した画像を取得できる」からである。
【0045】
本実施形態に係る光学検査方法は、物点Ｏ１，Ｏ２からの少なくとも２つの異なる波長スペクトルを含む光を少なくとも２つの異なる波長スペクトルの光を波長選択部１４により選択的に通過させ、波長スペクトルの光を受光できる少なくとも２つのカラーチャンネルを有する撮像部１２によって物点Ｏ１，Ｏ２を撮像させること、物点Ｏ１，Ｏ２に対する少なくとも２つのカラーチャンネルでの受光データに基づいて、少なくとも２つの異なる波長スペクトルの光をそれぞれ異なる方向を持つ信号ベクトルとすること、信号ベクトルの方向に基づいて物点Ｏ１，Ｏ２における光の方向分布の広がりを推定処理することを含む。本実施形態に係る光学検査方法プログラムは、上記の光学検査方法に係る処理を、コンピュータに実行させることにより行う。
このため、光学検査方法又は光学検査プログラムを用いることで、物点Ｏ１，Ｏ２におけるＢＲＤＦの分布の広がりを識別でき、物点Ｏ１，Ｏ２の表面性状を判定することができる。
信号ベクトルは、少なくとも２つのカラーチャンネルの画素値を互いに直交する座標上に取った色座標空間における点を終点とするベクトルである。
このため、光学検査方法又は光学検査プログラムを用いることで、物点Ｏ１，Ｏ２におけるＢＲＤＦの分布の広がりを識別でき、物点Ｏ１，Ｏ２の表面性状を判定することができる。
信号ベクトルは、少なくとも２つのカラーチャンネルの画素値を互いに直交する座標上に取った色座標空間における点を終点とするベクトルである。
【0046】
以上説明したように、本実施形態によれば、物体Ｏ内で光が様々な方向に散乱、拡散、あるいは回折される場合でも、物体Ｏの情報を取得し得る光学検査方法、光学検査プログラム、及び、光学検査装置１０を提供することができる。
【0047】
【0048】
標準物体（図示せず）は、微小欠陥の無い標準面のみの面を持つものとする。そして、標準物体を撮像部１２のイメージセンサー２２で撮像したものを参照画像とする。図４に示すように、参照画像における第１の物点Ｏ１に対する色ベクトルの方向を第１の参照方向とし、これを予め処理部１８の記憶媒体に記憶させておく。同様に、第２の物点Ｏ２に対する色ベクトルの方向を第２の参照方向とし、これを予め処理部１８の記憶媒体に記憶させておく。
【0049】
そして、第１の参照方向と撮像した第１の色ベクトルの方向（図２参照）とが、誤差を考慮して実質的に一致するか否かを処理部１８において判定する。同様に、第２の参照方向と撮像した第２の色ベクトルの方向（図２参照）とが、誤差を考慮して実質的に一致するか否かを処理部１８において判定する。第１の色ベクトルの方向が第１の参照方向と実質的に一致すれば、第１の物点Ｏ１は標準面上にあると言える。同様に、第２の色ベクトルの方向が第２の参照方向と実質的に一致すれば、第２の物点Ｏ２は標準面上にあると言える。あるいは、第１の物点Ｏ１と第２の物点Ｏ２のうち、どちらかの物点において、色ベクトルの方向が参照方向と異なれば、処理部１８は、ＢＲＤＦの分布が標準面のものと異なることがわかる。言い換えれば、処理部１８は、光の方向分布の広がりが標準面でのものと異なることがわかる。これにより、処理部１８は、その物点において微小欠陥が存在すると推定することができる。
【0050】
同様に、処理部１８は、さまざまなＢＲＤＦに対する色ベクトルを参照方向として予め処理部１８の記憶媒体に記憶させておけば、処理部１８は、撮像した色ベクトルの方向と参照方向とを照合することにより、物点Ｏ１，Ｏ２におけるＢＲＤＦの広がりを推定できるという効果がある。ＢＲＤＦは、微小欠陥の種類の違いによって大きく異なる。そのため、処理部１８は、ＢＲＤＦの違いを識別することにより、微小欠陥の種類を推定できるという効果がある。
【0051】
このように、本実施形態に係る光学検査装置１０の処理部１８を用いる物体の情報取得処理は、図５に示すように、行われる。処理部１８は、まず、第１の物点Ｏ１及び第２の物点Ｏ２を含む領域を、遮蔽部１６で適宜の光を遮蔽しながら、波長選択部１４を通してイメージセンサー２２で撮像させ、像データを取得する（ステップＳＴ１０１）。そして、処理部１８は、取得した像データを処理する。処理部１８は、取得した像データの各カラーチャンネルの画素値に基づいて、第１の物点Ｏ１に対応する画素における第１の色ベクトルを算出するとともに、第２の物点Ｏ２に対応する画素における第２の色ベクトルを算出する（ステップＳＴ１０２）。そして、処理部１８は、第１の物点Ｏ１に対応する画素における第１の色ベクトルと、第１の参照方向との方向を比較するとともに、第２の物点Ｏ２に対応する画素における第２の色ベクトルと、第２の参照方向との方向を比較する（ＳＴ１０３ａ）。そして、処理部１８は、第１の物点Ｏ１における表面性状を判定するとともに、第２の物点Ｏ２の表面性状を判定する（ステップＳＴ１０３）。
【0052】
したがって、上述した本実施形態に係る光学検査方法において、推定処理することは、受光データによる撮像画像とリファレンス画像とを照合して、物点Ｏ１，Ｏ２における光の方向分布の広がりを推定処理することを含む。
このため、光学検査方法を用いることで、物点Ｏ１，Ｏ２におけるＢＲＤＦの分布の広がりを推定し、物点Ｏ１，Ｏ２の表面性状を判定することができる。
このため、光学検査方法を用いることで、物点Ｏ１，Ｏ２におけるＢＲＤＦの分布の広がりを推定し、物点Ｏ１，Ｏ２の表面性状を判定することができる。
【0053】
（変形例２）
光学検査装置１０の変形例２について、図６を用いて説明する。
光学検査装置１０の変形例２について、図６を用いて説明する。
【0054】
図６に示すように、遮蔽部１６は、波長選択部１４の第１の波長選択領域３１と第２の波長選択領域３２との間（境界）に波長遮蔽領域１６ａを配置しても良い。本変形例２では、光軸ＯＡが波長選択部１４の第２の波長選択領域３２と遮蔽部１６の波長遮蔽領域１６ａとの境界にあるとする。波長遮蔽領域１６ａは、遮蔽部１６と同様に機能する。すなわち、遮蔽部１６の波長遮蔽領域１６ａは、第１の波長スペクトルの光、及び、第２の波長スペクトルの光を含む全ての波長の光が波長遮蔽領域１６ａで波長選択部１４を通過することを防止する。第１の物点Ｏ１は標準面上にあるとし、第２の物点Ｏ２には微小欠陥があるとする。
【0055】
本変形例２の遮蔽領域１６ａにより、例えば、第１の物点Ｏ１からの光が第１の波長選択領域３１と第２の波長選択領域３２とを同時に通過することを防ぐことができる。
【0056】
波長遮蔽領域１６ａが配置されない場合において、第１の物点Ｏ１からの光が第１の波長選択領域３１と第２の波長選択領域３２の境界（図１参照）を通過すると、それに対する色ベクトルは第２の物点Ｏ２のもの同じになる。そのため、第１の物点Ｏ１のＢＲＤＦの分布の広がりと第２の物点Ｏ２のＢＲＤＦの分布の広がりとは同じと推定されてしまう。一方、波長遮蔽領域１６ａを適切に設けることにより、第１の物点Ｏ１からの光を、第１の波長選択領域３１または第２の波長選択領域３２のどちらか一方で通過させることができる。つまり、光学検査装置１０は、遮蔽領域１６ａを設けることにより、処理部１８で、第１の物点Ｏ１と第２の物点Ｏ２のＢＲＤＦの分布の違いを確実に推定できるという効果がある。
【0057】
【0058】
図７に示すように、波長選択部１４が第３の波長選択領域３３を備えていても良い。第３の波長選択領域３３は、第１の波長選択領域３１と第２の波長選択領域３２との間（あるいは境界）に設けられる。図７中の第３の波長選択領域３３は、変形例２の図６中の遮蔽領域１６ａの代わりに配置される。
【0059】
第１の波長選択領域３１、第２の波長選択領域３２、及び、第３の波長選択領域３３を通過した光は、それぞれ互いに異なる波長スペクトルの光となる。また、それぞれの波長スペクトルの光が撮像部１２のイメージセンサー２２で撮像されると、互いに異なる方向を持つ色ベクトルとなる。ここで、色ベクトルの次元は、波長選択領域の数をＮとすると、Ｎ次元とする。本変形例３では、Ｎは３であるため、色ベクトルの次元は３次元とする。すなわち、本変形例３では、イメージセンサー２２は、物点Ｏ１，Ｏ２からの、第１の波長スペクトルの光を受光する第１のカラーチャンネルと、第２の波長スペクトルの光を受光する第２のカラーチャンネルと、第３の波長スペクトルの光を受光する第３のカラーチャンネルとを各画素に有し、第１の波長スペクトルの光、第２の波長スペクトルの光、第３の波長スペクトルの光をそれぞれ異なる信号ベクトルとして受光する。そして、物体面Ｏの物点Ｏ１，Ｏ２に対するイメージセンサー２２の画素において、物点Ｏ１，Ｏ２における光の方向分布の広がりに応じ、第１のカラーチャンネルと第２のカラーチャンネルと第３のカラーチャンネルの画素値の大小関係が変化するように、波長選択部１４とイメージセンサー２２は配置されている。
【0060】
第１の物点Ｏ１における第１のＢＲＤＦの光が、第１の波長選択領域３１と第３の波長選択領域３３との境界を通過する。また、第２の物点Ｏ２における第２のＢＲＤＦの光が第１の波長選択領域３１、第２の波長選択領域３２、及び、第３の波長選択領域３３を通過する。このとき、第１の物点Ｏ１の第１の色ベクトルは、第２の物点Ｏ２の第２の色ベクトルと方向が異なる。そのため、処理部１８は、第１の物点Ｏ１と第２の物点Ｏ２のＢＲＤＦの分布の広がりが異なることが正しく推定される。一方、第３の波長選択領域３３が無い場合、第１の波長選択領域３１と第２の波長選択領域３２との境界（図１参照）を通過する光によって、処理部１８は、１の物点Ｏ１と第２の物点Ｏ２のＢＲＤＦの分布の広がりが同じと推定する可能性が生じる。つまり、本変形例３によって、波長選択部１４が第１の波長選択領域３１及び第２の波長選択領域３２に加えて、第３の波長選択領域３３を有することにより、処理部１８は、第１の物点Ｏ１と第２の物点Ｏ２のＢＲＤＦの分布の違いを確実に推定できるという効果がある。
