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JP7686965B2 - Inspection system and inspection method - Google Patents
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Description

本開示は、検査システムおよび検査方法に関する。 This disclosure relates to an inspection system and an inspection method.

FA(Factory Automation)分野などにおいて、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が検査される。従来、検査性能の向上のために、照明条件を変更して複数回撮像する方法が知られている。 In fields such as FA (Factory Automation), an object is illuminated while being imaged, and the appearance of the object is inspected using the obtained image. Conventionally, a method has been known in which an image is captured multiple times while changing the lighting conditions in order to improve inspection performance.

たとえば、フォトメトリックステレオ法では、光源の方向を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画像を用いて、対象物の表面の法線が推測される。これにより、対象物の表面の汚れに影響されずに表面の凹凸が検査される。 For example, in the photometric stereo method, the normal of the object's surface is estimated using multiple images obtained by capturing images multiple times while changing the direction of the light source. This allows the surface irregularities of the object to be inspected without being affected by dirt on the surface.

さらに、特開2016-105044号公報(特許文献1)には、P種類の照明光で対象物が順次照射されるたびに、対象物からの戻り光の画像を取得する画像処理装置が開示されている。 Furthermore, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-105044 (Patent Document 1) discloses an image processing device that captures an image of the return light from an object each time the object is sequentially illuminated with P types of illumination light.

特開2016-105044号公報JP 2016-105044 A

対象物が移動している場合、上記の従来の方法では、複数回の撮像によりそれぞれ得られる複数の画像中の対象物の位置が互いに異なる。そのため、上記の従来の方法は、移動している対象物に対して適用できない。 When the object is moving, the position of the object in each of the multiple images obtained by capturing the image multiple times differs from one another in the conventional method described above. Therefore, the conventional method described above cannot be applied to a moving object.

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、移動している対象物に対して、照明条件の異なる複数の画像を用いた検査が可能な検査システムおよび検査方法を提供することである。 The present disclosure has been made in consideration of the above problems, and its purpose is to provide an inspection system and inspection method that are capable of inspecting a moving object using multiple images with different lighting conditions.

本開示の一例によれば、検査システムは、対象物を照明する複数の照明部と、複数の偏光子を含む単位領域が繰り返して配列された偏光カメラと、検査装置と、を備える。複数の照明部は、互いに異なる偏光状態の照明光を照射する。複数の偏光子は、互いに異なる偏光方向の光を透過させる。偏光カメラは、複数の照明部が同時に点灯している状態において撮像することにより、複数の偏光子にそれぞれ対応する複数の偏光画像を出力する。検査装置は、複数の偏光画像を用いて対象物を検査する。 According to one example of the present disclosure, an inspection system includes a plurality of illumination units that illuminate an object, a polarization camera in which unit areas including a plurality of polarizers are repeatedly arranged, and an inspection device. The plurality of illumination units irradiate illumination light with mutually different polarization states. The plurality of polarizers transmit light with mutually different polarization directions. The polarization camera captures images with the plurality of illumination units simultaneously turned on, thereby outputting a plurality of polarization images respectively corresponding to the plurality of polarizers. The inspection device inspects the object using the plurality of polarization images.

上記の開示によれば、複数の偏光画像の各々は、対応する偏光子の偏光方向とのなす角度が最も小さい偏光を照射する照明部の照明条件を主とする照明条件下で撮像された画像に対応する。すなわち、ワンショット撮像により、複数の照明条件に対応する複数の偏光画像が取得される。そのため、移動している対象物に対して、照明条件の異なる複数の偏光画像を用いた検査が可能となる。 According to the above disclosure, each of the multiple polarized images corresponds to an image captured under lighting conditions that are primarily those of the lighting unit that irradiates polarized light that forms the smallest angle with the polarization direction of the corresponding polarizer. In other words, multiple polarized images corresponding to multiple lighting conditions are acquired by one-shot imaging. This makes it possible to inspect a moving object using multiple polarized images with different lighting conditions.

上述の開示において、複数の照明部は、偏光カメラの光軸の周りの方位角が互いに異なるように配置される。複数の照明部は、第1~第Nの照明部を含む。複数の偏光子は、第1~第Nの偏光子を含む。Nは、2以上の整数である。第1~第Nの照明部の照明光の偏光方向は、第1~第Nの偏光子を透過する光の偏光方向とそれぞれ平行である。検査装置は、複数の偏光画像から対象物の表面の法線方向を示す法線画像を生成し、法線画像に基づいて対象物を検査する。 In the above disclosure, the multiple illumination units are arranged such that the azimuth angles around the optical axis of the polarization camera are different from each other. The multiple illumination units include first to Nth illumination units. The multiple polarizers include first to Nth polarizers, where N is an integer of 2 or more. The polarization directions of the illumination light of the first to Nth illumination units are parallel to the polarization directions of the light passing through the first to Nth polarizers, respectively. The inspection device generates a normal image indicating the normal direction of the surface of the object from the multiple polarized images, and inspects the object based on the normal image.

上記の開示によれば、第1~第Nの偏光子の各々に対応する偏光画像は、当該偏光子の偏光方向と平行な照明光を照射する照明部の光が最も強くなるように撮像される。すなわち、第1~第Nの照明部のうち偏光画像に与える影響の最も大きい照明部は、複数の偏光画像において互いに異なる。第1~第Nの照明部は、偏光カメラの光軸の周りの方位角が互いに異なるように配置される。そのため、照明光の方位角に関する条件が互いに異なる複数の偏光画像が1回の撮像で得られる。そして、複数の偏光画像から法線画像が生成される。法線画像を用いることにより、対象物の表面の凹凸が精度良く検査される。 According to the above disclosure, the polarized images corresponding to each of the first to Nth polarizers are captured so that the light from the illumination unit that irradiates illumination light parallel to the polarization direction of the polarizer is the strongest. In other words, the illumination unit that has the greatest effect on the polarized image among the first to Nth illumination units is different from one another in the multiple polarized images. The first to Nth illumination units are arranged so that the azimuth angles around the optical axis of the polarization camera are different from one another. Therefore, multiple polarized images with different conditions regarding the azimuth angle of the illumination light are obtained in one capture. Then, normal images are generated from the multiple polarized images. By using the normal images, the unevenness of the surface of the object can be inspected with high accuracy.

上述の開示において、Nは4である。第1の照明部および第3の照明部は、偏光カメラの光軸に対して対称な位置に配置される。第2の照明部および第4の照明部は、偏光カメラの光軸に対して対称な位置に配置される。偏光カメラの光軸の周りにおいて、第1の照明部が配置される第1の方位角と第2の照明部が配置される第2の方位角との差が90°である。複数の偏光画像は、第1~第4の偏光子にそれぞれ対応する第1~第4の偏光画像を含む。検査装置は、第1~第4の偏光画像に基づいて、対象物の表面の法線ベクトルにおける第1の方位角の方向に沿った成分の大きさを示す第1の法線画像を生成する。検査装置は、第1~第4の偏光画像に基づいて、対象物の表面の法線ベクトルにおける第2の方位角の方向に沿った成分の大きさを示す第2の法線画像を生成する。検査装置は、第1の法線画像と第2の法線画像とに基づいて、対象物の表面の形状を示す形状画像を生成し、形状画像に基づいて対象物を検査する。 In the above disclosure, N is 4. The first and third illumination units are arranged symmetrically with respect to the optical axis of the polarization camera. The second and fourth illumination units are arranged symmetrically with respect to the optical axis of the polarization camera. The difference between the first azimuth angle at which the first illumination unit is arranged and the second azimuth angle at which the second illumination unit is arranged around the optical axis of the polarization camera is 90°. The multiple polarization images include first to fourth polarization images corresponding to the first to fourth polarizers, respectively. The inspection device generates a first normal image indicating the magnitude of a component along the direction of the first azimuth angle in the normal vector of the surface of the object based on the first to fourth polarization images. The inspection device generates a second normal image indicating the magnitude of a component along the direction of the second azimuth angle in the normal vector of the surface of the object based on the first to fourth polarization images. The inspection device generates a shape image indicating the shape of the surface of the object based on the first normal image and the second normal image, and inspects the object based on the shape image.

上記の開示によれば、第1の方位角の方向に沿った成分の大きさを示す第1の法線画像と、第2の方位角の方向に沿った成分の大きさを示す第2の法線画像とが生成される。これにより、たとえば対象物の表面のキズの形成方向がランダムであっても、当該キズに応じた形状の変化が形状画像に現われる。そのため、対象物の表面のキズが精度良く検査される。 According to the above disclosure, a first normal image showing the magnitude of the component along the direction of the first azimuth angle and a second normal image showing the magnitude of the component along the direction of the second azimuth angle are generated. As a result, even if the direction of a scratch on the surface of an object is random, a change in shape corresponding to the scratch appears in the shape image. Therefore, scratches on the surface of an object can be inspected with high accuracy.

上述の開示において、第2の照明部、第3の照明部および第4の照明部の照明光の偏光方向と第1の照明部の照明光の偏光方向とのなす角度は、それぞれ45°、90°および135°である。 In the above disclosure, the angles between the polarization direction of the illumination light of the second illumination unit, the third illumination unit, and the fourth illumination unit and the polarization direction of the illumination light of the first illumination unit are 45°, 90°, and 135°, respectively.

上記の開示によれば、第1~第4の偏光画像は、それぞれ第1~第4の照明部の照明条件を主とする照明条件下で撮像された画像に対応する。そして、第1の偏光画像に対する第3の照明部の照明光の影響を最大限に小さくできる。同様に、第2,第3および第4の偏光画像に対する第4,第1および第2の照明部の照明光の影響を最大限にそれぞれ小さくできる。 According to the above disclosure, the first to fourth polarized images correspond to images captured under lighting conditions mainly consisting of the lighting conditions of the first to fourth lighting units, respectively. Furthermore, the influence of the illumination light of the third lighting unit on the first polarized image can be minimized. Similarly, the influence of the illumination light of the fourth, first and second lighting units on the second, third and fourth polarized images can be minimized, respectively.

上述の開示において、複数の照明部は、対象物に対する仰角が互いに異なるように配置される。 In the above disclosure, the multiple lighting units are arranged so that their elevation angles relative to the object are different from one another.

上記の開示によれば、照明条件として対象物に対する仰角が異なる複数の偏光画像が1回の撮像で得られる。 According to the above disclosure, multiple polarized images with different elevation angles relative to the object as lighting conditions can be obtained in a single capture.

上述の開示において、複数の照明部は、偏光カメラの光軸に沿って照明光を照射する第1の照明部と、偏光カメラの光軸を中心とするリング型の第2の照明部と、を含む。複数の偏光子は、第1の偏光子および第2の偏光子を含む。第1の照明部および第2の照明部から照射される照明光の偏光方向は、第1の偏光子および第2の偏光子を透過する光の偏光方向とそれぞれ一致する。 In the above disclosure, the multiple illumination units include a first illumination unit that irradiates illumination light along the optical axis of the polarization camera, and a ring-shaped second illumination unit centered on the optical axis of the polarization camera. The multiple polarizers include a first polarizer and a second polarizer. The polarization directions of the illumination light irradiated from the first illumination unit and the second illumination unit match the polarization directions of the light passing through the first polarizer and the second polarizer, respectively.

上記の開示によれば、第1の偏光子に対応する第1の偏光画像は、第1の照明部から照射され、対象物の表面で正反射した光の輝度を示す。すなわち、第1の偏光画像は、明視野照明の条件下で得られる画像に対応する。明視野照明の条件下で得られる画像において、キズが存在する部分の輝度が低下する。そのため、第1の偏光画像を用いることにより、キズを精度良く検査できる。 According to the above disclosure, the first polarized image corresponding to the first polarizer indicates the brightness of light that is irradiated from the first illumination unit and specularly reflected from the surface of the object. In other words, the first polarized image corresponds to an image obtained under bright-field illumination conditions. In the image obtained under bright-field illumination conditions, the brightness of the area where the scratch exists is reduced. Therefore, by using the first polarized image, scratches can be inspected with high accuracy.

第2の偏光子に対応する第2の偏光画像は、第2の照明部から照射され、対象物の表面で拡散反射した光の輝度を示す。すなわち、第2の偏光画像は、暗視野照明の条件下で得られる画像に対応する。暗視野照明の条件下で得られる画像において、汚れが存在する部分の輝度がその周囲の輝度と異なる。そのため、第2の偏光画像を用いることにより、汚れを精度良く検査できる。 The second polarized image corresponding to the second polarizer shows the brightness of the light irradiated from the second illumination unit and diffusely reflected on the surface of the object. That is, the second polarized image corresponds to an image obtained under dark-field illumination conditions. In an image obtained under dark-field illumination conditions, the brightness of the area where dirt is present differs from the brightness of its surroundings. Therefore, by using the second polarized image, dirt can be inspected with high accuracy.

このように、キズの検査に適した第1の偏光画像と、汚れの検査に適した第2の偏光画像とが、1回の撮像によって取得される。 In this way, a first polarized image suitable for inspecting for scratches and a second polarized image suitable for inspecting for dirt are obtained in a single imaging session.

上述の開示において、複数の照明部は、偏光カメラの光軸を中心とする同心円状の複数のリング型照明部を含む。検査装置は、複数の偏光画像に基づいて、対象物の表面の法線方向と偏光カメラの光軸方向とのなす角度を示す位相画像を生成する。位相画像に基づいて、対象物を検査する。 In the above disclosure, the multiple illumination units include multiple ring-shaped illumination units that are concentric around the optical axis of the polarization camera. The inspection device generates a phase image that indicates the angle between the normal direction of the object's surface and the optical axis direction of the polarization camera based on the multiple polarization images. The object is inspected based on the phase image.

上記の開示によれば、複数のリング型照明部の照明光の偏光状態が互いに異なるため、複数のリング型照明部から照射され、対象物の表面で正反射して各偏光子を透過する光量は、互いに異なる。そのため、複数の偏光画像には互いに位相の異なる縞パターンが写る。すなわち、互いに位相の異なる縞パターンの写る複数の偏光画像が1回の撮像で得られる。そして、複数の偏光画像から生成される位相画像は、対象物の表面の法線方向を示す。そのため、位相画像を用いることにより、対象物の表面の凹凸が精度良く検査される。 According to the above disclosure, since the polarization states of the illumination light from the multiple ring-shaped illumination units are different from one another, the amounts of light that are irradiated from the multiple ring-shaped illumination units, specularly reflected from the surface of the object, and transmitted through each polarizer are different from one another. Therefore, stripe patterns with different phases are captured in the multiple polarization images. In other words, multiple polarization images with stripe patterns with different phases are obtained with a single capture. Then, the phase image generated from the multiple polarization images indicates the normal direction of the surface of the object. Therefore, by using the phase image, the unevenness of the surface of the object can be inspected with high accuracy.

上述の開示において、複数の照明部は、さらに、前記偏光カメラの光軸に沿って照明光を照射する照明部を含む。 In the above disclosure, the plurality of illumination units further includes an illumination unit that irradiates illumination light along the optical axis of the polarization camera.

上記の開示によれば、同心円の中心部分に関する縞パターンの欠損を低減でき、より正確な検査を行なうことができる。 The above disclosure makes it possible to reduce defects in the stripe pattern in the central parts of the concentric circles, enabling more accurate inspection.

上述の開示において、複数の照明部は、偏光カメラの光軸に沿って照明光を照射する第1の照明部と、対象物の背面側から照明光を照射する第2の照明部と、を含む。複数の偏光子は、第1の偏光子および第2の偏光子を含む。第1の照明部および第2の照明部から照射される照明光の偏光方向は、第1の偏光子および第2の偏光子を透過する光の偏光方向とそれぞれ一致する。 In the above disclosure, the multiple illumination units include a first illumination unit that irradiates illumination light along the optical axis of the polarized camera, and a second illumination unit that irradiates illumination light from the back side of the object. The multiple polarizers include a first polarizer and a second polarizer. The polarization directions of the illumination light irradiated from the first illumination unit and the second illumination unit match the polarization directions of the light transmitted through the first polarizer and the second polarizer, respectively.

上記の開示によれば、第1の偏光子に対応する第1の偏光画像は、第1の照明部から照射され、対象物の表面で正反射した光の輝度を示す。キズが存在する部分に光が入射すると、乱反射する。そのため、第1の偏光画像において、キズが存在する部分の輝度が低下する。したがって、第1の偏光画像を用いることにより、キズを精度良く検査できる。 According to the above disclosure, the first polarized image corresponding to the first polarizer shows the brightness of the light that is irradiated from the first illumination unit and reflected specularly from the surface of the object. When the light is incident on an area where a scratch exists, it is diffusely reflected. As a result, the brightness of the area where the scratch exists in the first polarized image decreases. Therefore, by using the first polarized image, scratches can be inspected with high accuracy.

