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特開2024-135208光学検査装置、光学検査方法、及び、光学検査プログラム
(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】P2024135208
(43)【公開日】2024-10-04
(54)【発明の名称】光学検査装置、光学検査方法、及び、光学検査プログラム
(51)【国際特許分類】
G01N 21/27 20060101AFI20240927BHJP
【ＦＩ】
G01N21/27 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】18
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023045778
(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
(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】高梨 健太
(72)【発明者】
【氏名】加納 宏弥
(72)【発明者】
【氏名】岡野 英明
【テーマコード（参考）】
2G059
【Ｆターム（参考）】
2G059AA05
2G059BB08
2G059EE01
2G059EE02
2G059EE11
2G059FF01
2G059GG01
2G059GG02
2G059HH01
2G059HH02
2G059HH03
2G059JJ01
2G059JJ19
2G059JJ30
2G059KK01
2G059MM01
(57)【要約】
【課題】 光の方向分布に関する情報を得ることができる、光学検査装置を提供すること。
【解決手段】 実施形態によれば、光学検査装置は、シングルピクセル受光素子と、結像光学素子と、光線選択部とを備える。結像光学素子は、物体の少なくとも２つの異なる物点に対する像点をシングルピクセル受光素子で受光させる位置に配置される。光線選択部は、結像光学素子とシングルピクセル受光素子との間に設けられ、物点からの光に含まれる少なくとも一つの波長を選択的に遮蔽する。
【選択図】 図１
【解決手段】 実施形態によれば、光学検査装置は、シングルピクセル受光素子と、結像光学素子と、光線選択部とを備える。結像光学素子は、物体の少なくとも２つの異なる物点に対する像点をシングルピクセル受光素子で受光させる位置に配置される。光線選択部は、結像光学素子とシングルピクセル受光素子との間に設けられ、物点からの光に含まれる少なくとも一つの波長を選択的に遮蔽する。
【選択図】 図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
シングルピクセル受光素子と、
物体の少なくとも２つの異なる物点に対する像点を前記シングルピクセル受光素子で受光させる位置に配置される結像光学素子と、
前記結像光学素子と前記シングルピクセル受光素子との間に設けられ、前記物点からの光に含まれる少なくとも一つの波長を選択的に遮蔽する第１の光線選択部と
を備える、光学検査装置。
物体の少なくとも２つの異なる物点に対する像点を前記シングルピクセル受光素子で受光させる位置に配置される結像光学素子と、
前記結像光学素子と前記シングルピクセル受光素子との間に設けられ、前記物点からの光に含まれる少なくとも一つの波長を選択的に遮蔽する第１の光線選択部と
を備える、光学検査装置。
【請求項2】
前記第１の光線選択部は、光を遮蔽する遮蔽領域を少なくとも一つ備える、
請求項１に記載の光学検査装置。
請求項１に記載の光学検査装置。
【請求項3】
前記第１の光線選択部は、前記第１の光線選択部に入射する光の複数の異なる波長スペクトルから少なくとも一つの波長スペクトルの光を通過させ、残りの少なくとも一つの波長スペクトルの光を遮蔽する波長選択領域を少なくとも一つ備える、
請求項１に記載の光学検査装置。
請求項１に記載の光学検査装置。
【請求項4】
前記第１の光線選択部は、
前記複数の異なる波長スペクトルに含まれる第１の波長スペクトルの光を通過させ、前記第１の波長スペクトルの光と異なる少なくとも一つの波長スペクトルの光を遮蔽する第１の波長選択領域と、
前記複数の異なる波長スペクトルに含まれる、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を通過させ、前記第２の波長スペクトルの光と異なる少なくとも一つの波長スペクトルの光を遮蔽する第２の波長選択領域と
を備える、請求項３に記載の光学検査装置。
前記複数の異なる波長スペクトルに含まれる第１の波長スペクトルの光を通過させ、前記第１の波長スペクトルの光と異なる少なくとも一つの波長スペクトルの光を遮蔽する第１の波長選択領域と、
前記複数の異なる波長スペクトルに含まれる、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を通過させ、前記第２の波長スペクトルの光と異なる少なくとも一つの波長スペクトルの光を遮蔽する第２の波長選択領域と
を備える、請求項３に記載の光学検査装置。
【請求項5】
前記第１の光線選択部は、偏光板である偏光選択領域を少なくとも一つ備える、
請求項１に記載の光学検査装置。
請求項１に記載の光学検査装置。
【請求項6】
前記第１の光線選択部は、前記結像光学素子の焦点面あるいはその近傍に配置される、
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の光学検査装置。
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の光学検査装置。
【請求項7】
前記シングルピクセル受光素子は、１又は複数の異なる波長スペクトルの光を受光信号として取得する、
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の光学検査装置。
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の光学検査装置。
【請求項8】
前記シングルピクセル受光素子で取得した受光信号を取得し、
前記受光信号に基づいて、前記物点からの光の方向分布に関する情報を算出する、
処理部を有する、
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の光学検査装置。
前記受光信号に基づいて、前記物点からの光の方向分布に関する情報を算出する、
処理部を有する、
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の光学検査装置。
【請求項9】
前記シングルピクセル受光素子で取得した受光信号を取得し、
前記受光信号に基づいて、前記物点を含む前記物体に関する情報を算出する、
処理部を有する、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の光学検査装置。
前記受光信号に基づいて、前記物点を含む前記物体に関する情報を算出する、
処理部を有する、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の光学検査装置。
【請求項10】
時間が経過するごとに異なるパターン光を物体に向けて照射する照明部と、
前記パターン光を前記照明部から照射したときの前記パターン光と、前記パターン光を前記照明部から照射したときの前記シングルピクセル受光素子における受光信号との相関に基づいて、前記物体の画像を取得する処理部と
を備える、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の光学検査装置。
前記パターン光を前記照明部から照射したときの前記パターン光と、前記パターン光を前記照明部から照射したときの前記シングルピクセル受光素子における受光信号との相関に基づいて、前記物体の画像を取得する処理部と
を備える、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の光学検査装置。
【請求項11】
前記照明部は、照明光学素子を備え、
前記照明光学素子の焦点面あるいはその近傍には、
前記照明部からの第１の波長スペクトルの光を通過させ、前記第１の波長スペクトルの光と異なる残りの少なくとも一つの波長スペクトルの光を遮蔽する第１の波長選択領域と、
前記照明部からの、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を通過させ、前記第２の波長スペクトルの光と異なる残りの少なくとも一つの波長スペクトルの光を遮蔽する第２の波長選択領域と
を有する、波長選択部が配置される、
請求項１０に記載の光学検査装置。
前記照明光学素子の焦点面あるいはその近傍には、
前記照明部からの第１の波長スペクトルの光を通過させ、前記第１の波長スペクトルの光と異なる残りの少なくとも一つの波長スペクトルの光を遮蔽する第１の波長選択領域と、
前記照明部からの、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を通過させ、前記第２の波長スペクトルの光と異なる残りの少なくとも一つの波長スペクトルの光を遮蔽する第２の波長選択領域と
を有する、波長選択部が配置される、
請求項１０に記載の光学検査装置。
【請求項12】
前記照明部は、
照明光学素子と、
前記照明光学素子の焦点面に設けられる第２の光線選択部と
を備え、
前記照明部は、電気的な変調により前記第２の光線選択部を光の投影像として形成する、
請求項１０に記載の光学検査装置。
照明光学素子と、
前記照明光学素子の焦点面に設けられる第２の光線選択部と
を備え、
前記照明部は、電気的な変調により前記第２の光線選択部を光の投影像として形成する、
請求項１０に記載の光学検査装置。
【請求項13】
前記照明部は電気的に動作するプロジェクターである、
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14】
物体の少なくとも２つの異なる物点に対する像点をシングルピクセル受光素子で受光させる位置に配置される結像光学素子と前記シングルピクセル受光素子との間に設けられ、前記物点からの光に含まれる少なくとも一つの波長の光を選択的に遮蔽する第１の光線選択部とを通して前記シングルピクセル受光素子で受光される受光信号に基づいて前記物点からの光の方向分布に関する情報を取得する、光学検査方法。