【0061】
第１の波長スペクトルに対応する色ベクトルを第１の基本色ベクトルとし、第２の波長スペクトルに対応する色ベクトルを第２の基本色ベクトルとし、第３の波長スペクトルに対応する色ベクトルを第３の基本色ベクトルとする。例えば、第１の物点Ｏ１からの光が、第１の波長選択領域３１、あるいは第３の波長選択領域３３、あるいは第１の波長選択領域３１と第３の波長選択領域３３の境界のいずれかを通過する場合、ＢＲＧ色座標空間における色ベクトルは図８に示すようなる。つまり、第１の基本色ベクトルと第３の基本色ベクトルで張られる面上に色ベクトルの終点が位置するようになる。同様に、第１の物点Ｏ１からの光が、第３の波長選択領域３３、あるいは第２の波長選択領域３２、あるいは第３の波長選択領域３３と第２の波長選択領域３２の境界を通過する場合、色ベクトルは第３の基本色ベクトルと第２の基本色ベクトルで張られる面上にベクトルの終点が位置するようになる。一方、第２の物点Ｏ２における色ベクトルは、第１の基本色ベクトル、第２の基本色ベクトル、第３の基本色ベクトルの、いずれも０でない係数を掛けたものの線形結合となる。このとき、第２の物点Ｏ２の色ベクトルの方向は、ベクトルの線形独立性により、第１の物点Ｏ１の色ベクトルの方向とは異なることが示される。つまり、本変形例３により、処理部１８は、第１の物点Ｏ１と第２の物点Ｏ２の光線の方向分布の広がりを識別できるという効果がある。
【0062】
一方、第１の波長選択領域３１、第２の波長選択領域３２、及び、第３の波長選択領域３３を通過した光が撮像部１２のイメージセンサー２２で撮像されたとき、それぞれの信号ベクトルが互いに“線形独立ではない”信号ベクトル（色ベクトル）となる場合を考える。例えば、第１波長選択領域３１を通過した光が青光であり、第２の波長選択領域３２を通過した光が赤光であり、第３の波長選択領域３３を通過した光が青光と赤光を足し合わせた青赤光であるとする。このとき、青光と赤光と青赤光に対する３つの信号ベクトルは互いに線形独立ではない。つまり、青赤光の信号ベクトルは、青光と赤光の信号ベクトルの線形結合で表せる。そのため、物点からの光が青光と赤光の２つの光を含むのか、あるいは青赤光の一つの光を含むのか、どちらであるかを区別することができない。そのため、撮像部１２で青赤光を受光したとき、光が散乱して分岐するということを想定していなければ（考慮していなければ）、光は第３の波長領域３３を通過したとしか見做せないことになる。一方、光が散乱して分岐することを想定していれば、光が第３の波長領域３３を通過したか、あるいは、第１と第２の波長領域３１、３２を通過したか、のいずれかであることを推測することができる。これにより、微小欠陥によって生じる光の方向分布の光がりを見逃すことがなくなる。つまり、微小欠陥を見逃すことを防止できるという効果がある。
【0063】
このように、波長選択領域を通過する少なくとも２つの異なる波長スペクトルの光に対する複数の信号ベクトルが互いに線形独立になるように光学系が構成される。ここで、線形独立になるように光学系が構成されるとは、波長選択領域や、撮像部、あるいは照明の位置関係や、それぞれの形状や特性を適宜設定し、信号ベクトルを線形独立にすることである。
【0064】
（第２実施形態）
以下、本実施形態に係る光学検査装置１０について、図９及び図１０を参照して説明する。本実施形態に係る光学検査装置１０の基本的な構成は第１実施形態の光学検査装置１０と同様であるが、一部異なる部分や差分について以下に述べる。このため、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同一の符号を付し、詳しい説明を省略する。
以下、本実施形態に係る光学検査装置１０について、図９及び図１０を参照して説明する。本実施形態に係る光学検査装置１０の基本的な構成は第１実施形態の光学検査装置１０と同様であるが、一部異なる部分や差分について以下に述べる。このため、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同一の符号を付し、詳しい説明を省略する。
【0065】
図９には、本実施形態に係る光学検査装置１０の模式的な断面図を示す。本実施形態に係る光学検査装置１０は、撮像部１２と、波長選択部１４と、物体面Ｏを照明する照明部４０とを備える。
【0066】
撮像部１２は、処理部１８で制御されるイメージセンサー２２と、イメージセンサー２２の開口２２ａを調整する撮像側遮蔽部１６とを有する。撮像部１２は、図示しないが、結像光学素子を有し得る。撮像部１２のイメージセンサー２２の開口２２ａには撮像側遮蔽部１６が設けられる。撮像側遮蔽部１６は、物点Ｏ１，Ｏ２に対するイメージセンサー２２の画素において、物点Ｏ１，Ｏ２における光の方向分布の広がりに応じ、第１のカラーチャンネルと第２のカラーチャンネルの画素値の大小関係が変化するように、イメージセンサー２２で受光する光の撮像開口２２ａを設定する。
【0067】
また、波長選択部１４は、光軸ＯＡ上に沿って撮像部１２のイメージセンサー２２から物点Ｏ１，Ｏ２よりも離れたところに配置する。すなわち、本実施形態では、物点Ｏ１，Ｏ２と撮像部１２との間には、波長選択部１４がない。波長選択部１４は、照明部４０が備えていてもよい。
【0068】
照明部４０は、本実施形態では、照明光を拡散させる光拡散部４２をさらに備えている。
【0069】
照明光は、特別な光源を用意しても良いが、その必要は必ずしもない。例えば、オフィスなどの環境光や太陽光などの自然光でよい。すなわち、照明光の光源は必ずしも必要ではない。
【0070】
本実施形態において、照明光は、光拡散部４２の上方に設置された天井灯からの環境光とする。光拡散部４２と天井との距離は十分に遠く、数メートルほど離間されていると、光拡散部４２には平行度の高いビーム状の白色光が到達する。
【0071】
光拡散部４２は、光拡散部４２に入射した一つの光線を、少なくとも２つの異なる方向の光に分岐する。つまり、光拡散部４２は、光拡散部４２に入射した光を拡散光ＤＬとして拡散させる。拡散は、例えば、微小凹凸による回折現象によるものでもよい。あるいは、拡散は、光の吸収・発光現象、光の吸収・蛍光現象、屈折率媒質による幾何学的な屈折現象、反射散乱体による光の散乱現象、透明散乱体あるいは白色散乱体による光の散乱現象など、どのような現象によるものでもよい。本実施形態において、光拡散部４２は擦りガラスを用いるとする。つまり、光拡散部４２としての擦りガラスは、入射した光を拡散させて発散角を広げ、光を拡散光ＤＬとして透過させるものとする。
【0072】
本実施形態に係る光学検査装置１０の動作を説明する。
【0073】
例えば環境光からの照明光は、光拡散部４２に到達し、拡散されて拡散光ＤＬとして透過する。そして、透過された拡散光ＤＬは、波長選択部１４の第１の波長選択領域３１および第２の波長選択領域３２の両方に到達する。第１の波長選択領域３１を通過した光は、第１の波長スペクトルの光となり、第２の波長選択領域３２を通過した光は、第２の波長スペクトルの光となる。第１の波長スペクトルの光は、例えば、波長４００ｎｍから５５０ｎｍまでの範囲で有意な光強度を有するものとし、例えば青光である。また、例えば第２の波長スペクトルを波長５００ｎｍから７００ｎｍまでの範囲で有意な光強度を有するものとし、例えば赤光である。ただし、波長スペクトルはこの限りではなく、なんでもよい。第１の波長選択領域３１および第２の波長選択領域３２を通過した波長スペクトルの光は、例えば、単一波長を持つものでもよい。
【0074】
撮像部１２のイメージセンサーは、第１の波長スペクトルの光と第２の波長スペクトルの光とを、それぞれ異なる方向の色ベクトル（信号ベクトル）として受光する。第１の波長スペクトルの光の信号ベクトルを、第１の基本色ベクトルとする。第２の波長スペクトルの光の信号ベクトルを、第２の基本色ベクトルとする。処理部１８は、第１の波長スペクトルと第２の波長スペクトルを色ベクトルの方向の違いによって識別することができる。
【0075】
図１０には、図９で示した断面図において、撮像部１２の物体面Ｏ（撮像部１２によって画像に写される面（物点Ｏ１，Ｏ２を含む））を境界とし、撮像側と照明側とをそれぞれ上下に同時に模式的に描いた。ここで、物体面Ｏ上の法線方向のうち、撮像側（イメージセンサー２２側）を向く法線方向を撮像側法線方向とする。一方、物体面Ｏ上の法線方向のうち、照明側を向く法線方向を照明側法線方向とする。そして、撮像側法線方向を基準とする立体角を撮像側立体角とし、照明側法線方向を基準とする立体角を照明側立体角とする。図１０は、物体Ｏ（図９参照）が光を表面反射する場合、実際の照明側を物体面Ｏに対して鏡面対称なものとして仮想的に描いていることになる。一方、物体Ｏが透明で光を透過する場合、実際の断面図と見做せる。
【0076】
本明細書において、撮像側立体角と照明側立体角を比較する場合、どちらか一方の立体角の、物点Ｏ１，Ｏ２に点対称となる立体角を考え、それを他方と比較する。例えば、物点Ｏ１，Ｏ２における撮像側立体角と照明側立体角が等しいという意味は、物点Ｏ１，Ｏ２に対して両者が点対称となることを意味する。
【0077】
