(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-11-28
(45)【発行日】2023-12-06
(54)【発明の名称】検査システムおよび検査方法
(51)【国際特許分類】
G01N 21/88 20060101AFI20231129BHJP
【ＦＩ】
G01N21/88 Z
【請求項の数】
10
(21)【出願番号】P 2020102219
(22)【出願日】2020-06-12
(65)【公開番号】P2021196240
(43)【公開日】2021-12-27
【審査請求日】2023-03-01
(73)【特許権者】
【識別番号】000002945
【氏名又は名称】オムロン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001195
【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】池田 泰之
【審査官】嶋田 行志
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１９－１４４２０２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１４４２０３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－２０４９９４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－２４０４３２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０７－０２７７０９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００５－５２１０６４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－２５２８４１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１７－５３３４３７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０００－１０５２０３（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１３／１３２９１３（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２００７／０２６６９０（ＷＯ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２００７／００１９１８６（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２００７／００１３９０３（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｎ ２１／８４－Ｇ０１Ｎ ２１／９５８
Ｇ０１Ｂ １１／００－Ｇ０１Ｂ １１／３０
Ｈ０１Ｌ ２１／００－Ｈ０１Ｌ ２１／９８
ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０／ＪＳＴＣｈｉｎａ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
対象物の表面を検査する検査システムであって、前記対象物を照明するための発光装置と、
前記発光装置と前記対象物との間に配置されるコリメータレンズと、
前記対象物を撮像する撮像装置と、を備え、
前記発光装置は、発光位置を可変であり、
前記検査システムは、さらに、
互いに前記発光位置が異なる状態での複数回の撮像からそれぞれ得られる複数の撮像画像を解析することにより、各画素の値が当該画素に写る前記対象物の表面の法線方向に対応する第１解析画像を生成する画像解析部を備える、検査システム。
【請求項2】
前記第１解析画像の各画素の値は、前記複数の撮像画像における当該画素の輝度と前記発光位置との関係を示す波形の位相を示す、請求項１に記載の検査システム。
【請求項3】
前記第１解析画像の各画素の値は、前記複数の撮像画像における当該画素の輝度と前記発光位置との関係を示す波形において前記輝度がピークとなる前記発光位置を示す、請求項１に記載の検査システム。
【請求項4】
前記画像解析部は、前記複数の撮像画像を解析することにより第２解析画像をさらに生成し、前記第２解析画像の各画素の値は、前記複数の撮像画像における当該画素の輝度と前記発光位置との関係を示す波形の振幅である、請求項１に記載の検査システム。
【請求項5】
前記発光装置は、複数の光源を含み、前記複数の光源のうち発光させる光源を順次切り替え、前記複数の光源は、前記コリメータレンズの光軸に垂直な平面上、または、前記光軸上に中心を有する球状の面上に配置される、請求項１から４のいずれか１項に記載の検査システム。
【請求項6】
前記画像解析部は、前記複数の撮像画像を合成した合成画像をさらに生成する、請求項１から５のいずれか１項に記載の検査システム。
【請求項7】
前記発光位置と前記コリメータレンズとの距離は、前記コリメータレンズの焦点距離以上である、請求項１から６のいずれか１項に記載の検査システム。
【請求項8】
前記コリメータレンズと前記対象物との間に配置されるハーフミラーをさらに備え、前記発光装置から照射され、前記コリメータレンズを透過した光は、前記ハーフミラーに反射して前記対象物を照らし、
前記対象物による反射光は、前記ハーフミラーを透過して前記撮像装置に入射する、請求項１から７のいずれか１項に記載の検査システム。
【請求項9】
対象物の表面を検査する検査システムであって、前記対象物を照明するための発光装置と、
前記発光装置と前記対象物との間に配置されるコリメータレンズと、
前記対象物を撮像する撮像装置と、を備え、
前記発光装置は、発光位置を可変であり、
前記検査システムは、さらに、
互いに前記発光位置が異なる状態での複数回の撮像からそれぞれ得られる複数の撮像画像を解析することにより解析画像を生成する画像解析部を備え、
前記解析画像の各画素の値は、前記複数の撮像画像における当該画素の輝度と前記発光位置との関係を示す波形の特徴量である、検査システム。
【請求項10】
対象物の表面を検査する検査方法であって、発光装置から照射され、コリメータレンズを透過した光を前記対象物に照射させながら、前記対象物を撮像するステップを備え、
前記撮像するステップは、
前記発光装置における発光位置を切り替えるステップと、
互いに前記発光位置が異なる状態での複数回の撮像から複数の撮像画像を取得するステップと、を含み、
前記検査方法は、さらに、
前記複数の撮像画像を解析することにより、各画素の値が当該画素に写る前記対象物の表面の法線方向に対応する解析画像を生成するステップを備える、検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、検査システムおよび検査方法に関する。
【背景技術】
【0002】
ＦＡ（Factory Automation）分野などにおいて、金属などの光沢を持つ表面を有する対象物を照明しながら撮像し、得られた画像を用いて対象物の外観を検査することが知られている。
【0003】
照明の方法として平行光同軸照明が知られている。平行光同軸照明を用いることにより、対象物の表面上に細かいキズ、緩やかな凹凸などの欠陥が存在する場合、欠陥に応じた輝度の濃淡分布が画像に現われる。そのため、濃淡分布を確認することにより、欠陥の有無を検査できる。
【0004】
実用新案登録第３１９７７６６号公報（特許文献１）には、反射型位相シフト法が開示されている。反射型位相シフト法は、スリット光を１周期分だけシフトさせながら対象物に照射する。撮像により得られる画像には縞が見られ、輝度変化が欠陥の有無に応じて異なる。そのため、輝度変化を確認することにより、欠陥を検出できる。例えば、撮影された被検査体の表面の各位置について、１周期分の画像の輝度の最大値と最小値とを求め、被検査体の表面の各位置での最大値を集めた最大値画像と最小値を集めた最小値画像との差分画像に基づいて、被検査体の表面の欠陥が検出される。
【0005】
特許第５８６６５８６号公報（特許文献２）には、対象物の各点に照射される光の照射立体角として、異なる光属性を持つ複数の立体角領域を形成するフィルタ手段を備えた検査用照明装置が開示されている。この検査用照明装置を用いることにより、光の照射立体角の形状、大きさおよび傾きと、照射立体角内の特定の光属性をもつ立体角領域とが、視野全域において略均一に設定され得る。その結果、微小な欠陥等であっても略同一の検出条件で検出することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】実用新案登録第３１９７７６６号公報
【文献】特許第５８６６５８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
平行光同軸照明を用いる場合、平行光の光軸と対象物の表面の法線方向とが平行になるように対象物を設置する必要がある。そのため、対象物の設置の調整に手間がかかる。
【0008】
特許文献１に記載の反射型位相シフト法を用いる場合、対象物の表面の拡散反射率が大きいと、観測される縞のコントラストが低下し、欠陥の検出精度が低下する。
【0009】
特許文献２に記載の検査用照明装置を用いる場合、対象物の表面の反射特性に応じてフィルタ手段を調整する手間がかかる。
【0010】