【請求項15】
物体の少なくとも２つの異なる物点に対する像点をシングルピクセル受光素子で受光させる位置に配置される結像光学素子と前記シングルピクセル受光素子との間に設けられ、前記物点からの光に含まれる少なくとも一つの波長の光を選択的に遮蔽する第１の光線選択部とを通して前記シングルピクセル受光素子で受光される受光信号に基づいて、前記物点を含む前記物体に関する情報を算出する、光学検査方法。
【請求項16】
時間が経過するごとに異なるパターン光を前記物体に向けて照射させ、
前記パターン光を前記物体に向けて照射したときの前記パターン光と、前記パターン光を前記物体に向けて照射したときの前記シングルピクセル受光素子における前記受光信号との相関に基づいて、前記物体の画像を取得する、
請求項１４又は請求項１５に記載の光学検査方法。
前記パターン光を前記物体に向けて照射したときの前記パターン光と、前記パターン光を前記物体に向けて照射したときの前記シングルピクセル受光素子における前記受光信号との相関に基づいて、前記物体の画像を取得する、
請求項１４又は請求項１５に記載の光学検査方法。
【請求項17】
物体の少なくとも２つの異なる物点に対する像点をシングルピクセル受光素子で受光させる位置に配置される結像光学素子と前記シングルピクセル受光素子との間に設けられ、前記物点からの光に含まれる少なくとも一つの波長の光を選択的に遮蔽する第１の光線選択部とを通して前記シングルピクセル受光素子で受光される受光信号に基づいて前記物点からの光の方向分布に関する情報を取得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18】
物体の少なくとも２つの異なる物点に対する像点をシングルピクセル受光素子で受光させる位置に配置される結像光学素子と前記シングルピクセル受光素子との間に設けられ、前記物点からの光に含まれる少なくとも一つの波長の光を選択的に遮蔽する第１の光線選択部とを通して前記シングルピクセル受光素子で受光される受光信号に基づいて、前記物点を含む前記物体に関する情報を算出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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、光学検査装置、光学検査方法、及び、光学検査プログラムに関する。
【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。そのような光学検査の手法として、多数のパターン光を物体に次々に照射し、高感度な一つの受光素子（シングルピクセル）で取得した時系列信号を取得し、パターン光と信号の相関を取ることによりイメージングするシングルピクセルイメージングがある。シングルピクセルイメージングは、受光素子が一つであるため、高感度で大型な受光素子を使用することができる。これにより、微弱光でも検知できるという利点がある。このような従来のシングルピクセルイメージングは、物体の透過率分布あるいは反射率分布を画像化することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0003】
【非特許文献1】G. M. Gibson, et. al., “Single-pixel imaging 12 years on: a review,” Optics Express, vol. 28, No. 19, 2020.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明が解決しようとする課題は、光の方向分布に関する情報を得ることができる、シングルピクセルを用いた光学検査装置、光学検査方法、及び、光学検査プログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
実施形態によれば、光学検査装置は、シングルピクセル受光素子と、結像光学素子と、光線選択部とを備える。結像光学素子は、物体の少なくとも２つの異なる物点に対する像点をシングルピクセル受光素子で受光させる位置に配置される。光線選択部は、結像光学素子とシングルピクセル受光素子との間に設けられ、物点からの光に含まれる少なくとも一つの波長を選択的に遮蔽する。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【図1】第１実施形態に係る光学検査装置を示す概略的な断面図。
【図3】第１実施形態の変形例１に係る光学検査装置を示す概略的な断面図。
【図5】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的な断面図。
【図6】第２実施形態に係る光学検査装置を示す概略的な断面図。
【図7】第２実施形態の変形例に係る光学検査装置を示す概略的な断面図。
【図9】第３実施形態に係る光学検査装置を示す概略的な断面図。
【図10】第４実施形態に係る光学検査装置を示す概略的な断面図。
【図11】第５実施形態に係る光学検査装置を示す概略的な断面図。
【図12】第６実施形態に係る光学検査装置を示す概略的な断面図。
【発明を実施するための形態】
【0007】
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。
【0008】
【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】
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。
【0011】
本実施形態に係る光学検査装置１０は、撮像部１２と、処理部１４とを有する。
【0012】
撮像部１２は、シングルピクセル受光素子２２と、結像光学素子２４と、光線選択部２６とを有する。
【0013】
シングルピクセル受光素子２２は、例えば、フォトダイオード（ＰＤ）である。ＰＤの材料は、例えば、Si、InGaAs、Ge、Si/InGaAsなどでよい。受光できる波長域は例えば、２００ｎｍから２６００ｎｍまでなどでよい。本実施形態においては、シングルピクセル受光素子２２は、少なくとも可視光である白色色を受光できるとする。ただし、シングルピクセル受光素子２２はこれに限らず、一つの受光面（１画素）を持つものならば、どのような波長域の光を受光するものでもよい。また、シングルピクセル受光素子２２は、例えば、光電子増倍管など高感度のものでよい。
【0014】
処理部１４は、撮像部１２のシングルピクセル受光素子２２を制御するとともに、後述する、光の方向分布についての情報を取得する処理を行う。
【0015】
処理部１４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。
【0016】
処理部１４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１４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１４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１４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。ここでは、処理部１４には、光学検査プログラムが実装されているものとする。
【0017】
処理部１４での、シングルピクセル受光素子２２からの画像取得、シングルピクセル受光素子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。
【0018】
また、処理部１４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、シングルピクセル受光素子２２からの画像取得、シングルピクセル受光素子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。
【0019】
なお、本実施形態では、処理部１４は、シングルピクセル受光素子２２を制御するとともに、シングルピクセル受光素子２２から得た像データに対して各種の演算を行う。
【0020】
処理部１４では、シングルピクセル受光素子２２で取得した画素における複数のカラーチャンネルの受光信号強度（画素値）から、例えば、第１の波長スペクトルの光あるいは第２の波長スペクトルの光が撮像されたかを区別する。さらに、処理部１４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１４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。
【0021】
本実施形態に係る光学検査装置１０の照明光は、特別な光源を用意しても良いが、必ずしもその必要はない。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。あるいは、照明光は光源からの光でもよく、例えば、レーザー光源、ＬＤ(Laser Diode)光源、ＬＥＤ(Light Emitting Diode)光源、フィラメント光源、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。本実施形態において、照明光は、天井灯からの環境光とする。物体Ｏと天井までの距離は十分に遠く、数メートルほど離間されており、物体Ｏに平行度の高いビーム状の白色光が到達する。白色光の波長スペクトルは、４５０ｎｍから７５０ｎｍまでの波長範囲で有意な強度を持つとする。
【0022】
結像光学素子２４は、例えば結像レンズである。図１において、結像レンズ２４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。あるいは、結像光学素子２４は、ＧＲＩＮレンズなどの屈折率分布媒質で構成されるものでもよい。あるいは、結像光学素子２４は、回折レンズでもよい。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それぞれ共役な像点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の例えば表面の物点Ｏ１，Ｏ２から発した光線群がそれぞれ像点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、結像とは、物点Ｏ１，Ｏ２が像点（物点の共役点）Ｉ１，Ｉ２にそれぞれ移されるともいう。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。ただし、この場合は、像点Ｉ１，Ｉ２は一致する。