第１の波長選択領域３１を通過する第１の波長スペクトルの光が第１の物点Ｏ１に到達する照明側立体角を第１－１の照明側立体角α１１とする。また、第２の波長選択領域３２を通過する第２の波長スペクトルの光が第１の物点Ｏ１に到達する照明側立体角を第１－２の照明側立体角α１２とする。第１の物点Ｏ１から撮像部１２のイメージセンサー２２の開口２２ａに到達する光の撮像側立体角を第１－１の撮像側立体角β１１とする。また、第１の物点Ｏ１から撮像側遮蔽部１６に到達する光の撮像側立体角を第１－２の撮像側立体角β１２とする。図１０のように水平な物体面を取り、物体面に対して照明側立体角を折り返し、撮像側で照明側立体角と撮像側立体角とを比較したときに、第１－１の撮像側立体角β１１は、第１－１の照明側立体角α１１に含まれるとする（第１－２の照明側立体角α１１≧第１－２の撮像側立体角β１１）。同様に、図１０のように水平な物体面を取り、物体面に対して照明側立体角を折り返し、撮像側で照明側立体角と撮像側立体角とを比較したときに、第１－２の撮像側立体角β１２は、第１－２の照明側立体角α１２を含むとする（第１－２の照明側立体角α１２≦第１－２の撮像側立体角β１２）。つまり、図１０中の第１－２の照明側立体角α１２を物体面Ｏで折り返して撮像側で第１－２の照明側立体角α１２と第１－１の撮像側立体角β１１の両者を比較したときに、共通領域を持たない。
【0078】
物点Ｏ１，Ｏ２から撮像部１２のイメージセンサー２２の開口（撮像開口）２２ａに到達する光線が占める立体角を撮像開口立体角βと呼ぶ。例えば、第１－１の撮像側立体角β１１は、第１の物点Ｏ１における撮像開口立体角βである。
【0079】
第１の波長選択領域３１を通過する第１の波長スペクトルの光が第２の物点Ｏ２に到達する照明側立体角を第２－１の照明側立体角α２１とする。また、第２の波長選択領域３２を通過する第２の波長スペクトルの光が第２の物点Ｏ２に到達する照明側立体角を第２－２の照明側立体角α２２とする。
【0080】
【0081】
第１の物点Ｏ１に、第１－１の照明側立体角α１１内の第１の波長スペクトルの光線を入射したとき、反射光はほぼ正反射に近い第１－１の光線方向分布（ＢＲＤＦ）となる。第１の物点Ｏ１に、第１－２の照明側立体角α１２内の第２の波長スペクトルの光線を入射したとき、反射光はほぼ正反射に近い第１－２の光線方向分布（ＢＲＤＦ）となる。また、第２の物点Ｏ２に第２－１の照明側立体角α２１内あるいは第２－２の照明側立体角α２２内の光線を入射したとき、いずれの場合も反射光はランバーシアン（ランバート反射）に近い第２の光線方向分布（ＢＲＤＦ）となる。ここで、第１－１の光線方向分布、第１－２の光線方向分布は、第２の光線方向分布に比べて分布が狭い。
【0082】
第１－１の光線方向分布が占める立体角は、例えば、第１－１の撮像側立体角β１１および第１－２の撮像側立体角β１２と共通領域を持つ。第１－２の光線方向分布が占める立体角は、例えば、第１－２の撮像側立体角β１２に含まれる。つまり、第１－２の光線方向分布が占める立体角は、第１－１の撮像側立体角β１１と共通領域を持たない。そのため、第１の物点Ｏ１は第１の波長スペクトルの光のみでイメージセンサー２２に撮像される。つまり、第１の物点Ｏ１は、第２の波長スペクトルの光でイメージセンサー２２に撮像されない。これは、第１－２の撮像側立体角β１２を通る第２の波長スペクトルの光が遮蔽部１６で遮蔽されることによるものである。
【0083】
第２の光線方向分布は第１－１の光線方向分布及び第１－２の光線方向分布に比べて分布が広い。そして、第２－１の照明側立体角α２１の第１の波長スペクトル、および、第２－２の照明側立体角α２２の第２の波長スペクトルはいずれも、第２の物点Ｏ２で反射されて第２の光線方向分布となる。第２の光線方向分布が占める立体角は、第２の物点Ｏ２から撮像開口２２ａに到達する光線が占める立体角と共通領域を持つ。これにより、第２の物点Ｏ２は第１の波長スペクトルおよび第２の波長スペクトルの光の両方で撮像される。
【0084】
したがって、撮像画像の第１の物点Ｏ１に対する画素において、第１の波長スペクトルの光を受光する第１のカラーチャンネルの画素値が、第２の波長スペクトルの光を受光する第２のカラーチャンネルの画素値に比べて大きな値を持つ。一方、第２の物点Ｏ２に対する画素においては、第１の波長スペクトルの光を受光する第１のカラーチャンネルと、第２の波長スペクトルの光を受光する第２のカラーチャンネルとの両方の画素値が有意な値を持つ。つまり、処理部１８は、各画素におけるカラーチャンネルの画素値の比率に基づき、ＢＲＤＦの分布の広がりに関する情報を得ることができる。したがって、第１実施形態の図２及び図３を用いて説明したように、処理部１８は、第１の物点Ｏ１の表面性状及び第２の物点Ｏ２の表面性状を判定することができる。
【0085】
以上により、処理部１８は、第１の物点Ｏ１と第２の物点Ｏ２のＢＲＤＦの違いを、第１の色ベクトルと第２の色ベクトルの方向の違いとして識別できるという効果がある。これにより、処理部１８は、物体Ｏの微小欠陥の有無を識別できるという効果がある。もし、処理部１８において、標準面と微小欠陥に対する色ベクトルのリファレンス（参照方向）をあらかじめ取得していれば、処理部１８が撮像された色ベクトルの方向をリファレンスと照合することにより、処理部１８は、対象となる物点Ｏ１，Ｏ２が標準面上かあるいは微小欠陥上かのいずれかを識別することができるという効果がある。したがって、第１実施形態の図４及び図５を用いて説明したように、処理部１８は、第１の物点Ｏ１の表面性状及び第２の物点Ｏ２の表面性状を判定することができる。
【0086】
もし、本実施形態において、撮像側遮蔽部１６が存在しない場合、つまり、第１－２の光線方向分布（ＢＲＤＦ）を有する第２の波長スペクトルの光が撮像部１２のイメージセンサー２２の開口２２ａに到達できる場合、第１の物点Ｏ１は第２の波長スペクトルの光で撮像される。言い換えれば、撮像側遮蔽部１６が存在せず、撮像側遮蔽部１６により開口２２ａの大きさが調整されていない場合、つまり、第１－２の光線方向分布（ＢＲＤＦ）が占める立体角が第１－２の撮像側立体角β１２（この場合は０）よりも大きくなる場合、第１の物点Ｏ１は、第１の波長スペクトルの光および第２の波長スペクトルの光の両方で撮像されることになる。このとき、処理部１８は、第１の物点Ｏ１における第１の色ベクトルと、第２の物点Ｏ２における第２の色ベクトルとを識別することが困難となる。なぜならば、このとき、第１の色ベクトルと第２の色ベクトルはそれぞれ、第１の波長スペクトルの光および第２の波長スペクトルの光の両方の重ね合わせになるからである。そのため、第１の色ベクトルの方向と第２の色ベクトルの方向が近くなったり、両者が一致したりする。一方、撮像側遮蔽部１６が存在し、開口２２ａが調整されている場合、つまり、第１－２の光線方向分布（ＢＲＤＦ）を有する第２の波長スペクトルの光が撮像側遮蔽部１６で遮蔽される場合、第１の物点Ｏ１がイメージセンサー２２に第２の波長スペクトルで撮像されることは無くなる。そのため、第１の色ベクトルと第２の色ベクトルは、ベクトルの線形独立性に基づき、一致することは無い。つまり、第１の色ベクトルと第２の色ベクトルの方向は必ず異なり、両者が一致することも無くなる。そのため、処理部１８は、第１の色ベクトルと第２の色ベクトルとの方向の違いを識別することができ、光の方向分布の違いを識別できるという効果がある。これに基づき、処理部１８は、物体面Ｏにおける微小欠陥の有無を識別することができるという効果がある。
【0087】
上で述べたことを言い換えると、次のようになる。つまり、照明光は少なくとも２つの異なる第１の波長スペクトルと第２の波長スペクトルを持つとし、前記第１の波長スペクトルの光に含まれない少なくとも一つの波長の光を遮蔽する第１の波長選択領域３１と、前記第２の波長スペクトルの光に含まれない少なくとも一つの波長の光を遮蔽する第２の波長選択領域３２とを有する波長選択部１４を通過させる。そして、前記第１の波長スペクトルの光及び前記第２の波長スペクトルの光を物点Ｏ１，Ｏ２に照射させるとともに、前記撮像部１２の撮像開口２２ａを通過した光によって画像として写される前記物点Ｏ１，Ｏ２を含む前記物体面を境界として、前記撮像部１２に近い側を撮像側とし、前記撮像部から遠い側を照明側とする。さらに、前記物点Ｏ１，Ｏ２に対し、前記第１の波長選択領域３１に対応する第１（第１－１）の照明側立体角α１１と、前記第２の波長選択領域３２に対応する第２（第１－２）の照明側立体角α１２とを規定し、前記物点Ｏ１，Ｏ２に対し、前記撮像開口２２ａに対応する撮像開口立体角βを規定し、前記第１（第１－１）の照明側立体角α１１あるいは前記第２（第１－２）の照明側立体角α１２のどちらか一方が前記撮像開口立体角βと共通領域を持たないようにして、前記第１の波長スペクトルの光及び前記第２の波長スペクトルの光を受光できる少なくとも２つのカラーチャンネルを有する撮像部１２によって前記物点Ｏ１，Ｏ２を撮像させる。これらにより、物体面Ｏにおける微小欠陥の有無を識別することができるという効果がある。
【0088】
本実施形態において、第１の物点Ｏ１および第２の物点Ｏ２は両方とも、第１の波長スペクトルの光で撮像される。これにより、処理部１８は、各物点Ｏ１，Ｏ２における物体の存在の有無に関する情報を青光で取得できるという効果がある。つまり、各物点Ｏ１，Ｏ２において、物体Ｏが存在すれば、処理部１８で認識できるという効果がある。また、処理部１８が、第１の物点Ｏ１と第２の物点Ｏ２を第１の波長スペクトルの光で撮像したとき、両者の色ベクトル（第１の色ベクトル及び第２の色ベクトル）の信号強度から各物点Ｏ１，Ｏ２の反射率の違いが処理部１８で識別できるという効果がある。
【0089】
以上により、光学検査装置１０は、「互いに異なる照明側立体角α１（α１１，α１２），α２（α２１，α２２）と互いに異なる波長スペクトル（青光、赤光）をそれぞれ持つ少なくとも２つの照明光を用いて、どちらか一つの照明光の照明側立体角α１（α１１，α１２），α２（α２１，α２２）と等しい撮像側立体角（β１１，β１２）からの光が遮蔽されるように構成された撮像部１２で物体Ｏを撮像し、２つの異なる波長スペクトルの光をそれぞれ異なる方向を持つ信号ベクトルとして受光するカラーチャンネルで撮像した画像に基づき、物点からの光の方向分布の違いを識別できる」という効果がある。