本開示は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、検査のための調整の手間を低減でき、欠陥の検出精度の高い検査システムおよび検査方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本開示の一例によれば、対象物の表面を検査する検査システムは、対象物を照明するための発光装置と、発光装置と対象物との間に配置されるコリメータレンズと、対象物を撮像する撮像装置と、を備える。発光装置は、発光位置を可変である。検査システムは、さらに、互いに発光位置が異なる状態での複数回の撮像からそれぞれ得られる複数の撮像画像を解析することにより、各画素の値が当該画素に写る対象物の表面の法線方向に対応する第１解析画像を生成する画像解析部を備える。
【0012】
上記の開示によれば、第１解析画像では、表面の法線方向が変化する凹凸がキズなどの欠陥の写る画素の値が、他の画素の値と異なる。そのため、第１解析画像を確認することにより、欠陥を精度良く検出できる。
【0013】
さらに、対象物と撮像装置との相対位置関係は、複数の発光位置のいずれかにおいて輝度がピークを示すように設定されればよい。そのため、特許文献１のように、対象物の設置の調整に手間がかからない。さらに、特許文献２に記載のようなフィルタ手段を備えないため、フィルタ手段の調整に手間をかける必要がない。
【0014】
以上のように、上記の構成の検査システムによれば、検査のための調整の手間を低減でき、欠陥の検出精度を高めることができる。
【0015】
上述の開示において、第１解析画像の各画素の値は、複数の撮像画像における当該画素の輝度と発光位置との関係を示す波形の位相を示す。
【0016】
画素の輝度と発光位置との関係を示す波形の位相は、当該画素に写る対象物の表面の法線方向に依存する。そのため、上記の開示によれば、第１解析画像は、対象物の表面の法線方向の分布を精度良く表すことができる。
【0017】
上述の開示において、第１解析画像の各画素の値は、複数の撮像画像における当該画素の輝度と発光位置との関係を示す波形において輝度がピークとなる発光位置を示す。
【0018】
輝度がピークとなる発光位置は、対象物の表面の法線方向に依存する。そのため、上記の開示によれば、第１解析画像は、対象物の表面の法線方向の分布を精度良く表すことができる。
【0019】
上述の開示において、画像解析部は、複数の撮像画像を解析することにより第２解析画像をさらに生成する。第２解析画像の各画素の値は、複数の撮像画像における当該画素の輝度と発光位置との関係を示す波形の振幅である。
【0020】
上記の開示によれば、第２解析画像を確認することにより、光の正反射する度合いを低下させるような物質の汚れ、あるいは、ガラス製の対象物の表面の細かいキズを精度良く検出できる。
【0021】
上述の開示において、発光装置は、複数の光源を含み、複数の光源のうち発光させる光源を順次切り替える。複数の光源は、コリメータレンズの光軸に垂直な平面上、または、光軸上に中心を有する球状の面上に配置される。上記の開示によれば、発光装置は、発光位置を容易に変化させることができる。
【0022】
上述の開示において、画像解析部は、複数の撮像画像を合成した合成画像をさらに生成する。
【0023】
上記の開示によれば、合成画像を確認することにより、対象物の表面の凹凸の影響を受けずに、拡散反射する低コントラストのムラなどの欠陥を精度良く検出できる。
【0024】
上述の開示において、発光位置とコリメータレンズとの距離は、コリメータレンズの焦点距離以上である。
【0025】
上記の開示によれば、発光位置とコリメータレンズとの距離がコリメータレンズの焦点距離である場合、対象物の表面への照射条件を均一にできる。発光位置とコリメータレンズとの距離がコリメータレンズの焦点距離よりも大きい場合、撮像装置の設置場所の自由度があがる。
【0026】
上述の開示において、検査システムは、コリメータレンズと対象物との間に配置されるハーフミラーをさらに備える。発光装置から照射され、コリメータレンズを透過した光は、ハーフミラーに反射して対象物を照らす。対象物による反射光は、ハーフミラーを透過して撮像装置に入射する。
【0027】
上記の開示によれば、撮像装置は、発光装置からの光が照射された対象物を撮像しやすくなる。
【0028】
本開示の一例によれば、対象物の表面を検査する検査システムは、対象物を照明するための発光装置と、発光装置と対象物との間に配置されるコリメータレンズと、対象物を撮像する撮像装置と、を備える。発光装置は、発光位置を可変である。検査システムは、さらに、互いに発光位置が異なる状態での複数回の撮像からそれぞれ得られる複数の撮像画像を解析することにより解析画像を生成する画像解析部を備える。解析画像の各画素の値は、複数の撮像画像における当該画素の輝度と発光位置との関係を示す波形の特徴量である。
【0029】
上記の開示によれば、解析画像の各画素の値は、複数の撮像画像における当該画素の輝度と発光位置との関係を示す波形の特徴量である。画素の輝度と発光位置との関係を示す波形は、画素に写る対象物の表面の法線方向、および、当該表面における光の正反射する度合いに応じて変化する。そのため、波形の特徴量を画素の値とする解析画像を確認することにより、対象物の表面の法線方向の分布、あるいは、対象物の表面における光の正反射する度合いの分布を把握できる。その結果、表面の法線方向に影響を及ぼす凹凸やキズなどの欠陥、あるいは、光の正反射する度合いに影響を及ぼす汚れやキズなどの欠陥を精度良く検出できる。
【0030】
さらに、対象物と撮像装置との相対位置関係は、複数の発光位置のいずれかにおいて輝度がピークを示すように設定されればよい。そのため、特許文献１のように、対象物の設置の調整に手間がかからない。さらに、特許文献２に記載のようなフィルタ手段を備えないため、フィルタ手段の調整に手間をかける必要がない。
【0031】
以上のように、上記の構成の検査システムによれば、検査のための調整の手間を低減でき、欠陥の検出精度を高めることができる。
【0032】
本開示の一例によれば、対象物の表面を検査する検査方法は、発光装置から照射され、コリメータレンズを透過した光を対象物に照射させながら、対象物を撮像するステップを備える。撮像するステップは、発光装置における発光位置を切り替えるステップと、互いに発光位置が異なる状態での複数回の撮像から複数の撮像画像を取得するステップと、を含む。検査方法は、さらに、複数の撮像画像を解析することにより、各画素の値が当該画素に写る対象物の表面の法線方向に対応する解析画像を生成するステップを備える。
【0033】
この開示によっても、検査のための調整の手間を低減でき、欠陥の検出精度を高めることができる。
【発明の効果】
【0034】
本開示によれば、検査のための調整の手間を低減でき、欠陥の検出精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【0035】
【図1】本実施の形態に係る検査システム１の全体構成を示す概略図である。
【図2】具体例１に係る検査システム１Ａの構成を示す模式図である。
【図3】具体例２に係る検査システムの構成を示す模式図である。
【図4】画像解析部のハードウェア構成の一例を示す図である。
【図5】互いに発光位置が異なる状態での複数回の撮像からそれぞれ得られる複数の撮像画像の一例を示す図である。
【図6】Ｘ＝０ｍｍ，Ｙ＝－３ｍｍの発光位置で発光させたときの撮像画像を示す図である。
【図7】選択された７枚の撮像画像における、画素５０～５２の輝度の変化を示す図である。
【図9】特許文献１に記載の反射型位相シフト法を用いて生成された差分画像２８を示す図である。
【図11】複数の撮像画像を合成した合成画像２４を示す図である。
【図12】互いに発光位置が異なる状態での２５回の撮像からそれぞれ得られる２５枚の撮像画像と、これら撮像画像から生成される法線画像２０Ｘ，２０Ｙ、直接反射画像２２Ｙおよび合成画像２４とを示す図である。
【図13】解析画像の生成処理の流れの一例を示す図である。
【図14】発光装置１０Ａにおける発光位置の変更方法の一例を示す図である。
【図15】発光装置１０Ａにおける発光位置の変更方法の別の例を示す図である。
【図16】検査対象領域の各点における立体照射角を示す図である。
【図17】検査対象領域３の端点Ｐの正反射光の光束９０を示す図である。
【図18】検査対象領域３の端点Ｑの正反射光の光束９２を示す図である。
【図19】撮像装置１６の配置領域を示す図である。
【図20】変形例１に係る検査システム１Ｃの構成を示す図である。
【図21】発光装置１０Ｃの４つの点灯状態の例を示す図である。
【図22】変形例２に係る検査システム１Ｄの構成を示す図である。
【図23】発光装置１０Ａとコリメータレンズ１２との距離Ｌがコリメータレンズ１２の焦点距離ｆよりも長く設定されたときの光路を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0036】
本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。
【0037】
§１ 適用例
図１を参照して、本発明の適用例について説明する。図１は、本実施の形態に係る検査システム１の全体構成を示す概略図である。検査システム１は、対象物２の表面のうち検査対象領域３を検査する。対象物２には、金属やガラスなど光沢な表面を有する物体が含まれる。検査システム１は、例えば生産ラインに組み込まれ、検査対象領域３の欠陥の有無を検査する。欠陥には、キズ、凹凸、汚れ、ゴミの付着などが含まれる。
図１を参照して、本発明の適用例について説明する。図１は、本実施の形態に係る検査システム１の全体構成を示す概略図である。検査システム１は、対象物２の表面のうち検査対象領域３を検査する。対象物２には、金属やガラスなど光沢な表面を有する物体が含まれる。検査システム１は、例えば生産ラインに組み込まれ、検査対象領域３の欠陥の有無を検査する。欠陥には、キズ、凹凸、汚れ、ゴミの付着などが含まれる。