第2の偏光子に対応する第2の偏光画像は、第2の照明部から照射され、偏光カメラに入射する光の輝度を示す。そのため、対象物が遮光性を有する場合、第2の偏光画像において、対象物の外周の形状が明確に認識される。したがって、第2の偏光画像を用いることにより、対象物の外周のバリまたは欠けを精度良く検査できる。 The second polarized image corresponding to the second polarizer shows the brightness of the light irradiated from the second illumination unit and incident on the polarized camera. Therefore, if the object has light-blocking properties, the shape of the object's outer periphery can be clearly recognized in the second polarized image. Therefore, by using the second polarized image, burrs or chips on the outer periphery of the object can be inspected with high accuracy.

このように、キズの検査に適した第1の偏光画像と、対象物の外周のバリまたは欠けの検査に適した第2の偏光画像とが、1回の撮像によって取得される。 In this way, a first polarized image suitable for inspecting for scratches and a second polarized image suitable for inspecting for burrs or chips on the outer periphery of the object are obtained in a single imaging session.

上述の開示において、複数の照明部は、直線偏光の照明光を照射する第1の照明部と、非偏光を照射する第2の照明部と、を含む。複数の偏光子は、第1~第3の偏光子を含む、第1の偏光子は、第1の照明部の照明光の偏光方向と同じ偏光方向の光を透過させる。第2の偏光子は、第1の偏光子を透過する光の偏光方向とのなす角度が45°の偏光方向の光を透過させる。第3の偏光子は、第1の偏光子を透過する光の偏光方向とのなす角度が90°の偏光方向の光を透過させる。複数の偏光画像は、第1~第3の偏光子にそれぞれ対応する第1~第3の偏光画像を含む。検査装置は、第1~第3の偏光画像をハイダイナミックレンジ合成して、合成画像を生成し、合成画像に基づいて、対象物を検査する。 In the above disclosure, the multiple illumination units include a first illumination unit that irradiates linearly polarized illumination light and a second illumination unit that irradiates non-polarized light. The multiple polarizers include first to third polarizers, and the first polarizer transmits light with the same polarization direction as the polarization direction of the illumination light of the first illumination unit. The second polarizer transmits light with a polarization direction that forms an angle of 45° with the polarization direction of the light transmitted through the first polarizer. The third polarizer transmits light with a polarization direction that forms an angle of 90° with the polarization direction of the light transmitted through the first polarizer. The multiple polarized images include first to third polarized images corresponding to the first to third polarizers, respectively. The inspection device generates a composite image by high dynamic range synthesis of the first to third polarized images, and inspects the object based on the composite image.

上記の開示によれば、第2の照明部から照射された非偏光は、第1~第3の偏光子を均一に透過する。一方、第1の照明部から照射された直線偏光は、第1の偏光子を透過するが、第3の偏光子を透過しない。また、第1の照明部から照射され、第2の偏光子を透過する光の強度は、第1の照明部から照射され、第1の偏光子を透過する光の強度の1/2である。そのため、第1~第3の偏光画像は、照明強度が互いに異なる照明条件下で撮像された複数の画像に対応する。すなわち、照明強度が互いに異なる第1~第3の偏光画像が1回の撮像で得られる。そして、第1~第3の偏光画像がハイダイナミックレンジ合成され、合成画像が生成される。合成画像を用いることにより、対象物の検査精度が向上する。 According to the above disclosure, the non-polarized light irradiated from the second illumination unit is uniformly transmitted through the first to third polarizers. On the other hand, the linearly polarized light irradiated from the first illumination unit is transmitted through the first polarizer but is not transmitted through the third polarizer. In addition, the intensity of the light irradiated from the first illumination unit and transmitted through the second polarizer is 1/2 the intensity of the light irradiated from the first illumination unit and transmitted through the first polarizer. Therefore, the first to third polarized images correspond to a plurality of images captured under illumination conditions with different illumination intensities. In other words, the first to third polarized images with different illumination intensities are obtained in one capture. Then, the first to third polarized images are synthesized in a high dynamic range to generate a synthetic image. By using the synthetic image, the inspection accuracy of the object is improved.

本開示の一例によれば、検査方法は、対象物を照明する複数の照明部と、複数の偏光子を含む単位領域が繰り返し配列された偏光カメラとを用いる。複数の照明部は、互いに異なる偏光状態の照明光を照射する。複数の偏光子は、互いに異なる偏光方向の光を透過させる。検査方法は、複数の照明部が同時に点灯している状態において、偏光カメラを用いて対象物を撮像することにより、複数の偏光子にそれぞれ対応する複数の偏光画像を取得するステップと、複数の偏光画像を用いて対象物を検査するステップと、を備える。 According to one example of the present disclosure, the inspection method uses a plurality of illumination units that illuminate an object, and a polarization camera in which unit areas including a plurality of polarizers are repeatedly arranged. The plurality of illumination units irradiate illumination light with mutually different polarization states. The plurality of polarizers transmit light with mutually different polarization directions. The inspection method includes a step of acquiring a plurality of polarization images corresponding to the plurality of polarizers by imaging the object using the polarization camera while the plurality of illumination units are simultaneously turned on, and a step of inspecting the object using the plurality of polarization images.

上記の開示によっても、移動している対象物に対して、照明条件の異なる複数の画像を用いて検査できる。 The above disclosure also makes it possible to inspect a moving object using multiple images taken under different lighting conditions.

本開示によれば、移動している対象物に対して、照明条件の異なる複数の画像を用いて検査できる。 According to this disclosure, a moving object can be inspected using multiple images with different lighting conditions.

本実施の形態に係る検査システムの全体構成を示す概略図である。1 is a schematic diagram showing an overall configuration of an inspection system according to an embodiment of the present invention; 偏光カメラが有する偏光子の配置の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of the arrangement of polarizers in a polarization camera. 検査装置のハードウェア構成を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a hardware configuration of an inspection device. フォトメトリックステレオ法で用いられる従来の照明装置の一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an example of a conventional lighting device used in a photometric stereo method. 第1の検査例に係る複数の照明部の配置を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing the arrangement of a plurality of illumination units according to a first inspection example. 直線偏光フィルタ12a~12dの偏光方向の一例を示す図である。2 is a diagram showing an example of the polarization directions of linear polarizing filters 12a to 12d. FIG. 第1の検査例における検査処理の流れの一例を示すフローチャートである。11 is a flowchart showing an example of the flow of an inspection process in a first inspection example. 照明部10a~10dと対象物Wの表面上の点Pにおける法線ベクトルnとの関係を示す図である。1 is a diagram showing the relationship between the illumination units 10a to 10d and a normal vector n at a point P on the surface of an object W. FIG. 照明部10cから照射された光の進行方向と点Pの法線方向とをXZ平面に投影したときの、当該進行方向と当該法線方向の関係を示す図である。13 is a diagram showing the relationship between the traveling direction of light emitted from an illumination unit 10c and the normal direction of a point P when the traveling direction and the normal direction are projected onto the XZ plane. FIG. 照明部10cから照射された光の進行方向と点Pの法線方向とをYZ平面に投影したときの、当該進行方向と当該法線方向の関係を示す図である。13 is a diagram showing the relationship between the traveling direction of light emitted from an illumination unit 10c and the normal direction of a point P when the traveling direction and the normal direction are projected onto the YZ plane. FIG. 光沢度α=5のときのNyとφxとφyとの関係を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing the relationship between Ny, φx, and φy when the gloss level α is 5. 光沢度α=10のときのNyとφxとφyとの関係を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing the relationship between Ny, φx, and φy when the gloss level α is 10. 光沢度α=20のときのNyとφxとφyとの関係を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing the relationship between Ny, φx, and φy when the gloss level α is 20. 光沢度α=5のときのアルベドμとφxとφyとの関係を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing the relationship between albedo μ, φx, and φy when gloss level α=5. 光沢度α=10のときのアルベドμとφxとφyとの関係を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing the relationship between albedo μ, φx, and φy when gloss level α=10. 光沢度α=20のときのアルベドμとφxとφyとの関係を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing the relationship between albedo μ, φx, and φy when gloss level α=20. 形状画像の生成のために、X方向法線画像に対して実行される処理を示す図である。FIG. 13 illustrates the processing performed on the X-direction normal image to generate a shape image. 形状画像の生成のために、Y方向法線画像に対して実行される処理を示す図である。FIG. 13 illustrates the processing performed on a Y-direction normal image to generate a shape image. ボタン電池を撮像することにより得られる偏光画像と、偏光画像から生成された各種画像とを示す図である。1A to 1C are diagrams showing a polarized image obtained by capturing an image of a button battery, and various images generated from the polarized image. 乾電池の側面を撮像することにより得られる偏光画像と、偏光画像から生成された各種画像とを示す図である。1A to 1C are diagrams showing a polarized image obtained by capturing an image of the side surface of a dry cell, and various images generated from the polarized image. 乾電池の底面を撮像することにより得られる偏光画像と、偏光画像から生成された各種画像とを示す図である。1A to 1C are diagrams showing a polarized image obtained by capturing an image of the bottom surface of a dry cell, and various images generated from the polarized image. シボ加工された樹脂表面を撮像することにより得られる偏光画像と、偏光画像から生成された各種画像とを示す図である。1A to 1C are diagrams showing a polarized image obtained by capturing an image of a textured resin surface, and various images generated from the polarized image. 第2の検査例に係る複数の照明部の配置を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an arrangement of a plurality of illumination units according to a second inspection example. 照明部10eの構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a configuration of an illumination unit 10e. 第2の検査例において得られた複数の偏光画像の一例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of a plurality of polarized images obtained in a second inspection example. 第3の検査例に係る複数の照明部の配置の一例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of the arrangement of a plurality of illumination units according to a third inspection example. 照明部10e,10g~10iから照射され、対象物Wで正反射した光のうち各偏光子を透過する量を示す図である。1 is a diagram showing the amount of light that is irradiated from illumination units 10e, 10g to 10i and specularly reflected by an object W and that is transmitted through each polarizer. 第3の検査例に係る複数の照明部の配置の別の例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing another example of the arrangement of a plurality of illumination units according to the third inspection example. 照明部10e,10g~10lから照射され、対象物Wで正反射した光のうち各偏光子を透過する量を示す図である。1 is a diagram showing the amount of light that is irradiated from illumination units 10e, 10g to 10l and specularly reflected by an object W and that is transmitted through each polarizer. 図26に示す複数の照明部を用いて得られる偏光画像50a~50dの一例を示す図である。27A to 27D are diagrams showing examples of polarized images 50a to 50d obtained using the multiple illumination units shown in FIG. 26. 図28に示す複数の照明部を用いて得られる偏光画像50a~50dの一例を示す図である。29 is a diagram showing an example of polarized images 50a to 50d obtained using the multiple illumination units shown in FIG. 28. 第4の検査例に係る複数の照明部の配置を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing the arrangement of a plurality of illumination units according to a fourth inspection example. 第4の検査例において得られた複数の偏光画像の一例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of a plurality of polarized images obtained in a fourth inspection example. 第5の検査例に係る複数の照明部の配置を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing the arrangement of a plurality of illumination units according to a fifth inspection example. 第5の検査例において得られた複数の偏光画像の一例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of a plurality of polarized images obtained in the fifth inspection example.

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。 The embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the same or corresponding parts in the drawings will be given the same reference numerals and their description will not be repeated.

§1 適用例
図1および図2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Wを撮像することにより得られる画像を用いて、対象物Wを検査する。対象物Wは、金属やガラスなど光沢な表面、すなわち、入射光が主に正反射する表面を有する。検査システム1は、例えば生産ラインに組み込まれ、搬送ベルト2によって移動中の対象物Wの欠陥の有無を検査する。
§1 Application Example An application example of the present invention will be described with reference to Figures 1 and 2. Figure 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of an inspection system 1 according to the present embodiment. The inspection system 1 inspects an object W using an image obtained by imaging the object W. The object W has a glossy surface such as metal or glass, i.e., a surface that mainly specularly reflects incident light. The inspection system 1 is incorporated into, for example, a production line, and inspects the object W for defects while it is moving on a conveyor belt 2.

欠陥には、キズ、凹凸、汚れ、ゴミの付着、バリ、欠けなどが含まれる。欠陥の有無を精度良く検査するためには、画像中において欠陥部分を目立たせる必要がある。欠陥の種類に応じて、欠陥部分を目立たせる照明条件が異なる。そのため、複数種類の欠陥を検査したい場合、複数の照明条件下でそれぞれ撮像された複数の画像が必要となる。あるいは、複数の照明条件下でそれぞれ撮像された複数の画像を合成することにより得られる画像において、欠陥部分が目立つ場合もある。このような欠陥を検査したい場合も、複数の照明条件下でそれぞれ撮像された複数の画像が必要となる。図1に示す検査システム1は、移動中の対象物Wに対して、複数の照明条件にそれぞれ対応する複数の画像を1回の撮像(ワンショット撮像)によって取得し、取得した複数の画像を用いて、対象物Wを検査する。 Defects include scratches, unevenness, dirt, dust, burrs, and chips. In order to accurately inspect for defects, it is necessary to make the defective parts stand out in the image. The lighting conditions that make the defective parts stand out differ depending on the type of defect. Therefore, when inspecting for multiple types of defects, multiple images taken under multiple lighting conditions are required. Alternatively, defective parts may stand out in an image obtained by combining multiple images taken under multiple lighting conditions. When inspecting such defects, multiple images taken under multiple lighting conditions are also required. The inspection system 1 shown in FIG. 1 captures multiple images corresponding to multiple lighting conditions for a moving object W in a single image (one-shot image capture), and inspects the object W using the multiple images obtained.

図1に示されるように、検査システム1は、対象物Wを照明する複数の照明部10と、偏光カメラ20と、検査装置30と、を備える。 As shown in FIG. 1, the inspection system 1 includes a plurality of illumination units 10 that illuminate an object W, a polarization camera 20, and an inspection device 30.

複数の照明部10は、互いに異なる偏光状態の照明光を照射する。図1に示す検査システム1は、照明部10a,10b,10c、10d,・・・を含む。以下、照明部10a,10b,10c、10d,・・・を特に区別しない場合、照明部10a,10b,10c、10d,・・・の各々を「照明部10」と記載する。 The multiple illumination units 10 emit illumination light with different polarization states. The inspection system 1 shown in FIG. 1 includes illumination units 10a, 10b, 10c, 10d, .... Hereinafter, when there is no particular distinction between the illumination units 10a, 10b, 10c, 10d, ..., each of the illumination units 10a, 10b, 10c, 10d, ... will be referred to as "illumination unit 10."

典型的には、複数の照明部10の各々は、非偏光を発する発光部と、発光部と対象物Wとの間に配置される直線偏光フィルタとを含む。直線偏光フィルタを透過する光の偏光方向は、複数の照明部10において互いに異なる。なお、複数の照明部10のうちの1つは、直線偏光フィルタを含まなくてもよい。この場合、1つの照明部10は、対象物Wに非偏光を照射する。 Typically, each of the multiple illumination units 10 includes a light-emitting unit that emits unpolarized light and a linear polarizing filter that is disposed between the light-emitting unit and the object W. The polarization direction of the light that passes through the linear polarizing filter differs among the multiple illumination units 10. Note that one of the multiple illumination units 10 may not include a linear polarizing filter. In this case, one illumination unit 10 irradiates the object W with unpolarized light.

偏光カメラ20は、マトリクス状に配置された複数の光検知センサを有し、光検知センサによって検知された受光量(輝度)を画素値とする画像データ(以下、単に「画像」と称する。)を生成する。複数の光検知センサのサイズは同一である。光検知センサは、たとえばCCD(Coupled Charged Device)、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサである。各光検知センサの光入射側には偏光子が設けられる。 The polarization camera 20 has multiple light detection sensors arranged in a matrix, and generates image data (hereinafter simply referred to as "image") in which the amount of light received (brightness) detected by the light detection sensors is the pixel value. The multiple light detection sensors are the same size. The light detection sensors are, for example, CCD (Coupled Charged Device) or CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) sensors. A polarizer is provided on the light incident side of each light detection sensor.