【0090】
あるいは、本実施形態に係る光学検査方法は、「波長選択部１４の少なくとも２つの異なる波長選択領域３１，３２を通過する２つの波長スペクトルの光のうち、少なくともどちらか一つの波長スペクトルの光の照明側立体角α１１が撮像開口立体角βと共通領域を持ち、かつ、他方の波長スペクトルの光の照明側立体角α１２が撮像開口立体角βと共通領域を持たないように構成された撮像部１２によって、２つの異なる波長スペクトルの光をそれぞれ異なる方向を持つ信号ベクトルとして受光するカラーチャンネルで撮像した画像に対し、画像にもとづき、物点Ｏ１，Ｏ２における光の方向分布の広がりを推定処理する」、ことを含む。
【0091】
本実施形態に係る光学検査方法は、照明光が少なくとも２つの異なる第１の波長スペクトルと第２の波長スペクトルを持つとし、前記第１の波長スペクトルの光に含まれない少なくとも一つの波長の光を遮蔽する第１の波長選択領域３１と、前記第２の波長スペクトルの光に含まれない少なくとも一つの波長の光を遮蔽する第２の波長選択領域３２とを有する波長選択部１４に前記照明光を通過させ、物点Ｏ１、Ｏ２に照明光を照射させるとともに、撮像部１２の撮像開口２２ａを通過した光によって画像として写される物点Ｏ１，Ｏ２を含む物体面Ｏを境界として、撮像部１２に近い側を撮像側とし、撮像部１２から遠い側を照明側とし、物点Ｏ１，Ｏ２に対し、第１の波長選択領域３１に対応する第１の照明側立体角α１１，α２１と、第２の波長選択領域３２に対応する第２の照明側立体角α１２，α２２とを規定し、物点Ｏ１，Ｏ２に対し、撮像開口２２ａに対応する撮像開口立体角βを規定し、第１の照明側立体角α１１，α２１あるいは第２の照明側立体角α１２，α２２のどちらか一方が撮像開口立体角βと共通領域を持たないようにして、第１の波長スペクトルの光及び第２の波長スペクトルの光を受光できる少なくとも２つのカラーチャンネルを有する撮像部１２によって、物点Ｏ１，Ｏ２を撮像させること、物点Ｏ１，Ｏ２に対する少なくとも２つのカラーチャンネルでの受光データに基づいて、第１の波長スペクトルの光及び第２の波長スペクトルの光をそれぞれ異なる方向を持つ信号ベクトルとすること、信号ベクトルの方向に基づいて物点Ｏ１，Ｏ２における光の方向分布の広がりを推定処理すること、を含む。本実施形態に係る光学検査方法プログラムは、上記の光学検査方法に係る処理を、コンピュータに実行させることにより行う。本実施形態に係る光学検査装置１０は、上記の光学検査方法に係る処理を処理部１８に処理させることにより行う。
このため、光学検査方法、光学検査プログラム、又は、光学検査装置１０を用いることで、物点Ｏ１，Ｏ２におけるＢＲＤＦの分布の広がりを識別でき、物点Ｏ１，Ｏ２の表面性状を判定することができる。
このため、光学検査方法、光学検査プログラム、又は、光学検査装置１０を用いることで、物点Ｏ１，Ｏ２におけるＢＲＤＦの分布の広がりを識別でき、物点Ｏ１，Ｏ２の表面性状を判定することができる。
【0092】
光学検査方法において、少なくとも２つの異なる波長スペクトルの光を拡散させる光拡散部４２を通過させた後、さらに波長選択領域１４を通過させること、を含む。
光拡散部４２により、発散角を広げて波長選択部１４に照明光を入射することができる。
光拡散部４２により、発散角を広げて波長選択部１４に照明光を入射することができる。
【0093】
本実施形態に係る光学検査装置１０は、波長選択部１４と、イメージセンサー２２と、遮蔽部１６とを有する。波長選択部１４は、少なくとも２つの異なる波長スペクトルの光を含む照明光が入射される。波長選択部１４は、第１の波長スペクトルの光、及び、第２の波長スペクトルの光を、物点Ｏ１，Ｏ２を含む物体面Ｏに照射する。イメージセンサー２２は、各画素において、物点からの第１の波長スペクトルの光を受光する第１のカラーチャンネルと、第２の波長スペクトルの光を受光する第２のカラーチャンネルとを有し、第１の波長スペクトルの光及び第２の波長スペクトルの光をそれぞれ異なる信号として受光する。遮蔽部１６は、イメージセンサー２２に光が入射する領域を調整することにより、物体面Ｏの物点Ｏ１，Ｏ２に対するイメージセンサー２２の画素において、物点Ｏ１，Ｏ２のＢＲＤＦの分布の広がりに応じて、異なる信号ベクトルを受光する。例えば、第１のカラーチャンネルの画素値及び第２のカラーチャンネルの画素値の一方が他方に比べて大きな値を持つ第１のモードと、第１のカラーチャンネルの画素値と第２のカラーチャンネルの画素値との両方が有意な値を持つ第２のモードのような、２つのモードの信号ベクトルをＢＲＤＦの分布の広がりに応じて受光する。このため、イメージセンサー２２が第１のモードで信号を受信するか、第２のモードで信号を受信するかによって、物点Ｏ１，Ｏ２におけるＢＲＤＦの分布の広がりを識別でき、物点Ｏ１，Ｏ２の表面性状を判定することができる。
【0094】
以上説明したように、本実施形態によれば、物体Ｏ内で光が様々な方向に散乱、拡散、あるいは回折される場合でも、物体Ｏの情報を取得し得る光学検査方法、光学検査プログラム、及び、光学検査装置１０を提供することができる。
【0095】
（変形例１）
変形例１について、図１１を用いて説明する。
変形例１について、図１１を用いて説明する。
【0096】
第２実施形態に係る光学検査装置１０において、照明部４０は、環境光とともに、又は、環境光に代えて、図１１に示すように光源４４を用いてもよい。
【0097】
光源４４は例えばレーザー光源でよい。この場合、撮像部１２のイメージセンサー２２は、環境光よりも明るく物体Ｏの像を撮像できる。そうすると、撮像画像の画素値が大きくなり、暗電流ノイズなどの画素値のノイズに強くなるため、Ｓ／Ｎが向上するという効果がある。
【0098】
レーザー光源４４は一般的に単色であるため、光拡散部４２として蛍光体を用いるとよい。例えば、レーザー光源を青光とし、蛍光体が青光を吸収し、緑光を発光するものでよい。蛍光体は、発光時にさまざまな方向に光を射出することができる。
【0099】
光源４４は例えば白色ＬＥＤでもよい。ただし、白色ＬＥＤは、多くの場合、複数の青色の点光源と、緑色あるいは赤色の蛍光体から構成されることが多い。ここで、蛍光体は光拡散部４２として機能し得る。それゆえ、白色ＬＥＤは光源４４と光拡散部４２を一体としたものと見做してもよい。ただし、光拡散部４２を光源４４と離間して配置することにより、物点により近いところで光を拡散できる。そのため、光源４４としての白色ＬＥＤは、より様々な立体角の照明光を生成することができる。
【0100】
あるいは、照明光源４４は、例えば、ＬＤ光源、ハロゲンランプ、キセノンランプなど、光を発するものならばなんでもよい。
【0101】
さらに、照明光源４４は、光拡散部４２により、より均斉度が高い照明光を生みだすことができる。また、光拡散部４２によって照明光を拡散する拡散光ＤＬとすることにより、環境光からの光の輝度を低減できる。そうすることによって、光学検査装置１０は、特定の照明側立体角に環境光がイメージセンサー２２に入射し、処理部１８で処理する色ベクトルを極端に変化させるようなノイズ光となることを防ぐことができるという効果がある。
【0102】
また、光拡散部４２があることにより、特別な光源がなくても、環境光の光を波長選択部１４の全体に到達させ、さまざまな立体角の照明光を生成することができるという効果がある。
【0103】
（変形例２）
変形例２について、図１２を用いて説明する。
変形例２について、図１２を用いて説明する。
【0104】
図１２には、光源４４として、異なる波長スペクトルを持つ第１の光源４４ａ、第２の光源４４ｂ、および、ビームスプリッター４４ｃを備える例を示す。第１の光源４４ａおよび第２の光源４４ｂからの光はビームスプリッター４４ｃによって合波（２つの異なる光線経路の光を同一経路上の光とすること）される。ビームスプリッター４４ｃは、無偏光ビームスプリッター（ハーフミラー）でもよく、偏光ビームスプリッターでもよく、ダイクロイックミラーでもよい。ビームスプリッター４４ｃは、これに限らず、２つの光を合光できるものならばなんでもよい。偏光ビームスプリッターを用いる場合、撮像部１２のイメージセンサー２２に偏光方向を感知できる偏光カメラを用いれば、偏光情報も色情報と同様に利用することで、物点における光の方向分布に関する情報をさらにロバストに得ることができる。また、２つの光源４４ａ，４４ｂにより、例えば、波長スペクトルにおいて２つの離間したピークを持つ波長スペクトルを新たに生成することができる。あるいは、２つの光源４４ａ，４４ｂの光強度を適切に調整することもできる。これにより、例えば、第１の波長スペクトルの色ベクトルの方向と、第２の波長スペクトルの色ベクトルの方向とを大きく異ならせることができ、処理部１８が光の方向分布に関する情報をより正確に取得することができる。
【0105】
また、例えば処理部１８は、２つの光源４４ａ、４４ｂを電気的に点灯あるいは消灯させてもよい。処理部１８は、このような２つの光源４４ａ、４４ｂそれぞれに対して例えば独立にＯＮ／ＯＦＦを制御することができる。本実施形態は、波長選択部１４によって光の方向と波長スペクトルを対応させている。そのため、処理部１８がこのように２つの光源４４ａ、４４ｂを独立にＯＮ／ＯＦＦを制御することで、処理部１８は、光の方向分布を時系列で変化させることができる。これにより、処理部１８は、光の方向分布と波長スペクトルの対応関係をより明確化させることができるという効果がある。また、光源４４ａ、４４ｂのＯＮ／ＯＦＦを制御する処理部１８は、波長スペクトルが類似した２つの光の間のクロストークを低減できるという効果がある。