【0038】
図１に示されるように、検査システム１は、主要なコンポーネントとして、発光装置１０とコリメータレンズ１２と撮像装置１６と画像解析部１８とを備える。さらに、図１に例示される検査システム１は、ハーフミラー１４を備える。
【0039】
発光装置１０は、対象物２を照明するための装置である。発光装置１０は、発光位置を可変である。図１に示す例では、発光装置１０は、コリメータレンズ１２の光軸８０に垂直な仮想平面８２上の複数の発光位置（発光位置ＰＡ，ＰＢ，ＰＣを含む）から発光可能である。発光位置ＰＢは、コリメータレンズ１２の光軸８０上に位置する。
【0040】
コリメータレンズ１２は、光路上において、発光装置１０と対象物２との間に配置される。図１に示す例では、コリメータレンズ１２は、仮想平面８２から焦点距離ｆだけ離れた位置に配置される。そのため、仮想平面８２上に配置された任意の１つの発光位置（例えば発光位置ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ）から照射された光は、コリメータレンズ１２を通過することにより、平行光となる。
【0041】
ハーフミラー１４は、光路上において、コリメータレンズ１２と対象物２との間に配置される。図１に示されるように、対象物２の検査対象領域３は、コリメータレンズ１２の光軸８０に略平行である。そのため、ハーフミラー１４は、発光装置１０から発光された光を対象物２に向けるために、コリメータレンズ１２の光軸８０と反射面とのなす角度が４５度となるように配置される。これにより、発光装置１０から照射され、コリメータレンズ１２を透過した光は、ハーフミラー１４で反射して対象物２を照らす。
【0042】
撮像装置１６は、一例として、レンズなどの光学系に加えて、ＣＣＤ（Coupled Charged Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサといった、複数の画素に区画された撮像素子を含んで構成される。撮像装置１６は、対象物２の検査対象領域３が視野に含まれるように、ハーフミラー１４の対象物２とは反対側に配置される。具体的には、撮像装置１６は、撮像装置１６の光軸８４がコリメータレンズ１２の光軸８０と直交し、かつ、撮像装置１６の光軸８４とハーフミラー１４とのなす角度が４５度となるように配置される。これにより、対象物２による反射光は、ハーフミラー１４を透過して撮像装置１６に入射する。撮像装置１６は、撮像によって得られた画像データ（以下、「撮像画像」と称する。）を画像解析部１８に出力する。
【0043】
画像解析部１８は、互いに発光位置が異なる状態での複数回の撮像からそれぞれ得られる複数の撮像画像を解析する。
【0044】
発光装置１０における１つの発光位置から発した光は、コリメータレンズ１２を通過した後、ハーフミラー１４で反射して対象物２の検査対象領域３を照らす。コリメータレンズ１２が発光位置と対象物２との間に配置されるため、対象物２の検査対象領域３における各点の照射条件（光量、照射角度、照射立体角など）は均一となる。
【0045】
発光位置が変化すると、検査対象領域３の各点への光の照射角度が変化する。図１に示す例では、発光位置ＰＡから照射された光ＬＡは、コリメータレンズ１２を通過した後にハーフミラー１４で反射し、紙面の左側から対象物２を照らす。発光位置ＰＢから照射された光ＬＢは、コリメータレンズ１２を通過した後にハーフミラー１４で反射し、鉛直方向に沿って対象物２を照らす。発光位置ＰＣから照射された光ＬＣは、コリメータレンズ１２を通過した後にハーフミラー１４で反射し、紙面の右側から対象物２を照らす。
【0046】
対象物２が金属やガラスなど光沢な表面を有する物体である場合、検査対象領域３に照射された光の大部分は正反射する。検査対象領域３の各点において正反射して撮像装置１６に入射する光量（正反射成分）は、当該点における照射条件と当該点の法線方向とに依存する。そのため、検査対象領域３の各点への光の照射角度が変化すると、撮像装置１６に入射する正反射成分も変化する。しかしながら、上述したように、検査対象領域３の各点の照射条件は均一である。従って、検査対象領域３の各点において、撮像装置１６に入射する正反射成分が最大となる発光位置は、当該点の法線方向に依存する。そのため、画像解析部１８は、検査対象領域３の各点の法線方向の分布を確認するために、互いに発光位置が異なる状態での複数回の撮像からそれぞれ得られる複数の撮像画像について各画素の輝度の変化を解析する。
【0047】
例えば、検査対象領域３が完全に平坦である場合、つまり、検査対象領域３の各点の法線方向が一定である場合、複数の撮像画像について、各画素の輝度の変化は均一となる。一方、検査対象領域３の一部分に凹凸やキズなどの欠陥が存在する場合、欠陥における法線方向は、欠陥以外の部分の法線方向と異なる。そのため、複数の撮像画像について、欠陥の写る画素の輝度の変化は、欠陥以外の部分の写る画素の輝度の変化と異なる。
【0048】
このように、各画素の輝度の変化を解析することにより、当該画素に写る部分の法線方向が特定され得る。そのため、画像解析部１８は、複数の撮像画像を解析することにより、各画素の値が当該画素に写る対象物２の表面の法線方向に対応する解析画像（以下、「法線画像２０」と称する。）を生成する。図１に示す法線画像２０では、緩やかな凹みが形成された欠陥Ｆの写る画素の値が、他の画素（つまり、欠陥のない平坦な部分の写る画素）の値と異なる。これにより、法線画像２０を確認することにより、法線方向に変化が生じる凹凸やキズなどの欠陥を精度良く検出できる。
【0049】
対象物２と撮像装置１６との相対位置関係は、複数の発光位置のいずれかにおいて輝度がピークを示すように設定されればよい。そのため、平行光同軸照明を用いる場合のように、対象物２の設置の調整に手間をかける必要がない。
【0050】
さらに、本実施の形態に係る検査システム１は、特許文献２に記載のような、対象物の各点に照射される光の照射立体角として、異なる光属性を持つ複数の立体角領域を形成するフィルタ手段を備えない。そのため、フィルタ手段の調整に手間をかける必要がない。
【0051】
以上のように、本実施の形態に係る検査システム１によれば、検査のための調整の手間を低減でき、欠陥の検出精度を高めることができる。
【0052】
§２ 具体例
＜Ａ．検査システムの具体例１＞
図２は、具体例１に係る検査システム１Ａの構成を示す模式図である。図２に示すように、検査システム１Ａは、発光装置１０Ａとコリメータレンズ１２とハーフミラー１４と撮像装置１６と画像解析部１８とを備える。
＜Ａ．検査システムの具体例１＞
図２は、具体例１に係る検査システム１Ａの構成を示す模式図である。図２に示すように、検査システム１Ａは、発光装置１０Ａとコリメータレンズ１２とハーフミラー１４と撮像装置１６と画像解析部１８とを備える。
【0053】
発光装置１０Ａは、複数の光源１０１を含む。光源１０１は、点光源であってもよいし、面光源であってもよい。
【0054】
複数の光源１０１は、コリメータレンズ１２の光軸８０に垂直な仮想平面８２上に配置される。仮想平面８２とコリメータレンズ１２との距離Ｌは、コリメータレンズ１２の焦点距離ｆと一致する。
【0055】
図２に示す例では、４９個の光源１０１が、Ｘ方向に７行、Ｙ方向に７列のマトリクス状に配置される。Ｘ方向は、コリメータレンズ１２の光軸８０に垂直な方向（図２では鉛直方向）であり、Ｙ方向は、Ｘ方向に垂直であり、かつ、コリメータレンズ１２の光軸８０に垂直な方向である。
【0056】
発光装置１０Ａは、複数の光源１０１のうち発光させる光源１０１を順次切り替えることにより、発光位置を変化させる。
【0057】
＜Ｂ．検査システムの具体例２＞
図３は、具体例２に係る検査システムの構成を示す模式図である。図３に示すように、検査システム１Ｂは、発光装置１０Ｂとコリメータレンズ１２とハーフミラー１４と撮像装置１６と画像解析部１８とを備える。
図３は、具体例２に係る検査システムの構成を示す模式図である。図３に示すように、検査システム１Ｂは、発光装置１０Ｂとコリメータレンズ１２とハーフミラー１４と撮像装置１６と画像解析部１８とを備える。
【0058】
発光装置１０Ｂは、１つの光源１０２と、コリメータレンズ１２の光軸８０に垂直な仮想平面８２上において、光源１０２をＸ方向およびＹ方向に移動させるＸＹステージ１０３とを含む。光源１０２は、点光源であってもよいし、面光源であってもよい。
【0059】
発光装置１０Ｂは、ＸＹステージ１０３を移動させることにより、発光位置を変化させる。
【0060】
＜Ｃ．画像解析部のハードウェア構成＞
画像解析部１８は、典型的には、汎用的なコンピュータアーキテクチャに従う構造を有しており、予めインストールされたプログラムをプロセッサが実行することで、各種の処理を実現する。
画像解析部１８は、典型的には、汎用的なコンピュータアーキテクチャに従う構造を有しており、予めインストールされたプログラムをプロセッサが実行することで、各種の処理を実現する。
【0061】
図４は、画像解析部のハードウェア構成の一例を示す図である。図４に示されるように、画像解析部１８は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro-Processing Unit）などのプロセッサ１８０と、ＲＡＭ（Random Access Memory）１８１と、表示コントローラ１８２と、システムコントローラ１８３と、Ｉ／Ｏ（Input Output）コントローラ１８４と、ハードディスク１８５と、カメラインターフェイス１８６と、入力インターフェイス１８７と、通信インターフェイス１８９と、メモリカードインターフェイス１９０とを含む。これらの各部は、システムコントローラ１８３を中心として、互いにデータ通信可能に接続される。