【0023】
撮像部１２は、物点Ｏ１からの光を光軸ＯＡに沿って像点Ｉ１に写し、物点Ｏ２からの光を光軸ＯＡに沿って像点Ｉ２に写す。ただし、光軸ＯＡはミラーで折り返されたり、ビームスプリッターなどで分岐されたりしてもよい。つまり、光軸ＯＡは複数に折り返されたものでもよく、複数の数でもよい。
【0024】
光線選択部２６は、物点Ｏ１，Ｏ２から結像光学素子２４を通過する光線が占める領域内に配置される。つまり、光線選択部２６は撮像部１２の光軸ＯＡ上に配置される。ただし、必ずしも光線選択部２６と光軸ＯＡが交差する必要はない。つまり、光線選択部２６が光軸ＯＡ上に配置されるとは、撮像部１２に向かって結像光学素子２４を通過する光線が占める領域内に光線選択部２６が配置されることを意味する。光線選択部２６は、結像光学素子２４の焦点面あるいはその近傍に配置することが望ましいが、その限りではない。光線選択部２６は、ここでは、例えば、結像光学素子２４の焦点面の近傍に焦点面と平行に配置される。そして、光線選択部２６は、物点Ｏ１，Ｏ２からの光の少なくとも一つの波長を選択的に遮蔽する。これと同じ意味として、物点Ｏ１，Ｏ２に対する光を選択的に遮蔽する、と述べることもある。
【0025】
光線選択部２６は、例えば、第１の選択領域２６ａを備える。ただし、選択領域の数はその限りではなく、少なくとも一つの選択領域を持てばいくつでもよい。第１の選択領域２６ａは光を遮蔽する遮蔽領域である。光は遮蔽領域２６ａを通過しない。つまり、遮蔽領域２６ａは、物点Ｏ１からの光をシングルピクセル受光素子２２に到達させない。言い換えれば、遮蔽領域２６ａは、光を反射あるいは吸収することにより、遮蔽する。ただし、光線選択部２６はこの限りではなく、波長選択領域であってもよい。波長選択領域は、複数の異なる波長スペクトルの光を含む照明光のうち、異なる領域ごと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、シングルピクセル受光素子２２に向かわせることを意味する。このことを、波長選択領域は光を選択的に通過させる、あるいは、波長選択領域は光を選択的に通す、と述べることもある。すなわち、波長選択領域は、照明光の波長スペクトルのうち、少なくとも一つの波長の光が遮蔽された波長スペクトルの光を通過させる。これについて、後述する変形例２で説明する。例えば、波長選択領域が遮蔽領域２６aを備えており、遮蔽領域２６aは照明光が持つ波長スペクトルの光を全て遮蔽する。一方、照明光が持つ波長スペクトルに含まれない波長スペクトルの光を通過させてもよい。これにより、波長選択領域の遮蔽領域２６aを照明光は通過することができず、各物点Ｏ１，Ｏ２における光の方向分布（ＢＲＤＦ）に関する情報を取得できるという効果がある。光線選択部２６は、波長選択領域に限らず、あるいは偏光板で形成される偏光選択領域であってもよい。本実施形態において、照明は無偏光の環境光なので、照明の偏光はＳ偏光とＰ偏光を重ね合わせたものとなる。偏光選択領域は、照明光の偏光それ自体とは異なる偏光の光を通過させる。つまり、偏光選択領域は、照明光が含む無偏光の光のうち、所定の偏光の光を通過させる。例えば、偏光選択領域が遮蔽領域２６aを持つとする。そして、照明光が無偏光ではなく直線偏光を持ち、その偏光をＳ偏光とする場合、遮蔽領域２６aは、それとは直交する偏光（Ｐ偏光とする）のみを通過させる。一方、照明光と同じＳ偏光は遮蔽する。これにより、偏光選択領域の遮蔽領域２６aを照明光は通過することができず、各物点Ｏ１，Ｏ２における光の方向分布（ＢＲＤＦ）に関する情報を取得できるという効果がある。
【0026】
なお、光線選択部２６の第１の選択部２６ａは、例えば小径の円板状に形成される。光線選択部２６の第１の選択部２６ａは、例えば、焦点面において、焦点に集まる光を遮蔽するが、焦点面において焦点から離れて通過する光をシングルピクセル受光素子２２に到達させるような大きさに形成される。
【0027】
本実施形態に係る光学検査装置１０の動作を述べる。
【0028】
物体Ｏは透明であっても、不透明であってもよい。本実施形態では、物体Ｏは薄い厚さを持ち、かつ、均一な屈折率を持つ媒質の透明体とする。ただし、この限りではない。物体Ｏが不透明であるとき、照明は撮像側から照射して反射光を観察する。このとき、照明光は、ビームスプリッター（ハーフミラー）などで折り返してもよい。
【0029】
物体Ｏ内に微小欠陥がある場合、つまり、不均一な微小領域が局所的にある場合、微小欠陥に照明光が入射すると光は散乱され、光の方向分布（ＢＲＤＦ）は一般的に広がる。一方、物体Ｏ内に微小欠陥が無い均一な屈折率を持つ媒質であれば、光は散乱されずに光の方向分布（ＢＲＤＦ）は入射時と同じままで通過する。以降では、均一な屈折率を持つ媒質を均一媒質と呼ぶ。ただし、物体Ｏが均一媒質であっても、物体Ｏの界面で光は反射する。この反射はフレネル反射となる。
【0030】
第１の物点Ｏ１は均一媒質上であるとし、第２の物点Ｏ２に微小欠陥が存在するとする。すると、第１の物点Ｏ１からの光は、光の方向分布が広がらないために、結像光学素子２４を通過した後、第１の選択領域２６ａで遮蔽される。一方、第２の物点Ｏ２からの光は、散乱されて光の方向分布が広がるため、結像光学素子２４を通過した後、第１の選択領域２６ａで遮蔽されずにシングルピクセル受光素子２２に到達する成分が生じる。つまり、第１の物点Ｏ１からの光はシングルピクセル受光素子２２で受光されず、第２の物点Ｏ２からの光はシングルピクセル受光素子２２で受光される。
【0031】
逆に、第１の物点Ｏ１に微小欠陥があれば、光の方向分布が広がり、シングルピクセル受光素子２２で受光される。また、第２の物点Ｏ２に微小欠陥が無く、均一な媒質上であれば、光の方向は広がらず、シングルピクセル受光素子２２で受光されない。これにより、２つの物点Ｏ１，Ｏ２の少なくともどちらかに微小欠陥があれば、シングルピクセル受光素子２２で光が受光される。一方、２つの物点Ｏ１，Ｏ２のどちらにも微小欠陥が無く、均一な媒質上であれば、シングルピクセル受光素子２２で光が受光されない。
【0032】
つまり、処理部１４は、シングルピクセル受光素子２２で得られる１回の（瞬間的な）信号（図２に示す、受光のあり／なしの判定：ステップＳ１１）から、２つの物点Ｏ１，Ｏ２における微小欠陥の検知が可能となる。つまり、処理部１４は、シングルピクセル受光素子２２への信号の入力の有無により、２つの物点Ｏ１，Ｏ２のどちらかに微小欠陥が存在するか、あるいはどちらにも存在しないか、を識別できるという効果がある。
【0033】
同様に、シングルピクセル受光素子２２で受光できる物体面ＯＳの各物点Ｏ１，Ｏ２において、上記のように光の方向分布（ＢＲＤＦ）に感度を持つような構成にすれば、シングルピクセル受光素子２２で得られる１回の（瞬間的な）信号から、物体面ＯＳ全体の微小欠陥検査が可能になる。
【0034】
本実施形態に係る光学検査装置１０を用いて情報を取得する対象として、物体Ｏの微小欠陥を例にしたが、微小欠陥の代わりに光を散乱させるものならば何でもよい。対象として、例えば、物体Ｏの表面粗さが異常なものを欠陥としてもよい。あるいは、空孔や、異物、表面凹凸など、光を散乱させるものならば何でもよい。あるいは、光をいったん吸収して発光する蛍光領域を欠陥としてもよい。つまり、光の方向分布（ＢＲＤＦ）の広がりの変化が他の領域と異なるものならばなんでもよい。本実施形態により、光の方向分布（ＢＲＤＦ）の広がりの変化に基づいて、これらを検知することができる。
【0035】
したがって、本実施形態に係る光学検査方法によれば、物体Ｏの少なくとも２つの異なる物点に対する像点をシングルピクセル受光素子２２で受光させる位置に配置される結像光学素子２４とシングルピクセル受光素子２２との間に設けられ、物点Ｏ１，Ｏ２からの光に含まれる少なくとも一つの波長（の光）を選択的に遮蔽する光線選択部２６とを通してシングルピクセル受光素子２２で受光される受光信号に基づいて、物点Ｏ１，Ｏ２を含む物体に関する情報を算出する。又は、本実施形態に係る光学検査方法によれば、物体Ｏの少なくとも２つの異なる物点Ｏ１，Ｏ２に対する像点をシングルピクセル受光素子２２で受光させる位置に配置される結像光学素子２４とシングルピクセル受光素子２２との間に設けられ、物点Ｏ１，Ｏ２からの光に含まれる少なくとも一つの波長（の光）を選択的に遮蔽する光線選択部２６とを通してシングルピクセル受光素子２２で受光される受光信号に基づいて物点Ｏ１，Ｏ２からの光の方向分布（ＢＲＤＦ）に関する情報を取得する。
【0036】
このように、本実施形態によれば、光の方向分布（ＢＲＤＦ）に関する情報を得ることができる、シングルピクセルを用いた光学検査装置１０、光学検査方法、及び、光学検査プログラムを提供することができる。
【0037】
なお、本実施形態の光学検査装置１０では、１つのシングルピクセル受光素子２２を用いる例について説明した。光学検査装置１０は、複数のシングルピクセル受光素子２２を空間的に複数並べて配置してもよい。この場合、複数のシングルピクセル受光素子２２を空間的に複数並べたものは、イメージセンサー（エリアセンサー又はラインセンサー）として用いることができる。その場合、処理部１４は、少なくとも２つ以上の物点を含む物体の領域のそれぞれにおいて、光の方向分布（ＢＲＤＦ）に関する情報を取得することができるという効果がある。これは、後述する第２実施形態から第６実施形態に係る光学検査装置１０においても同様である。
【0038】
【0039】
本変形例１において、例えば処理部１４は、図３に示す照明部３０から、時間の経過とともに、照明光をパターン光として次々に投射させる。パターン光とは、照明に照度分布を持つものである。照明部３０は、例えば、様々なランダムパターン光やアダマール（Ｈａｄａｍａｒｄ）パターン光（非特許文献１参照）を次々に投射し得る。なお、ランダムパターン光は、次々に投射するパターンに相関がない。