【0106】
（第３実施形態）
本実施形態に係る光学検査装置１０について、図１３を参照して説明する。本実施形態に係る光学検査装置１０は基本的に第１実施形態の光学検査装置１０と同じである。第１実施形態の光学検査装置１０との差分について述べる。
本実施形態に係る光学検査装置１０について、図１３を参照して説明する。本実施形態に係る光学検査装置１０は基本的に第１実施形態の光学検査装置１０と同じである。第１実施形態の光学検査装置１０との差分について述べる。
【0107】
図１３には、本実施形態の光学検査装置１０の模式的な断面図を示す。図１３において、第２実施形態の図１０と同様に、撮像部１２の物体面Ｏを基準とし、物体面Ｏの上下に撮像側と照明側とを同時に描いた。撮像部１２によって第１の物点Ｏ１は第１の像点Ｉ１に写され、第２の物点Ｏ２は第２の像点Ｉ２に写される。本実施形態では、撮像部１２はイメージセンサー２２と結像光学素子２４とを備える。また、光学検査装置１０は、照明側に、白色ＬＥＤ光源４４と照明用レンズ４６とを有する照明部４０を備える。
【0108】
波長選択部１４は、第１の波長選択領域３１、第２の波長選択領域３２、第３の波長選択領域３３を備える。第１の波長選択領域３１は、第２の波長選択領域３２と第３の波長選択領域３３との間に設けられる。また、第１の波長選択領域３１は光軸ＯＡと交差する。第１の波長スペクトルは第１の波長選択領域３１を通過し、第２の波長スペクトルは第２の波長選択領域３２を通過し、第３の波長スペクトルは第３の波長選択領域３３を通過する。第１の波長スペクトルを青光（Ｂ）とし、第２の波長スペクトルを赤光（Ｒ）とし、第３の波長スペクトルを緑光（Ｇ）とする。第１の波長スペクトル、第２の波長スペクトル、第３の波長スペクトルはそれぞれ、波長４５０ｎｍ，６５０ｎｍ，５５０ｎｍにピークを持つ。
【0109】
撮像部１２のイメージセンサー２２はエリアセンサーとする。ただし、イメージセンサー２２は、その限りではなく、ラインセンサーなど画像を取得できるものならば何でもよい。イメージセンサー２２は、３チャンネルの異なるカラーチャンネル（Ｂ、Ｒ、Ｇ）を備える。
【0110】
撮像部１２のイメージセンサー２２で撮像される画像において、第１の波長スペクトル、第２の波長スペクトル、第３の波長スペクトルの光は互いに方向が異なる色ベクトル（信号ベクトル）となる。これらを、それぞれ、第１の基本色ベクトル、第２の基本色ベクトル、第３の基本色ベクトルとする。ここで、第１の基本色ベクトルと第２の基本色ベクトルとの線形結合（０でない係数をそれぞれにかけて足し合わせたもの）は、第１の基本色ベクトルと第２の基本色ベクトルと第３の基本色ベクトルとの線形結合とは方向が必ず異なる。つまり、数学的な線形独立性により、両者は必ず方向が異なり、処理部１８で識別できる。つまり、これら３つの基本色ベクトルは互いに線形独立であるため、処理部１８で識別できる。
【0111】
結像光学素子２４は、例えば結像レンズである。図１３において、結像光学素子２４としての結像レンズは模式的に一つのレンズで代表して描いているが、複数のレンズから構成される組レンズであってもよい。あるいは、結像光学素子２４は、凹面ミラーや凸面ミラー、あるいはそれらの組み合わせでもよい。つまり、結像光学素子２４は、物体Ｏの一点、つまり物点Ｏ１，Ｏ２から発した光線群を共役な像点Ｉ１，Ｉ２に集める機能を有する光学素子であればなんでもよい。結像光学素子２４によって物体Ｏの表面の物点Ｏ１，Ｏ２から発した光線群が像点Ｉ１，Ｉ２に集められる（集光される）ことを結像という。あるいは、結像は、物点Ｏ１，Ｏ２が像点（物点の共役点）Ｉ１，Ｉ２に移されるともいう。また、十分に遠い物点から発せられた光線群が結像光学素子２４によって移される共役点の集合面を、結像光学素子２４の焦点面と呼ぶ。また、焦点面に垂直な線であり、結像光学素子２４の中心を通るものを光軸ＯＡとする。このとき、この光線によって移される物点Ｏ１，Ｏ２の共役な像点Ｉ１，Ｉ２を焦点と呼ぶ。
【0112】
本実施形態において、結像光学素子（結像レンズ）２４と物点Ｏ１，Ｏ２との光軸ＯＡに沿った間に波長選択部１４が配置される。
【0113】
照明側において、照明用レンズ４６として例えばフレネルレンズを用いるとする。照明用レンズ４６の焦点に置かれた白色ＬＥＤ光源４４からの光は、フレネルレンズ４６によって平行光の照明光となって物体Ｏに向けて照射される。これにより、第１の物点Ｏ１では第１－１の照明側立体角α１１を持つ白色光が入射する。第２の物点Ｏ２では第２－１の照明側立体角α２１を持つ白色光が入射する。第１－１の照明側立体角α１１と第２－１の照明側立体角α２１は等しいとする。ここで、白色光は、第１の波長スペクトル、第２の波長スペクトル、第３の波長スペクトルを全て含むとする。
【0114】
撮像側において、第１の物点Ｏ１から第１の波長選択領域３１に到達する光線が占める立体角を第１－１の撮像側立体角β１１とし、第１の物点Ｏ１から第２の波長選択領域３２に到達する光線が占める立体角を第１－２の撮像側立体角β１２とする。また、第２の物点Ｏ２から第１の波長選択領域３１に到達する光線が占める立体角を第２－１の撮像側立体角β２１とし、第２の波長選択領域３２に到達する光線が占める立体角を第２－２の撮像側立体角β２２とする。そして、第２の物点Ｏ２から第３の波長選択領域３３に到達する光線が占める立体角を第２－３の撮像側立体角β２３とする。
【0115】
図１３のように水平な物体面を取り、物体面に対して照明側立体角を折り返して撮像側で照明側立体角と撮像側立体角とを比較したときに、第１－１の照明側立体角α１１は第１－１の撮像側立体角β１１に含まれる（第１－１の照明側立体角α１１≦第１－１の撮像側立体角β１１）。同様に、図１３のように水平な物体面を取り、物体面に対して照明側立体角を折り返して撮像側で照明側立体角と撮像側立体角とを比較したときに、第２－１の照明側立体角α２１は、第２－２の撮像側立体角β２２に含まれる（第２－１の照明側立体角α２１≦第２－１の撮像側立体角β２１）。
【0116】
本実施形態に係る光学検査装置１０の動作を次に述べる。
【0117】
第１の物点Ｏ１は標準面上にあり、第２の物点Ｏ２は微小欠陥上にあるとする。そのため、第１の物点Ｏ１の光線方向分布は比較的狭く、第２の物点Ｏ２の光線方向分布は比較的広い。ただし、その限りではなく、微小欠陥によっては第２の物点Ｏ２の光線方向分布のほうが第１の物点Ｏ１の光線方向分布も狭くなっていてもよい。
【0118】
第１の物点Ｏ１に第１－１の照明側立体角α１１を持つ光線が入射すると、第１－１の光線方向分布（ＢＲＤＦ）を持つ光線が通過する。つまり、第１－１の光線方向分布を持つ光線が第１－１の撮像側立体角β１１と第１－２の撮像側立体角β１２とを通過する。そして、第１－１の光線方向分布を持つ光線のうち、第１の波長スペクトルの光は第１の波長選択領域３１を通過し、第２の波長スペクトルの光は第２の波長選択領域３２を通過する。そして、処理部１８は、撮像部１２のイメージセンサー２２によって第１の物点Ｏ１を第１の波長スペクトルの光と第２の波長スペクトルの光で撮像する。撮像画像における第１の物点Ｏ１に対する第１の像点Ｉ１の色ベクトルを第１の色ベクトルとする。
【0119】
一方、第２の物点Ｏ２に第２－１の照明側立体角α２１を持つ光線が入射すると、第２－１の光線方向分布（ＢＲＤＦ）を持つ光線が通過する。つまり、第２－１の光線方向分布を持つ光線は、第２－１の撮像側立体角β２１と第２－２の撮像側立体角β２２と第２－３の撮像側立体角β２３を通過する。そして、第２－１の光線方向分布を持つ光線は、第１の波長選択領域３１、第２の波長選択領域３２、さらに第３の波長選択領域３３を同時に通過し、撮像部１２のイメージセンサー２２によって第２の物点Ｏ２が第１の波長スペクトルの光と第２の波長スペクトルの光と第３の波長スペクトルの光で撮像される。撮像画像における第２の物点Ｏ２に対する第２の像点Ｉ２の色ベクトルを第２の色ベクトルとする。
【0120】
第１の基本色ベクトル（第１の波長選択領域３１を通過する波長スペクトルの光の信号ベクトル）、第２の基本色ベクトル（第２の波長選択領域３２を通過する波長スペクトルの光の信号ベクトル）、第３の基本色ベクトル（第３の波長選択領域３３を通過する波長スペクトルの光の信号ベクトル）の方向が互いに線形独立性であるため、第１の物点Ｏ１と第２の物点Ｏ２におけるそれぞれの色ベクトル（第１の色ベクトルと第２の色ベクトル）は互いに方向が異なる。これにより、処理部１８は、第１の物点Ｏ１と第２の物点Ｏ２のそれぞれにおける光線方向分布の違いを識別できるという効果がある。処理部１８が光線方向分布の違いを識別できれば、処理部１８は、微小欠陥の有無に関する情報を得ることができる。また、処理部１８で標準面と微小欠陥におけるそれぞれの光線方向分布に対する参照色ベクトルを予め用意し、記憶媒体等に記憶させておけば、処理部１８は、参照色ベクトルと撮像された色ベクトルとの照合により、各物点Ｏ１、Ｏ２が標準面上にあるか微小欠陥上にあるかのいずれかを識別することができる（図４及び図５参照）。
【0121】
本実施形態は、波長選択部１４と物体面Ｏとの距離を調整することにより、それぞれの波長選択領域３１，３２，３３に対する撮像側立体角を変化させることができる。そのため、処理部１８は、所望のレンジと感度で、物点Ｏ１，Ｏ２における光線方向分布の広がりに関する情報を取得できるという効果がある。
【0122】