【0062】
プロセッサ１８０は、システムコントローラ１８３との間でプログラム（コード）などを交換して、これらを所定順序で実行することで、目的の演算処理を実現する。
【0063】
システムコントローラ１８３は、プロセッサ１８０、ＲＡＭ１８１、表示コントローラ１８２、およびＩ／Ｏコントローラ１８４とそれぞれバスを介して接続されており、各部との間でデータ交換などを行うとともに、画像解析部１８全体の処理を司る。
【0064】
ＲＡＭ１８１は、典型的には、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）などの揮発性の記憶装置であり、ハードディスク１８５から読み出されたプログラムや、撮像装置１６から受けた撮像画像、撮像画像に対する処理結果、およびワークデータなどを保持する。
【0065】
表示コントローラ１８２は、表示装置５と接続されており、システムコントローラ１８３からの内部コマンドに従って、各種の情報を表示するための信号を表示装置５へ出力する。表示装置５は、一例として、液晶ディスプレイや有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイや有機ＥＬなどを含む。
【0066】
Ｉ／Ｏコントローラ１８４は、画像解析部１８に接続される記録媒体や外部機器との間のデータ交換を制御する。より具体的には、Ｉ／Ｏコントローラ１８４は、ハードディスク１８５と、カメラインターフェイス１８６と、入力インターフェイス１８７と、通信インターフェイス１８９と、メモリカードインターフェイス１９０と接続される。
【0067】
ハードディスク１８５は、典型的には、不揮発性の磁気記憶装置であり、プロセッサ１８０で実行される解析プログラム１９１などが格納される。このハードディスク１８５にインストールされる解析プログラム１９１は、メモリカード６などに格納された状態で流通する。さらに、ハードディスク１８５には、撮像画像が格納される。なお、ハードディスク１８５に代えて、フラッシュメモリなどの半導体記憶装置やＤＶＤ－ＲＡＭ（Digital Versatile Disk Random Access Memory）などの光学記憶装置を採用してもよい。
【0068】
カメラインターフェイス１８６は、対象物２を撮像することで生成された撮像画像を受け付ける入力部に相当し、プロセッサ１８０と撮像装置１６との間のデータ伝送を仲介する。より具体的には、プロセッサ１８０からカメラインターフェイス１８６を介して撮像装置１６に撮像指示が出力される。これにより、撮像装置１６は、被写体を撮像し、カメラインターフェイス１８６を介して、生成された撮像画像をプロセッサ１８０に出力する。
【0069】
入力インターフェイス１８７は、プロセッサ１８０とキーボード、マウス、タッチパネル、専用コンソールなどの入力装置７との間のデータ伝送を仲介する。すなわち、入力インターフェイス１８７は、ユーザが入力装置７を操作することで与えられる操作指令を受け付ける。
【0070】
通信インターフェイス１８９は、プロセッサ１８０と図示しない他のパーソナルコンピュータやサーバ装置などとの間のデータ伝送を仲介する。通信インターフェイス１８９は、典型的には、イーサネット（登録商標）やＵＳＢ（Universal Serial Bus）などからなる。なお、後述するように、メモリカード６に格納されたプログラムを画像解析部１８にインストールする形態に代えて、通信インターフェイス１８９介して、配信サーバなどからダウンロードしたプログラムを画像解析部１８にインストールしてもよい。
【0071】
メモリカードインターフェイス１９０は、プロセッサ１８０と記録媒体であるメモリカード６との間のデータ伝送を仲介する。すなわち、メモリカード６には、画像解析部１８で実行される解析プログラム１９１などが格納された状態で流通し、メモリカードインターフェイス１９０は、このメモリカード６から解析プログラム１９１を読み出す。また、メモリカードインターフェイス１９０は、プロセッサ１８０の内部指令に応答して、撮像装置１６によって取得された撮像画像および／または画像解析部１８における処理結果などをメモリカード６へ書き込む。なお、メモリカード６は、ＳＤ（Secure Digital）などの汎用的な半導体記憶デバイスや、フレキシブルディスク（Flexible Disk）などの磁気記録媒体や、ＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disk Read Only Memory）などの光学記録媒体等からなる。
【0072】
上述のような汎用的なコンピュータアーキテクチャに従う構造を有するコンピュータを利用する場合には、本実施の形態に係る機能を提供するためのアプリケーションに加えて、コンピュータの基本的な機能を提供するためのＯＳ（Operating System）がインストールされていてもよい。この場合には、本実施の形態に係るプログラムは、ＯＳの一部として提供されるプログラムモジュールのうち、必要なモジュールを所定の順序および／またはタイミングで呼出して処理を実行するものであってもよい。すなわち、本実施の形態に係るプログラム自体は、上記のようなモジュールを含んでおらず、ＯＳと協働して処理が実行される場合もある。
【0073】
さらに、本実施の形態に係る解析プログラム１９１は、他のプログラムの一部に組み込まれて提供されるものであってもよい。その場合にも、プログラム自体には、上記のような組み合わせられる他のプログラムに含まれるモジュールを含んでおらず、当該他のプログラムと協働して処理が実行される。すなわち、本実施の形態に係る解析プログラム１９１としては、このような他のプログラムに組み込まれた形態であってもよい。
【0074】
なお、代替的に、解析プログラム１９１の実行により提供される機能の一部もしくは全部を専用のハードウェア回路として実装してもよい。
【0075】
＜Ｄ．画像解析方法＞
図５から図１３を参照して、画像解析部１８による画像解析処理について説明する。図５は、互いに発光位置が異なる状態での複数回の撮像からそれぞれ得られる複数の撮像画像の一例を示す図である。図５には、発光装置１０Ｂの光源１０２をＸ方向に７行、Ｙ方向に７列の７×７＝４９カ所の発光位置に移動させたときにそれぞれ得られる撮像画像が示される。なお、Ｘ方向の発光位置のピッチは１ｍｍであり、Ｙ方向の発光位置のピッチは１ｍｍである。コリメータレンズ１２の光軸８０上の発光位置は、Ｘ＝０ｍｍ、Ｙ＝０ｍｍである。
図５から図１３を参照して、画像解析部１８による画像解析処理について説明する。図５は、互いに発光位置が異なる状態での複数回の撮像からそれぞれ得られる複数の撮像画像の一例を示す図である。図５には、発光装置１０Ｂの光源１０２をＸ方向に７行、Ｙ方向に７列の７×７＝４９カ所の発光位置に移動させたときにそれぞれ得られる撮像画像が示される。なお、Ｘ方向の発光位置のピッチは１ｍｍであり、Ｙ方向の発光位置のピッチは１ｍｍである。コリメータレンズ１２の光軸８０上の発光位置は、Ｘ＝０ｍｍ、Ｙ＝０ｍｍである。
【0076】
図５に示されるように、発光位置を異ならせることにより、撮像画像の各画素の輝度が変化する。画像解析部１８は、各画素の輝度の変化を解析することにより、解析画像を生成する。そのため、画像解析部１８は、４９枚の撮像画像の中から、輝度の変化の大きい１行分または１列分の７枚の撮像画像を選択し、選択した７枚の撮像画像を解析してもよい。図５に示す例では、発光位置をＸ方向に変化させた場合に比べて、発光位置をＹ方向に変化させた場合の各画素の輝度の変化が大きい。そのため、画像解析部１８は、４９枚の撮像画像の中から、発光位置をＹ方向に変化させた７枚の撮像画像（図５において実線で囲まれた画像）を選択する。選択された７枚の撮像画像は、Ｘ＝０ｍｍ，Ｙ＝－３，－２，－１，０，１，２，３ｍｍの発光位置で発光させたときに撮像された画像である。なお、複数の撮像画像の中から解析対象となる画像の選択は、ユーザの入力に従って実行されてもよい。あるいは、複数の撮像画像の中から、輝度の変化が最も大きい１行分または１列分の撮像画像が自動的に選択されてもよい。
【0077】
図６は、Ｘ＝０ｍｍ，Ｙ＝－３ｍｍの発光位置で発光させたときの撮像画像を示す図である。図６に示されるように、撮像画像の各画素の輝度は、当該画素に写る対象物２の表面の法線方向に応じた値となる。図６に示す例では、画素５１、画素５２、画素５０の順に輝度が高くなる。なお、画素５１は、緩やかな凹みである欠陥Ｆの写る画素である。画素５０は、欠陥Ｆの周囲の部分の写る画素である。画素５２は、平坦な部分の写る画素である。
【0078】
図７は、選択された７枚の撮像画像における、画素５０～５２の輝度の変化を示す図である。図７において、横軸は、撮像画像を撮像したときの発光位置ｎを示している。ｎ＝０～６は、Ｙ＝－３，－２，－１，０，１，２，３ｍｍの発光位置にそれぞれ対応する。
【0079】
図７に示されるように、欠陥Ｆの写らない画素５０，５２における輝度の変化は、互いに似ている。一方、欠陥Ｆの写る画素５１における輝度の変化は、欠陥Ｆの写らない画素５０，５２における輝度の変化と異なる。具体的には、画素５１における輝度と発光位置との関係を示す波形の位相は、画素５０，５２における輝度と発光位置との関係を示す波形の位相と異なる。言い換えると、画素５１において輝度が最大となる発光位置は、画素５０，５２において輝度が最大となる発光位置と異なる。これは、緩やかな凹みである欠陥Ｆと欠陥Ｆ以外の部分との間で表面の法線方向が異なるためである。