【0040】
処理部１４は、例えば照明部３０とシングルピクセル受光素子２２とを同期させ、照明光を照射する都度、照明部３０の照明光と、シングルピクセル受光素子２２で得られる受光信号との相関を取る。これにより、処理部１４は、シングルピクセル受光素子２２を用いて物体面ＯＳの画像が得られるという効果がある。また、シングルピクセル受光素子２２は、第１の波長Ｗ１と第２の波長Ｗ２を分光できるとする。つまり、それぞれに対して独立な信号を受光できるとする。つまり、シングルピクセル受光素子２２は分光性能を有するとする。ここで例えば、第１の波長Ｗ１と第２の波長Ｗ２はそれぞれ、４５０ｎｍと６５０ｎｍとする。
【0041】
第１の波長Ｗ１は第１のパターンを持ち、第２の波長Ｗ２は第２のパターンを持つ。処理部１４は、シングルピクセル受光素子２２から、それら２つのパターンを含む第１のパターン光ＰＲ１の第１の波長Ｗ１の光の強度分布Ａ０（Ｘ）、第１のパターン光ＰＲ１の第２の波長Ｗ２の光の強度分布Ｂ０（Ｘ）を取得する。また、第１の波長Ｗ１は第３のパターンを持ち、第２の波長Ｗ２は第４のパターンを持つ。そして、処理部１４は、シングルピクセル受光素子２２から、それら２つのパターンを含む第２のパターン光ＰＲ２の第１の波長Ｗ１の光の強度分布Ｃ０（Ｘ）、第２のパターン光ＰＲ２の第２の波長Ｗ２の光の強度分布Ｄ０（Ｘ）を取得する（Ｓ１０１）。処理部１４は、シングルピクセル受光素子２２から、第１のパターン光ＰＲ１に含まれる第１のパターンを持つ第１の波長Ｗ１の光の信号強度ＩＡ、第１のパターン光ＰＲ１に含まれる第２のパターンを持つ第２の波長Ｗ２の光の信号強度ＩＢ、第２のパターン光ＰＲ２に含まれる第３のパターンを持つ第１の波長Ｗ１の光の信号強度ＩＣ、第２のパターン光ＰＲ２に含まれる第４のパターンを持つ第２の波長Ｗ２の光の信号強度ＩＤを取得する（Ｓ１０２）。処理部１４は、４つの信号強度（ＩＡ，ＩＢ，ＩＣ，ＩＤ）と４つの強度分布（Ａ０（Ｘ），Ｂ０（Ｘ），Ｃ０（Ｘ），Ｄ０（Ｘ））との相関をとる（Ｓ１０３）。これにより、処理部１４は、物体Ｏの情報Ｔ（Ｘ）を算出する（Ｓ１０４）。以上により、物体Ｏの情報Ｔ（Ｘ）が取得されるため、光学検査装置１０では、物体Ｏの画像情報Ｔ（Ｘ）を取得できる。すなわち、処理部１４は、パターン光を照明部３０から照射したときのパターン光と、パターン光を照明部３０から照射したときのシングルピクセル受光素子２２における受光信号との相関に基づいて、物体Ｏの画像（物体Ｏに関する情報）を取得する。
【0042】
なお、例えば、処理部１４は、照明部３０が各パターン光を物体面Ｏに照射するのに同期して、ステップＳ１０２において第１のパターン光ＰＲ１の信号強度（ＩＡ，ＩＢ）、及び、第２のパターン光ＰＲ２の信号強度（ＩＣ，ＩＤ）をそれぞれ取得するとき、図２に示すフローに示す光学検査処理にしたがって、物体面Ｏについて、光学検査を行うことができる。
【0043】
画像の解像度は、照明部３０のパターン光の解像度と同等となる。これは、一般的にゴーストイメージング法と呼ばれることもある。また、本変形例１に係る光学検査装置１０は、処理部１４を用いて、光の方向分布（ＢＲＤＦ）の差異が各画素（ゴーストイメージング法で得られる画像の画素）ごとに識別できるという効果がある。つまり、光の方向分布（ＢＲＤＦ）が狭い物点に対応する像点のみを含む画素は、光線選択部２６によって光が遮蔽されるため、シングルピクセル受光素子２２を通して処理部１４で取得される画像には写らない（画素値が実質的に有意な値を持たない）。一方、光の方向分布（ＢＲＤＦ）が広い物点に対応する像点を一つでも含む画素は、光線選択部２６を光が通過できるため、シングルピクセル受光素子２２を通して処理部１４で取得される画像に写る（画素値が有意な値を持つ）。このため、本変形例１に係る光学検査装置１０は、微小欠陥がどこにあるか特定できるという効果がある。
【0044】
本変形例１によれば、光の方向分布（ＢＲＤＦ）に関する情報を得ることができる、シングルピクセルを用いた光学検査装置１０、光学検査方法、及び、光学検査プログラムを提供することができる。
【0045】
（変形例２）
変形例２に係る光学検査装置１０について、図５を用いて説明する。
変形例２に係る光学検査装置１０について、図５を用いて説明する。
【0046】
照明光は、第１の波長スペクトルの光に加えて、他の波長スペクトルの光を含む。すなわち、照明光は、少なくとも２つの異なる波長スペクトルの光を含む。光線選択部２６は、第１の選択領域２６ａと、第２の選択領域２６ｂとを有する。本変形例２での第１の選択領域２６ａは、遮蔽領域に限らず、第１の波長スペクトルの光を通過させ、残りの波長スペクトルの光を遮蔽する波長選択領域を用いる。第２の選択領域２６ｂは、波長選択領域２６ａの波長の光の補色となるフィルターを用いる。波長選択領域２６ａは、照明光の波長スペクトル自体とは異なり、一部の波長の光が遮蔽された波長スペクトルの光を通過させる。つまり、波長選択領域２６ａは、第１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、例えば、波長４５０ｎｍにピークを持つ青光とする。
【0047】
また、本変形例２のシングルピクセル受光素子２２は、第１の波長スペクトルの光に感度を持たないとする。シングルピクセル受光素子２２は、第１の波長スペクトルとは補色となる波長スペクトルの光にのみ感度を持つものとする。例えば、シングルピクセル受光素子２２は、第２の選択領域２６ｂとして、その受光面に第１の波長スペクトルの補色のみを透過させる波長フィルターを貼り付けたもので構成されていてもよい。
【0048】
これにより、各物点Ｏ１，Ｏ２において、照明光が散乱されて方向分布が広がった光のみがシングルピクセル受光素子２２で受光される。つまり、物点Ｏ１で散乱されず、方向分布が狭い光（青光及び他の波長の光）は、波長選択領域２６ａを青光が通過するが、補色のフィルター２６ｂで遮蔽されるため、シングルピクセル受光素子２２で受光されない。一方、方向分布が広がった光（青光及び他の波長の光）は、波長選択部２６ａで波長選択部２６ａ以外の領域を通過し、青光の補色の波長スペクトルの光が補色のフィルター２６ｂを通過するため、シングルピクセル受光素子２２で受光される。これにより、処理部１４は、光（青光の補色）の受光の有無により、各物点Ｏ１，Ｏ２における光の方向分布（ＢＲＤＦ）の広がりの差異を識別できるという効果がある。したがって、図２に示す光学検査処理のフローにしたがって、光学検査装置１０は、物体面Ｏの光学検査を行うことができる。
【0049】
本変形例２によれば、光の方向分布（ＢＲＤＦ）に関する情報を得ることができる、シングルピクセルを用いた光学検査装置１０、光学検査方法、及び、光学検査プログラムを提供することができる。
【0050】
（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６を参照して説明する。本実施形態に係る光学検査装置１０の基本構造は第１実施形態に係る光学検査装置１０と同じである。以下では差分を述べる。
以下、本実施形態に係る光学検査装置１０について、図６を参照して説明する。本実施形態に係る光学検査装置１０の基本構造は第１実施形態に係る光学検査装置１０と同じである。以下では差分を述べる。
【0051】
図６には、本実施形態に係る光学検査装置１０の断面図を示す。図６の断面図は、撮像部１２の光軸（撮像光軸）ＯＡを含む。また、本実施形態に係る光学検査装置１０は、照明部３０とビームスプリッター４０とを備えている。また、本実施形態に係る光線選択部２６は、シングルピクセル受光素子２２に入射される光が全て光線選択部２６を通る大きさに形成される。光線選択部２６は結像光学素子２４の焦点面（撮像側焦点面）ＦＰに配置される。
【0052】
シングルピクセル受光素子２２は、一つの受光面を持つ分光器であるとする。分光器は、例えば、走査型マイケルソン干渉計を用いた光スペクトルアナライザや、ツェルニ・ターナー型のものでもよい。ただし、これに限らず、シングルピクセル受光素子２２は、一つの受光面を備え、少なくとも異なる２つの波長に対する光強度の信号を独立に取得できるものならば何でもよい。
【0053】
照明部３０は、光源３２とリフレクター３４とを備える。照明部３０からの照明光は、ビームスプリッター４０を介して物体面ＯＳに照射される。ビームスプリッター４０は無偏光ビームスプリッターでもよく、ハーフミラーでもよく、偏光ビームスプリッターでもよい。ビームスプリッター４０として偏光ビームスプリッターを用いた場合、物体面ＯＳから散乱されて偏光が回転（変化）したもののみがシングルピクセル受光素子２２で受光される。そのため、ビームスプリッター４０として偏光ビームスプリッターを用いる場合、シングルピクセル受光素子２２では、散乱光のみを抽出できるという効果がある。
【0054】
第１実施形態では、物体Ｏでの光の透過を用いる例について説明した。本実施形態では、物体Ｏでの光の反射を用いる例について説明する。本実施形態の光学検査装置１０の検査対象としての物体Ｏは、不透明なものとし、物体Ｏの表面で光が反射するものとする。以降で述べる実施形態において、物体Ｏが透明の場合でも不透明の場合でも、同様な効果を得ることができる。表面反射を考える場合、物体Ｏの表面に局所的に光の散乱特性が変化する領域がない場合、物体Ｏは均一媒質であるとする。つまり、物体Ｏの表面においてＢＲＤＦ（Bidirectional Reflectance Distribution Function）が局所的に異なる領域を欠陥（あるいは微小欠陥）とし、そのような領域が無い領域を均一媒質であるとする。
【0055】
照明部３０の光源３２は例えば白色ＬＥＤとする。ただし、この限りではなく、照明部３０の光源３２は、光を発するものならばレーザー光でも何でもよい。
【0056】
照明部３０のリフレクター３４は、例えば、軸外し放物面ミラーとする。光源３２はリフレクター３４の焦点に配置される。これにより、光源３２から射出された光は、リフレクター３４によって平行光に変換される。リフレクター３４は、光の正反射を利用し、幾何学的な形状で光の方向を変化させる。これにより、リフレクター３４による平行光への変換は、光の波長に依存しないという特徴を持つ。つまり、リフレクター３４は、白色光の全ての波長の光を平行光にすることができるという効果がある。一方、リフレクター３４の代わりにレンズを用いると、レンズの屈折率分散により、波長ごとにわずかに光の屈折角が異なる。そのため、レンズを用いると、照明光に色収差が発生することがある。