図2は、偏光カメラ20が有する偏光子の配置の一例を示す図である。図2に示されるように、偏光カメラ20において、複数の偏光子22を含む単位領域21が繰り返して配列される。複数の単位領域21は、マトリクス状に配列される。複数の偏光子22のサイズは同一である。 Figure 2 is a diagram showing an example of the arrangement of polarizers in the polarization camera 20. As shown in Figure 2, in the polarization camera 20, unit areas 21 including multiple polarizers 22 are repeatedly arranged. The multiple unit areas 21 are arranged in a matrix. The multiple polarizers 22 have the same size.

図2に例示される偏光カメラ20において、単位領域21は、複数の偏光子22として、4つの光検知センサとそれぞれ重なり合う4つの偏光子22a~22dを含む。以下、偏光子22a~22dを特に区別しない場合、偏光子22a~22dの各々を「偏光子22」と記載する。 In the polarization camera 20 illustrated in FIG. 2, the unit area 21 includes, as the multiple polarizers 22, four polarizers 22a-22d that overlap with the four light detection sensors, respectively. Hereinafter, when there is no particular distinction between the polarizers 22a-22d, each of the polarizers 22a-22d will be referred to as "polarizer 22."

偏光子22a~22dの各々は、所定の偏光方向の直線偏光を透過させる。偏光子22aの偏光方向を基準方向とし、基準方向と偏光方向とのなす角度を偏光角とすると、偏光子22a~22dの偏光角は、それぞれ0°,45°,90°,135°である。なお、偏光角には、製造上の誤差、取り付け誤差などが含まれ得る。たとえば、製造上の誤差および取り付け誤差の合計の最大がβ°である場合、「偏光角45°」は、45°±β°の範囲を含む。 Each of the polarizers 22a to 22d transmits linearly polarized light in a predetermined polarization direction. If the polarization direction of the polarizer 22a is the reference direction and the angle between the reference direction and the polarization direction is the polarization angle, the polarization angles of the polarizers 22a to 22d are 0°, 45°, 90°, and 135°, respectively. Note that the polarization angle may include manufacturing errors, installation errors, and the like. For example, if the maximum sum of the manufacturing errors and installation errors is β°, then a "polarization angle of 45°" includes the range of 45°±β°.

偏光カメラ20は、複数の照明部10が同時に点灯している状態において撮像することにより、複数の偏光子22にそれぞれ対応する複数の偏光画像50(図1参照)を出力する。図1に示す検査システム1は、複数の偏光画像50は、偏光画像50a,50b,50c,50d,・・・を含む。以下、偏光画像50a,50b,50c,50d,・・・を特に区別しない場合、偏光画像50a,50b,50c,50d,・・・の各々を「偏光画像50」と記載する。 The polarization camera 20 captures images with the multiple illumination units 10 turned on simultaneously, and outputs multiple polarization images 50 (see FIG. 1) corresponding to the multiple polarizers 22, respectively. In the inspection system 1 shown in FIG. 1, the multiple polarization images 50 include polarization images 50a, 50b, 50c, 50d, .... Hereinafter, when there is no particular distinction between the polarization images 50a, 50b, 50c, 50d, ..., each of the polarization images 50a, 50b, 50c, 50d, ... will be referred to as "polarized image 50."

複数の偏光画像50の各々の画素値は、複数の偏光子22のうち対応する偏光子22を透過した光の輝度を示す。たとえば、偏光カメラ20が図2に示す構成を有する場合、偏光子22a~22dにそれぞれ対応する偏光画像50a,50b,50c,50dが出力される。 The pixel value of each of the multiple polarized images 50 indicates the brightness of the light transmitted through a corresponding one of the multiple polarizers 22. For example, if the polarization camera 20 has the configuration shown in FIG. 2, polarized images 50a, 50b, 50c, and 50d corresponding to the polarizers 22a to 22d, respectively, are output.

検査装置30は、偏光カメラ20から受けた複数の偏光画像50を用いて対象物Wを検査する。 The inspection device 30 inspects the object W using multiple polarized images 50 received from the polarization camera 20.

複数の偏光子22の各々は、複数の照明部10のうち、当該偏光子22の偏光方向とのなす角度が最も小さい直線偏光を照射する照明部10からの照明光をより多く透過させる。 Each of the multiple polarizers 22 transmits more illumination light from the illumination unit 10 that emits linearly polarized light that forms the smallest angle with the polarization direction of the polarizer 22 among the multiple illumination units 10.

たとえば、偏光子22aの偏光方向と照明部10aの偏光方向とが平行であり、偏光子22cの偏光方向と照明部10cの偏光方向とが平行である場合について説明する。図2に示されるように、偏光子22a,22cの偏光方向は、互いに直交する。この場合、照明部10aから照射され、対象物Wの表面で正反射した光は、偏光子22aを透過するが、偏光子22cを透過しない。一方、照明部10cから照射され、対象物Wの表面で正反射した光は、偏光子22aを透過しないが、偏光子22cを透過する。そのため、偏光子22aに対応する偏光画像50aでは、照明部10aの光が最も強くなるように撮像される。偏光子22cに対応する偏光画像50cでは、照明部10cの光が最も強くなるように撮像される。 For example, a case will be described in which the polarization direction of the polarizer 22a is parallel to the polarization direction of the illumination unit 10a, and the polarization direction of the polarizer 22c is parallel to the polarization direction of the illumination unit 10c. As shown in FIG. 2, the polarization directions of the polarizers 22a and 22c are orthogonal to each other. In this case, the light irradiated from the illumination unit 10a and specularly reflected on the surface of the object W passes through the polarizer 22a but does not pass through the polarizer 22c. On the other hand, the light irradiated from the illumination unit 10c and specularly reflected on the surface of the object W does not pass through the polarizer 22a but passes through the polarizer 22c. Therefore, the polarized image 50a corresponding to the polarizer 22a is captured so that the light of the illumination unit 10a is the strongest. The polarized image 50c corresponding to the polarizer 22c is captured so that the light of the illumination unit 10c is the strongest.

このように、複数の偏光画像50の各々は、対応する偏光子22の偏光方向とのなす角度が最も小さい直線偏光を照射する照明部10の光が最も強くなるように撮像される。すなわち、ワンショット撮像により、複数の照明条件にそれぞれ対応する複数の偏光画像50が取得される。そのため、移動している対象物Wに対して、照明条件の異なる複数の偏光画像50を用いて検査できる。 In this way, each of the multiple polarized images 50 is captured so that the light from the illumination unit 10, which emits linearly polarized light that forms the smallest angle with the polarization direction of the corresponding polarizer 22, is the strongest. In other words, multiple polarized images 50 corresponding to multiple lighting conditions are acquired by one-shot imaging. Therefore, a moving object W can be inspected using multiple polarized images 50 with different lighting conditions.

§2 具体例
<A.検査装置のハードウェア構成>
図3は、検査装置のハードウェア構成を示す模式図である。図3に示すように、検査装置30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、後述するような各種の処理を実現する。
§2 Specific examples <A. Hardware configuration of inspection device>
Fig. 3 is a schematic diagram showing the hardware configuration of the inspection device 30. As shown in Fig. 3, the inspection device 30 typically has a structure conforming to a general-purpose computer architecture, and realizes various processes as described below by executing a program installed in advance by a processor.

より具体的には、検査装置30は、CPU(Central Processing Unit)やMPU(Micro-Processing Unit)などのプロセッサ310と、RAM(Random Access Memory)312と、表示コントローラ314と、システムコントローラ316と、I/O(Input Output)コントローラ318と、ハードディスク320と、カメラインターフェイス322と、入力インターフェイス324と、通信インターフェイス328と、メモリカードインターフェイス330とを含む。これらの各部は、システムコントローラ316を中心として、互いにデータ通信可能に接続される。 More specifically, the inspection device 30 includes a processor 310 such as a CPU (Central Processing Unit) or MPU (Micro-Processing Unit), a RAM (Random Access Memory) 312, a display controller 314, a system controller 316, an I/O (Input Output) controller 318, a hard disk 320, a camera interface 322, an input interface 324, a communication interface 328, and a memory card interface 330. These components are connected to each other so that they can communicate data with each other, with the system controller 316 at the center.

プロセッサ310は、システムコントローラ316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。 The processor 310 exchanges programs (code) and the like with the system controller 316 and executes them in a predetermined order to achieve the desired computational processing.

システムコントローラ316は、プロセッサ310、RAM312、表示コントローラ314、およびI/Oコントローラ318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、検査装置30全体の処理を司る。 The system controller 316 is connected to the processor 310, RAM 312, display controller 314, and I/O controller 318 via buses, and performs data exchange between each component and controls the overall processing of the inspection device 30.

RAM312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320から読み出されたプログラムや、偏光カメラ20によって取得された偏光画像50、偏光画像50に対する処理結果などを保持する。 RAM 312 is typically a volatile storage device such as a dynamic random access memory (DRAM), and holds programs read from the hard disk 320, the polarized image 50 acquired by the polarization camera 20, the processing results of the polarized image 50, etc.

表示コントローラ314は、表示部302と接続されており、システムコントローラ316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部302へ出力する。表示部302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。 The display controller 314 is connected to the display unit 302, and outputs signals for displaying various types of information to the display unit 302 in accordance with internal commands from the system controller 316. Examples of the display unit 302 include a liquid crystal display, an organic EL (Electro Luminescence) display, an organic EL, etc.

I/Oコントローラ318は、検査装置30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318は、ハードディスク320と、カメラインターフェイス322と、入力インターフェイス324と、通信インターフェイス328と、メモリカードインターフェイス330と接続される。 The I/O controller 318 controls data exchange between the recording medium and external devices connected to the inspection device 30. More specifically, the I/O controller 318 is connected to the hard disk 320, the camera interface 322, the input interface 324, the communication interface 328, and the memory card interface 330.

ハードディスク320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310で実行される検査プログラム350を記憶する。このハードディスク320にインストールされる検査プログラム350は、メモリカード306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320には、カメラ画像が格納される。なお、ハードディスク320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。 The hard disk 320 is typically a non-volatile magnetic storage device, and stores the inspection program 350 executed by the processor 310. The inspection program 350 installed on the hard disk 320 is distributed in a state stored on the memory card 306 or the like. Furthermore, the hard disk 320 stores camera images. Note that instead of the hard disk 320, a semiconductor storage device such as a flash memory or an optical storage device such as a DVD-RAM (Digital Versatile Disk Random Access Memory) may be used.

カメラインターフェイス322は、対象物Wを撮像することで生成された偏光画像50を受け付ける入力部に相当し、プロセッサ310と偏光カメラ20との間のデータ伝送を仲介する。より具体的には、カメラインターフェイス322は、偏光カメラ20と接続が可能であり、プロセッサ310からカメラインターフェイス322を介して偏光カメラ20に撮像指示が出力される。これにより、偏光カメラ20は、対象物Wを撮像し、カメラインターフェイス322を介して、生成された複数の偏光画像50をプロセッサ310に出力する。 The camera interface 322 corresponds to an input unit that accepts the polarized image 50 generated by capturing an image of the object W, and mediates data transmission between the processor 310 and the polarization camera 20. More specifically, the camera interface 322 can be connected to the polarization camera 20, and an image capture instruction is output from the processor 310 to the polarization camera 20 via the camera interface 322. As a result, the polarization camera 20 captures the object W, and outputs the generated multiple polarization images 50 to the processor 310 via the camera interface 322.

入力インターフェイス324は、プロセッサ310とキーボード304、マウス、タッチパネル、専用コンソールなどの入力装置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324は、ユーザが入力装置を操作することで与えられる操作指令を受け付ける。 The input interface 324 mediates data transmission between the processor 310 and an input device such as the keyboard 304, a mouse, a touch panel, or a dedicated console. In other words, the input interface 324 accepts operation commands given by the user operating the input device.

通信インターフェイス328は、プロセッサ310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328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306に格納されたプログラムを検査装置30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328を介して、配信サーバなどからダウンロードしたプログラムを検査装置30にインストールしてもよい。 The communication interface 328 mediates data transmission between the processor 310 and other personal computers or server devices (not shown). The communication interface 328 is typically made up of Ethernet (registered trademark) or USB (Universal Serial Bus). As will be described later, instead of installing a program stored in the memory card 306 into the inspection device 30, a program downloaded from a distribution server or the like via the communication interface 328 may be installed into the inspection device 30.

メモリカードインターフェイス330は、プロセッサ310と記録媒体であるメモリカード306との間のデータ伝送を仲介する。すなわち、メモリカード306には、検査装置30で実行される検査プログラム350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330は、このメモリカード306から検査プログラム350を読み出す。なお、メモリカード306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。 The memory card interface 330 mediates data transmission between the processor 310 and the memory card 306, which is a recording medium. That is, the memory card 306 is distributed in a state in which the inspection program 350 executed by the inspection device 30 and the like are stored, and the memory card interface 330 reads the inspection program 350 from the memory card 306. The memory card 306 is made up of a general-purpose semiconductor storage device such as an SD (Secure Digital), a magnetic recording medium such as a flexible disk, an optical recording medium such as a CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory), etc.

<B.検査例>
上述したように、検査したい欠陥の種類に応じて、最適な照明条件が異なる。そのため、検査したい欠陥の種類に応じて、複数の照明部10の位置、照明強度、偏光方向などが適切に設定される。以下に、本実施の形態に係る検査システム1を用いた第1~第5の検査例について説明する。なお、検査システム1は、以下の第1~第5の検査例に限定されず、他の検査例に用いられてもよい。
<B. Test Examples>
As described above, the optimal illumination conditions differ depending on the type of defect to be inspected. Therefore, the positions, illumination intensity, polarization direction, and the like of the multiple illumination units 10 are appropriately set depending on the type of defect to be inspected. Below, first to fifth inspection examples using the inspection system 1 according to the present embodiment will be described. Note that the inspection system 1 is not limited to the following first to fifth inspection examples, and may be used for other inspection examples.

(B-1.第1の検査例)
第1の検査例は、フォトメトリックステレオ法(照度差ステレオ法)を用いる。フォトメトリックステレオ法は、照明光の入射方向が異なる条件下で得られる複数の画像を用いて、対象物の表面の傾き(法線ベクトル)を推定する手法である。
(B-1. First Inspection Example)
The first inspection example uses a photometric stereo method (photometric stereo method), which is a method for estimating the inclination (normal vector) of the surface of an object by using multiple images obtained under conditions in which the incidence directions of illumination light are different.

図4は、フォトメトリックステレオ法で用いられる従来の照明装置の一例を示す図である。図4に示されるように、リング型の照明装置110の4つの円弧領域110a~110dが順次点灯され、非偏光カメラを用いて撮像される。照明装置110の中心は、非偏光カメラの光軸225上に位置する。 Figure 4 shows an example of a conventional lighting device used in photometric stereo. As shown in Figure 4, four arc regions 110a to 110d of a ring-shaped lighting device 110 are sequentially lit and an image is captured using a non-polarized camera. The center of the lighting device 110 is located on the optical axis 225 of the non-polarized camera.

具体的には、円弧領域110aのみが点灯された状態で1回目の撮像が行なわれる。次に、円弧領域110bのみが点灯された状態で2回目の撮像が行なわれる。次に、円弧領域110cのみが点灯された状態で3回目の撮像が行なわれる。次に、円弧領域110dのみが点灯された状態で4回目の撮像が行なわれる。これにより、照明光の入射方向が異なる条件下で得られる4枚の画像が得られる。しかしながら、4回の撮像が行なわれるため、図4に示す照明装置110は、移動している対象物Wには適用できない。そこで、本実施の形態に係る検査システム1は、第1の検査例において、フォトメトリックステレオ法で用いる複数の画像をワンショット撮像で取得する。 Specifically, the first image is captured with only the arc region 110a illuminated. Next, the second image is captured with only the arc region 110b illuminated. Next, the third image is captured with only the arc region 110c illuminated. Next, the fourth image is captured with only the arc region 110d illuminated. This results in four images captured under conditions with different directions of incidence of the illumination light. However, because four images are captured, the illumination device 110 shown in FIG. 4 cannot be applied to a moving object W. Therefore, in the first inspection example, the inspection system 1 according to this embodiment captures multiple images used in the photometric stereo method in one shot.

(照明部の配置)
図5は、第1の検査例に係る複数の照明部の配置を示す図である。図5に示されるように、複数の照明部10は、照明部10a~10dを含む。
(Arrangement of lighting units)
Fig. 5 is a diagram showing the arrangement of a plurality of illumination units according to inspection example 1. As shown in Fig. 5, the plurality of illumination units 10 include illumination units 10a to 10d.