【0080】
このように、各画素の輝度と発光位置ｎとの関係を示す波形の位相は、当該画素に写る対象物２の表面の法線方向に依存する。画像解析部１８は、この点を利用して、選択された７枚の撮像画像を解析することにより、各画素の値が当該画素に写る対象物２の表面の法線方向に対応する法線画像２０Ｙを生成する。
【0081】
画像解析部１８は、各画素の輝度と発光位置ｎとの関係を示す波形に対して、離散フーリエ変換を行ない、周波数１の成分の位相を求める。具体的には、画像解析部１８は、各画素について、当該画素の輝度と発光位置ｎとの関係を示す波形に対して以下の式（１）を用いた正弦波フィッティングを行ない、位相φを算出する。式（１）において、Ｎは、撮像画像の枚数を表す。例えば、図５に示す実線で囲まれた７枚の撮像画像が選択された場合、Ｎ＝７である。Ｉｎは、発光位置ｎで発光させたときの撮像画像における輝度を表す。
【0082】
【数1】
【0083】
画像解析部１８は、位相φを画素の値とする法線画像２０Ｙを生成する。位相φは、画素に写る対象物２の表面の法線方向に対応する。
【0084】
図８は、図５に示す実線で囲まれた７枚の撮像画像から生成される法線画像２０Ｙを示す図である。図９は、特許文献１に記載の反射型位相シフト法を用いて生成された差分画像２８を示す図である。差分画像２８は、スリット光を１周期分だけシフトさせながら対象物２に照射したときの、各画素の最大値を集めた最大値画像と各画素の最小値を集めた最小値画像との差分を示す。図８および図９において、枠線６０で囲まれた領域に、緩やかな凹みである欠陥Ｆが写る。
【0085】
図９に示されるように、欠陥Ｆの写る画素の値と欠陥Ｆ以外の部分が写る画素の値とに差が見られる。しかしながら、その差はわずかである。これは、対象物２の表面の拡散反射率が大きいために、拡散反射に起因するノイズ成分が差分画像２８において大きくなるためである。
【0086】
図８に示されるように、法線画像２０Ｙでは、欠陥Ｆの写る画素の値と欠陥Ｆ以外の部分が写る画素の値とに大きな差が見られる。すなわち、法線画像２０Ｙでは、欠陥Ｆが明確に現われている。そのため、法線画像２０Ｙを確認することにより、特許文献１に記載の反射型位相シフト法を用いた検査では検出困難である、緩やかな凹みである欠陥Ｆを精度良く検出できる。
【0087】
なお、画像解析部１８は、法線画像２０Ｙの各画素の値として、式（１）によって算出される位相φの代わりに、複数の撮像画像における当該画素の輝度と発光位置ｎとの関係を示す波形において輝度がピークとなる発光位置ｎを示す値を用いてもよい。この場合でも、法線画像２０Ｙの各画素の値は、当該画素に写る対象物２の表面の法線方向に対応する。
【0088】
画像解析部１８は、法線画像２０Ｙに加えて、または、法線画像２０Ｙに代えて、別の解析画像を生成してもよい。例えば、画像解析部１８は、各画素の輝度と発光位置ｎとの関係を示す波形の振幅を算出し、振幅を各画素の値とする解析画像（以下、「直接反射画像」と称する。）を生成してもよい。
【0089】
対象物２の表面に照射された光のうち正反射する成分が多いほど（言い換えると、拡散反射する成分が少ないほど）、波形の振幅が大きくなる。正反射光が撮像装置１６に入射するためには、発光装置１０における発光位置と、表面の法線方向と、撮像装置１６の光軸８４とが所定の条件を満たす必要がある。そのため、照射された光のうち正反射する成分が多い表面の写る画素では、発光位置を変化させたときに輝度の変化が大きくなる。その結果、振幅が大きくなる。逆に、照射された光のうち拡散反射する成分が多い表面の写る画素では、発光位置を変化させたときの輝度の変化が小さくなる。その結果、振幅が小さくなる。したがって、振幅を各画素の値とする直接反射画像は、画像に写る対象物２の表面において光が正反射する度合いの分布を示す。
【0090】
具体的には、画像解析部１８は、各画素の輝度と発光位置ｎとの関係を示す波形の振幅Ａを、以下の式（２）に従って算出する。画像解析部１８は、算出された振幅Ａを画素の値とする直接反射画像を生成する。
【0091】
【数2】
【0092】
図１０は、図５に示す実線で囲まれた７枚の撮像画像から生成される直接反射画像２２Ｙを示す図である。図１０に示す直接反射画像２２Ｙでは、図８に示す法線画像２０Ｙと比較して、緩やかな凹みである欠陥Ｆに起因する画素の値の変化が見られない。これは、欠陥Ｆにおいて光が正反射する度合いと、欠陥Ｆ以外の部分において光が正反射する度合いとに差がないためである。
【0093】
図１０に示す直接反射画像２２Ｙの枠線６２で囲まれる領域において、マーキングペンによって形成されたテキストが確認できる。マーキングペンのインクが付着した部分では、光の正反射する度合いが低下する。そのため、直接反射画像２２Ｙにおいて当該部分の写る画素の値が小さくなる。一方、図８に示す法線画像２０Ｙでは、マーキングペンのインクが付着した部分が確認されない。これは、対象物２の表面にインクが薄く付着しているため、対象物２の表面の法線方向に影響がないためである。
【0094】
このように、光の正反射する度合いを低下させるような物質（例えばインク）の汚れが対象物２の表面に付着した場合、直接反射画像２２Ｙを確認することにより、当該汚れを精度良く検出できる。
【0095】
図５～図１０の例では、画像解析部１８は、発光位置をＹ方向に変化させた７枚の撮像画像から法線画像２０Ｙおよび直接反射画像２２Ｙを生成する。しかしながら、画像解析部１８は、発光位置をＸ方向に変化させた７枚の撮像画像から法線画像および直接反射画像を生成してもよい。
【0096】
さらに、画像解析部１８は、互いに発光位置が異なる状態での複数回の撮像からそれぞれ得られる複数の撮像画像を合成した合成画像を生成してもよい。具体的には、画像解析部１８は、各画素について、以下の式（３）で表される値Ｂを算出する。画像解析部１８は、算出された値Ｂを画素の値とする合成画像を生成する。
【0097】
【数3】
【0098】
図１１は、複数の撮像画像を合成した合成画像２４を示す図である。図１１には、図５に示す４９枚の撮像画像を合成することにより得られる合成画像２４が示される。合成画像２４は、全ての発光位置で同時に発光させたときに撮像した画像と一致する。合成画像２４を確認することにより、対象物２の表面の凹凸の影響を受けずに、拡散反射する低コントラストのムラなどの欠陥を精度良く検出できる。なお、図２に示す発光装置１０Ａを用いる場合には、全ての光源１０１を同時に点灯させて撮像することにより、合成画像２４が取得されてもよい。
【0099】
このように、互いに発光位置が異なる状態での複数回の撮像からそれぞれ得られる複数の撮像画像を解析することによって生成される解析画像（法線画像、直接反射画像、合成画像）は、欠陥の検出に有効である。検査に使用される解析画像は、法線画像、直接反射画像および合成画像の中から、検出対象となる欠陥の種類に応じて適宜選択される。
【0100】
直接反射画像は、光の正反射する度合いを低下させるような物質の汚れだけでなく、例えばガラス製の対象物２の表面の細かいキズの検出にも有効である。
【0101】
図１２は、互いに発光位置が異なる状態での２５回の撮像からそれぞれ得られる２５枚の撮像画像と、これら撮像画像から生成される法線画像２０Ｘ，２０Ｙ、直接反射画像２２Ｙおよび合成画像２４とを示す図である。図１２には、発光装置１０Ｂの光源１０２をＸ方向に５行、Ｙ方向に５列の５×５＝２５カ所の発光位置に移動させたときにそれぞれ得られる撮像画像が示される。法線画像２０Ｘは、Ｙ＝０ｍｍ，Ｘ＝－２，－１，０，１，２ｍｍの発光位置で発光させたときの５枚の撮像画像から生成される。法線画像２０Ｙおよび直接反射画像２２Ｙは、Ｘ＝０ｍｍ，Ｙ＝－２，－１，０，１，２ｍｍの発光位置で発光させたときの５枚の撮像画像から生成される。合成画像２４は、２５枚の撮像画像から生成される。
【0102】
図１２に示されるように、直接反射画像２２Ｙの一部を拡大することにより、ガラス製の対象物２の表面上に形成された細かいキズである欠陥Ｆ１が確認される。一方、法線画像２０Ｘ，２０Ｙおよび合成画像２４を拡大しても、欠陥Ｆ１を明確に確認できない。このように、直接反射画像２２Ｙは、ガラス製の対象物２の表面上の細かいキズの検出に有効である。
【0103】
画像解析部１８は、法線画像および直接反射画像に対して画像処理を実行することにより、別の解析画像を生成してもよい。
【0104】
図１３は、解析画像の生成処理の流れの一例を示す図である。図１３に示されるように、画像解析部１８は、発光位置をＸ方向およびＹ方向に変化させながら複数回撮像することにより得られる複数の撮像画像を取得する（ステップＳ１）。
【0105】
次に、画像解析部１８は、Ｘ方向に発光位置を変化させたときの複数の撮像画像を解析することにより、法線画像２０Ｘおよび直接反射画像２２Ｘを生成する（ステップＳ２）。さらに、画像解析部１８は、Ｙ方向に発光位置を変化させたときの複数の撮像画像を解析することにより、法線画像２０Ｙおよび直接反射画像２２Ｙを生成する（ステップＳ３）。画像解析部１８は、Ｘ方向およびＹ方向に発光位置を変化させたときの複数の撮像画像を合成することにより合成画像２４を生成する（ステップＳ４）。
【0106】
次に、画像解析部１８は、Ｘ方向の微分フィルタを法線画像２０Ｘにかけることにより、微分画像２１Ｘを生成する（ステップＳ５）。さらに、画像解析部１８は、Ｙ方向の微分フィルタを法線画像２０Ｙにかけることにより、微分画像２１Ｙを生成する（ステップＳ６）。
【0107】
次に、画像解析部１８は、微分画像２１Ｘと直接反射画像２２Ｘとを掛け合わせることにより、画像２３Ｘを生成する（ステップＳ７）。さらに、画像解析部１８は、微分画像２１Ｙと直接反射画像２２Ｙとを掛け合わせることにより、画像２３Ｙを生成する（ステップＳ７）。