【0057】
光線選択部２６は、第１の選択領域２６ａとして、光線選択部２６に入射する複数の異なる波長スペクトルを含む光から特定の波長スペクトルの光を通過させ、残りの少なくとも一つの波長スペクトルの光を遮蔽する波長選択領域を少なくとも一つ備える。光線選択部２６の波長選択領域２６ａは、第１の波長選択領域５１、第２の波長選択領域５２、第３の波長選択領域５３を備える。第１の波長選択領域５１は、第１の波長スペクトルの光を通過させ、残りの少なくとも一つの波長スペクトルの光を遮蔽する。第２の波長選択領域５２は、第２の波長スペクトルの光を通過させ、残りの少なくとも一つの波長スペクトルの光を遮蔽する。つまり、第１の波長選択領域５１、第２の波長選択領域５２を通過した光は互いに異なる波長スペクトルの光となる。第１の波長選択領域５１を通過した光の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５２を通過した光の波長スペクトルを第２の波長スペクトルとする。本実施形態では、第３の波長選択領域５３は、第２の波長選択領域と形状は異なるものの、第２の波長スペクトルの光と同じ波長スペクトルの光を通過させる。つまり、第３の波長選択領域５３は、第２の波長スペクトルの光を通過させるとする。ただし、この限りではなく、波長選択領域は少なくとも２つの異なる波長スペクトルの光を通過させる領域があればどのようなものでもよい。第１の波長選択領域５１は、光軸ＯＡと交差するとし、第２の波長選択領域５２及び第３の波長選択領域５３は、光軸ＯＡから外れた位置にあるとする。一例として、第１の波長選択領域５１は、図６の紙面に直交する方向に延びる。同様に、第２の波長選択領域５２及び第３の波長選択領域５３は、図６の紙面に直交する方向に延びる。
【0058】
第１の波長スペクトルは例えば波長４５０ｎｍをピークに持つ青光とする。また、第２の波長スペクトルは例えば波長６５０ｎｍをピークに持つ赤光とする。ただし、この限りではなく、第１の波長スペクトルと第２の波長スペクトルとが異なればなんでもよい。
【0059】
シングルピクセル受光素子２２は、青光（第１の波長スペクトル）と赤光（第２の波長スペクトル）の両者を識別（分光）できる。つまり、シングルピクセル受光素子２２は、波長４５０ｎｍと波長６５０ｎｍの光を識別（分光）できるとする。
【0060】
以上の構成のもとで、本実施形態に係る光学検査装置１０の動作を述べる。
【0061】
例えば処理部１４に制御される照明部３０の光源３２から射出され、リフレクター３４により平行光となった光は全て、物体Ｏが均一媒質であれば、撮像部１２の結像光学素子２４によって撮像側の焦点に到達する。一方、光が物体Ｏによって散乱されると、撮像側の焦点面ＦＰにおいて焦点から離れた位置に到達する。
【0062】
例えば、第１の物点Ｏ１は均一媒質上とし、第２の物点Ｏ２には微小欠陥が存在するとする。
【0063】
このとき、第１の物点Ｏ１からの光のうち、青光は第１の波長選択領域５１を通過し、第１の像点Ｉ１に到達し、シングルピクセル受光素子２２で受光される。処理部１４に制御されるシングルピクセル受光素子２２は青光を検知する。つまり、処理部１４は、シングルピクセル受光素子２２を用いて、青光のピーク波長に対する光強度（画素値）を受光信号として取得する。
【0064】
一方、第２の物点Ｏ２からの光は、微小欠陥によって散乱され、光の方向分布が広がる。そして、方向分布が広がった光は、第１の波長選択領域５１と第２の波長選択領域５２と第３の波長選択領域５３とに到達する。このとき、第１の波長選択領域５１を通過した光は青光となり、第２の波長選択領域５２及び第３の波長選択領域５３を通過した光は赤光となる。さらに、これらの光は第２の像点Ｉ２に到達し、シングルピクセル受光素子２２で受光される。処理部１４に制御されるシングルピクセル受光素子２２は、青光および赤光の２つの異なるピーク波長に対する光強度（画素値）を受光信号としてそれぞれ取得する。つまり、シングルピクセル受光素子２２は、２つのピーク波長に対する光強度をそれぞれ受光する。これにより、処理部１４は、平行光で照明された物体面において微小欠陥が存在することがわかる。
【0065】
一方、第１の物点Ｏ１と第２の物点Ｏ２がそれぞれ均一媒質であり、微小欠陥が存在しないとする。このとき、シングルピクセル受光素子２２では青光のピーク波長に対する光強度のみを取得し、赤光のピーク波長に対する光強度は得られない。つまり、シングルピクセル受光素子２２では、物点Ｏ１，Ｏ２のどちらかに微小欠陥が存在する場合とは異なる信号を検知する。これにより、処理部１４は、シングルピクセル受光素子２２での受光信号が青光のみの信号であれば、平行光Ｌで照明された物体面ＯＳにおいて微小欠陥が存在しないことがわかる。
【0066】
以上により、本実施形態に係る光学検査装置１０を用いることにより、平行光Ｌで照明された物体面ＯＳにおいて、光の方向分布の広がりの情報が得られる。そして、本実施形態に係る光学検査装置１０は、その情報に基づき、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。
【0067】
なお、本実施形態では、照明部３０から照明光Ｌが物体Ｏに照射されると、青光、又は、青光と赤光の両方を受光する。このため、図２におけるステップＳ１において、「受光あり？」を「青光と赤光の両方の受光あり？」とすると、同様のフローを用いることができる。
【0068】
本実施形態によれば、光の方向分布（ＢＲＤＦ）に関する情報を得ることができる、シングルピクセルを用いた光学検査装置１０、光学検査方法、及び、光学検査プログラムを提供することができる。
【0069】
また、本実施形態において、図３（第１実施形態の変形例）を用いて説明したように、照明部３０の照明光（平行光）Ｌをパターン光としてもよい。処理部１４は、照明部３０と同期し、照明光を照射する都度、照明部３０の照明光と、シングルピクセル受光素子２２で得られる受光信号との相関を取る。これにより、処理部１４は、シングルピクセル受光素子２２を用いて物体面ＯＳの画像が得られるという効果がある。
【0070】
画像の解像度は、照明部３０のパターン光の解像度と同等となる。これは、一般的にゴーストイメージング法と呼ばれることもある。また、本実施形態に係る光学検査装置１０は、処理部１４を用いて、光の方向分布（ＢＲＤＦ）に関する情報が画素ごとに識別できるという効果がある。つまり、各画素において、光の方向分布（ＢＲＤＦ）に関する情報が色（分光）によって識別できるという効果がある。これにより、本実施形態に係る光学検査装置１０は、パターン光を用いることで、微小欠陥がどこにあるか特定できるという効果がある。
【0071】
（変形例）
本実施形態の変形例に係る光学検査装置１０について、図７及び図８を用いて述べる。図７には、本変形例の光学検査装置１０の断面図を示す。図７の断面図は、撮像側の光軸ＯＡを含むとする。本変形例では、第２の光線選択部２８を備える。一方、撮像側の光線選択部を第１の光線選択部２６とする（図６で示したものと同じ）。
本実施形態の変形例に係る光学検査装置１０について、図７及び図８を用いて述べる。図７には、本変形例の光学検査装置１０の断面図を示す。図７の断面図は、撮像側の光軸ＯＡを含むとする。本変形例では、第２の光線選択部２８を備える。一方、撮像側の光線選択部を第１の光線選択部２６とする（図６で示したものと同じ）。
【0072】
撮像部１２のシングルピクセル受光素子２２は、光を受光して受光信号を得る。ただし、本変形例のシングルピクセル受光素子２２は、光を分光することはできず、光の波長ごとに独立な受光信号を得ることはできないとする。すなわち、本変形例のシングルピクセル受光素子２２は、図６で示したものと同じ配置であるが、素子は異なる。または、処理部１４は、シングルピクセル受光素子２２を制御し、特定の波長スペクトルの光のみを受光するようにしてもよい。例えば、処理部１４は、シングルピクセル受光素子２２が、Ｒ、Ｇ、Ｂの３つの波長を受光信号として形成されているとき、例えばＲ信号のみ、Ｇ信号のみ、又は、Ｂ信号のみを受光可能としてもよい。また、シングルピクセル受光素子２２が、Ｒ、Ｇ、Ｂの３つの波長を受光信号として形成されているとき、処理部１４は、Ｒ信号のみ、Ｇ信号のみ、又は、Ｂ信号のみを受光信号として用いてもよい。
【0073】
撮像側の第１の光線選択部２６は、第２実施形態の基本構成と同様に、第１の選択領域５１、第２の選択領域５２、第３の選択領域５３を備える。つまり、これらはそれぞれ、第２実施形態と同じ、第１の波長選択領域５１、第２の波長選択領域５２、第３の波長選択領域５３である。第１の波長選択領域５１は青光を通過させ、第２の波長選択領域５２及び第３の波長選択領域５３は赤光を通過させる。ここで、第２の選択領域５２と第３の選択領域５３は、形状が異なるものの、同じ波長スペクトルの光を通過させるとする。
【0074】
照明部３０には、第２の光線選択部２８が設けられる。第２の光線選択部２８はカラーホイールとなっており、回転軸６０を中心に回転する。ただし、第２の光線選択部２８の回転軸６０の回転角についてはエンコーダー（図示せず）によって電気的に把握できるとする。なお、第２の光線選択部２８の回転角は、処理部１４で受信できるものとする。
【0075】
また、図８には、第２の光線選択部２８であるカラーホイールの正面図を示す。第２の光線選択部２８は、回転軸６０の周囲に、第２－１の波長選択領域６１、第２－２の波長選択領域６２、第２－３の波長選択領域６３を備える。第２－１の波長選択領域６１は、青光を通過させ、第２－２の波長選択領域６２は、赤光を通過させ、第２－３の波長選択領域６３は、緑光を通過させる。ただし、緑光は波長５５０ｎｍをピーク波長とする。
【0076】
照明部３０は、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）３６を備える。光源３２から射出された光はカラーホイール（第２の光線選択部２８）の特定の波長選択領域６１，６２，６３のいずれかを通過し、当該波長選択領域６１，６２，６３のいずれかの波長スペクトルの光となって、ＤＭＤ３６で反射される。ＤＭＤ３６によって、時間の経過とともに、さまざまなパターン光を生成することができる。ただし、各パターン光の波長スペクトルは、その時刻における第２の光線選択部２８（カラーホイール）の回転角で決定される。