照明部10a,10cは、偏光カメラ20の光軸25に対して対称な位置に配置される。照明部10b,10dは、偏光カメラ20の光軸25に対して対称な位置に配置される。偏光カメラ20の光軸25の周りにおいて、照明部10aが配置される方位角と照明部10bが配置される方位角との差が90°である。以下、偏光カメラ20の光軸25に対して、照明部10aが配置される方位の方向をX方向とし、照明部10bが配置される方位の方向をY方向とする。 Illumination units 10a and 10c are positioned symmetrically with respect to the optical axis 25 of the polarization camera 20. Illumination units 10b and 10d are positioned symmetrically with respect to the optical axis 25 of the polarization camera 20. Around the optical axis 25 of the polarization camera 20, the difference between the azimuth angle at which illumination unit 10a is positioned and the azimuth angle at which illumination unit 10b is positioned is 90°. Hereinafter, the azimuth direction in which illumination unit 10a is positioned with respect to the optical axis 25 of the polarization camera 20 is defined as the X direction, and the azimuth direction in which illumination unit 10b is positioned with respect to the optical axis 25 of the polarization camera 20 is defined as the Y direction.

照明部10a~10dは、発光部11a~11dと直線偏光フィルタ12a~12dとをそれぞれ有する。 The illumination units 10a to 10d each have a light-emitting unit 11a to 11d and a linear polarizing filter 12a to 12d.

発光部11a~11dは、非偏光を発する。発光部11a~11dの各々は、中心角90°の円弧状である。円弧状の発光部11a~11dは、中心が一致し、かつ、互いに重ならないように配置される。具体的には、発光部11a~11dの一端は、発光部11b~11d,11aの他端とそれぞれ接する。すなわち、発光部11a~11dが組み合わさることにより、1つのリング型照明が構成される。言い換えると、発光部11a~11dは、1つのリング型照明のうちの、中心角90°の4つの円弧領域である。なお、円弧状の発光部11a~11dの中心は、偏光カメラ20の光軸25上に位置する。 The light-emitting units 11a to 11d emit non-polarized light. Each of the light-emitting units 11a to 11d is arc-shaped with a central angle of 90°. The arc-shaped light-emitting units 11a to 11d are arranged so that their centers coincide and they do not overlap with each other. Specifically, one end of each of the light-emitting units 11a to 11d contacts the other end of each of the light-emitting units 11b to 11d and 11a. That is, the combination of the light-emitting units 11a to 11d forms one ring-shaped light. In other words, the light-emitting units 11a to 11d are four arc-shaped regions with a central angle of 90° of one ring-shaped light. The centers of the arc-shaped light-emitting units 11a to 11d are located on the optical axis 25 of the polarization camera 20.

直線偏光フィルタ12a~12dは、発光部11a~11dの発光面にそれぞれ取り付けられる。 Linear polarizing filters 12a to 12d are attached to the light-emitting surfaces of light-emitting units 11a to 11d, respectively.

図6は、直線偏光フィルタ12a~12dの偏光方向の一例を示す図である。直線偏光フィルタ12aを透過する光の偏光方向を基準方向とし、基準方向と偏光方向とのなす角度を偏光角とすると、直線偏光フィルタ12a~12dの偏光角は、それぞれ0°,45°,90°,135°である。なお、偏光角には、製造上の誤差、取り付け誤差などが含まれ得る。たとえば、製造上の誤差および取り付け誤差の合計の最大がβ°である場合、「偏光角45°」は、45°±β°の範囲を含む。このように、照明部10b~10dの照明光の偏光方向と照明部10aの照明光の偏光方向とのなす角度は、それぞれ45°、90°および135°である。 Figure 6 is a diagram showing an example of the polarization direction of linear polarizing filters 12a to 12d. If the polarization direction of light passing through linear polarizing filter 12a is taken as the reference direction and the angle between the reference direction and the polarization direction is taken as the polarization angle, then the polarization angles of linear polarizing filters 12a to 12d are 0°, 45°, 90°, and 135°, respectively. Note that the polarization angle may include manufacturing errors, installation errors, and the like. For example, if the maximum sum of manufacturing errors and installation errors is β°, then a "polarization angle of 45°" includes the range of 45°±β°. Thus, the angles between the polarization direction of the illumination light of illumination units 10b to 10d and the polarization direction of the illumination light of illumination unit 10a are 45°, 90°, and 135°, respectively.

第1の検査例において、検査システム1は、図2に示す偏光子22a~22dを含む偏光カメラ20を備える。偏光子22a~22dの偏光方向は、直線偏光フィルタ12a~12dの偏光方向とそれぞれ平行である。そのため、照明部10a~10dから照射され、対象物Wで正反射した光は、偏光子22a~22dをそれぞれ透過する。照明部10aから照射される光は、偏光子22b,22dの偏光方向に平行な成分を有する。そのため、照明部10aから照射され、対象物Wで正反射した光のうちの一部の成分は、偏光子22b,22dを透過する。具体的には、照明部10aから照射され、偏光子22b,22dの各々を透過する光量は、照明部10aから照射され、偏光子22aを透過する光量の約1/2である。同様に、照明部10bから照射され、対象物Wで正反射した光のうちの一部の成分は、偏光子22a,22cを透過する。照明部10cから照射され、対象物Wで正反射した光のうちの一部の成分は、偏光子22b,22dを透過する。照明部10dから照射され、対象物Wで正反射した光のうちの一部の成分は、偏光子22a,22cを透過する。 In the first inspection example, the inspection system 1 includes a polarization camera 20 including polarizers 22a to 22d shown in FIG. 2. The polarization directions of the polarizers 22a to 22d are parallel to the polarization directions of the linear polarization filters 12a to 12d, respectively. Therefore, the light irradiated from the illumination units 10a to 10d and specularly reflected by the object W passes through the polarizers 22a to 22d, respectively. The light irradiated from the illumination unit 10a has components parallel to the polarization directions of the polarizers 22b and 22d. Therefore, some components of the light irradiated from the illumination unit 10a and specularly reflected by the object W pass through the polarizers 22b and 22d. Specifically, the amount of light irradiated from the illumination unit 10a and passing through each of the polarizers 22b and 22d is approximately 1/2 of the amount of light irradiated from the illumination unit 10a and passing through the polarizer 22a. Similarly, some components of the light irradiated from the illumination unit 10b and specularly reflected by the object W are transmitted through the polarizers 22a and 22c. Some components of the light irradiated from the illumination unit 10c and specularly reflected by the object W are transmitted through the polarizers 22b and 22d. Some components of the light irradiated from the illumination unit 10d and specularly reflected by the object W are transmitted through the polarizers 22a and 22c.

(検査処理の流れ)
図7は、第1の検査例における検査処理の流れの一例を示すフローチャートである。まず、偏光カメラ20は、照明部10a~10dが同時点灯している状態において、対象物Wを撮像し、偏光子22a~22dにそれぞれ対応する偏光画像50a~50dを出力する(ステップS1)。ステップS1の後、検査システム1は、並行してステップS2,S3,S10を開始する。
(Inspection process flow)
7 is a flow chart showing an example of the flow of the inspection process in the first inspection example. First, the polarization camera 20 captures an image of the object W while the illumination units 10a to 10d are simultaneously turned on, and outputs the polarization images 50a to 50d corresponding to the polarizers 22a to 22d, respectively (step S1). After step S1, the inspection system 1 starts steps S2, S3, and S10 in parallel.

ステップS2において、検査装置30のプロセッサ310は、偏光画像50a~50dを用いて、対象物Wの表面の法線ベクトルにおけるX方向に沿った成分の大きさを示すX方向法線画像を生成する。同様に、ステップS3において、プロセッサ310は、偏光画像50a~50dを用いて、対象物Wの表面の法線ベクトルにおけるY方向成分の大きさを示すY方向法線画像を生成する。X方向法線画像およびX方向法線画像の生成方法の詳細は後述する。 In step S2, the processor 310 of the inspection device 30 uses the polarized images 50a to 50d to generate an X-direction normal image that indicates the magnitude of the component along the X direction in the normal vector of the surface of the object W. Similarly, in step S3, the processor 310 uses the polarized images 50a to 50d to generate a Y-direction normal image that indicates the magnitude of the Y-direction component in the normal vector of the surface of the object W. Details of the X-direction normal image and the method of generating the X-direction normal image will be described later.

ステップS2およびステップS3の後、ステップS4およびステップS5がそれぞれ実施される。ステップS2,S3では、後述するように、対象物Wの表面の光沢度αが1であると仮定して、X方向法線画像およびY方向法線画像が生成される。しかしながら、対象物Wの表面の光沢度αは1とは限らない。光沢度αに応じて、入射光のうち正反射する成分の割合が異なる。そのため、ステップS4において、プロセッサ310は、対象物Wの表面の光沢度αに応じてX方向法線画像を補正する。ステップS5において、プロセッサ310は、対象物Wの表面の光沢度αに応じてY方向法線画像を補正する。X方向法線画像およびY方向法線画像の補正方法の詳細は後述する。 After step S2 and step S3, step S4 and step S5 are respectively performed. In steps S2 and S3, as described below, an X-direction normal image and a Y-direction normal image are generated on the assumption that the glossiness α of the surface of the object W is 1. However, the glossiness α of the surface of the object W is not necessarily 1. The proportion of the component of the incident light that is specularly reflected differs depending on the glossiness α. Therefore, in step S4, the processor 310 corrects the X-direction normal image according to the glossiness α of the surface of the object W. In step S5, the processor 310 corrects the Y-direction normal image according to the glossiness α of the surface of the object W. The method of correcting the X-direction normal image and the Y-direction normal image will be described in detail below.

ステップS4およびステップS5の後、プロセッサ310は、並行してステップS6およびステップS8を開始する。 After steps S4 and S5, the processor 310 starts steps S6 and S8 in parallel.

ステップS6において、プロセッサ310は、X方向法線画像とY方向法線画像とに基づいて、対象物Wの表面の形状を示す形状画像を生成する。形状画像の生成方法の詳細は後述する。 In step S6, the processor 310 generates a shape image showing the shape of the surface of the object W based on the X-direction normal image and the Y-direction normal image. The method of generating the shape image will be described in detail later.

次にステップS7において、プロセッサ310は、形状画像に基づいて対象物Wの表面を検査する。たとえば、プロセッサ310は、キズおよび打痕のような、凹凸の生じる欠陥の有無を検査する。なお、プロセッサ310は、ステップS7において、形状画像を二値化することにより二値画像を生成し、二値画像に基づいて欠陥の有無を検査してもよい。 Next, in step S7, the processor 310 inspects the surface of the object W based on the shape image. For example, the processor 310 inspects for defects that cause unevenness, such as scratches and dents. In addition, in step S7, the processor 310 may generate a binary image by binarizing the shape image, and inspect for the presence or absence of defects based on the binary image.

ステップS8において、プロセッサ310は、入射光のうち正反射する光の割合(アルベド(反射率))を示すアルベド画像を生成する。アルベド画像は、偏光画像50a~50dと、ステップS4,S5によってそれぞれ補正されたX方向法線画像およびY方向法線画像とを用いて生成される。アルベド画像の生成方法の詳細は後述する。 In step S8, the processor 310 generates an albedo image that indicates the proportion of light that is specularly reflected out of the incident light (albedo (reflectance)). The albedo image is generated using the polarized images 50a to 50d and the X-direction normal image and the Y-direction normal image corrected in steps S4 and S5, respectively. The method of generating the albedo image will be described in detail later.

次にステップS9において、プロセッサ310は、アルベド画像に基づいて対象物Wの表面を検査する。たとえば、プロセッサ310は、汚れのようなアルベドに変化を生じさせる欠陥の有無を検査する。なお、プロセッサ310は、ステップS9において、アルベド画像を二値化することにより二値画像を生成し、二値画像に基づいて欠陥の有無を検査してもよい。 Next, in step S9, processor 310 inspects the surface of object W based on the albedo image. For example, processor 310 inspects for the presence or absence of defects that cause a change in the albedo, such as dirt. Note that in step S9, processor 310 may generate a binary image by binarizing the albedo image, and inspect for the presence or absence of defects based on the binary image.

ステップS10において、プロセッサ310は、偏光画像50a~50dを平均化することにより平均画像を生成する。平均画像の各画素の値は、偏光画像50a~50dの当該画素の値の平均値である。平均画像は、直線偏光フィルタ12a~12dを取り外した状態で発光部11a~11dを同時点灯させ、偏光カメラ20の代わりに非偏光カメラを用いて撮像することにより得られる画像に対応する。 In step S10, the processor 310 generates an average image by averaging the polarized images 50a-50d. The value of each pixel in the average image is the average value of the values of that pixel in the polarized images 50a-50d. The average image corresponds to an image obtained by simultaneously turning on the light-emitting units 11a-11d with the linear polarizing filters 12a-12d removed, and capturing an image using a non-polarized camera instead of the polarized camera 20.

次にステップS11において、プロセッサ310は、平均画像を用いて対象物Wの位置決め等を行なう。 Next, in step S11, the processor 310 uses the average image to determine the position of the object W, etc.

ステップS7,S9,S11の終了後、プロセッサ310は、検査結果を表示部302に表示させる(ステップS12)。ステップS12の後、プロセッサ310は、検査処理を終了する。 After steps S7, S9, and S11 are completed, the processor 310 causes the display unit 302 to display the test results (step S12). After step S12, the processor 310 ends the test process.

(X方向法線画像およびX方向法線画像の生成方法)
図8は、照明部10a~10dと対象物Wの表面上の点Pにおける法線ベクトルnとの関係を示す図である。図8において、偏光カメラ20の光軸25がZ軸と一致する。法線ベクトルnは、(nx,ny,nz)で表される。nx,ny,nzは、それぞれ法線ベクトルnのX成分、Y成分およびZ成分である。
(X-direction normal image and method for generating the X-direction normal image)
Fig. 8 is a diagram showing the relationship between the illumination units 10a to 10d and the normal vector n at point P on the surface of the object W. In Fig. 8, the optical axis 25 of the polarization camera 20 coincides with the Z axis. The normal vector n is expressed as (nx, ny, nz), where nx, ny, and nz are the X, Y, and Z components of the normal vector n, respectively.

図9は、照明部10cから照射された光の進行方向と点Pの法線方向とをXZ平面に投影したときの、当該進行方向と当該法線方向の関係を示す図である。図9において、法線方向は、ベクトル(nx,nz)で表される。法線方向とZ軸とのなす角度をφxとすると、φxは、以下の式で表される。
φx=arctan(nx/nz)
さらに、照明部10a~10dの各々から照射された光の入射角をθ、nx>0およびnz>0とすると、照明部10cから照射され、点Pで正反射した光の進行方向(正反射方向)のXZ平面への投影成分とZ軸とのなす角度は、θ+2φxとなる。
Fig. 9 is a diagram showing the relationship between the traveling direction of light emitted from the illumination unit 10c and the normal direction of point P when the traveling direction and the normal direction are projected onto the XZ plane. In Fig. 9, the normal direction is represented by a vector (nx, nz). If the angle between the normal direction and the Z axis is φx, φx is represented by the following formula.
φx=arctan(nx/nz)
Furthermore, if the angle of incidence of the light irradiated from each of the illumination units 10a to 10d is θ, nx>0 and nz>0, then the angle between the Z axis and the projection component onto the XZ plane of the direction of travel (direction of specular reflection) of the light irradiated from the illumination unit 10c and specularly reflected at point P is θ+2φx.

図10は、照明部10cから照射された光の進行方向と点Pの法線方向とをYZ平面に投影したときの、当該進行方向と当該法線方向の関係を示す図である。図10において、法線方向は、ベクトル(ny,nz)で表される。法線方向とZ軸とのなす角度をφyとすると、φyは、以下の式で表される。
φx=arctan(ny/nz)
さらに、照明部10cから照射された光の入射角をθ、ny>0およびnz>0とすると、照明部10cから照射され、点Pで正反射した光の進行方向(正反射方向)のYZ平面への投影成分とZ軸とのなす角度は、2φyとなる。
Fig. 10 is a diagram showing the relationship between the traveling direction of light emitted from the illumination unit 10c and the normal direction of point P when the traveling direction and the normal direction are projected onto the YZ plane. In Fig. 10, the normal direction is represented by a vector (ny, nz). If the angle between the normal direction and the Z axis is φy, φy is represented by the following formula.
φx=arctan(ny/nz)
Furthermore, if the angle of incidence of the light irradiated from the illumination unit 10c is θ, ny>0 and nz>0, the angle between the Z axis and the projection component of the direction of travel (direction of specular reflection) of the light irradiated from the illumination unit 10c and specularly reflected at point P onto the YZ plane is 2φy.