以上説明したように、本実施形態によれば、物体Ｏ内で光が様々な方向に散乱、拡散、あるいは回折される場合でも、物体Ｏの情報を取得し得る光学検査方法、光学検査プログラム、及び、光学検査装置１０を提供することができる。
【0123】
（変形例１）
図１４を用いて変形例１について説明する。
図１４を用いて変形例１について説明する。
【0124】
本実施形態に係る光学検査装置１０の変形例１について述べる。本変形例１において、図１４で示すように、波長選択部１４の波長選択領域３１，３２，３３は、同じものを繰り返して配置する。このため、波長選択部１４は、互いに異なる複数の波長選択領域３１，３２，３３が並べられた第１のセット１４１と、第１のセット１４１と同じ配列で複数の波長選択領域３１，３２，３３が並べられた第２のセット１４２とを有し、第１のセット１４１と第２のセット１４２とが同一面上に並べられている。図示しないが、波長選択部１４は、第１のセット１４１と同じ配列で複数の波長選択領域３１，３２，３３が並べられた第３のセットをさらに有することも好適である。
【0125】
第１の波長選択領域３１、第２の波長選択領域３２、第３の波長選択領域３３はそれぞれ、第１の波長スペクトルの光、第２の波長スペクトルの光、第３の波長スペクトルの光を通過させる。第１の波長スペクトル、第２の波長スペクトル、第３の波長スペクトルはそれぞれ、波長４５０ｎｍ，５５０ｎｍ，６５０ｎｍにピークを持つ青光（Ｂ）、緑光（Ｇ）、赤光（Ｒ）である。このように、波長選択部１４は、第１の波長選択領域３１、第２の波長選択領域３２、第３の波長選択領域３３が周期的に繰り返す配置とすることにより、撮像部１２のイメージセンサー２２で必要なカラーチャンネル数を抑えつつ、光学検査装置１０は、物体面Ｏの検査範囲を広げることができるという効果がある。また、波長選択部１４が撮像画像に背景ノイズとして写り込んだとき、その背景ノイズは周期性を持つ。そのため、処理部１８は、その周期性を利用して物体面情報と背景ノイズを切り分けて物体面Ｏの情報を識別することができるという効果がある。
【0126】
撮像画像を用いた光学検査において、微小欠陥のみの画像が抽出できれば検査が容易になる。そこで、処理部１８は、微小欠陥以外が写った背景画像を予め用意し、元の撮像画像から差し引くことにする。ここで、背景画像は、標準平面を予め撮像したものでもよいし、あるいは、予め何らかの方法で作成したものでもよい。
【0127】
撮像部１２のイメージセンサー２２で取得される撮像画像は、Ｒ、Ｇ、Ｂの３チャンネルのカラー画像（ＲＧＢ画像）である。この３チャンネルのカラー画像に基づいて、さまざまな信号ベクトルをつくることができる。つまり、物点に対する少なくとも２つのカラーチャンネルでの受光データに基づいて、信号ベクトルをつくることができる。信号ベクトルのつくり方は、どのようなものでもよい。たとえば、Ｒ、Ｇ、Ｂの３チャンネルのカラー画像の３つのチャンネルの画素値をそのままベクトル成分とする信号ベクトルとしてもよい。この場合は、ＲＧＢカラースケールを用いて１チャンネルのＲＧＢ画像に変換することができる。ＲＧＢ画像は、３チャンネルのカラー画像をさまざまなデバイスに表示する際に、一般的に用いられることが多い。あるいは、ＲＧＢ画像から、色相（Ｈｕｅ）、彩度（Ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ・Ｃｈｒｏｍａ）、明度（Ｖａｌｕｅ・Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ）の３つの成分からなるＨＳＶ色空間に変換することもでき、それらの各成分をベクトルの成分とする信号ベクトルをつくることもできる。このとき、それぞれ１チャンネルとなる色相画像、彩度画像、明度画像を得ることができる。本実施形態において、色相は信号ベクトルの方向と強い相関を持つ。あるいは、ＲＧＢ画像は、３つのチャンネルの画素値をそのままベクトル成分とする信号ベクトルからグレースケールを用いて１チャンネルのモノクロ画像にもできる。あるいは、これらに限らず、さまざまな１チャンネルの画像に変換できる。ここでは、処理部１８は、ＨＳＶ色空間の色相画像に変換する。このとき、各画素の画素値をＩ（ｍ，ｎ）とする。ここでｍとｎは２次元画像の位置座標を表す整数である。
【0128】
色相画像の各位置（ｍ，ｎ）において、色ベクトルは第１の基本色ベクトル、第２の基本色ベクトル、第３の基本色ベクトルの線形結合となる。標準面上の物点Ｏ１において、光の方向分布に対応する色ベクトルは第１の基本色ベクトル、第２の基本色ベクトル、第３の基本色ベクトルのうち、２つの基本色ベクトルの組み合わせたものとなる。つまり、３つの基本色ベクトルから２つの基本色ベクトルの組み合わせを選び、それら２つの基本色ベクトルに０でない係数を掛けて線形結合したものとなる。つまり、第１の基本色ベクトルと第２の基本色ベクトル、第２の基本色ベクトルと第３の基本色ベクトル、第３の基本色ベクトルと第１の基本色ベクトルの３つの組み合わせに対する線形結合となる。
【0129】
また、標準面上の物点Ｏ１において、光の方向分布に対応する色ベクトルは第１の基本色ベクトル、第２の基本色ベクトル、第３の基本色ベクトルのうち、１つの基本色ベクトルによるものとなることもあり得る。
【0130】
一方、微小欠陥上の物点において、光の方向分布に対応する色ベクトルは、第１の基本色ベクトル、第２の基本色ベクトル、第３の基本色ベクトルの全ての基本色ベクトルの組み合わせとなる。ここで、第１の基本色ベクトル、第２の基本色ベクトル、第３の基本色ベクトルはそれぞれ方向が異なり、線形独立であるので、線形独立性に基づき、第１の物点Ｏ１と第２の物点Ｏ２におけるそれぞれの色ベクトルはそれぞれ方向が異なる。
【0131】
これにより、処理部１８は、各物点Ｏ１，Ｏ２が標準面上にあるか微小欠陥上にあるかを色ベクトルの方向から識別することができる。
【0132】
処理部１８は、イメージセンサー２２で取得した撮像画像に基づいて背景画像を作成する。背景画像として、撮像画像の各画素における色ベクトルが、第１の基本色ベクトル、第２の基本色ベクトル、第３の基本色ベクトルの全ての基本色ベクトルの組み合わせの場合、画素値を０とする。また、そうでない場合の色ベクトルをＩ（ｍ，ｎ）とする。ここで、ｍとｎは２次元画像の位置座標を表す整数である。
【0133】
そうすると、図１５のプロセスフローに示すように、処理部１８が元の撮像画像から背景画像を差し引くことにより、微小欠陥の画像のみが残る。つまり、処理部１８は、不要な背景画像を除去することができる。
【0134】
図１６には、実際に白色プラスチック板上の微小欠陥を撮像したもの（左図）とその背景除去画像（右図）とを示す。
【0135】
以上で述べた処理部１８による背景除去処理は、画素ごとに行える。そのため、処理部１８（計算機）などで処理を行う場合、処理の並列化による高速化が可能という効果がある。
【0136】
また、以上で述べた背景画像は、微小欠陥が無い標準面を持つ標準物体を撮像したものと一致する。そのため、あらかじめ標準物体を撮像したものを背景画像とすることもできる。この場合、背景画像を作成するという処理が省かれるため、処理部１８は、背景除去画像を作成する処理をさらに高速化することができるという効果がある。
【0137】
（変形例２）（多波長開口を焦点面に配置）
本実施形態の光学検査装置１０の変形例２を述べる。
本実施形態の光学検査装置１０の変形例２を述べる。
【0138】
図１７には、本変形例２の光学検査装置１０の模式的な断面図を示す。本変形例２において、波長選択部１４は結像光学素子２４の焦点面に配置される。なお、波長選択部１４は、図１３に示す光学検査装置１０の波長選択部１４と同じ構造である。また、第１の波長選択領域３１を光軸ＯＡが交差する。
【0139】
これにより、第１の物点Ｏ１の第１－１の撮像側立体角β１１と、第２の物点Ｏ２の第２－１の撮像側立体角β２１が等しくなる。同様に、第１の物点Ｏ１の第１－２の撮像側立体角β１２と、第２の物点Ｏ２の第２－２の撮像側立体角β２２も等しくなる。つまり、第１の物点Ｏ１と第２の物点Ｏ２において、各波長選択領域３１，３２，３３に到達する光線の立体角がそれぞれ等しくなる。
【0140】
一方、照明側においても、第１の物点Ｏ１と第２の物点Ｏ２に入射する照明光の立体角は互いに等しい。つまり、第１の物点Ｏ１の第１－１の照明側立体角α１１と、第２の物点Ｏ２の第２－１の照明側立体角α２１は等しい。
【0141】
以上により、物体Ｏの表面が平面である場合、標準面上の物点からの光は全て同じ撮像側立体角を通過する。また、同様に、任意の物点において、ＢＲＤＦが同じとなる微小欠陥からの光は全て同じ撮像側立体角を通過する。これにより、処理部１８は、全ての物点Ｏ１，Ｏ２の色ベクトルを同じ基準で検査できるという効果がある。つまり、全ての物点Ｏ１，Ｏ２において、処理部１８は、同一の参照方向を用いて色ベクトルの方向から光の方向分布に関する情報を得ることができる。これにより、処理部１８は、処理を簡略化でき、高速化もできるという効果がある。
【0142】
（第４実施形態）
以下、本実施形態に係る光学検査装置１０について、図１８を参照して説明する。本実施形態に係る光学検査装置１０は基本的に第２実施形態の光学検査装置１０（図９及び図１０参照）と同じであるが、差分について述べる。
以下、本実施形態に係る光学検査装置１０について、図１８を参照して説明する。本実施形態に係る光学検査装置１０は基本的に第２実施形態の光学検査装置１０（図９及び図１０参照）と同じであるが、差分について述べる。
【0143】