【0108】
次に、画像解析部１８は、画像２３Ｘと画像２３Ｙとを足し合わせることにより、凹凸画像２５を生成する（ステップＳ９）。その後、画像解析部１８は、凹凸画像２５に対して二値化処理を行ない、二値画像２６を生成する（ステップＳ１０）。
【0109】
図１３に示す例では、法線画像２０Ｘ，２０Ｙ、微分画像２１Ｘ，２１Ｙ、直接反射画像２２Ｘ，２２Ｙ、画像２３Ｘ，２３Ｙ、合成画像２４、凹凸画像２５および二値画像２６の中から、検出対象の欠陥の種類に応じて、検査に使用する解析画像が選択される。
【0110】
例えば、凹凸形状を有する欠陥の場合、欠陥と欠陥以外の部分とで法線方向が異なる。そのため、法線画像２０Ｘ，２０Ｙを用いることにより、欠陥を精度良く検出できる。あるいは、凹凸形状を有する欠陥の場合、欠陥と欠陥以外の部分との境界において法線方向が急峻に変化する。そのため、微分画像２１Ｘ，２１Ｙを用いることにより、欠陥を精度良く検出できる。
【0111】
対象物２の表面状態によっては、発光位置をＸ方向に変化させたときの撮像画像における輝度の変化と、発光位置をＹ方向に変化させたときの撮像画像における輝度の変化とが大きく異なり得る。例えば、表面にヘアラインが形成された対象物２の場合に、発光位置をＸ方向に変化させたときの撮像画像における輝度の変化と、発光位置をＹ方向に変化させたときの撮像画像における輝度の変化とが大きく異なる。このような場合、微分画像２１Ｘ，２１Ｙと直接反射画像２２Ｘ，２２Ｙとを掛け合わせることによりそれぞれ生成された画像２３Ｘ，２３Ｙを足し合わせることにより、ヘアラインによる影響が除外される。すなわち、凹凸画像２５の各画素の値には、欠陥による法線方向の変化のみが反映される。これにより、表面にヘアラインが形成された対象物２であっても、凹凸画像２５を用いることにより、凹凸形状を有する欠陥を精度良く検出できる。あるいは、凹凸画像２５を二値化することにより生成される二値画像２６を用いても、凹凸形状を有する欠陥を精度良く検出できる。
【0112】
＜Ｅ．発光装置１０Ａによる発光位置を変更方法＞
複数の光源１０１を含む発光装置１０Ａ（図２参照）を用いる場合、発光装置１０Ａは、複数の光源１０１のうち点灯させる光源１０１を切り替えることにより、発光位置を変更する。例えば、発光装置１０Ａは、複数の光源１０１のうち１つの光源１０１のみを点灯させ、点灯させる光源１０１を順次切り替える。あるいは、発光装置１０Ａは、複数の光源１０１のうち少なくとも２つの光源１０１を同時に点灯させ、同時に点灯させる光源１０１を順次切り替えてもよい。
複数の光源１０１を含む発光装置１０Ａ（図２参照）を用いる場合、発光装置１０Ａは、複数の光源１０１のうち点灯させる光源１０１を切り替えることにより、発光位置を変更する。例えば、発光装置１０Ａは、複数の光源１０１のうち１つの光源１０１のみを点灯させ、点灯させる光源１０１を順次切り替える。あるいは、発光装置１０Ａは、複数の光源１０１のうち少なくとも２つの光源１０１を同時に点灯させ、同時に点灯させる光源１０１を順次切り替えてもよい。
【0113】
図１４は、発光装置１０Ａにおける発光位置の変更方法の一例を示す図である。図１４に示されるように、発光装置１０Ａは、Ｘ方向に沿って配置された１行分またはＹ方向に沿って配置された１列分の７個の光源１０１を同時に点灯させる。図１４において、（ａ）～（ｇ）には、Ｙ＝－３，－２，－１，０，１，２，３ｍｍに配置された７個の光源１０１を同時点灯させたときの撮像画像がそれぞれ示される。図１４において、（ｈ）～（ｎ）には、Ｘ＝－３，－２，－１，０，１，２，３ｍｍに配置された７個の光源１０１を同時点灯させたときの撮像画像がそれぞれ示される。
【0114】
図１５は、発光装置１０Ａにおける発光位置の変更方法の別の例を示す図である。図１５に示されるように、発光装置１０Ａは、Ｘ方向に沿って配置された３行分またはＹ方向に沿って配置された３列分の２１個の光源１０１を同時に点灯させる。図１５において、（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）には、Ｙ＝－３～－１ｍｍ，－２～０ｍｍ，－１～１ｍｍ，０～２ｍｍ，１～３ｍｍに配置された２１個の光源１０１を同時点灯させたときの撮像画像がそれぞれ示される。図１５において、（ｆ），（ｇ），（ｈ），（ｉ），（ｊ）には、Ｘ＝－３～－１ｍｍ，－２～０ｍｍ，－１～１ｍｍ，０～２ｍｍ，１～３ｍｍに配置された２１個の光源１０１を同時点灯させたときの撮像画像がそれぞれ示される。
【0115】
図１４および図１５に示されるように、同時に点灯させる光源１０１の個数に応じて、撮像画像全体の輝度が異なり、得られる撮像画像の枚数も異なる。そのため、対象物２の表面状態および検出対象となる欠陥の種類に応じて、同時に点灯させる光源１０１の個数を選択すればよい。
【0116】
＜Ｆ．撮像装置１６の配置場所＞
法線画像２０Ｘ，２０Ｙは、対象物２の検査対象領域３の各点における正反射光を利用して生成される。そのため、撮像装置１６は、検査対象領域３の各点について、複数の発光位置のうちの少なくとも１つの発光位置で発光させたときに正反射光を受けることが好ましい。
法線画像２０Ｘ，２０Ｙは、対象物２の検査対象領域３の各点における正反射光を利用して生成される。そのため、撮像装置１６は、検査対象領域３の各点について、複数の発光位置のうちの少なくとも１つの発光位置で発光させたときに正反射光を受けることが好ましい。
【0117】
図１６は、検査対象領域の各点における立体照射角を示す図である。図１６には、発光装置１０Ａの全ての光源１０１を点灯させたときの、検査対象領域３の端点Ｐ，Ｑにおける照射立体角ωを示している。照射立体角ωは、コリメータレンズ１２の光軸８０に垂直な方向の発光装置１０Ａの長さＤと焦点距離ｆとを用いて、以下の式（４）で表される。
ω＝atan（Ｄ／ｆ） 式（４）
光源１０２と対象物２との間にコリメータレンズ１２が配置されているため、検査対象領域３の各点における照射立体角ωは同じである。
ω＝atan（Ｄ／ｆ） 式（４）
光源１０２と対象物２との間にコリメータレンズ１２が配置されているため、検査対象領域３の各点における照射立体角ωは同じである。
【0118】
図１７は、検査対象領域３の端点Ｐの正反射光の光束９０を示す図である。図１８は、検査対象領域３の端点Ｑの正反射光の光束９２を示す図である。図１７および図１８には、発光装置１０Ａの全ての光源１０１を点灯させたときの正反射光の光束が示される。図１７および図１８に示されるように、正反射光の光束９０，９２は、照射立体角ωと同じ立体角を有する。撮像装置１６は、光束９０の通過領域に配置されることにより、いずれかの光源１０１を点灯させたときに端点Ｐの正反射光を受けることができる。撮像装置１６は、光束９２の通過領域に配置されることにより、いずれかの光源１０１を点灯させたときに端点Ｑの正反射光を受けることができる。
【0119】
図１９は、撮像装置１６の配置領域を示す図である。撮像装置１６が有する光学系がピンホールレンズである場合、撮像装置１６は、端点Ｐの正反射光の光束９０と、端点Ｑの正反射光の光束９２とが重なり合う領域９４に配置される。これにより、撮像装置１６は、検査対象領域３上の全ての点について、複数の発光位置のうちの少なくとも１つの発光位置で発光させたときに正反射光を受けることできる。
【0120】
撮像装置１６が有する光学系がコリメータレンズ１２と同じである場合、当該光学系の位置がコリメータレンズ１２の虚像９６の位置と一致し、かつ、撮像装置１６の撮像素子の位置が発光装置１０Ａの虚像８０２の位置と一致するように撮像装置１６が配置される。これにより、撮像装置１６は、検査対象領域３上の全ての点からの正反射光を受けることできる。
【0121】
撮像装置１６が有する光学系のサイズがコリメータレンズ１２よりも小さい場合（例えば撮像装置１６が有する光学系がピンホールレンズである場合）、検査対象領域３の点の位置に応じて、輝度がピークとなる発光位置が変化し得る。そのため、検査対象領域３が完全に平坦であったとしても、法線画像２０Ｘ，２０Ｙにおいて、各画素の値に変化（誤差）が見られる。しかしながら、この変化の度合いは、凹凸やキズなどの欠陥に起因する変化の度合いに比べて小さい。そのため、法線画像２０Ｘ，２０Ｙ、あるいは、法線画像２０Ｘ，２０Ｙを微分することによりそれぞれ得られる微分画像２１Ｘ，２１Ｙを確認することにより、欠陥を検出できる。なお、後述するように、発光装置１０Ａ，１０Ｂとコリメータレンズ１２との距離Ｌをコリメータレンズ１２の焦点距離ｆよりも大きくすることにより、上記の誤差を軽減できる。
【0122】
検査対象領域３の法線方向が一定の誤差範囲に分布する場合には、検査対象領域３の各点の正反射光を受けるために、当該誤差範囲に応じて撮像装置１６の配置可能な領域がさらに制限される。
【0123】
撮像装置１６がテレセントリック光学系を有する場合、テレセントリック光学系が領域９４と重なるように、撮像装置１６が配置されればよい。そのため、撮像装置１６の配置の自由度が高まる。
【0124】
＜Ｇ．作用・効果＞
以上のように、検査システム１（１Ａ，１Ｂ）は、対象物２の表面を検査する。検査システム１（１Ａ，１Ｂ）は、対象物２を照明するための発光装置１０（１０Ａ，１０Ｂ）と、発光装置１０（１０Ａ，１０Ｂ）と対象物２との間に配置されるコリメータレンズ１２と、対象物２を撮像する撮像装置１６と、を備える。発光装置１０（１０Ａ，１０Ｂ）は、発光位置を可変である。検査システム１（１Ａ，１Ｂ）は、さらに、互いに発光位置が異なる状態での複数回の撮像からそれぞれ得られる複数の撮像画像を解析する画像解析部１８を備える。画像解析部１８は、各画素の値が当該画素に写る対象物２の表面の法線方向に対応する法線画像２０（２０Ｘ，２０Ｙ）を生成する。