同様にして、照明部10a,10b,10dから照射され、点Pで正反射した光の進行方向(正反射方向)のXZ平面への投影成分とZ軸とのなす角度は、それぞれθ-2φx,2φx,2φxとなる。照明部10a,10b,10dから照射され、点Pで正反射した光の進行方向(正反射方向)のYZ平面への投影成分とZ軸とのなす角度は、それぞれ2φy,θ-2φy,θ+2φyとなる。 Similarly, the angles that the projection component of the traveling direction (specular reflection direction) of the light irradiated from illumination units 10a, 10b, and 10d and specularly reflected at point P makes with the Z axis and the projection component onto the XZ plane are θ-2φx, 2φx, and 2φx, respectively. The angles that the projection component of the traveling direction (specular reflection direction) of the light irradiated from illumination units 10a, 10b, and 10d and specularly reflected at point P makes with the Z axis and the projection component onto the YZ plane are 2φy, θ-2φy, and θ+2φy, respectively.

照明部10a~10dから照射され、点Pで正反射した光のうち偏光カメラ20にそれぞれ入射する光の強度Ia~Idは、Phongの反射モデルを用いて、以下の式によって近似される。
Ia=μ[cosα(θ-2φx)cosα(2φy)]
Ib=μ[cosα(2φx)cosα(θ-2φy)]
Ic=μ[cosα(θ+2φx)cosα(2φy)]
Id=μ[cosα(2φx)cosα(θ+2φy)]
上記の式において、αは、光沢度を表す。μは、対象物Wの表面のアルベド(反射率)を表す。
Of the light emitted from the illumination units 10a to 10d and specularly reflected at point P, the intensities Ia to Id of the light that enters the polarization camera 20 are approximated by the following equations using Phong's reflection model.
Ia=μ[cos α (θ−2φx)cos α (2φy)]
Ib=μ[cos α (2φx)cos α (θ−2φy)]
Ic=μ[cos α (θ+2φx) cos α (2φy)]
Id=μ[cos α (2φx)cos α (θ+2φy)]
In the above formula, α represents the glossiness, and μ represents the albedo (reflectance) of the surface of the object W.

上述したように、偏光カメラ20の偏光子22aの偏光方向は、照明部10aの偏光方向と平行であり、照明部10cの偏光方向と直交する。さらに、偏光子22aの偏光方向と照明部10b,10dの偏光方向とのなす角度は45°である。そのため、偏光子22aに対応する偏光画像50aの画素値をJaとすると、
Ja=Ia+(Ib+Id)/2
で表される。同様に、偏光画像50b~50dのそれぞれの画素値Jb~Jdは、
Jb=Ib+(Ia+Ic)/2
Jc=Ic+(Id+Ib)/2
Jd=Id+(Ic+Ia)/2
で表される。
As described above, the polarization direction of the polarizer 22a of the polarization camera 20 is parallel to the polarization direction of the illumination unit 10a and perpendicular to the polarization direction of the illumination unit 10c. Furthermore, the angle between the polarization direction of the polarizer 22a and the polarization directions of the illumination units 10b and 10d is 45°. Therefore, if the pixel value of the polarized image 50a corresponding to the polarizer 22a is Ja,
Ja=Ia+(Ib+Id)/2
Similarly, pixel values Jb to Jd of the polarized images 50b to 50d are expressed as follows:
Jb=Ib+(Ia+Ic)/2
Jc=Ic+(Id+Ib)/2
Jd=Id+(Ic+Ia)/2
It is expressed as:

光沢度α=1の場合、以下の式(1)~(3)が成り立つ。
Ja+Jb+Jc+Jd=2(Ia+Ib+Ic+Id)
=8μcos(θ)cos(2φx)cos(2φy)・・・式(1)
Ja-Jc=Ia-Ic=2μsin(θ)sin(2φx)cos(2φy)・・・式(2)
Jb-Jd=Ib-Id=2μsin(θ)cos(2φx)sin(2φy)・・・式(3)。
When the gloss level α=1, the following equations (1) to (3) hold true.
Ja+Jb+Jc+Jd=2(Ia+Ib+Ic+Id)
=8μcos(θ)cos(2φx)cos(2φy)...Formula (1)
Ja-Jc=Ia-Ic=2μsin(θ)sin(2φx)cos(2φy)...Formula (2)
Jb-Jd=Ib-Id=2μsin(θ)cos(2φx)sin(2φy)...Equation (3).

上記の式(1)と式(2)とから、以下の式(4)が導かれる。同様に、上記の式(1)と式(3)とから、以下の式(5)が導かれる。
tan(2φx)={4(Ja-Jc)}/{(Ja+Jb+Jc+Jd)tan(θ)}
・・・式(4)
tan(2φy)={4(Jb-Jd)}/{(Ja+Jb+Jc+Jd)tan(θ)}
・・・式(5)。
The following formula (4) is derived from the above formulas (1) and (2): Similarly, the following formula (5) is derived from the above formulas (1) and (3):
tan(2φx)={4(Ja-Jc)}/{(Ja+Jb+Jc+Jd)tan(θ)}
...Formula (4)
tan(2φy)={4(Jb-Jd)}/{(Ja+Jb+Jc+Jd)tan(θ)}
...Formula (5).

式(4)および式(5)において、入射角θは、照明部10a~10dの位置に応じて予め決定される。そのため、プロセッサ310は、偏光画像50b~50dの画素値と入射角θとを用いて式(4)の右辺の計算し、その結果であるNxを画素値とするX方向法線画像を生成する。同様に、プロセッサ310は、偏光画像50b~50dの画素値と入射角θとを用いて式(5)の右辺の計算し、その結果であるNyを画素値とするY方向法線画像を生成する。式(4)で表されるtan(2φx)(≡Nx)は、法線ベクトルのx方向成分であるnxに依存する値である。式(5)で表されるtan(2φx)(≡Ny)は、法線ベクトルのy方向成分であるnyに依存する値である。そのため、X方向法線画像およびY方向法線画像は、対象物Wの表面の法線方向を表す。 In formula (4) and formula (5), the incident angle θ is determined in advance according to the positions of the illumination units 10a to 10d. Therefore, the processor 310 calculates the right side of formula (4) using the pixel values of the polarized images 50b to 50d and the incident angle θ, and generates an X-direction normal image with the pixel value Nx as the result. Similarly, the processor 310 calculates the right side of formula (5) using the pixel values of the polarized images 50b to 50d and the incident angle θ, and generates a Y-direction normal image with the pixel value Ny as the result. tan(2φx)(≡Nx) expressed in formula (4) is a value that depends on nx, which is the x-direction component of the normal vector. tan(2φx)(≡Ny) expressed in formula (5) is a value that depends on ny, which is the y-direction component of the normal vector. Therefore, the X-direction normal image and the Y-direction normal image represent the normal direction of the surface of the object W.

(X方向法線画像およびY方向法線画像の補正方法)
X方向法線画像およびY方向法線画像は、対象物Wの表面の光沢度αが1であると仮定して、式(4)および(式5)に従ってそれぞれ生成される。そのため、対象物Wの光沢度αに従って、X方向法線画像およびY方向法線画像の補正が実行される。これにより、光沢度αに応じた法線画像が精度良く生成される。
(Method of correcting X-direction normal image and Y-direction normal image)
The X-direction normal image and the Y-direction normal image are generated according to formulas (4) and (5), respectively, assuming that the glossiness α of the surface of the object W is 1. Therefore, the X-direction normal image and the Y-direction normal image are corrected according to the glossiness α of the object W. As a result, a normal image according to the glossiness α is generated with high accuracy.

対象物Wの光沢度αは、以下の検査前手順に従って、予め決定される。検査前手順では、欠陥のない対象物Wが2軸ゴニオステージに載置される。2軸ゴニオステージは、X方向およびY方向に傾斜可能なステージである。 The gloss level α of the object W is determined in advance according to the following pre-inspection procedure. In the pre-inspection procedure, the defect-free object W is placed on a two-axis goniostage. The two-axis goniostage is a stage that can be tilted in the X and Y directions.

2軸ゴニオステージのX方向およびY方向の傾斜角度が0°に設定された状態のとき、対象物Wは、上面が水平かつ平坦な領域(以下、「対象領域」と称する。)を有するように、2軸ゴニオステージに載置される。そのため、対象領域の法線ベクトルのX方向成分とZ軸とのなす角度φxは、2軸ゴニオステージのX方向の傾斜角度と一致する。同様に、し、対象領域の法線ベクトルのY方向成分とZ軸とのなす角度φyは、2軸ゴニオステージのY方向の傾斜角度と一致する。 When the tilt angles of the two-axis goniostage in the X and Y directions are set to 0°, the target object W is placed on the two-axis goniostage so that it has a horizontal, flat area on the top surface (hereinafter referred to as the "target area"). Therefore, the angle φx between the X-direction component of the normal vector of the target area and the Z-axis coincides with the tilt angle of the two-axis goniostage in the X direction. Similarly, the angle φy between the Y-direction component of the normal vector of the target area and the Z-axis coincides with the tilt angle of the two-axis goniostage in the Y direction.

2軸ゴニオステージのX方向およびY方向の傾斜角度を変化させながら、検査システム1を用いてM回撮像する。M回の撮像の各々について、X方向法線画像およびY方向法線画像を生成する。プロセッサ310は、X方向法線画像およびY方向法線画像における対象領域内の任意の1画素について、データセット[φxm,φym,Nxm,Nym]をRAM312に格納する。mは、撮像番号を示し、1~Mのいずれかの整数である。φxmは、m回目の撮像における、2軸ゴニオステージのX方向の傾斜角度である。φymは、m回目の撮像における、2軸ゴニオステージのY方向の傾斜角度である。Nxmは、X方向法線画像の画素値である。Nymは、Y方向法線画像の画素値である。 The inspection system 1 is used to capture M images while changing the tilt angles of the two-axis goniostage in the X and Y directions. For each of the M images, an X-direction normal image and a Y-direction normal image are generated. The processor 310 stores a data set [φxm, φym, Nxm, Nym] in the RAM 312 for any pixel in the target area in the X-direction normal image and the Y-direction normal image. m indicates the image number and is an integer between 1 and M. φxm is the X-direction tilt angle of the two-axis goniostage in the mth image capture. φym is the Y-direction tilt angle of the two-axis goniostage in the mth image capture. Nxm is the pixel value of the X-direction normal image. Nym is the pixel value of the Y-direction normal image.

プロセッサ310は、以下の理論式を用いて、RAM312に格納されたデータセット[φxm,φym,Nxm,Nym]に最もよく当てはまる光沢度αを決定する。
≪理論式≫
Ia=cosα(θ-2φxm)cosα(2φym)
Ib=cosα(2φxm)cosα(θ-2φym)
Ic=cosα(θ+2φxm)cosα(2φym)
Id=cosα(2φxm)cosα(θ+2φym)
Nx={2(Ia-Ic)}/{(Ia+Ib+Ic+Id)tan(θ)}
Ny={2(Ib-Id)}/{(Ia+Ib+Ic+Id)tan(θ)}
たとえば、プロセッサ310は、非線形最小二乗法を用いて光沢度αを決定する。このような検査前手順によって、対象物Wの光沢度αが予め決定される。
The processor 310 determines the gloss level α that best fits the data set [φxm, φym, Nxm, Nym] stored in the RAM 312 using the following theoretical formula:
≪Theoretical formula≫
Ia=cos α (θ−2φxm) cos α (2φym)
Ib=cos α (2φxm) cos α (θ−2φym)
Ic=cos α (θ+2φxm) cos α (2φym)
Id=cos α (2φxm) cos α (θ+2φym)
Nx={2(Ia-Ic)}/{(Ia+Ib+Ic+Id)tan(θ)}
Ny={2(Ib-Id)}/{(Ia+Ib+Ic+Id)tan(θ)}
For example, the processor 310 determines the gloss value α using a nonlinear least squares method. By such a pre-inspection procedure, the gloss value α of the object W is determined in advance.

図11は、光沢度α=5のときのNyとφxとφyとの関係を示す図である。図12は、光沢度α=10のときのNyとφxとφyとの関係を示す図である。図13は、光沢度α=20のときのNyとφxとφyとの関係を示す図である。 Figure 11 is a diagram showing the relationship between Ny, φx, and φy when gloss level α = 5. Figure 12 is a diagram showing the relationship between Ny, φx, and φy when gloss level α = 10. Figure 13 is a diagram showing the relationship between Ny, φx, and φy when gloss level α = 20.

図11~図13に示されるように、法線ベクトルのX,Y方向成分とZ軸とのそれぞれのなす角度φx,φyと、式(5)の右辺の計算結果であるNyとの関係は、単調変化を示す。すなわち、φyの増大に伴い、Nyも増大する。また、φy>0の場合、φxの増大に伴い、Nyは減少する。φy<0の場合、φxの増大に伴い、Nyも増大する。ただし、光沢度αが1に近い場合にはNyとφyとの関係が線形であるのに対し、光沢度αが大きくなると、Nyとφyとの関係が非線形になる。そのため、プロセッサ310は、光沢度αに応じて、法線画像を補正する。 As shown in Figures 11 to 13, the relationship between the angles φx, φy between the X- and Y-direction components of the normal vector and the Z-axis, respectively, and Ny, which is the calculation result of the right-hand side of equation (5), shows a monotonous change. That is, Ny increases as φy increases. Furthermore, if φy>0, Ny decreases as φx increases. If φy<0, Ny increases as φx increases. However, while the relationship between Ny and φy is linear when the gloss level α is close to 1, the relationship between Ny and φy becomes nonlinear as the gloss level α increases. Therefore, the processor 310 corrects the normal image according to the gloss level α.

具体的には、プロセッサ310は、予め決定された光沢度αが代入された上記の理論式を用いて、(Nx,Ny)から(φx,φy)を逆算する。プロセッサ310は、X方向法線画像における各画素値Nxをφxに置き換えることにより、X方向法線画像を補正する。同様に、プロセッサ310は、Y方向法線画像における各画素値Nyをφyに置き換えることにより、Y方向法線画像を補正する。 Specifically, processor 310 uses the above theoretical formula into which a predetermined gloss level α is substituted to back-calculate (φx, φy) from (Nx, Ny). Processor 310 corrects the X-direction normal image by replacing each pixel value Nx in the X-direction normal image with φx. Similarly, processor 310 corrects the Y-direction normal image by replacing each pixel value Ny in the Y-direction normal image with φy.

あるいは、プロセッサ310は、予め作成されたルックアップテーブル群の中から光沢度αに対応する1つのルックアップテーブルを選択し、選択したルックアップテーブルを用いて、(Nx,Ny)を(φx,φy)に変換してもよい。ルックアップテーブルは、対応する光沢度αが代入された上記の理論式を用いて、予め作成される。ルックアップテーブルを用いることにより、法線画像の補正処理に要する時間が短縮される。 Alternatively, the processor 310 may select one lookup table corresponding to the gloss level α from a group of pre-created lookup tables, and convert (Nx, Ny) to (φx, φy) using the selected lookup table. The lookup table is created in advance using the above theoretical formula into which the corresponding gloss level α is substituted. By using the lookup table, the time required for the correction process of the normal image is reduced.

(アルベド画像の生成方法)
対象物Wの表面の光沢度α=1の場合、以下の式(6)が成り立つ。
μ={(Ja+Jb+Jc+Jd)/2}[{1+tan2(2φx)}{1+tan2(2φy)}]1/2/{4cos(θ)}・・・式(6)。
(Method of generating albedo image)
When the gloss level α of the surface of the object W is 1, the following equation (6) holds true.
μ={(Ja+Jb+Jc+Jd)/2}[{1+tan 2 (2φx)}{1+tan 2 (2φy)}] 1/2 /{4cos(θ)}...Equation (6).

図14は、光沢度α=5のときのアルベドμとφxとφyとの関係を示す図である。図15は、光沢度α=10のときのアルベドμとφxとφyとの関係を示す図である。図16は、光沢度α=20のときのアルベドμとφxとφyとの関係を示す図である。 Figure 14 shows the relationship between the albedo μ, φx, and φy when the gloss level α = 5. Figure 15 shows the relationship between the albedo μ, φx, and φy when the gloss level α = 10. Figure 16 shows the relationship between the albedo μ, φx, and φy when the gloss level α = 20.