図１８には、本実施形態に係る光学検査装置１０の模式的な断面図を示す。本実施形態に係る光学検査装置１０は、照明側に、波長選択部１４と、照明部４０とを有する。照明部４０は、光拡散部４２と、照明用光学素子４８とを備える。また、光学検査装置１０は、撮像側に結像光学素子２４と、撮像側遮蔽部１６とを備える。
【0144】
照明用光学素子４８は、光を結像する結像光学素子でよい。つまり、物点からの光を像点に結像するものでよい。照明用光学素子４８としては、例えば、レンズ、複数のレンズから構成される組レンズ、凹レンズ、凸レンズ、ＧＲＩＮレンズ、凹面ミラー、放物面ミラー、リフレクターなどでよい。つまり、照明用光学素子４８としては、光を結像するものならばなんでもよい。ただし、この限りではなく、照明用光学素子４８は、非結像系の光学素子でもよい。照明用光学素子４８は、例えば、ＣＰＣ（Compound Parabolic Concentrator；複合放物面型集光器）や全反射レンズなどでよい。ただし、照明用光学素子４８として用いる非結像系の光学素子は、点から発した光線群を平行光に変換する機能を有するものとする。このような点を照明側の焦点、あるいは照明側焦点とする。そして、そのような点は少なくとも１つあるとし、その点が載る面を照明側焦点面とする。つまり、照明用光学素子４８は、照明側焦点面を有するものとする。照明側焦点面と直交し、かつ、照明用光学素子の中心を通るものを照明側光軸ＯＡとする。
【0145】
本実施形態において、照明光学素子４８はフレネルレンズとする。フレネルレンズは、大きな有効径を備え、かつ薄いという特徴がある。
【0146】
波長選択部１４は、照明用光学素子４８の照明側焦点面あるいはその近傍に配置される。なお、波長選択部１４は、図１３に示す光学検査装置１０の波長選択部１４と同じ構造である。また、第１の波長選択領域３１を照明側光軸ＯＡが交差する。
【0147】
光拡散部４２は、照明用光学素子４８から照明側光軸ＯＡに沿って波長選択部１４よりも離れた位置に配置される。本実施形態では、光拡散部４２からの光がフレネルレンズによって物点Ｏ１，Ｏ２へと結像されるように、光拡散部４２を配置する。ただし、この限りではなく、光拡散部４２は、照明用光学素子４８から照明側光軸ＯＡに沿って波長選択部１４よりも離れた位置であればどこでもよい。
【0148】
光拡散部４２には環境光からの白色光が到達し、波長選択部１４に向けて白色光を拡散する。ただし、本実施形態では、波長選択部１４に到達しない環境光は、遮蔽されるように構成されている。光拡散部４２はここでは擦りガラスであるとする。ただし、光拡散部４２は、光を拡散するものならばなんでもよく、蛍光体が塗布された板や、散乱体が塗布された板、表面に粗面を持つ板、多孔質な透明板などでもよい。
【0149】
撮像部１２のイメージセンサー２２は、撮像側遮蔽部１６の間に撮像開口２２ａが形成される。撮像側遮蔽部１６に到達した光は遮蔽される。つまり、撮像開口２２ａに到達しない物点Ｏ１，Ｏ２からの光はイメージセンサー２２上に結像されない。
【0150】
本実施形態に係る光学検査装置１０の動作を述べる。
【0151】
第１の物点Ｏ１は物体Ｏの標準面上にあり、第２の物点Ｏ２は物体Ｏの微小欠陥上にあるとする。標準面のＢＲＤＦは鏡面反射によるものに近いとし、微小欠陥のＢＲＤＦと比較して分布が狭いとする。
【0152】
波長選択部１４は、第１の波長選択領域３１と第２の波長選択領域３２とを備えており、それぞれ第１の波長スペクトルの光と第２の波長スペクトルの光を通過させる。第１の波長スペクトルは青光であり、第２の波長スペクトルは赤光とする。撮像部１２のイメージセンサー２２で撮像した画像において、第１の波長スペクトルに対する第１の基本色ベクトルと第２の波長スペクトルに対する第２の基本色ベクトルは互いに方向が異なるとする。波長選択部１４を通過した光によってイメージセンサー２２で撮像された画像における色ベクトルは、第１の基本色ベクトルと第２の基本色ベクトルの線形結合となる。
【0153】
環境光は白色光であり、光拡散部４２の第１の光拡散点Ｄ１と第２の光拡散点Ｄ２で拡散される。つまり、これらの光拡散点Ｄ１，Ｄ２において、入射後の環境光の発散角は広がる。これにより、波長選択部１４に入射する光の方向のバリエーションを増加させることができる。
【0154】
一方、光拡散部４２が無い場合、波長選択部１４に直接到達する環境光の光の方向は、ほぼ平行に近くなる。そのため、さまざまな方向の光を物点Ｏ１、Ｏ２に入射させることができない。つまり、光拡散部４２があることにより、物点Ｏ１、Ｏ２にさまざまな照明側立体角を光線の抜け無しに生成することができるという効果がある。
【0155】
第１の光拡散点Ｄ１と第２の光拡散点Ｄ２で拡散された拡散光は、波長選択部１４を通過し、照明用光学素子４８によってそれぞれ第１の物点Ｏ１と第２の物点Ｏ２へと入射する。ここで、波長選択部１４は照明用光学素子４８の焦点面に配置されている。そのため、第１の物点Ｏ１と第２の物点Ｏ２における照明側立体角は一致する。つまり、第１－１の照明側立体角α１１は第２－１の照明側立体角α２１に一致し、第１－２の照明側立体角α１２は第２－２の照明側立体角α２２に一致する。
【0156】
第１－１の照明側立体角α１１を物体面Ｏで折り返して撮像側で第１－１の照明側立体角α１１と撮像側立体角βとの両者を比較したとき、第１－１の照明側立体角α１１は、撮像側の撮像開口立体角βを含む（第１－１の照明側立体角α１１≧撮像開口立体角β）。一方、第１－２の照明側立体角α１２を物体面Ｏで折り返して撮像側で第１－２の照明側立体角α１２と撮像開口立体角βとの両者を比較したとき、第１－２の照明側立体角α１２は、撮像側の撮像開口立体角βと共通領域を持たない。第１－１の照明側立体角α１１の光が第１の物点Ｏ１に入射すると、第１－１の光線方向分布（ＢＲＤＦ）の光線が反射される。第１－２の照明側立体角α１２の光が第１の物点Ｏ１に入射すると、第１－２の光線方向分布（ＢＲＤＦ）の光線が反射される。第１－２の光線方向分布（ＢＲＤＦ）が占める撮像側立体角は、撮像開口立体角βと共通領域を持たない。一方、第１－１の光線方向分布が占める撮像側立体角は、撮像開口立体角βと共通領域を持つ。これにより、波長選択部１４からの光が第１の物点Ｏ１に入射すると、第１の波長スペクトルの光のみで第１の物点Ｏ１がイメージセンサー２２で撮像される。すなわち、波長選択部１４からの光が第１の物点Ｏ１に入射すると、第２の波長スペクトルの光は、開口２２ａが調整された遮蔽部１６により遮蔽される。
【0157】
第２－１の照明側立体角α２１の光あるいは第２－２の照明側立体角α２２の光が第２の物点Ｏ２に入射すると、いずれの場合も第２の光線方向分布（ＢＲＤＦ）の光線が反射される。第２の光線方向分布が占める撮像側立体角は、撮像開口立体角βと共通領域を持つ。これにより、波長選択部１４からの光が第２の物点Ｏ２に入射すると、第１の波長スペクトルの光および第２の波長スペクトルの光の両方で第２の物点Ｏ２がイメージセンサー２２で撮像される。
【0158】
以上により、第１の物点Ｏ１の第１の色ベクトルと第２の物点Ｏ２の第２の色ベクトルは、互いに方向が異なる。これにより、処理部１８は、各物点Ｏ１，Ｏ２における光の方向分布の広がりの違いを識別できるという効果がある。処理部１８は、各物点Ｏ１，Ｏ２において、標準面あるいは微小欠陥のＢＲＤＦに対する参照色ベクトルを予め用意し、記憶媒体等に記憶させておけば、処理部１８は、その参照色ベクトルと撮像画像の色ベクトルを照合することにより、光の方向分布の広がりについて詳細な情報を取得することができるという効果がある。
【0159】
本実施形態において、波長選択部１４は照明用光学素子４８の焦点面に配置されている。そのため、第１の物点Ｏ１と第２の物点Ｏ２における照明側立体角は一致する。それにより、各物点Ｏ１，Ｏ２のＢＲＤＦの入射光を等しくすることができる。つまり、各物点Ｏ１，Ｏ２のＢＲＤＦを同じ入射条件で比較できる。これにより、光学検査装置１０は、検査精度を向上させることができるという効果がある。
【0160】
本実施形態において、各物点Ｏ１，Ｏ２の光線方向分布の広がりの違いを処理部１８が識別できるのは次の理由による。つまり、「波長選択部１４の少なくとも一つの波長選択領域が照明側焦点より離れた場所に配置され、その照明側立体角が撮像開口立体角βと共通領域を持たない」からである。これにより、第２の波長スペクトルで物点が結像されたか否かで、処理部１８が光の方向分布の広がりを識別できるという効果がある。
【0161】
以上説明したように、本実施形態によれば、物体Ｏ内で光が様々な方向に散乱、拡散、あるいは回折される場合でも、物体Ｏの情報を取得し得る光学検査方法、光学検査プログラム、及び、光学検査装置１０を提供することができる。
【0162】
（変形例１）
図１９には、本実施形態の変形例１に係る光学検査装置１０の照明部４０の模式的な断面図を示す。
図１９には、本実施形態の変形例１に係る光学検査装置１０の照明部４０の模式的な断面図を示す。
【0163】
本変形例１において、光学検査装置１０は、照明側に照明部４０を備える。照明部４０は、ＬＥＤ光源４４と、光拡散部４２と、照明用光学素子５０と、放熱部５２とを備える。
【0164】
本実施形態の照明用光学素子５０は、例えば放物面ミラーであり、照明側焦点面５０ａを持つ。放物面ミラーは凹面ミラーの一形態である。
【0165】
ＬＥＤ光源４４は、例えば青色ＬＥＤ４４ａと蛍光体４４ｂとを有する。蛍光体４４ｂは光を拡散させる光拡散部として用いられ、青色ＬＥＤ４４ａ上に設けられる。このため、ＬＥＤ光源４４により白色拡散光が照射される。
【0166】