以上のように、検査システム１（１Ａ，１Ｂ）は、対象物２の表面を検査する。検査システム１（１Ａ，１Ｂ）は、対象物２を照明するための発光装置１０（１０Ａ，１０Ｂ）と、発光装置１０（１０Ａ，１０Ｂ）と対象物２との間に配置されるコリメータレンズ１２と、対象物２を撮像する撮像装置１６と、を備える。発光装置１０（１０Ａ，１０Ｂ）は、発光位置を可変である。検査システム１（１Ａ，１Ｂ）は、さらに、互いに発光位置が異なる状態での複数回の撮像からそれぞれ得られる複数の撮像画像を解析する画像解析部１８を備える。画像解析部１８は、各画素の値が当該画素に写る対象物２の表面の法線方向に対応する法線画像２０（２０Ｘ，２０Ｙ）を生成する。
【0125】
法線画像２０（２０Ｘ，２０Ｙ）では、表面の法線方向が変化する凹凸がキズなどの欠陥の写る画素の値が、他の画素の値と異なる。これにより、法線画像２０（２０Ｘ，２０Ｙ）を確認することにより、欠陥を精度良く検出できる。
【0126】
さらに、対象物２と撮像装置１６との相対位置関係は、複数の発光位置のいずれかにおいて輝度がピークを示すように設定されればよい。そのため、対象物２と撮像装置１６との相対的な位置姿勢関係の調整に手間がかからない。さらに、検査システム１（１Ａ，１Ｂ）が特許文献２に記載のようなフィルタ手段を備えないため、フィルタ手段の調整に手間をかける必要がない。
【0127】
以上のように、検査システム１（１Ａ，１Ｂ）によれば、検査のための調整の手間を低減でき、欠陥の検出精度を高めることができる。
【0128】
法線画像２０（２０Ｘ，２０Ｙ）の各画素の値は、複数の撮像画像における当該画素の輝度と発光位置との関係を示す波形の位相φを示す。位相φは、図７に示されるように、画素に写る対象物２の表面の法線方向に依存する。そのため、法線画像２０（２０Ｘ，２０Ｙ）は、対象物２の表面の法線方向の分布を精度良く表すことができる。
【0129】
法線画像２０（２０Ｘ，２０Ｙ）の各画素の値は、複数の撮像画像における当該画素の輝度と発光位置との関係を示す波形において輝度がピークとなる発光位置を示してもよい。図７に示されるように、輝度がピークとなる発光位置は、対象物２の表面の法線方向に依存する。そのため、法線画像２０（２０Ｘ，２０Ｙ）は、対象物２の表面の法線方向の分布を精度良く表すことができる。
【0130】
画像解析部１８は、複数の撮像画像を解析することにより直接反射画像２２Ｘ，２２Ｙをさらに生成してもよい。直接反射画像２２Ｘ，２２Ｙの各画素の値は、複数の撮像画像における当該画素の輝度と発光位置との関係を示す波形の振幅Ａである。
【0131】
直接反射画像２２Ｘ，２２Ｙを確認することにより、図１０に示されるような、光の正反射する度合いを低下させるような物質（例えばインク）の汚れを精度良く検出できる。さらに、直接反射画像２２Ｘ，２２Ｙを確認することにより、図１２に示されるような、ガラス製の対象物２の表面の細かいキズを精度良く検出できる。
【0132】
発光装置１０Ａは、複数の光源１０１を含み、複数の光源１０１のうち発光させる光源を順次切り替える。複数の光源１０１は、コリメータレンズ１２の光軸８０に垂直な仮想平面８２上に配置される。これにより、発光装置１０Ａは、発光位置を容易に変化させることができる。
【0133】
画像解析部１８は、複数の撮像画像を合成した合成画像２４をさらに生成してもよい。合成画像２４を確認することにより、対象物２の表面の凹凸の影響を受けずに、拡散反射する低コントラストのムラなどの欠陥を精度良く検出できる。
【0134】
なお、画像解析部１８は、法線画像２０（２０Ｘ，２０Ｙ）および直接反射画像２２Ｘ，２２Ｙの少なくとも一方を生成してもよい。すなわち、画像解析部１８は、互いに発光位置が異なる状態での複数回の撮像からそれぞれ得られる複数の撮像画像を解析することにより解析画像を生成する。解析画像（法線画像２０（２０Ｘ，２０Ｙ）および直接反射画像２２Ｘ，２２Ｙの少なくとも一方を含む）の各画素の値は、複数の撮像画像における当該画素の輝度と発光位置との関係を示す波形の特徴量（位相および振幅を含む）である。
【0135】
＜Ｈ．変形例＞
図２に示す具体例１では、発光装置１０Ａに含まれる複数の光源１０１がマトリクス状に配列される。しかしながら、複数の光源１０１の配列は、マトリクス状に限定されない。
図２に示す具体例１では、発光装置１０Ａに含まれる複数の光源１０１がマトリクス状に配列される。しかしながら、複数の光源１０１の配列は、マトリクス状に限定されない。
【0136】
【0137】
発光装置１０Ｃは、具体例１の発光装置１０Ａと同様に、複数の光源１０１を含む。複数の光源１０１は、コリメータレンズ１２の光軸８０に垂直な仮想平面８２上に配置される。仮想平面８２とコリメータレンズ１２との距離Ｌは、コリメータレンズ１２の焦点距離ｆと一致する。
【0138】
複数の光源１０１は、円周方向に沿って配列される。具体的には、複数の光源１０１は、１個の光源１０１ａと、４個の光源１０１ｂと、１２個の光源１０１ｃと、１６個の光源１０１ｄとを含む。光源１０１ａは、コリメータレンズ１２の光軸８０上に位置する。４個の光源１０１ｂは、光軸８０からの半径がｒ１の円周上に沿って等間隔に配置される。１２個の光源１０１ｃは、光軸８０からの半径がｒ２（＞ｒ１）の円周上に沿って等間隔に配置される。１６個の光源１０１ｄは、光軸８０からの半径がｒ３（＞ｒ２）の円周上に沿って等間隔に配置される。
【0139】
図２１は、発光装置１０Ｃの４つの点灯状態の例を示す図である。発光装置１０Ｃは、図２１（ａ）に示す第１点灯状態と、図２１（ｂ）に示す第２点灯状態と、図２１（ｃ）に示す第３点灯状態と、図２１（ｄ）に示す第４点灯状態とを順に切り替える。第１点灯状態は、１６個の光源１０１ｄが同時に点灯される状態である。第２点灯状態は、１２個の光源１０１ｃが同時に点灯される状態である。第３点灯状態は、４個の光源１０１ｂが同時に点灯される状態である。第４点灯状態は、光源１０１ａが点灯される状態である。
【0140】
第１～第４点灯状態のときの撮像によってそれぞれ得られる４枚の撮像画像において、各画素の輝度が最大となる点灯状態は、当該画素に写る対象物２の表面の法線方向８６と撮像装置１６の光軸８４とのなす角度θ（図２０参照）に依存する。そのため、当該４枚の撮像画像から生成される法線画像２０を確認することにより、角度θの分布を把握できる。
【0141】
図２および図２０に示す例では、複数の光源１０１は、コリメータレンズ１２の光軸８０に垂直な仮想平面８２上に配置される。この場合、コリメータレンズ１２の像面湾曲のために光線が歪み、撮像画像の解析に影響を及ぼし得る。そのため、コリメータレンズ１２の像面湾曲に応じた球面上に複数の光源１０１が配置されてもよい。
【0142】
【0143】
発光装置１０Ｄは、変形例１の発光装置１０Ｃと同様に、複数の光源１０１を含む。ただし、複数の光源１０１は、コリメータレンズ１２の光軸８０上に中心を有する球状の仮想曲面８８上に配置される。光軸８０上に位置する光源１０１とコリメータレンズ１２との距離Ｌ１は、コリメータレンズ１２の焦点距離ｆと同じである。仮想曲面８８を表面とする球の中心および半径は、コリメータレンズ１２の像面湾曲に応じて設定される。これにより、コリメータレンズ１２の像面湾曲に起因する光線の歪みの影響を抑制できる。
【0144】
図２および図２０に示す例では、発光装置１０Ａ，１０Ｃとコリメータレンズ１２との距離Ｌをコリメータレンズ１２の焦点距離ｆと同じに設定される。しかしながら、距離Ｌは、焦点距離ｆよりも大きく設定されてもよい。
【0145】
図２３は、発光装置１０Ａとコリメータレンズ１２との距離Ｌがコリメータレンズ１２の焦点距離ｆよりも長く設定されたときの光路を示す図である。図２３には、コリメータレンズ１２の虚像９６、発光装置１０Ａの虚像８０２および撮像装置１６の虚像８０１も示されている。コリメータレンズ１２と虚像９６とは、ハーフミラー１４について対称である。発光装置１０と虚像８０２とは、ハーフミラー１４について対称である。撮像装置１６と虚像８０１とは、対象物２の検査対象領域３を含む平面（検査面）について対称である。
【0146】
図２３に示されるように、検査対象領域３の各点における照射立体角ωと撮像装置１６の観察立体角Ψが一致するように、発光装置１０Ａとコリメータレンズ１２との距離Ｌが調整される。これにより、撮像装置１６と対象物２との距離を変えても（つまり、撮像装置１６を対象物２に近づけても）、検査対象領域３の端点Ｐ，Ｑ間のすべての点において、輝度がピークになる発光位置が同じ状態が保たれる。その結果、法線画像２０Ｘ，２０Ｙにおける誤差を軽減できる。
【0147】
§３ 付記
以上のように、本実施の形態は以下のような開示を含む。
以上のように、本実施の形態は以下のような開示を含む。
【0148】
（構成１）
対象物（２）の表面を検査する検査システム（１，１Ａ～１Ｄ）であって、
前記対象物（２）を照明するための発光装置（１０，１０Ａ～１０Ｄ）と、
前記発光装置（１０，１０Ａ～１０Ｄ）と前記対象物（２）との間に配置されるコリメータレンズ（１２）と、
前記対象物（２）を撮像する撮像装置（１６）と、を備え、
前記発光装置（１０，１０Ａ～１０Ｄ）は、発光位置を可変であり、
前記検査システム（１，１Ａ～１Ｄ）は、さらに、
互いに前記発光位置が異なる状態での複数回の撮像からそれぞれ得られる複数の撮像画像を解析することにより、各画素の値が当該画素に写る前記対象物（２）の表面の法線方向に対応する第１解析画像（２０，２０Ｘ，２０Ｙ）を生成する画像解析部（１８）を備える、検査システム（１，１Ａ～１Ｄ）。
対象物（２）の表面を検査する検査システム（１，１Ａ～１Ｄ）であって、
前記対象物（２）を照明するための発光装置（１０，１０Ａ～１０Ｄ）と、