図14~図16に示されるように、アルベドμとφxおよびφyとの関係は、単調変化を示す。ただし、光沢度αが1に近い場合にはアルベドμとφxおよびφyとの関係が線形であるのに対し、光沢度αが大きくなると、アルベドμとφxおよびφyとの関係が非線形になる。そのため、プロセッサ310は、光沢度αに応じて補正されたX方向法線画像およびY方向法線画像ぞれぞれの画素値であるφx,φyと、偏光画像50a~50dそれぞれの画素値Ja~Jdとを上記の式に代入することにより、アルベド画像を生成する。アルベド画像の各画素値は、アルベドμを示す。 As shown in Figures 14 to 16, the relationship between the albedo μ and φx and φy changes monotonically. However, when the glossiness α is close to 1, the relationship between the albedo μ and φx and φy is linear, whereas as the glossiness α increases, the relationship between the albedo μ and φx and φy becomes nonlinear. Therefore, the processor 310 generates an albedo image by substituting the pixel values φx and φy of the X-direction normal image and the Y-direction normal image corrected according to the glossiness α, and the pixel values Ja to Jd of the polarized images 50a to 50d, respectively, into the above formula. Each pixel value of the albedo image indicates the albedo μ.

(形状画像の生成方法)
形状画像は、光沢度αに応じて補正されたX方向法線画像およびY方向法線画像に基づいて生成される。
(Method of generating shape image)
The shape image is generated based on the X-direction normal image and the Y-direction normal image corrected according to the gloss level α.

図17は、形状画像の生成のために、X方向法線画像に対して実行される処理を示す図である。X方向法線画像の画素値は、対象物Wの表面の法線ベクトルのうちX方向成分の大きさを示す。 Figure 17 shows the processing performed on the X-direction normal image to generate a shape image. The pixel values of the X-direction normal image indicate the magnitude of the X-direction component of the normal vector of the surface of the object W.

プロセッサ310は、X方向法線画像内の4つの画素で囲まれる1つの点を注目点Qとして選択する。X方向法線画像の横方向は、X方向に対応する。そのため、図17に示されるように、プロセッサ310は、注目点Qの左側および右側に矩形領域R1,R2をそれぞれ設定する。矩形領域R1,R2の高さは予め定められた長さLであり、矩形領域R1,R2の幅はL/2である。 The processor 310 selects one point surrounded by four pixels in the X-direction normal image as the attention point Q. The horizontal direction of the X-direction normal image corresponds to the X direction. Therefore, as shown in FIG. 17, the processor 310 sets rectangular regions R1 and R2 on the left and right sides of the attention point Q, respectively. The height of the rectangular regions R1 and R2 is a predetermined length L, and the width of the rectangular regions R1 and R2 is L/2.

プロセッサ310は、矩形領域R1に含まれる画素の値の和Sx1を計算する。同様に、プロセッサ310は、矩形領域R2に含まれる画素の値の和Sx2を計算する。プロセッサ310は、和Sx1と和Sx2との差Sxを計算する。プロセッサ310は、X方向法線画像内の4つの画素で囲まれる点の全てについて、差Sxを計算する。 The processor 310 calculates the sum Sx1 of the pixel values contained in the rectangular region R1. Similarly, the processor 310 calculates the sum Sx2 of the pixel values contained in the rectangular region R2. The processor 310 calculates the difference Sx between the sum Sx1 and the sum Sx2. The processor 310 calculates the difference Sx for all points surrounded by four pixels in the X-direction normal image.

図18は、形状画像の生成のために、Y方向法線画像に対して実行される処理を示す図である。Y方向法線画像の画素値は、対象物Wの表面の法線ベクトルのうちY方向成分の大きさを示す。 Figure 18 shows the processing performed on the Y-direction normal image to generate a shape image. The pixel values of the Y-direction normal image indicate the magnitude of the Y-direction component of the normal vector of the surface of the object W.

プロセッサ310は、Y方向法線画像において4つの画素で囲まれる1つの点を注目点Qとして選択する。Y方向法線画像の縦方向は、Y方向に対応する。そのため、図18に示されるように、プロセッサ310は、注目点Qの上側および下側に矩形領域R3,R4をそれぞれ設定する。矩形領域R3,R4の幅はLであり、矩形領域R3,R4の高さはL/2である。 The processor 310 selects one point surrounded by four pixels in the Y direction normal image as the attention point Q. The vertical direction of the Y direction normal image corresponds to the Y direction. Therefore, as shown in FIG. 18, the processor 310 sets rectangular regions R3 and R4 above and below the attention point Q, respectively. The width of the rectangular regions R3 and R4 is L, and the height of the rectangular regions R3 and R4 is L/2.

プロセッサ310は、矩形領域R3に含まれる画素の値のSy1を計算する。同様に、プロセッサ310は、矩形領域R4に含まれる画素の値のSy2を計算する。プロセッサ310は、和Sy1と和Sy2との差Syを計算する。プロセッサ310は、Y方向法線画像内の4つの画素で囲まれる点の全てについて、差Syを計算する。 The processor 310 calculates Sy1, the value of the pixel contained in the rectangular region R3. Similarly, the processor 310 calculates Sy2, the value of the pixel contained in the rectangular region R4. The processor 310 calculates the difference Sy between the sum Sy1 and the sum Sy2. The processor 310 calculates the difference Sy for all points surrounded by four pixels in the Y direction normal image.

対象物Wの表面にキズまたは打痕のような欠陥が存在する場合、当該欠陥において法線ベクトルが大きく変化する。差Sxは、法線ベクトルのX方向成分が大きく変化するほど、大きくなる。差Syは、法線ベクトルのY方向成分が大きく変化するほど、大きくなる。すなわち、差Sx,Syは、キズまたは打痕のような、凹凸の生じる欠陥が存在する箇所において大きな値をとる。そのため、プロセッサ310は、以下の式で得られるSを画素値とする形状画像を生成する。
S=A(Sx+Sy)+B
Aは、形状画像のコントラストを決定するためのパラメータである。Bは、形状画像の全体的な画素値のレベルを決定するためのパラメータである。プロセッサ310は、形状画像における画素値の最大、最小、および最大と最小との差が規定範囲内に収まるように、パラメータA,Bの値を設定する。規定範囲は、欠陥の検査に適したコントラストおよびレベルに応じて予め定められる。これにより、凹凸の生じる欠陥の検査に適した形状画像が生成される。
When a defect such as a scratch or a dent is present on the surface of the object W, the normal vector changes significantly at the defect. The greater the change in the X-direction component of the normal vector, the greater the difference Sx. The greater the change in the Y-direction component of the normal vector, the greater the difference Sy. In other words, the differences Sx and Sy take large values in locations where there are defects that cause unevenness, such as scratches or dents. Therefore, the processor 310 generates a shape image in which S, obtained by the following formula, is the pixel value.
S=A(Sx+Sy)+B
A is a parameter for determining the contrast of the shape image. B is a parameter for determining the overall pixel value level of the shape image. The processor 310 sets the values of parameters A and B so that the maximum, minimum, and difference between the maximum and minimum pixel values in the shape image fall within a specified range. The specified range is determined in advance according to the contrast and level suitable for defect inspection. In this way, a shape image suitable for inspection of defects that cause unevenness is generated.

(偏光画像、法線画像、形状画像、アルベド画像、平均画像の例)
図19は、ボタン電池を撮像することにより得られる偏光画像と、偏光画像から生成された各種画像とを示す図である。プロセッサ310は、偏光画像50a~50dからX方向法線画像51およびY方向法線画像52を生成する。プロセッサ310は、X方向法線画像51およびY方向法線画像52に基づいて形状画像53を生成する。プロセッサ310は、形状画像53を二値化することにより、二値画像54を生成する。さらに、プロセッサ310は、偏光画像50a~50dからアルベド画像55および平均画像56を生成する。
(Examples of polarization image, normal image, shape image, albedo image, and average image)
19 is a diagram showing polarized images obtained by capturing an image of a button battery, and various images generated from the polarized images. The processor 310 generates an X-direction normal image 51 and a Y-direction normal image 52 from the polarized images 50a to 50d. The processor 310 generates a shape image 53 based on the X-direction normal image 51 and the Y-direction normal image 52. The processor 310 binarizes the shape image 53 to generate a binary image 54. Furthermore, the processor 310 generates an albedo image 55 and an average image 56 from the polarized images 50a to 50d.

図19において、ボタン電池の表面の枠線F1で囲まれる領域に打痕が存在する。さらに、ボタン電池の表面の枠線F2で囲まれる領域に汚れが存在する。図19に示されるように、形状画像53において、枠線F1内に打痕部分に応じた画素値の変化が観察される。二値画像54では、打痕部分が白で表される。これにより、形状画像53または二値画像54を用いることにより、キズまたは打痕のような、凹凸の生じる欠陥が精度良く検査される。なお、X方向法線画像51およびY方向法線画像52においても、打痕部分とその周囲とにおいて画素値が異なる。そのため、X方向法線画像51およびY方向法線画像52を用いても、凹凸の生じる欠陥を検査できる。 In FIG. 19, a dent is present in the area surrounded by frame line F1 on the surface of the button battery. Furthermore, dirt is present in the area surrounded by frame line F2 on the surface of the button battery. As shown in FIG. 19, in shape image 53, a change in pixel value corresponding to the dent portion is observed within frame line F1. In binary image 54, the dent portion is represented in white. As a result, by using shape image 53 or binary image 54, defects that cause unevenness, such as scratches or dents, can be inspected with high accuracy. Note that in X-direction normal image 51 and Y-direction normal image 52, pixel values are different between the dent portion and its surroundings. Therefore, defects that cause unevenness can also be inspected using X-direction normal image 51 and Y-direction normal image 52.

X方向法線画像51、Y方向法線画像52、形状画像53、および二値画像54において、汚れ部分とその周囲とにおいて画素値に変化が見られない。汚れによって凹凸に変化が生じていないためである。これに対し、アルベド画像55では、枠線F2内に汚れに応じた画素値の変化が観察される。汚れによりアルベド(反射率)が変化したためである。このように、アルベド画像55を用いることにより、汚れのような、アルベド(反射率)に変化を生じさせる欠陥が精度良く検査される。 In the X-direction normal image 51, the Y-direction normal image 52, the shape image 53, and the binary image 54, no change in pixel value is observed between the dirty area and its surroundings. This is because the dirt has not caused any change in the unevenness. In contrast, in the albedo image 55, a change in pixel value corresponding to the dirt is observed within the frame line F2. This is because the dirt has caused a change in the albedo (reflectance). In this way, by using the albedo image 55, defects that cause changes in the albedo (reflectance), such as dirt, can be accurately inspected.

図20は、乾電池の側面を撮像することにより得られる偏光画像と、偏光画像から生成された各種画像とを示す図である。図20には、偏光画像50a~50dと、偏光画像50a~50dから生成されたX方向法線画像51、Y方向法線画像52および平均画像56と、X方向法線画像51およびY方向法線画像52から生成された形状画像53および二値画像54とが示される。図20において、乾電池の側面の枠線F1で囲まれる領域に打痕が存在する。形状画像53において、枠線F1内に打痕部分に応じた画素値の変化が観察される。二値画像54では、打痕部分が白で表される。これにより、形状画像53または二値画像54を用いることにより、キズまたは打痕のような、凹凸の生じる欠陥が精度良く検査される。 Figure 20 shows a polarized image obtained by capturing an image of the side of a dry cell, and various images generated from the polarized image. Figure 20 shows polarized images 50a to 50d, an X-direction normal image 51, a Y-direction normal image 52, and an average image 56 generated from the polarized images 50a to 50d, and a shape image 53 and a binary image 54 generated from the X-direction normal image 51 and the Y-direction normal image 52. In Figure 20, a dent is present in the area surrounded by a frame line F1 on the side of the dry cell. In the shape image 53, a change in pixel value corresponding to the dent portion is observed within the frame line F1. In the binary image 54, the dent portion is displayed in white. As a result, by using the shape image 53 or the binary image 54, defects that cause unevenness, such as scratches or dents, can be inspected with high accuracy.

図21は、乾電池の底面を撮像することにより得られる偏光画像と、偏光画像から生成された各種画像とを示す図である。図21には、偏光画像50a~50dと、偏光画像50a~50dから生成されたX方向法線画像51、Y方向法線画像52および平均画像56と、X方向法線画像51およびY方向法線画像52から生成された形状画像53とが示される。図21において、乾電池の底面の枠線F1で囲まれる領域に打痕が存在する。形状画像53において、枠線F1内に打痕部分に応じた画素値の変化が観察される。これにより、形状画像53を用いることにより、キズまたは打痕のような、凹凸の生じる欠陥が精度良く検査される。 Figure 21 shows a polarized image obtained by capturing an image of the bottom surface of a dry cell, and various images generated from the polarized images. Figure 21 shows polarized images 50a to 50d, an X-direction normal image 51, a Y-direction normal image 52, and an average image 56 generated from the polarized images 50a to 50d, and a shape image 53 generated from the X-direction normal image 51 and the Y-direction normal image 52. In Figure 21, a dent is present in the area surrounded by a frame line F1 on the bottom surface of the dry cell. In the shape image 53, a change in pixel value corresponding to the dent portion is observed within the frame line F1. As a result, by using the shape image 53, defects that cause unevenness, such as scratches or dents, can be accurately inspected.

図22は、シボ加工された樹脂表面を撮像することにより得られる偏光画像と、偏光画像から生成された各種画像とを示す図である。図22には、偏光画像50a~50dと、偏光画像50a~50dから生成されたX方向法線画像51、Y方向法線画像52および平均画像56と、X方向法線画像51およびY方向法線画像52から生成された形状画像53および二値画像54とが示される。図22において、樹脂表面の枠線F1で囲まれる領域に打痕が存在する。さらに、樹脂表面の枠線F2で囲まれる領域に汚れが存在する。 Figure 22 shows polarized images obtained by capturing an image of a textured resin surface, and various images generated from the polarized images. Figure 22 shows polarized images 50a to 50d, an X-direction normal image 51, a Y-direction normal image 52, and an average image 56 generated from the polarized images 50a to 50d, and a shape image 53 and a binary image 54 generated from the X-direction normal image 51 and the Y-direction normal image 52. In Figure 22, a dent is present in the area surrounded by frame line F1 on the resin surface. Furthermore, dirt is present in the area surrounded by frame line F2 on the resin surface.

図22に示されるように、形状画像53において、枠線F1内に打痕部分に応じた画素値の変化が観察される。二値画像54では、打痕部分が白で表される。これにより、形状画像53または二値画像54を用いることにより、キズまたは打痕のような、凹凸の生じる欠陥が精度良く検査される。 As shown in FIG. 22, in shape image 53, a change in pixel value corresponding to the dent portion is observed within frame line F1. In binary image 54, the dent portion is shown in white. As a result, by using shape image 53 or binary image 54, defects that cause unevenness, such as scratches or dents, can be inspected with high accuracy.

X方向法線画像51、Y方向法線画像52、形状画像53、および二値画像54において、汚れ部分とその周囲とにおいて画素値に変化が見られない。汚れによって凹凸に変化が生じていないためである。これに対し、平均画像56では、枠線F2内に汚れ部分に応じた画素値の変化が観察される。汚れによりアルベド(反射率)が高まったためである。このように、平均画像56を用いても、汚れのような、アルベド(反射率)に変化を生じさせる欠陥が精度良く検査される。 In the X-direction normal image 51, the Y-direction normal image 52, the shape image 53, and the binary image 54, no change in pixel value is observed between the dirty area and its surroundings. This is because the dirt has not caused any change in the unevenness. In contrast, in the average image 56, a change in pixel value corresponding to the dirty area is observed within the frame line F2. This is because the dirt has increased the albedo (reflectance). In this way, even when the average image 56 is used, defects that cause changes in albedo (reflectance), such as dirt, can be accurately inspected.