【0077】
例えば第２の光線選択部２８を通した照明光が赤光のときを考える。このとき、物点Ｏ２で広く散乱された赤光が第１の光線選択部２６の第２の波長選択領域５２及び第３の波長選択領域５３を通過してシングルピクセル受光素子２２で受光される。一方、物点Ｏ１で散乱されずに反射される、方向分布が狭い赤光は、第１の光線選択部２６の第１の波長選択領域５１に到達し、遮蔽される。そのため、シングルピクセル受光素子２２で受光されない。つまり、処理部１４は、シングルピクセル受光素子２２で、赤光に相当する受光信号が得られれば、少なくとも一つの物点Ｏ２で光が散乱され、光の方向分布が広がった物点があることを検知できるという効果がある。
【0078】
また、照明光が青光のとき、第１の波長選択領域５１は青光を通過させる。このとき、物点Ｏ１，Ｏ２で光は、散乱されたか否かにかかわらず、シングルピクセル受光素子２２で常に受光される。青光の受光信号は、物体面ＯＳが均一媒質上であり、光を異常に散乱させるようなものが無い場合に一番大きくなる。一方、物体面ＯＳに光を散乱させる領域が大きいほど、あるいは、ある物点で光が散乱されて広く広がるほど、受光信号は小さくなる。つまり、処理部１４は、青光の受光信号の強度変化（画素値）に基づいて、光の散乱特性を推定できるという効果がある。
【0079】
また、照明光が緑光のとき、物体面ＯＳから結像光学素子２４を通過してシングルピクセル受光素子２２に向かう光は、光線選択部２６によって遮蔽される。これにより、もしこのときにシングルピクセル受光素子２２で緑光の信号が得られれば、それはノイズである。つまり、照明が緑光のときの信号値からノイズを推定できるという効果がある。処理部１４は、ノイズが得られれば、シングルピクセル受光素子２２の受光信号からそのノイズをオフセットするなどして、検知の精度を高くすることができるという効果がある。
【0080】
本実施形態によれば、光の方向分布（ＢＲＤＦ）に関する情報を得ることができる、シングルピクセルを用いた光学検査装置１０、光学検査方法、及び、光学検査プログラムを提供することができる。
【0081】
（第３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を参照して詳細に説明する。本実施形態の光学検査装置１０の基本構造は第２実施形態の光学検査装置１０と同じである。以下では差分を述べる。
以下、本実施形態に係る光学検査装置１０について、図９を参照して詳細に説明する。本実施形態の光学検査装置１０の基本構造は第２実施形態の光学検査装置１０と同じである。以下では差分を述べる。
【0082】
本実施形態の光学検査装置１０において、照明部３０はＰＪ（プロジェクター）７０を備えている。本実施形態では、シングルピクセル受光素子２２は、可視光を受光できるが、分光はできない。つまり、シングルピクセル受光素子２２はモノクロ信号を取得する。光線選択部２６は、第１の選択領域２６ａが全て遮蔽領域で構成されるものとする。つまり、光線選択部２６の中心（撮像光軸ＯＡおよびその近傍）に遮蔽領域２６ａを備える。そして、光線選択部２６は、遮蔽領域２６ａよりも外側の光を一部通過させる。さらに外側には、再び遮蔽領域２６ｃを備える。
【0083】
ＰＪ７０は、光源７２と、合波部７４と、照明光学素子７６とを備える。
【0084】
光源７２は白色ＬＥＤとする。ただし、この限りではなく、光源７２は光を発するものならば何でもよい。
【0085】
照明光学素子７６は、フレネルレンズであるとする。フレネルレンズは結像光学素子であり、光を物点から像点に結像する。ただし、この限りではなく、照明光学素子７６は、本実施形態では光を結像できるものならば何でもよい。照明光学素子７６の光軸を照明光軸ＯＡｂとし、撮像光軸ＯＡａとは区別する。撮像光軸ＯＡａ及び照明光軸ＯＡｂの両者は一致してもよいが、異なっていてもよい。
【0086】
合波部７４は、２つのダイクロイックミラー８１，８２と、３つのミラー８３，８４，８５と、一つのクロスダイクロイックプリズム８６と、透過型ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）パネル８７，８８，８９とを備える。
【0087】
クロスダイクロイックプリズム８６の３つの面には、透過型ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）パネル８７，８８，８９がそれぞれ配置される。ただし、この限りではなく、ＬＣＤは、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）でもよく、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）でもよい。つまり、ＬＣＤの代わりに、空間を変調して光の投影像を作りだす空間変調器ならば何でもよい。空間変調器は、機械的に動作するものでもよいが、電気的に動作するほうが望ましい。
【0088】
次に、本実施形態に係る光学検査装置１０の動作を述べる。
【0089】
ＰＪ７０の光源７２から発した光は合波部７４に入射し、第１のダイクロイックミラー８１で青光と緑光が透過され、赤光が反射される。赤光は、第３のミラー８５で反射され、透過型ＬＣＤパネル８７を通過する。第１のダイクロイックミラー８１を透過した青光と緑光は、第２のダイクロイックミラー８２に到達し、青光は透過し、緑光は反射される。第２のダイクロイックミラー８２で反射された緑光は、透過型ＬＣＤパネル８８を通過する。第２のダイクロイックミラー８２を透過した青光はさらに、第１のミラー８３、第２のミラー８４で反射され、透過型ＬＣＤパネル８９を通過する。このとき、ＬＣＤパネル８７，８８，８９のパターンに応じてパターン光が生成される。緑光と赤光も同様にパターン光になる。そして、青光、緑光、赤光は全て、クロスダイクロイックプリズム８６によって合波され、多波長（白色）パターン光となってＰＪ７０から射出される。多波長パターン光は、照明側において、照明光学素子７６によってＬＣＤパネル８７，８８，８９上の物点から像点へと投射（投影）される。この像点は、撮像側では物体の物点に相当する。
【0090】
物体Ｏが均一媒質であるとき、物体Ｏで光はわずかに散乱され、狭い方向分布の光となる。一方、物体Ｏに異物などの微小欠陥があると光は広く散乱される。このような散乱を特異散乱と呼ぶ。
【0091】
光線選択部２６の遮蔽領域２６ａは、物点で光が特異散乱されない場合、その光を遮蔽するように配置される。一方、遮蔽領域２６ａは、物点によって光が特異散乱されて方向分布が広がると、その光を通過するようにも形成されている。つまり、微小欠陥によって光が特異散乱されて光の方向分布が広がるとき、遮蔽領域２６ａと２６ｃの間を光が通過できる。以上により、物体Ｏに微小欠陥が無ければ、各物点からの光はシングルピクセル受光素子２２で受光されない。一方、物点に微小欠陥が存在する場合、シングルピクセル受光素子２２で受光される。これにより、処理部１４は、物体面ＯＳ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。
【0092】
本実施形態において、パターン光はアダマールパターン光（非特許文献１参照）とする。照明部３０は、時間の経過とともに、パターン光を次々に投射し得る。処理部１４は、照明光を照射する都度、シングルピクセル受光素子２２で得られる受光信号との相関を取る。これにより、処理部１４は、シングルピクセル受光素子２２を用いて画像（物体Ｏの表面の情報）が得られるという効果がある。画像の解像度は、照明部３０のパターン光の解像度と同等となる。これは、一般的にゴーストイメージング法と呼ばれることもある。本実施形態に係る光学検査装置１０は、処理部１４を用いて、物体面において、光の散乱特性が推定できるという効果がある。つまり、光の方向分布が狭い物点は光線選択部２６によって遮蔽されるため、シングルピクセル受光素子２２を通して処理部１４で取得される画像には写らない。一方、光の方向分布が広い物点は光線選択部を通過できるため、シングルピクセル受光素子２２を通して処理部１４で取得される画像に写る。このため、本実施形態に係る光学検査装置１０は、微小欠陥がどこにあるか特定できるという効果がある。
【0093】
本実施形態の処理部１４で得られる画像は暗視野画像であり、微小欠陥の画素値を均一媒質のものよりも大きくできるため、Ｓ／Ｎが向上するという効果がある。
【0094】
本実施形態によれば、光の方向分布（ＢＲＤＦ）に関する情報を得ることができる、シングルピクセルを用いた光学検査装置１０、光学検査方法、及び、光学検査プログラムを提供することができる。
【0095】
（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１０を参照して説明する。本実施形態の光学検査装置１０の基本構造は第３実施形態の光学検査装置１０と同じである。以下では差分を述べる。
以下、本実施形態に係る光学検査装置１０について、図１０を参照して説明する。本実施形態の光学検査装置１０の基本構造は第３実施形態の光学検査装置１０と同じである。以下では差分を述べる。
【0096】
【0097】
照明光は、第１、第２、第３の波長スペクトルを含む複数の波長スペクトルで構成される光とする。光線選択部２６は、第１の波長スペクトルの光を透過させ、残りの少なくとも一つの波長スペクトルの光を遮蔽する第１の波長選択領域５１、第２の波長スペクトルの光を透過させ、残りの少なくとも一つの波長スペクトルの光を遮蔽する第２の波長選択領域５２、第３の波長スペクトルの光を透過させ、残りの少なくとも一つの波長スペクトルの光を遮蔽する第３の波長選択領域５３を持つ。ただし、光線選択部２６の第１の波長選択領域５１、第２の波長選択領域５２、第３の波長選択領域５３は、撮像光軸ＯＡａに対してそれぞれ同心円状（同軸）であるとする。つまり、光線選択部２６は、撮像光軸ＯＡａに対して離れたところから撮像光軸（中心）ＯＡａに向かって、第１の波長選択領域５１、第２の波長選択領域５２、第３の波長選択領域５３の順に配置されているとする。なお、第１の波長スペクトルの光を青光とし、第２の波長スペクトルの光を赤光とし、第３の波長スペクトルの光を緑光とする。つまり、光線選択部２６の中心は緑光を通過させ、その外側は赤光を通過させ、さらに外側は青光を通過させる。