波長選択部１４は、少なくとも第１の波長選択領域３１（図１３参照）と第２の波長選択領域３２（図１３参照）とを備え、それぞれ第１の波長スペクトルの光と第２の波長スペクトルの光を通過させる。なお、第１の波長選択領域３１を光軸ＯＡが交差する。波長選択部１４は、照明側焦点面５０ａあるいはその近傍に配置される。また、第２の波長選択領域３２は、照明側の焦点から離れた位置に配置される。これにより、「波長選択部１４の少なくとも一つの波長選択領域３２が照明側焦点５０ｂより離れた場所に配置され、その照明側立体角が撮像開口立体角と共通領域を持たない」ように構成される。
【0167】
本変形例１では、光拡散部４２は、白色拡散板を備えている。白色拡散板４２は、入射した光をランバート反射させる。白色拡散板４２とＬＥＤ光源４４との間には、照明側の光軸ＯＡに沿って、つまり、光線経路に沿って、波長選択部１４が配置される。例えば、白色拡散板４２と波長選択部１４とは一体化される。本変形例では、ＬＥＤ光源４４からの白色光のうち、第１の波長スペクトルの光、及び、第２の波長スペクトルの光はいったん波長選択部１４を通過し、白色拡散板４２によって反射され、もう一度、波長選択部１４を通過する。つまり、本変形例１では、照明側光軸ＯＡに沿って、波長選択部１４を挟むように白色拡散板４２が２つ配置されるのと等価な状況である。
【0168】
放熱部５２は、ＬＥＤ光源４４からの熱を照明部４０の外部へと放熱する。
【0169】
以上の構成により、照明部４０は、ＬＥＤ光源４４からの光を、波長選択部１４を通過し、さらに白色拡散板４２を拡散しながら通過する第１の波長スペクトルの光及び第２の波長スペクトルの光と、白色拡散板４２で反射され、波長選択部１４を通過して照明用光学素子５０により反射する第１の波長スペクトルの光及び第２の波長スペクトルの光との光が、物点Ｏ１，Ｏ２を含む物体面Ｏに照射される。このため、本変形例１では、照明部４０は、第１の波長スペクトルの光及び第２の波長スペクトルの光をそれぞれ異なる方向に向けて物体Ｏに照射することができるという効果がある。また、本変形例１のような、照明用光学素子５０として、放物面ミラーのようなリフレクターを用いることにより、照明部４０は、レンズを用いた場合と比べて、多くの光束を照明として有効に使えるという効果がある。また、このようなリフレクターを用いることにより、照明部４０は、レンズと比べて色収差が発生しないという効果がある。これにより、光学検査装置１０は、照明側立体角の方向精度を向上させることができる。
【0170】
【0171】
本変形例２では、照明側の波長選択部１４として、中心が同心円状であり、外側は１２０°回転対称なものとする。言い換えれば、中心は軸対称であり、その外側は方位角方向に変化するものとする。波長選択部１４は、第１の波長選択領域３１、第２の波長選択領域３２で同心円の中心部が構成され、第３の波長選択領域３３、第４の波長選択領域３４、第５の波長選択領域３５でその外側の１２０°回転対称な領域が構成される。なお、第１の波長選択領域３１の外周側に、第２の波長選択領域３２が設けられる。また、第２の波長選択領域３２の外周側に、第３の波長選択領域３３、第４の波長選択領域３４、第５の波長選択領域３５が、周方向に１２０°の間隔ごとに設けられる。
【0172】
光学検査装置１０は、このような波長選択部１４を用いることで、処理部１８で光の方向分布（ＢＲＤＦ）の広がりに関する情報を得られるだけでなく、光の方向分布の方位角方向に関する情報も得ることができる。つまり、処理部１８は、より詳細なＢＲＤＦ分布が取得できるという効果がある。これにより、光学検査装置１０は、検査の精度が向上するという効果がある。
【0173】
また、本変形例２は照明側の波長選択部１４について述べたが、図２０及び図２１に示す波長選択部１４を撮像側の波長選択部（図１、図６、図７、図９、図１０、図１３、図１７、図１８、図１９参照）として用いてもよい。それにより、上記と同様の効果を得ることができる。
【0174】
（第５実施形態）
以下、本実施形態に係る光学検査装置１０について、図２２を参照して説明する。図２２には本実施形態の光学検査装置１０の斜視図を示す。なお、図２２では、光学検査装置１０の処理部１８の図示を省略する。光学検査装置１０は、基本的には図１３に示す第３実施形態と同じである。以下は差分について述べる。
以下、本実施形態に係る光学検査装置１０について、図２２を参照して説明する。図２２には本実施形態の光学検査装置１０の斜視図を示す。なお、図２２では、光学検査装置１０の処理部１８の図示を省略する。光学検査装置１０は、基本的には図１３に示す第３実施形態と同じである。以下は差分について述べる。
【0175】
本実施形態に係る光学検査装置１０は、物体面Ｏに対して照明側と撮像側の両方にそれぞれ波長選択部１４ａ，１４ｂを備える。すなわち、光学検査装置１０は、照明側波長選択部１４ａと、撮像側波長選択部１４ｂとを備える。物体Ｏの表面（物体面Ｏ）は平面であるとする。また、標準面はほぼ鏡面とする。
【0176】
撮像部１２は、イメージセンサー２２と結像光学素子２４とを有する。撮像部１２のイメージセンサー２２はラインセンサーとする。
【0177】
照明側波長選択部１４ａと撮像側波長選択部１４ｂは、正反射条件において補色の関係となるように構成される。つまり、物体Ｏの表面が鏡面であるとき、照明側波長選択部１４ａを通過する波長スペクトルの光は、物体Ｏの表面で正反射され、撮像側波長選択部１４ｂで遮蔽される。一方、物体Ｏの表面が鏡面でなく、粗面であるとき、照明側波長選択部１４ａを通過する波長スペクトルの光は、物体Ｏの表面で散乱され、ＢＲＤＦが広がり、撮像側波長選択部１４ｂを一部の波長スペクトルの光が透過する。
【0178】
照明側波長選択部１４ａと撮像側波長選択部１４ｂは、どちらもラインセンサー２２の長手方向に沿う方向に延長される、複数の波長選択領域を備える。照明側波長選択部１４ａと撮像側波長選択部１４ｂは、どちらも各波長選択領域の長手方向に直交する方向に波長選択領域が並べて設けられ、複数の波長選択領域は全体としてストライプ状に配列されている。波長選択部１４ａ，１４ｂ上において、波長選択領域が変化する方向に沿う方向を配列方向とする。また、撮像側波長選択部１４ｂの外側には、撮像側遮蔽部１６が設けられる。
【0179】
撮像側の結像光学素子２４の光軸ＯＡを含み、かつ、照明側波長選択部１４ａ及び撮像側波長選択部１４ｂの配列方向を含む断面に光線を投影すると、照明部４０からの光は物点Ｏへと集光する光（集光光）となる。これを第１の断面Ｓ１とする。一方、第１の断面Ｓ１に直交する断面を第２の断面Ｓ２とする。第２の断面Ｓ２に光線を投影すると、照明部４０からの光は集光光ではなく、逆に発散する拡散光（発散光）となる。
【0180】
照明側波長選択部１４ａおよび撮像側波長選択部１４ｂはそれぞれ複数の波長選択領域を備えており、各波長選択領域はストライプ状であるため、第１の断面Ｓ１において波長選択領域が複数配置されることになる。つまり、第１の断面Ｓ１は照明側波長選択部１４ａおよび撮像側波長選択部１４ｂの波長選択領域を並べる方向が含まれている。
【0181】
照明部４０から射出された光のうち、照明側波長選択部１４ａの各波長選択領域に対応する波長スペクトルの光は、照明側波長選択部１４ａを通過して物体Ｏの表面を照射し、照射野Ｆを形成する。さらに、物体Ｏの表面の第１の物点Ｏ１に微小欠陥がある場合、撮像側波長選択部１４ｂの各波長選択領域に対応する波長スペクトルの光が撮像側波長選択部１４ｂを通過して第１の物点Ｏ１をラインセンサー（イメージセンサー）２２上に結像する。一方、第１の物点Ｏ１が標準面上にある場合、照明は撮像側波長選択部１４ｂで遮蔽される。これは、照明側波長選択部１４ａと撮像側波長選択部１４ｂの波長選択領域が補色の関係に構成（配置）されているからである。
【0182】
第１の断面Ｓ１に光線を投影したとき、第１のＢＲＤＦの分布の広がりによって、撮像側波長選択部１４ｂの波長選択領域を通過する光が変化する。一方、第２の断面Ｓ２に光線を投影したものを考えると、照明部４０からの光は拡散光であるので撮像部１２での画角は広くなることがわかる。つまり、本実施形態により、ラインセンサー２２の長手方向の画角を広く有効に使用できるという効果がある。また、撮像側波長選択部１４ｂを撮像部１２（結像光学素子２４及びラインセンサー２２）の前面に配置する構成により、どのような撮像部１２（つまりカメラ）に対しても本光学系を容易に組むことができる。
【0183】
本実施形態により、物点Ｏにおける光の方向分布の広がりに関する情報が得られる。これにより、処理部１８は、物体Ｏの表面の性状あるいは形状の検査が可能となる。
【0184】
以上説明したように、本実施形態によれば、物体Ｏ内で光が様々な方向に散乱、拡散、あるいは回折される場合でも、物体Ｏの情報を取得し得る光学検査方法、光学検査プログラム、及び、光学検査装置１０を提供することができる。
【0185】
以上説明した少なくとも１つの実施形態によれば、物体Ｏ内で光が様々な方向に散乱、拡散、あるいは回折される場合でも、物体Ｏの情報を取得し得る光学検査方法、光学検査プログラム、及び、光学検査装置１０を提供することができる。
【0186】
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】
【0187】
１０…光学検査装置、１２…撮像部、１４…波長選択部、１６…遮蔽部、１８…処理部、２２…イメージセンサー、２２ａ…撮像開口、２４…結像光学素子、３１－３５…波長選択領域、４０…照明部、４２…光拡散部、４４…光源、４６…照明用レンズ、４８…照明用光学素子、５０…照明用光学素子
【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】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