(B-2.第2の検査例)
第2の検査例は、明視野照明および暗視野照明の条件下でそれぞれ得られる2つの画像を用いる。明視野照明は、対象物Wの表面の正反射光が偏光カメラ20に入射する照明法である。暗視野照明は、対象物Wの表面の正反射光が偏光カメラ20に入射せず、拡散反射光のみが偏光カメラ20に入射する照明法である。キズが存在する部分では光が正反射しにくい。そのため、明視野照明の条件下で得られる画像において、キズが存在する部分の輝度が低下する。これにより、明視野照明の条件下で得られる画像を用いることにより、キズを精度良く検査できる。一方、汚れまたは異物が存在する部分では拡散反射しやすい。そのため、暗視野照明の条件下で得られる画像において、汚れまたは異物が存在する部分の輝度が高くなる。これにより、暗視野照明の条件下で得られる画像を用いることにより、汚れまたは異物を精度良く検査できる。
(B-2. Second Inspection Example)
The second inspection example uses two images obtained under bright-field and dark-field illumination conditions. Bright-field illumination is an illumination method in which specularly reflected light from the surface of the object W is incident on the polarization camera 20. Dark-field illumination is an illumination method in which specularly reflected light from the surface of the object W is not incident on the polarization camera 20, and only diffusely reflected light is incident on the polarization camera 20. Light is not easily specularly reflected in the area where the scratch exists. Therefore, in the image obtained under the bright-field illumination condition, the brightness of the area where the scratch exists is reduced. As a result, the image obtained under the bright-field illumination condition can be used to inspect the scratch with high accuracy. On the other hand, in the area where dirt or foreign matter exists, light is easily diffusely reflected. Therefore, in the image obtained under the dark-field illumination condition, the brightness of the area where dirt or foreign matter exists is high. As a result, the image obtained under the dark-field illumination condition can be used to inspect the dirt or foreign matter with high accuracy.

(照明部の配置)
図23は、第2の検査例に係る複数の照明部の配置を示す図である。図23に示されるように、複数の照明部10は、照明部10e,10fを含む。照明部10e,10fは、対象物Wに対する仰角が互いに異なるように配置される。
(Arrangement of lighting units)
Fig. 23 is a diagram showing the arrangement of a plurality of illumination units according to the second inspection example. As shown in Fig. 23, the plurality of illumination units 10 include illumination units 10e and 10f. The illumination units 10e and 10f are arranged so that their elevation angles with respect to the object W are different from each other.

照明部10fは、偏光カメラ20の光軸25を中心とするリング型の照明部である。照明部10fは、偏光カメラ20の光軸25を中心とするリング型の発光部11fと、発光部11fの発光面に取り付けられる直線偏光フィルタ12fとを有する。対象物Wに対する照明部10fの仰角は、対象物Wの正反射光が偏光カメラ20に入射しないように設定される。 The illumination unit 10f is a ring-shaped illumination unit centered on the optical axis 25 of the polarization camera 20. The illumination unit 10f has a ring-shaped light-emitting unit 11f centered on the optical axis 25 of the polarization camera 20, and a linear polarizing filter 12f attached to the light-emitting surface of the light-emitting unit 11f. The elevation angle of the illumination unit 10f with respect to the object W is set so that specularly reflected light from the object W does not enter the polarization camera 20.

図24は、照明部10eの構成を示す図である。照明部10eは、偏光カメラ20の光軸25に沿って照明光を対象物Wに照射する同軸照明である。図24に示されるように、照明部10eは、発光部11eと、直線偏光フィルタ12eと、ハーフミラー13eと、を有する。直線偏光フィルタ12eは、発光部11eの発光面とハーフミラー13eとの間に配置され、発光部11eから照射された非偏光のうち予め定められた方向に沿った直線偏光を透過させる。ハーフミラー13eは、直線偏光フィルタ12eを透過した直線偏光を、偏光カメラ20の光軸25に沿って落射させる。 Figure 24 is a diagram showing the configuration of the illumination unit 10e. The illumination unit 10e is a coaxial illumination that irradiates illumination light onto the object W along the optical axis 25 of the polarization camera 20. As shown in Figure 24, the illumination unit 10e has a light-emitting unit 11e, a linear polarizing filter 12e, and a half mirror 13e. The linear polarizing filter 12e is disposed between the light-emitting surface of the light-emitting unit 11e and the half mirror 13e, and transmits linearly polarized light along a predetermined direction among the non-polarized light irradiated from the light-emitting unit 11e. The half mirror 13e reflects the linearly polarized light that has passed through the linear polarizing filter 12e down along the optical axis 25 of the polarization camera 20.

直線偏光フィルタ12e,12fは、照明部10e,10fから対象物Wに照射される直線偏光の偏光方向が互いに直交するように配置される。 The linear polarizing filters 12e and 12f are positioned so that the polarization directions of the linearly polarized light irradiated from the illumination units 10e and 10f to the object W are perpendicular to each other.

(検査方法)
第2の検査例において、検査システム1は、図2に示す偏光子22a~22dを含む偏光カメラ20を備える。偏光子22aの偏光方向は、照明部10eから対象物Wに照射される直線偏光の偏光方向と一致する(平行である)。偏光子22cの偏光方向は、照明部10fから照射される直線偏光の偏光方向と一致する(平行である)。そのため、照明部10eから照射され、対象物Wで正反射した光は、偏光子22aを透過し、偏光子22cを透過しない。照明部10fから照射され、対象物Wで拡散反射した光の一部は、偏光子22cを透過する。なお、照明部10fから照射され、対象物Wで正反射した光は、偏光カメラ20に入射しない。
(Testing Method)
In the second inspection example, the inspection system 1 includes a polarization camera 20 including polarizers 22a to 22d shown in FIG. 2. The polarization direction of the polarizer 22a coincides with (is parallel to) the polarization direction of the linearly polarized light irradiated from the illumination unit 10e to the object W. The polarization direction of the polarizer 22c coincides with (is parallel to) the polarization direction of the linearly polarized light irradiated from the illumination unit 10f. Therefore, the light irradiated from the illumination unit 10e and specularly reflected by the object W passes through the polarizer 22a, but does not pass through the polarizer 22c. A part of the light irradiated from the illumination unit 10f and diffusely reflected by the object W passes through the polarizer 22c. Note that the light irradiated from the illumination unit 10f and specularly reflected by the object W does not enter the polarization camera 20.

図25は、第2の検査例において得られた複数の偏光画像の一例を示す図である。偏光画像50a~50dは、偏光子22a~22dにそれぞれ対応する。 Figure 25 shows an example of multiple polarized images obtained in the second inspection example. Polarized images 50a to 50d correspond to polarizers 22a to 22d, respectively.

偏光画像50aは、照明部10eから照射され、対象物Wで正反射した光の輝度を示す。すなわち、偏光画像50aは、明視野照明の条件下での撮像により得られる画像に対応する。そのため、偏光画像50aの枠線F1内において、キズが容易に確認される。このように、偏光画像50aを用いることにより、キズが精度良く検査される。 The polarized image 50a shows the brightness of the light that is irradiated from the illumination unit 10e and specularly reflected by the object W. In other words, the polarized image 50a corresponds to an image obtained by imaging under bright field illumination conditions. Therefore, scratches can be easily confirmed within the frame line F1 of the polarized image 50a. In this way, scratches can be inspected with high precision by using the polarized image 50a.

偏光画像50cは、照明部10fから照射され、対象物Wで拡散反射した光のうち偏光子22cを透過した光の輝度を示す。すなわち、偏光画像50cは、暗視野照明の条件下での撮像により得られる画像に対応する。そのため、偏光画像50cの枠線F2内において、汚れが容易に確認される。このように、偏光画像50cを用いることにより、汚れが精度良く検査される。 The polarized image 50c shows the brightness of the light that is irradiated from the illumination unit 10f, diffusely reflected by the object W, and transmitted through the polarizer 22c. In other words, the polarized image 50c corresponds to an image obtained by imaging under dark-field illumination conditions. Therefore, dirt can be easily confirmed within the frame line F2 of the polarized image 50c. In this way, the use of the polarized image 50c allows dirt to be inspected with high accuracy.

偏光画像50b、50dは、偏光画像50a,50cの中間的な輝度を示す。そのため、偏光画像50b、50dは、対象物Wの検査に使用されなくてもよい。 Polarized images 50b and 50d show intermediate brightness between polarized images 50a and 50c. Therefore, polarized images 50b and 50d do not need to be used to inspect object W.

(B-3.第3の検査例)
第3の検査例は、位相シフト法を用いる。位相シフト法は,位相をずらしながら、照射強度が正弦波に変調された縞パターンを照射して撮像された複数枚の画像から、対象物Wの三次元形状を計測する方法である。
(B-3. Third Inspection Example)
The third inspection example uses a phase shift method, which is a method for measuring the three-dimensional shape of an object W from a plurality of images captured by irradiating the object with a stripe pattern whose irradiation intensity is modulated into a sine wave while shifting the phase.

(照明部の配置)
図26は、第3の検査例に係る複数の照明部の配置の一例を示す図である。図26に示されるように、複数の照明部10は、照明部10e,10g~10iを含む。照明部10eは、第2の検査例において説明したように、偏光カメラ20の光軸25と同軸の照明光を対象物Wに照射する(図24参照)。
(Arrangement of lighting units)
Fig. 26 is a diagram showing an example of the arrangement of a plurality of illumination units according to the third inspection example. As shown in Fig. 26, the plurality of illumination units 10 include illumination units 10e, 10g to 10i. As described in the second inspection example, illumination unit 10e irradiates the object W with illumination light coaxial with the optical axis 25 of the polarization camera 20 (see Fig. 24).

照明部10g~10iの各々は、リング型照明である。照明部10g~10iは、偏光カメラ20の光軸25を中心とするリング型の発光部11g~11iと、発光部の発光面に取り付けられる直線偏光フィルタ12g~12iとをそれぞれ有する。 Each of the illumination units 10g to 10i is a ring-shaped illumination. The illumination units 10g to 10i each have a ring-shaped light-emitting unit 11g to 11i centered on the optical axis 25 of the polarization camera 20, and a linear polarizing filter 12g to 12i attached to the light-emitting surface of the light-emitting unit.

照明部10eから照射される光の偏光方向を基準方向とするとき、直線偏光フィルタ12e,12g~12iは、照明部10e,10g~10iから照射される光の偏光方向と基準方向とのなす角度がそれぞれ0°,45°,90°,135°となるように配置される。 When the polarization direction of the light irradiated from the illumination unit 10e is taken as the reference direction, the linear polarizing filters 12e, 12g to 12i are positioned so that the angles between the polarization direction of the light irradiated from the illumination units 10e, 10g to 10i and the reference direction are 0°, 45°, 90°, and 135°, respectively.

照明部10e,10g~10iは、対象物Wに対する仰角が互いに異なるように配置される。具体的には、照明部10e,10g~10iは、対象物Wに対して、この順に仰角が小さくなるように配置される。言い換えると、照明部10e,10g~10iから対象物Wへの照明光の入射角は、この順に大きくなる。対象物Wに対する照明部10eの仰角は90°であり、照明部10eから対象物Wへの照明光の入射角は0°である。 The illumination units 10e, 10g to 10i are arranged so that they have different elevation angles relative to the object W. Specifically, the illumination units 10e, 10g to 10i are arranged so that their elevation angles relative to the object W decrease in this order. In other words, the angles of incidence of illumination light from the illumination units 10e, 10g to 10i to the object W increase in this order. The elevation angle of the illumination unit 10e relative to the object W is 90°, and the angle of incidence of illumination light from the illumination unit 10e to the object W is 0°.

第3の検査例において、検査システム1は、図2に示す偏光子22a~22dを含む偏光カメラ20を備える。偏光子22a~22dの偏光方向は、照明部10e,10g~10iから照射される光の偏光方向とそれぞれ平行である。そのため、照明部10e,10g~10iから照射され、対象物Wで正反射した光は、偏光子22a~22dをそれぞれ透過する。照明部10eから照射される光は、偏光子22b,22dの偏光方向に平行な成分を有する。そのため、照明部10eから照射され、対象物Wで正反射した光のうちの一部の成分は、偏光子22b,22dを透過する。具体的には、照明部10eから照射され、偏光子22b,22dの各々を透過する光量は、照明部10eから照射され、偏光子22aを透過する光量の約1/2である。同様に、照明部10gから照射され、対象物Wで正反射した光のうちの一部の成分は、偏光子22a,22cを透過する。照明部10hから照射され、対象物Wで正反射した光のうちの一部の成分は、偏光子22b,22dを透過する。照明部10iから照射され、対象物Wで正反射した光のうちの一部の成分は、偏光子22a,22cを透過する。照明部10e,10g~10iから照射され、対象物Wで正反射した光は、偏光子22c,22d,22a,22bをそれぞれ透過しない。 In the third inspection example, the inspection system 1 includes a polarization camera 20 including polarizers 22a to 22d shown in FIG. 2. The polarization directions of the polarizers 22a to 22d are parallel to the polarization directions of the light irradiated from the illumination units 10e, 10g to 10i, respectively. Therefore, the light irradiated from the illumination units 10e, 10g to 10i and specularly reflected by the object W passes through the polarizers 22a to 22d, respectively. The light irradiated from the illumination unit 10e has components parallel to the polarization directions of the polarizers 22b and 22d. Therefore, some components of the light irradiated from the illumination unit 10e and specularly reflected by the object W pass through the polarizers 22b and 22d. Specifically, the amount of light irradiated from the illumination unit 10e and transmitted through each of the polarizers 22b and 22d is approximately 1/2 of the amount of light irradiated from the illumination unit 10e and transmitted through the polarizer 22a. Similarly, some components of the light irradiated from illumination unit 10g and specularly reflected by object W are transmitted through polarizers 22a and 22c. Some components of the light irradiated from illumination unit 10h and specularly reflected by object W are transmitted through polarizers 22b and 22d. Some components of the light irradiated from illumination unit 10i and specularly reflected by object W are transmitted through polarizers 22a and 22c. Light irradiated from illumination units 10e, 10g to 10i and specularly reflected by object W is not transmitted through polarizers 22c, 22d, 22a, and 22b.

図27は、照明部10e,10g~10iから照射され、対象物Wで正反射した光のうち各偏光子を透過する量を示す図である。図27に示されるように、偏光子22a~22dの各々を透過する光量は、正弦波に従う。すなわち、偏光子22a~22dにそれぞれ対応する偏光画像50a~50dは、同心円状の縞パターンの光が対象物Wに照射された条件下で撮像された画像に対応する。さらに、図27に示されるように、偏光子22a~22dにそれぞれ対応する縞パターンの位相は、π/2ずつずれている。 Figure 27 is a diagram showing the amount of light that is irradiated from illumination units 10e, 10g to 10i and specularly reflected by object W that is transmitted through each polarizer. As shown in Figure 27, the amount of light that is transmitted through each of polarizers 22a to 22d follows a sine wave. That is, polarized images 50a to 50d corresponding to polarizers 22a to 22d, respectively, correspond to images captured under conditions in which light in a concentric stripe pattern is irradiated onto object W. Furthermore, as shown in Figure 27, the phases of the stripe patterns corresponding to polarizers 22a to 22d, respectively, are shifted by π/2.

図28は、第3の検査例に係る複数の照明部の配置の別の例を示す図である。図28に示される複数の照明部10は、図26に示される複数の照明部10と比較して、照明部10j~10lをさらに含む点で相違する。 Figure 28 is a diagram showing another example of the arrangement of multiple illumination units for the third inspection example. The multiple illumination units 10 shown in Figure 28 differ from the multiple illumination units 10 shown in Figure 26 in that they further include illumination units 10j to 10l.

照明部10j~10lの各々は、リング型照明である。照明部10j~10lは、偏光カメラ20の光軸25を中心とするリング型の発光部11j~11lと、発光部11j~11lの発光面に取り付けられる直線偏光フィルタ12j~12lとをそれぞれ有する。 Each of the lighting units 10j to 10l is a ring-shaped light source. The lighting units 10j to 10l each have a ring-shaped light-emitting unit 11j to 11l centered on the optical axis 25 of the polarization camera 20, and a linear polarizing filter 12j to 12l attached to the light-emitting surface of the light-emitting unit 11j to 11l.

照明部10eから照射される光の偏光方向を基準方向とするとき、直線偏光フィルタ12j~12lは、照明部10j~10lから照射される光の偏光方向と基準方向とのなす角度がそれぞれ22.5°,67.5°,110.5°となるように配置される。 When the polarization direction of the light irradiated from the illumination unit 10e is taken as the reference direction, the linear polarizing filters 12j to 12l are positioned so that the angles between the polarization direction of the light irradiated from the illumination units 10j to 10l and the reference direction are 22.5°, 67.5°, and 110.5°, respectively.

照明部10e,10j,10g,10k,10h,10l,10iは、対象物Wに対して、この順に仰角が小さくなるように配置される。言い換えると、照明部10e,10j,10g,10k,10h,10l,10iから対象物Wへの照明光の入射角は、この順に大きくなる。 The lighting units 10e, 10j, 10g, 10k, 10h, 10l, and 10i are arranged such that the elevation angle decreases in this order with respect to the object W. In other words, the angle of incidence of the illumination light from the lighting units 10e, 10j, 10g, 10k, 10h, 10l, and 10i to the object W increases in this order.