【0098】
シングルピクセル受光素子２２は分光器であるとし、青光のピーク波長、緑光のピーク波長、赤光のピーク波長をそれぞれ異なる独立の信号として取得できる。
【0099】
本実施形態では、光源７２とＰＪ７０の合波部７４との間に照明光学素子７６が配置される。照明光学素子７６は、フレネルレンズであるとする。フレネルレンズは光源７２を焦点に配置することにより、平行光を作り出すことができる。平行光は実質的に平行な光であればよく、わずかに発散角を持っていてもよい。ただし、この限りではなく、光源７２からの光を平行光に変換できるものならば何でもよい。光源７２からの光を平行光に変換する照明光学素子７６としては、例えば、ＣＰＣ（Compound Parabolic Concentrator: 複合放物面型集光器）でもよい。ＣＰＣは非結像の光学系であることが知られている。つまり、ＣＰＣは物点を像点に結像する機能を持たない。照明光学素子７６は非結像系の光学素子でもよい。
【0100】
次に、本実施形態に係る光学検査装置１０の動作を述べる。
【0101】
光源７２から発光した光は照明光学素子（フレネルレンズ）７６に到達し、平行光へと変換される。平行光は、ＰＪ７０の合波部７４に入射し、第１のダイクロイックミラー８１で青光と緑光が透過され、赤光が反射される。赤光は、第３のミラー８５で反射され、透過型ＬＣＤパネル８７を通過する。第１のダイクロイックミラー８１を透過した青光と緑光は、さらに第２のダイクロイックミラー８２に到達し、青光は透過し、緑光は反射する。第２のダイクロイックミラー８２を反射した緑光は、透過型ＬＣＤパネル８８を通過する。第２のダイクロイックミラー８２を透過した青光はさらに、第１のミラー８３、第２のミラー８４で反射され、透過型ＬＣＤパネル８９を通過する。このとき、ＬＣＤパネルのパターンに応じてパターン光が生成される。緑光と赤光も同様にパターン光になる。そして、青光、緑光、赤光は全て、クロスダイクロイックプリズム８６によって合波され、多波長（白色）パターン光となってＰＪ７０から射出される。ここで、多波長パターン光は照明光軸に沿った平行光である。
【0102】
ＬＣＤパネルの空間変調の画素（解像度）のサイズに応じ、照明光軸ＯＡｂと方向が異なる回折光が生じることがある。つまり、照明光軸ＯＡｂに対して方向が傾斜したパターン光が生成され得る。しかし、ＰＪ７０と物体Ｏとを十分遠ざけることにより、空間変調器で生じた回折光はシングルピクセル受光素子２２で受光されないように構成することができる。
【0103】
光線選択部２６が結像光学素子２４の焦点面（撮像側焦点面）ＦＰに配置されるため、各物点Ｏ１，Ｏ２において、撮像光軸ＯＡａに対する光線方向に応じて光線選択部２６を通過する位置が定まる。つまり、物点Ｏにおいて撮像光軸ＯＡａに平行な光線は、焦点（撮像側焦点）を通過する。そのため第３の波長選択領域５３に到達する。このとき、光線と撮像光軸ＯＡａの成す角を第３の角度α３≒０°とする。また、物点Ｏにおいて、撮像光軸ＯＡａに対して少し傾斜する光線は、焦点面（撮像側焦点面）ＦＰにおいて、焦点から少し離れた第２の波長選択領域５２に到達する。このとき、光線と撮像光軸ＯＡａの成す角を第２の角度α２とする。また、撮像光軸ＯＡａに対して大きく傾斜する光線は、焦点面（撮像側焦点面）ＦＰにおいて、焦点から大きく離れた第１の波長選択領域５１に到達する。このとき、光線と撮像光軸ＯＡａの成す角を第１の角度α１とする。以上により、光線と撮像光軸ＯＡａの成す角に応じて光線選択部２６を通過する光の波長スペクトルが異なる。つまり、撮像光軸ＯＡａとの成す角が０°＝第３の角度α３（図示せず）のとき、光線選択部２６を通過する光の波長スペクトルは緑光となる。撮像光軸ＯＡａとの成す角が第２の角度α２になるとき、光線選択部２６を通過する光の波長スペクトルは赤光となり、撮像光軸Ｏａとの成す角が第１の角度α１になるとき、光線選択部２６を通過する光の波長スペクトルは青光となる。
【0104】
シングルピクセル受光素子２２は分光器であるため、青光、赤光、緑光のピーク波長に対して独立に信号強度（画素値）を取得できる。そのため、処理部１４は、それらの信号から、光の方向を推定することができる。また、処理部１４は、光の方向分布（ＢＲＤＦ）の広がりも推定することができる。
【0105】
本実施形態において、パターン光はランダムパターン光（非特許文献１参照）とする。時間の経過とともに、パターン光を次々に投射し得る。処理部１４は、照明光を照射する都度、照明部３０の照明光と、シングルピクセル受光素子２２で得られる受光信号との相関を取る。これにより、処理部１４は、シングルピクセル受光素子２２を用いて画像（物体Ｏの表面の情報）が得られるという効果がある。画像の解像度は、照明部３０のパターン光の解像度と同等となる。これは、一般的にゴーストイメージング法と呼ばれることもある。
【0106】
以上により、処理部１４は、各物点ごとの光の方向分布を、シングルピクセル受光素子２２で受光される波長ごとの信号で識別できるという効果がある。つまり、処理部１４は、青光、赤光、緑光のピーク波長ごとに独立に受光される信号の強度から、光の方向、光の方向分布、あるいは光の方向分布の広がりが識別できるという効果がある。つまり、処理部１４は、光の散乱情報、あるいは透過（反射）方向情報、透過（反射）方向分布情報、透過（反射）方向分布の広がり情報を取得できる。また、これにより、処理部１４は、物体面の形状、性状、異物の有無などを検査することが可能になるという効果がある。
【0107】
本実施形態によれば、光の方向分布（ＢＲＤＦ）に関する情報を得ることができる、シングルピクセルを用いた光学検査装置１０、光学検査方法、及び、光学検査プログラムを提供することができる。
【0108】
（第５実施形態）
以下、本実施形態に係る光学検査装置について、図１１を参照して説明する。本実施形態に係る光学検査装置１０の基本構造は第４実施形態の光学検査装置１０と同じである。以下では差分を述べる。
以下、本実施形態に係る光学検査装置について、図１１を参照して説明する。本実施形態に係る光学検査装置１０の基本構造は第４実施形態の光学検査装置１０と同じである。以下では差分を述べる。
【0109】
【0110】
照明部３０としては、ＰＪ７０を備える。本実施形態に係るＰＪ７０は、空間変調器９１と照明光学素子９２とを備える。空間変調器９１は、ＬＣＤでも、ＬＣＯＳでも、ＤＭＤでもなんでもよい。つまり、空間変調器９１は、電気的な変調により光の投影像を作りだすものならば何でもよい。ここでは、空間変調器９１は、ＬＣＤとする。
【0111】
照明光学素子９２は、結像光学素子とし、例えば、アクロマティックレンズであるとする。アクロマティックレンズを用いると照明光Ｌの色収差を低減できる。アクロマティックレンズの光軸を照明光軸ＯＡｂとする。
【0112】
第１の光線選択部（撮像側光線選択部）２６は、例えば結像光学素子２４とシングルピクセル受光素子２２との間の撮像側に設けられる。また、第２の光線選択部（照明側光線選択部）２８は、ＰＪ７０の空間変調器９１と、照明光学素子９２との間の照明側に設けられる。撮像側光線選択部２６は、撮像光軸ＯＡａを軸として同心円の遮蔽領域を備える。
【0113】
照明側光線選択部２８は、照明光軸ＯＡｂを軸として同心円の波長選択領域を備える。光源（図示せず）からの光の波長スペクトルは、少なくとも第１、第２、第３の波長スペクトルの光を含むとする。これらを、第２－１の波長選択領域６４、第２－２の波長選択領域６５、第２－３の波長選択領域６６とする。第２－１の波長選択領域６４は、第１の波長スペクトルの光として青光を通過させ、青光とは異なる残りの第２と第３の波長スペクトルの波長を遮蔽する。第２－２の波長選択領域６５は、第２の波長スペクトルの光として緑光を通過させ、緑光とは異なる残りの第１と第３の波長スペクトルの光を遮蔽する。第２－３の波長選択領域６６は、第３の波長スペクトルの光として赤光を通過させ、赤光とは異なる残りの第１と第２の波長スペクトルの光を遮蔽する。
【0114】
撮像側光線選択部２６は、撮像側の結像光学素子２４の焦点面ＦＰａに配置される。撮像側光線選択部２６は、撮像光軸ＯＡａに沿った位置が開口され、その外側に遮蔽領域２６ｄを有する。
【0115】
照明側光線選択部２８は、照明側の照明光学素子９２の焦点面ＦＰｂに配置される。照明側において、照明側光線選択部２８が照明光学素子９２の焦点面ＦＰｂに配置されるため、照明側光線選択部２８を通過する位置と、通過した光線の照明光軸ＯＡｂとの成す角とを対応づけることができる。つまり、照明側焦点ＦＰｂを通過する青光は、照明光軸ＯＡｂに平行となって撮像側の物体面Ｏに到達する。このとき、青光の照明光軸ＯＡｂとの成す角を第１の角度β１（図示せず）とすると、角度β１は０°（β１≒０°でよい）となる。また、照明側焦点面ＦＰｂにおいて、焦点から少し離れた位置を通過する緑光は、照明光軸ＯＡｂとの成す角が第２の角度β２となる。同様に、照明側焦点面ＦＰｂにおいて、焦点から大きく離れた位置を通過する赤光は、照明光軸ＯＡｂとの成す角が第３の角度β３となる。ここで、第３の角度β３のほうが、第２の角度β２よりも大きくなる。
【0116】
シングルピクセル受光素子２２は分光器とし、青光、緑光、赤光のピーク波長に対して独立に信号強度を取得できる。
【0117】
以下に本実施形態の光学検査装置１０の動作を述べる。
【0118】
本実施形態において、パターン光はアダマールパターン光（非特許文献１参照）とする。例えば処理部１４はＰＪ７０の空間光変調器９１を制御し、時間の経過とともに、パターン光を次々に投射し、その都度シングルピクセル受光素子で得られる受光信号との相関を取る。ただし、処理部１４は、画像相関を青光、緑光、赤光のそれぞれに対して行う。これにより、処理部１４は、シングルピクセル受光素子２２を用いて画像が得られるという効果がある。画像の解像度は、パターン光の解像度と同等となる。これは、一般的にゴーストイメージング法と呼ばれることもある。
【0119】
物体が均一媒質であるとき、物体で光の散乱は起こらない。一方、物体に異物などの微小欠陥があると光は散乱される。