前記発光装置（１０，１０Ａ～１０Ｄ）と前記対象物（２）との間に配置されるコリメータレンズ（１２）と、
前記対象物（２）を撮像する撮像装置（１６）と、を備え、
前記発光装置（１０，１０Ａ～１０Ｄ）は、発光位置を可変であり、
前記検査システム（１，１Ａ～１Ｄ）は、さらに、
互いに前記発光位置が異なる状態での複数回の撮像からそれぞれ得られる複数の撮像画像を解析することにより、各画素の値が当該画素に写る前記対象物（２）の表面の法線方向に対応する第１解析画像（２０，２０Ｘ，２０Ｙ）を生成する画像解析部（１８）を備える、検査システム（１，１Ａ～１Ｄ）。
【0149】
（構成２）
前記第１解析画像（２０，２０Ｘ，２０Ｙ）の各画素の値は、前記複数の撮像画像における当該画素の輝度と前記発光位置との関係を示す波形の位相を示す、構成１に記載の検査システム（１，１Ａ～１Ｄ）。
前記第１解析画像（２０，２０Ｘ，２０Ｙ）の各画素の値は、前記複数の撮像画像における当該画素の輝度と前記発光位置との関係を示す波形の位相を示す、構成１に記載の検査システム（１，１Ａ～１Ｄ）。
【0150】
（構成３）
前記第１解析画像（２０，２０Ｘ，２０Ｙ）の各画素の値は、前記複数の撮像画像における当該画素の輝度と前記発光位置との関係を示す波形において前記輝度がピークとなる前記発光位置を示す、構成１に記載の検査システム（１，１Ａ～１Ｄ）。
前記第１解析画像（２０，２０Ｘ，２０Ｙ）の各画素の値は、前記複数の撮像画像における当該画素の輝度と前記発光位置との関係を示す波形において前記輝度がピークとなる前記発光位置を示す、構成１に記載の検査システム（１，１Ａ～１Ｄ）。
【0151】
（構成４）
前記画像解析部（１８）は、前記複数の撮像画像を解析することにより第２解析画像（２２Ｘ，２２Ｙ）をさらに生成し、
前記第２解析画像（２２Ｘ，２２Ｙ）の各画素の値は、前記複数の撮像画像における当該画素の輝度と前記発光位置との関係を示す波形の振幅である、構成１に記載の検査システム（１，１Ａ～１Ｄ）。
前記画像解析部（１８）は、前記複数の撮像画像を解析することにより第２解析画像（２２Ｘ，２２Ｙ）をさらに生成し、
前記第２解析画像（２２Ｘ，２２Ｙ）の各画素の値は、前記複数の撮像画像における当該画素の輝度と前記発光位置との関係を示す波形の振幅である、構成１に記載の検査システム（１，１Ａ～１Ｄ）。
【0152】
（構成５）
前記発光装置（１０，１０Ａ，１０Ｃ，１０Ｄ）は、複数の光源（１０１，１０１ａ～１０１ｄ）を含み、前記複数の光源（１０１，１０１ａ～１０１ｄ）のうち発光させる光源を順次切り替え、
前記複数の光源（１０１，１０１ａ～１０１ｄ）は、前記コリメータレンズ（１２）の光軸（８０）に垂直な平面（８２）上、または、前記光軸（８０）上に中心を有する球状の面（８８）上に配置される、構成１から４のいずれか記載の検査システム（１，１Ａ，１Ｃ，１Ｄ）。
前記発光装置（１０，１０Ａ，１０Ｃ，１０Ｄ）は、複数の光源（１０１，１０１ａ～１０１ｄ）を含み、前記複数の光源（１０１，１０１ａ～１０１ｄ）のうち発光させる光源を順次切り替え、
前記複数の光源（１０１，１０１ａ～１０１ｄ）は、前記コリメータレンズ（１２）の光軸（８０）に垂直な平面（８２）上、または、前記光軸（８０）上に中心を有する球状の面（８８）上に配置される、構成１から４のいずれか記載の検査システム（１，１Ａ，１Ｃ，１Ｄ）。
【0153】
（構成６）
前記画像解析部（１８）は、前記複数の撮像画像を合成した合成画像（２４）をさらに生成する、構成１から５のいずれかに記載の検査システム（１，１Ａ～１Ｄ）。
前記画像解析部（１８）は、前記複数の撮像画像を合成した合成画像（２４）をさらに生成する、構成１から５のいずれかに記載の検査システム（１，１Ａ～１Ｄ）。
【0154】
（構成７）
前記発光位置と前記コリメータレンズ（１２）との距離は、前記コリメータレンズ（１２）の焦点距離以上である、構成１から６のいずれかに記載の検査システム（１，１Ａ～１Ｄ）。
前記発光位置と前記コリメータレンズ（１２）との距離は、前記コリメータレンズ（１２）の焦点距離以上である、構成１から６のいずれかに記載の検査システム（１，１Ａ～１Ｄ）。
【0155】
（構成８）
前記コリメータレンズ（１２）と前記対象物（２）との間に配置されるハーフミラー（１４）をさらに備え、
前記発光装置（１０，１０Ａ～１０Ｄ）から照射され、前記コリメータレンズ（１２）を透過した光は、前記ハーフミラー（１４）に反射して前記対象物（２）を照らし、
前記対象物（２）による反射光は、前記ハーフミラー（１４）を透過して前記撮像装置（１６）に入射する、構成１から７のいずれかに記載の検査システム（１，１Ａ～１Ｄ）。
前記コリメータレンズ（１２）と前記対象物（２）との間に配置されるハーフミラー（１４）をさらに備え、
前記発光装置（１０，１０Ａ～１０Ｄ）から照射され、前記コリメータレンズ（１２）を透過した光は、前記ハーフミラー（１４）に反射して前記対象物（２）を照らし、
前記対象物（２）による反射光は、前記ハーフミラー（１４）を透過して前記撮像装置（１６）に入射する、構成１から７のいずれかに記載の検査システム（１，１Ａ～１Ｄ）。
【0156】
（構成９）
対象物（２）の表面を検査する検査システム（１，１Ａ～１Ｄ）であって、
前記対象物（２）を照明するための発光装置（１０，１０Ａ～１０Ｄ）と、
前記発光装置（１０，１０Ａ～１０Ｄ）と前記対象物（２）との間に配置されるコリメータレンズ（１２）と、
前記対象物を撮像する撮像装置（１６）と、を備え、
前記発光装置（１０，１０Ａ～１０Ｄ）は、発光位置を可変であり、
前記検査システム（１，１Ａ～１Ｄ）は、さらに、
互いに前記発光位置が異なる状態での複数回の撮像からそれぞれ得られる複数の撮像画像を解析することにより解析画像を生成する画像解析部（１８）を備え、
前記解析画像の各画素の値は、前記複数の撮像画像における当該画素の輝度と前記発光位置との関係を示す波形の特徴量である、検査システム（１，１Ａ～１Ｄ）。
対象物（２）の表面を検査する検査システム（１，１Ａ～１Ｄ）であって、
前記対象物（２）を照明するための発光装置（１０，１０Ａ～１０Ｄ）と、
前記発光装置（１０，１０Ａ～１０Ｄ）と前記対象物（２）との間に配置されるコリメータレンズ（１２）と、
前記対象物を撮像する撮像装置（１６）と、を備え、
前記発光装置（１０，１０Ａ～１０Ｄ）は、発光位置を可変であり、
前記検査システム（１，１Ａ～１Ｄ）は、さらに、
互いに前記発光位置が異なる状態での複数回の撮像からそれぞれ得られる複数の撮像画像を解析することにより解析画像を生成する画像解析部（１８）を備え、
前記解析画像の各画素の値は、前記複数の撮像画像における当該画素の輝度と前記発光位置との関係を示す波形の特徴量である、検査システム（１，１Ａ～１Ｄ）。
【0157】
（構成１０）
対象物（２）の表面を検査する検査方法であって、
発光装置（１０，１０Ａ～１０Ｄ）から照射され、コリメータレンズ（１２）を透過した光を前記対象物（２）に照射させながら、前記対象物（２）を撮像するステップを備え、
前記撮像するステップは、
前記発光装置（１０，１０Ａ～１０Ｄ）における発光位置を切り替えるステップと、
互いに前記発光位置が異なる状態での複数回の撮像から複数の撮像画像を取得するステップと、を含み、
前記検査方法は、さらに、
前記複数の撮像画像を解析することにより、各画素の値が当該画素に写る前記対象物（２）の表面の法線方向に対応する解析画像（２０，２０Ｘ，２０Ｙ）を生成するステップを備える、検査方法。
対象物（２）の表面を検査する検査方法であって、
発光装置（１０，１０Ａ～１０Ｄ）から照射され、コリメータレンズ（１２）を透過した光を前記対象物（２）に照射させながら、前記対象物（２）を撮像するステップを備え、
前記撮像するステップは、
前記発光装置（１０，１０Ａ～１０Ｄ）における発光位置を切り替えるステップと、
互いに前記発光位置が異なる状態での複数回の撮像から複数の撮像画像を取得するステップと、を含み、
前記検査方法は、さらに、
前記複数の撮像画像を解析することにより、各画素の値が当該画素に写る前記対象物（２）の表面の法線方向に対応する解析画像（２０，２０Ｘ，２０Ｙ）を生成するステップを備える、検査方法。
【0158】
本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【0159】
１，１Ａ～１Ｄ 検査システム、２ 対象物、３ 検査対象領域、５ 表示装置、６ メモリカード、７ 入力装置、１０，１０Ａ～１０Ｄ 発光装置、１２ コリメータレンズ、１４ ハーフミラー、１６ 撮像装置、１８ 画像解析部、２０，２０Ｘ，２０Ｙ 法線画像、２１Ｘ，２１Ｙ 微分画像、２２Ｘ，２２Ｙ 直接反射画像、２３Ｘ，２３Ｙ 画像、２４ 合成画像、２５ 凹凸画像、２６ 二値画像、２８ 差分画像、５０，５１，５２ 画素、６０，６２ 枠線、８０，８４ 光軸、８２ 仮想平面、８６ 法線方向、８８ 仮想曲面、９０，９２ 光束、９４ 領域、９６，８０１，８０２ 虚像、１０１，１０１ａ～１０１ｄ，１０２ 光源、１０３ ＸＹステージ、１８０ プロセッサ、１８１ ＲＡＭ、１８２ 表示コントローラ、１８３ システムコントローラ、１８４ Ｉ／Ｏコントローラ、１８５ ハードディスク、１８６ カメラインターフェイス、１８７ 入力インターフェイス、１８９ 通信インターフェイス、１９０ メモリカードインターフェイス、１９１ 解析プログラム、Ｆ，Ｆ１ 欠陥、Ｌ，Ｌ１ 距離、ＬＡ，ＬＢ，ＬＣ 光、Ｐ，Ｑ 端点、ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ 発光位置。
【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】
【図23】