【0120】
撮像側の第１の光線選択部２６は、物体が均一媒質であるとき、各物点を通過する緑光と赤光を遮蔽領域２６ｄで遮蔽し、青光のみを遮蔽領域２６ｄの中心軸（光軸ＯＡａ）及びその近傍に設けられた開口を通過させる。一方、微小欠陥によって光が散乱されて光の方向分布が広がるとき、緑光あるいは赤光のそれぞれの一部も遮蔽領域２６ｄの開口を通過させる。以上により、物体Ｏに微小欠陥が無ければ、各物点からの光はシングルピクセル受光素子２２で青光のみが受光される。一方、微小欠陥が存在する物点は、シングルピクセル受光素子２２で青光に加えて、緑光あるいは赤光、すなわち、２つ又は３つの波長スペクトルの光も受光される。これにより、処理部１４は、物体面ＯＳにおける各物点において、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。また、処理部１４は、緑光と赤光が同時に検知された場合、緑光のみが検知された場合と比べて物点における光の方向分布の広がりが広いと推定できるという効果がある。つまり、処理部１４は、光の散乱の大きさに関する情報を各物点で得ることができる。これにより、処理部１４は、物体の形状、性状、異物の有無などの光学検査が可能となる。
【0121】
本実施形態によれば、光の方向分布（ＢＲＤＦ）に関する情報を得ることができる、シングルピクセルを用いた光学検査装置１０、光学検査方法、及び、光学検査プログラムを提供することができる。
【0122】
（第６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１２を参照して詳細に説明する。本実施形態の光学検査装置１０の基本構造は第５実施形態の光学検査装置１０と同じである。以下では差分を述べる。
以下、本実施形態に係る光学検査装置１０について、図１２を参照して詳細に説明する。本実施形態の光学検査装置１０の基本構造は第５実施形態の光学検査装置１０と同じである。以下では差分を述べる。
【0123】
【0124】
光学検査装置１０は、照明側には照明光学素子９０を備える。第１の照明光学素子９０は結像光学素子である。例えば、第１の照明光学素子９０はフレネルレンズであるとする。第１の照明光学素子９０は、第１の照明側焦点面ＦＰｂを持つ。照明光軸ＯＡｂは、第１の照明光学素子９０の光軸とする。
【0125】
光学検査装置１０は、照明側にはＰＪ７０を備える。ＰＪ７０は、空間変調器９１と第２の照明光学素子９２を備える。空間変調器９１は、ＬＣＤでも、ＬＣＯＳでも、ＤＭＤでもなんでもよい。つまり、空間変調器９１は、電気的な変調により光の投影像を作りだすものならば何でもよい。ここでは、空間変調器９１は、ＬＣＤとする。第２の照明光学素子９２の光軸は、第１の照明光学素子９０の光軸（照明光軸）ＯＡｂと異なってもよい。第２の照明光学素子９２は、結像光学素子とし、例えば、アクロマティックレンズであるとする。アクロマティックレンズを用いると、照明光の色収差を低減できる。
【0126】
光線選択部２６は、撮像側の結像光学素子２４の焦点面ＦＰａに配置される。これを第１の光線選択部とする。あるいは、撮像側光線選択部とする。撮像側光線選択部２６は、撮像光軸ＯＡａを軸として同心円の波長選択領域を備える。本実施形態では、撮像側光線選択部２６は、第１－１の波長選択領域５１、第１－２の波長選択領域５２、及び、第１－３の波長選択領域５３を有する。
【0127】
照明側の光線選択部２８は、ＰＪ７０を用いて第１の照明光学素子９０の焦点面ＦＰｂに像を投影することによって生成する。このようにＰＪ７０によって投影された像を照明側光線選択部（第２の光線選択部）２８とする。しかし、照明側光線選択部２８は、実際には実体があるわけではなく、あくまでもＰＪ７０で投影された像である。照明側光線選択部２８は、照明光軸ＯＡｂを軸として同心円の波長選択領域を備える。照明側光線選択部２８は、第２－１の波長選択領域６７、第２－２の波長選択領域６８、及び、第２－３の波長選択領域６９とする。第２－１の波長選択領域６７は青光であり、第２－２の波長選択領域６８は緑光であり、第２－３の波長選択領域６９は赤光である。このように、第２の光線選択部２８をＰＪ７０によって投影された像とすることにより、自由に光線選択部を変化させたり、拡大・縮小させたりすることが可能になるという効果がある。このため、光軸ＯＡｂに沿って、中心軸から外側に向かって、青光、緑光、赤光の同心状の照明が第１の照明光学素子９０を通して物体Ｏの各物点で形成される。
【0128】
実体がないため、第１の照明側焦点面ＦＰｂには何も配置しなくてもよいが、第１の照明側焦点面ＦＰｂには光拡散部を配置してもよい。光拡散部は光を拡散させる機能を有する。光拡散部としては、例えば、摺りガラスでもよい。ただし、これに限らず、光拡散部としては、透過型でも反射型でもよい。また、光拡散部としては、波長を変換して発散光を生成する蛍光体でもよい。光拡散部を第１の照明側焦点面ＦＰｂに配置することで、各物点において様々な方向の光を入射させることができる。もし、光拡散部を配置しない場合、物点ごとに入射立体角を占める光線の数が大きく変動したり、物点によっては入射立体角を占める光線数が少ないものが存在したりしてしまう。そのため、光拡散部を配置することにより、各物点の入射立体角を占める光線の数を増やし、各物点ごとの変動を抑えるという効果がある。
【0129】
第１の光線選択部（撮像側光線選択部）２６の第１－１の波長選択領域５１、第１－２の波長選択領域５２、第１－３の波長選択領域５３は、それぞれ、青光、緑光、赤光を遮蔽し、かつ青光、緑光、赤光の補色を通過させる。つまり、第１－１の波長選択領域５１は、青光を遮蔽するが、緑光と赤光は通過させる。第１－２の波長選択領域５２は、緑光を遮蔽するが、青光と赤光は通過させる。第１－３の波長選択領域５３は、赤光を遮蔽するが、青光と緑光は通過させる。
【0130】
照明側において、第２の光線選択部２８が第１の照明光学素子９０の焦点面（第１の照明側焦点面）ＦＰｂへの投影によって形成されるため、光線選択部２８を通過する光の位置と、光線選択部２８を通過した通過後に物点に向かう光の照明光軸ＯＡｂとの成す角を対応づけることができる。つまり、照明側焦点を通過する青光は、照明光軸ＯＡｂと平行になる。青光の照明光軸ＯＡｂとの成す角を第１の角度γ１（図示せず）とすると、角度は０°（γ１≒０°でよい）となる。また、照明側焦点面ＦＰｂにおいて、焦点から少し離れた位置を通過する緑光は、照明光軸ＯＡｂとの成す角が第２の角度γ２となる。同様に、照明側焦点面ＦＰｂにおいて、焦点から大きく離れた位置を通過する赤光は、照明光軸ＯＡｂとの成す角が第３の角度γ３となる。ここで、第３の角度γ３のほうが、第２の角度γ２よりも大きくなる。
【0131】
シングルピクセル受光素子２２はモノクロ信号を受光するものとし、分光はできないものとする。
【0132】
以下に本実施形態の動作を述べる。
【0133】
本実施形態において、パターン光はアダマールパターン光（非特許文献１参照）とする。処理部１４は、照明部３０を制御して、時間の経過とともに、パターン光を次々に投射し、その都度シングルピクセル受光素子２２で得られる受光信号との相関を取る。これにより、シングルピクセル受光素子２２を用いて画像が得られるという効果がある。画像の解像度は、パターン光の解像度と同等となる。これは、一般的にゴーストイメージング法と呼ばれることもある。
【0134】
物体が均一媒質であるとき、物体で光の散乱は起こらない。一方、物体に異物などの微小欠陥があると光は散乱される。
【0135】
物体が均一媒質であるとき、撮像側の第１の光線選択部２６は、青光、緑光、赤光を遮蔽し、青光、緑光、赤光の補色を通過させるため、全ての照明光を遮蔽する。一方、微小欠陥によって光が散乱されて光の方向分布が広がるとき、青光の補色あるいは緑光の補色あるいは赤光の補色のいずれか、あるいは全てを通過させる。以上により、物体Ｏに微小欠陥が無ければ、シングルピクセル受光素子２２で照明光は受光されない。一方、物体Ｏに微小欠陥が存在する物点は、シングルピクセル受光素子２２で照明光が受光される。これにより、物体面ＯＳにおける各物点において、処理部１４は、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。つまり、処理部１４は、光の散乱の大きさに関する情報を各物点で得ることができる。これにより、光学検査装置１０は、物体の形状、性状、異物の有無などの光学検査が可能となる。
【0136】
本実施形態では、ＰＪ７０によって投影された像を第２の光線選択部２８とする。これにより、第２の光線選択部２８を電気的に自由に変更することができる。そのため、物体面へ入射する照明の立体角と光の色（青光、緑光、赤光）との対応関係を変化させることができるという効果がある。つまり、光の方向分布の広がりに対する感度を調整し、最適化することができるという効果がある。
【0137】
本実施形態によれば、光の方向分布（ＢＲＤＦ）に関する情報を得ることができる、シングルピクセルを用いた光学検査装置１０、光学検査方法、及び、光学検査プログラムを提供することができる。
【0138】
以上述べた少なくともひとつの実施形態の光学検査装置１０、光学検査方法、及び、光学検査プログラムによれば、シングルピクセルを用いて、光の方向分布（ＢＲＤＦ）に関する情報を得ることができる。
【0139】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、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。これら新規な実施の形態は、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。これら実施の形態は、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】
【0140】
１０…光学検査装置、１２…撮像部、１４…処理部、２２…シングルピクセル受光素子、２４…結像光学素子、２６…第１の光線選択部（撮像側光線選択部）、２６ａ…第１の選択領域、２８…第２の光線選択部（照明側光線選択部）、３０…照明部。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