図29は、照明部10e,10g~10lから照射され、対象物Wで正反射した光のうち各偏光子を透過する量を示す図である。図29に示されるように、偏光子22a~22dの各々を透過する光量は、正弦波に従う。すなわち、偏光子22a~22dにそれぞれ対応する偏光画像50a~50dは、同心円状の縞パターンの光が対象物Wに照射された条件下で撮像された画像に対応する。さらに、図29に示されるように、偏光子22a~22dにそれぞれ対応する縞パターンの位相は、π/2ずつずれている。 Figure 29 is a diagram showing the amount of light that is irradiated from illumination units 10e, 10g-10l and specularly reflected by object W that is transmitted through each polarizer. As shown in Figure 29, the amount of light that is transmitted through each of polarizers 22a-22d follows a sine wave. That is, polarized images 50a-50d corresponding to polarizers 22a-22d, respectively, correspond to images captured under conditions in which light in a concentric stripe pattern is irradiated onto object W. Furthermore, as shown in Figure 29, the phases of the stripe patterns corresponding to polarizers 22a-22d, respectively, are shifted by π/2.

(検査方法)
プロセッサ310は、偏光画像50a~50dに基づいて、対象物Wの検査を行う。プロセッサ310は、位相シフト法によって、偏光画像50a~50dに基づいて、位相画像および正反射画像を生成する。
(Testing Method)
The processor 310 performs an inspection of the object W based on the polarized images 50a-50d. The processor 310 generates a phase image and a specular image based on the polarized images 50a-50d by a phase shift method.

画像の2次元座標を(x,y)と表し、偏光画像50a~50dにおける画素(x,y)の値をJa(x,y),Jb(x,y),Jc(x,y),Jd(x,y)とそれぞれ表す場合、画素の位相は、
Φ(x,y)=arctan[{Jb(x,y)-Jd(x,y)}/{Ja(x,y)-Jc(x,y)}]
と表される。縞パターンが撮像できる対象物Wの法線角度の範囲は0°~45°である。位相値Φ(x,y)は、対象物Wの法線方向と偏光カメラ20の光軸25とのなす角度に比例する値となる。プロセッサ310は、画素(x、y)の値がIp(x,y)={2π-Φ(x,y)}×128/πとなる位相画像を生成する。このとき、位相画像は、対象物Wの法線方向と光軸25とのなす角度が0°の場合に白画素(256)となり、対象物Wの法線方向と光軸25とのなす角度が45°の場合に黒画素(0)となる。そのため、位相画像を用いることで、対象物Wの表面の凹凸を検査できる。
If the two-dimensional coordinates of an image are represented as (x, y) and the values of pixels (x, y) in the polarization images 50a to 50d are represented as Ja(x, y), Jb(x, y), Jc(x, y), and Jd(x, y), respectively, the phase of the pixel is expressed as follows:
Φ(x,y)=arctan[{Jb(x,y)-Jd(x,y)}/{Ja(x,y)-Jc(x,y)}]
The normal angle of the object W in which the stripe pattern can be captured is in the range of 0° to 45°. The phase value Φ(x, y) is a value proportional to the angle between the normal direction of the object W and the optical axis 25 of the polarization camera 20. The processor 310 generates a phase image in which the value of pixel (x, y) is Ip(x, y) = {2π-Φ(x, y)} × 128/π. At this time, the phase image becomes a white pixel (256) when the angle between the normal direction of the object W and the optical axis 25 is 0°, and becomes a black pixel (0) when the angle between the normal direction of the object W and the optical axis 25 is 45°. Therefore, the unevenness of the surface of the object W can be inspected by using the phase image.

さらに、プロセッサ310は、画素(x、y)の値が
A(x,y)=[{Ja(x,y)-Jc(x,y)}2+{Jb(x,y)-Jd(x,y)}21/2
となる正反射画像を生成する。正反射画像は、対象物Wの表面で正反射した光の強度を表す。対象物Wにキズがある場合、キズの微細形状により、光が乱反射することがある。この場合、キズ部分で正反射成分が相対的に弱くなる。そのため、正反射画像を用いて、対象物Wの表面の凹凸を検査できる。
Furthermore, the processor 310 determines whether the value of pixel (x,y) is A(x,y)=[{Ja(x,y)-Jc(x,y)} 2 +{Jb(x,y)-Jd(x,y)} 2 ] 1/2
A specular reflection image is generated such that: The specular reflection image represents the intensity of light specularly reflected from the surface of the object W. If the object W has a scratch, the light may be diffusely reflected due to the minute shape of the scratch. In this case, the specular reflection component becomes relatively weak at the scratched portion. Therefore, the specular reflection image can be used to inspect the unevenness of the surface of the object W.

図30は、図26に示す複数の照明部10を用いて得られる偏光画像50a~50dの一例を示す図である。図31は、図28に示す複数の照明部10を用いて得られる偏光画像50a~50dの一例を示す図である。図30および図31に示されるように、対象物Wの表面で正反射した縞パターンが観察され、偏光画像50a~50dにおいて縞パターンの位相がπ/2ずつずれている。さらに、照明部10の数を増やすことにより、縞パターンが滑らかになる。これにより、対象物Wの表面の法線方向の分解能が良くなる。 Figure 30 is a diagram showing an example of polarized images 50a to 50d obtained using multiple illumination units 10 shown in Figure 26. Figure 31 is a diagram showing an example of polarized images 50a to 50d obtained using multiple illumination units 10 shown in Figure 28. As shown in Figures 30 and 31, a stripe pattern is observed that is specularly reflected from the surface of the object W, and the phase of the stripe pattern is shifted by π/2 in each of the polarized images 50a to 50d. Furthermore, by increasing the number of illumination units 10, the stripe pattern becomes smoother. This improves the resolution in the normal direction to the surface of the object W.

なお、同軸照明である照明部10eを設けず、リング状の照明部10g~10i(または照明部10g~10l)のみを設ける構成とすることも可能である。この場合、同心円状の中心部分に関する縞パターンが欠損することになる。照明部10eを設けることで、同心円の中心部分に関する縞パターンの欠損を低減でき、より正確な検査を行うことができる。 It is also possible to provide only the ring-shaped illumination units 10g-10i (or illumination units 10g-10l) without providing the illumination unit 10e, which is a coaxial illumination unit. In this case, the stripe pattern in the central part of the concentric circles will be missing. By providing the illumination unit 10e, it is possible to reduce the loss of the stripe pattern in the central part of the concentric circles, allowing for more accurate inspection.

(B-4.第4の検査例)
第4の検査例は、同軸照明およびバックライトの条件下でそれぞれ得られる2つの画像を用いる。偏光カメラ20の光軸25と同軸の照明条件下で得られる画像は、対象物Wの表面の正反射光の輝度を示す。上述したように、キズが存在する部分では光が正反射しにくい。そのため、同軸照明の条件下で得られる画像において、キズが存在する部分の輝度が低下する。これにより、同軸照明の条件下で得られる画像を用いることにより、キズを精度良く検査できる。一方、対象物Wが遮光性を有する場合、バックライトの条件下で得られる画像において、対象物Wに対応する領域の輝度が0となる。そのため、対象物Wの外周が容易に確認される。これにより、バックライトの条件下で得られる画像を用いることにより、対象物Wの外周におけるバリまたは欠けを精度良く検査できる。
(B-4. Fourth Test Example)
The fourth inspection example uses two images obtained under coaxial illumination and backlight conditions. The image obtained under illumination conditions coaxial with the optical axis 25 of the polarization camera 20 shows the brightness of the specularly reflected light on the surface of the object W. As described above, light is not easily reflected specularly in the area where a scratch exists. Therefore, in the image obtained under coaxial illumination, the brightness of the area where a scratch exists is reduced. As a result, the image obtained under coaxial illumination can be used to inspect the scratch with high accuracy. On the other hand, if the object W has a light-shielding property, the brightness of the area corresponding to the object W is 0 in the image obtained under backlight. Therefore, the outer periphery of the object W can be easily confirmed. As a result, the image obtained under backlight can be used to inspect the outer periphery of the object W for burrs or chips with high accuracy.

(照明部の配置)
図32は、第4の検査例に係る複数の照明部の配置を示す図である。図32に示されるように、複数の照明部10は、照明部10e,10mを含む。照明部10eは、第2の検査例において説明したように、偏光カメラ20の光軸25に沿った照明光を対象物Wに照射する(図24参照)。
(Arrangement of lighting units)
Fig. 32 is a diagram showing the arrangement of a plurality of illumination units according to the fourth inspection example. As shown in Fig. 32, the plurality of illumination units 10 include illumination units 10e and 10m. As described in the second inspection example, illumination unit 10e irradiates illumination light along optical axis 25 of polarization camera 20 onto object W (see Fig. 24).

照明部10mは、バックライトとして、対象物Wの偏光カメラ20とは反対側に配置される。すなわち、照明部10mは、対象物Wの背面側から照明光を照射する。照明部10mは、平板状の発光部11mと、発光部11fの発光面に取り付けられる直線偏光フィルタ12mとを有する。 The illumination unit 10m acts as a backlight and is disposed on the opposite side of the object W from the polarized camera 20. In other words, the illumination unit 10m irradiates illumination light from the back side of the object W. The illumination unit 10m has a flat light-emitting unit 11m and a linear polarizing filter 12m attached to the light-emitting surface of the light-emitting unit 11f.

照明部10eの直線偏光フィルタ12e(図24参照)と直線偏光フィルタ12mとは、照明部10e,10mから対象物Wに照射される直線偏光の偏光方向が互いに直交するように配置される。 The linear polarizing filter 12e (see FIG. 24) and the linear polarizing filter 12m of the illumination unit 10e are arranged so that the polarization directions of the linearly polarized light irradiated from the illumination units 10e and 10m to the object W are perpendicular to each other.

(検査方法)
第4の検査例において、検査システム1は、図2に示す偏光子22a~22dを含む偏光カメラ20を備える。偏光子22aの偏光方向は、照明部10eから対象物Wに照射される直線偏光の偏光方向と一致する(平行である)。偏光子22cの偏光方向は、照明部10mから照射される直線偏光の偏光方向と一致する(平行である)。そのため、照明部10eから照射され、対象物Wで正反射した光は、偏光子22aを透過し、偏光子22cを透過しない。照明部10mから照射され、対象物Wの周囲を進行する光は、偏光子22cを透過し、偏光子22aを透過しない。
(Testing Method)
In the fourth inspection example, the inspection system 1 includes a polarization camera 20 including polarizers 22a to 22d shown in FIG. 2. The polarization direction of the polarizer 22a coincides with (is parallel to) the polarization direction of the linearly polarized light irradiated from the illumination unit 10e to the object W. The polarization direction of the polarizer 22c coincides with (is parallel to) the polarization direction of the linearly polarized light irradiated from the illumination unit 10m. Therefore, the light irradiated from the illumination unit 10e and specularly reflected by the object W passes through the polarizer 22a but does not pass through the polarizer 22c. The light irradiated from the illumination unit 10m and traveling around the object W passes through the polarizer 22c but does not pass through the polarizer 22a.

図33は、第4の検査例において得られた複数の偏光画像の一例を示す図である。偏光画像50a~50dは、偏光子22a~22dにそれぞれ対応する。 Figure 33 shows an example of multiple polarized images obtained in the fourth inspection example. Polarized images 50a to 50d correspond to polarizers 22a to 22d, respectively.

偏光画像50aは、照明部10eから照射され、対象物Wで正反射した光の輝度を示す。そのため、偏光画像50aの枠線F1内において、キズ部分の輝度が低下していることが容易に確認される。そのため、プロセッサ310は、偏光画像50aを用いて、キズを精度良く検査できる。 The polarized image 50a shows the brightness of the light that is irradiated from the illumination unit 10e and specularly reflected by the object W. Therefore, it is easy to confirm that the brightness of the scratched area is reduced within the frame line F1 of the polarized image 50a. Therefore, the processor 310 can use the polarized image 50a to inspect scratches with high accuracy.

偏光画像50cは、照明部10mから照射され、対象物Wの周囲を進行した光の輝度を示す。すなわち、偏光画像50cは、バックライトの条件下で得られる画像に対応する。そのため、偏光画像50cの枠線F3内において、対象物Wの外周のバリが容易に確認される。そのため、プロセッサ310は、偏光画像50cを用いて、対象物Wの外周におけるバリまたは欠けを精度良く検査できる。 The polarized image 50c shows the brightness of the light that is irradiated from the illumination unit 10m and travels around the object W. In other words, the polarized image 50c corresponds to an image obtained under backlight conditions. Therefore, burrs on the outer periphery of the object W can be easily confirmed within the frame line F3 of the polarized image 50c. Therefore, the processor 310 can use the polarized image 50c to accurately inspect for burrs or chips on the outer periphery of the object W.

偏光画像50b、50dは、偏光画像50a,50cの中間的な輝度を示す。そのため、偏光画像50b、50dは、対象物Wの検査に使用されなくてもよい。 Polarized images 50b and 50d show intermediate brightness between polarized images 50a and 50c. Therefore, polarized images 50b and 50d do not need to be used to inspect object W.

(B-5.第5の検査例)
第5の検査例は、ハイダイナミックレンジ技法を用いる。ハイダイナミックレンジ技法は、照明強度の異なる条件下の複数枚の画像を合成することで白飛びや黒つぶれの少ない幅広いダイナミックレンジを持つ画像(ハイダイナミックレンジイメージ)を生成する技法である。
(B-5. Fifth Test Example)
The fifth inspection example uses a high dynamic range technique, which is a technique for generating an image (high dynamic range image) having a wide dynamic range with little blown out highlights or crushed shadows by synthesizing multiple images taken under conditions of different illumination intensities.

(照明部の配置)
図34は、第5の検査例に係る複数の照明部の配置を示す図である。図34に示されるように、複数の照明部10は、照明部10n,10oを含む。
(Arrangement of lighting units)
Fig. 34 is a diagram showing the arrangement of a plurality of illumination units according to inspection example 5. As shown in Fig. 34, the plurality of illumination units 10 include illumination units 10n and 10o.

照明部10nは、非偏光を発する発光部11nと、発光部11nの対象物Wに配置される直線偏光フィルタ12nと、を有する。そのため、照明部10nから対象物Wに直線偏光が照射される。 The illumination unit 10n has a light-emitting unit 11n that emits unpolarized light and a linear polarizing filter 12n that is placed on the object W of the light-emitting unit 11n. Therefore, linear polarized light is irradiated from the illumination unit 10n to the object W.

照明部10oは、非偏光を発する発光部11oを有し、直線偏光フィルタを有さない。そのため、照明部10oから対象物Wに非偏光が照射される。 The illumination unit 10o has a light-emitting unit 11o that emits unpolarized light and does not have a linear polarization filter. Therefore, unpolarized light is irradiated from the illumination unit 10o onto the object W.

なお、照明部10n,10oは、近接して配置されることが好ましい。これにより、照明部10n,10oから対象物Wへの照射方向がほぼ同じとなり、後述するように、照明条件として照明強度が異なり、照明方向がほぼ同じの複数の偏光画像50が1回の撮像で得られる。 It is preferable that the illumination units 10n and 10o are arranged close to each other. This makes it possible to obtain, in a single capture, a plurality of polarized images 50 with different illumination intensities and substantially the same illumination direction as illumination conditions, as described below.

(検査方法)
第5の検査例において、検査システム1は、図2に示す偏光子22a~22dを含む偏光カメラ20を備える。照明部10nから照射される直線偏光の偏光方向は、偏光子22aの偏光方向と平行であり、偏光子22cの偏光方向と直交する。そのため、照明部10nから照射され、対象物Wで正反射した光は、偏光子22aを透過し、偏光子22cを透過しない。照明部10nから照射され、対象物Wで正反射した光は、偏光子22b,22dの偏光方向に平行な成分を有する。そのため、照明部10nから照射され、対象物Wで正反射した光のうちの一部の成分は、偏光子22b,22dを透過する。具体的には、照明部10nから照射され、偏光子22b,22dの各々を透過する光量は、照明部10nから照射され、偏光子22aを透過する光量の約1/2である。
(Testing Method)
In the fifth inspection example, the inspection system 1 includes a polarization camera 20 including polarizers 22a to 22d shown in FIG. 2. The polarization direction of the linearly polarized light irradiated from the illumination unit 10n is parallel to the polarization direction of the polarizer 22a and perpendicular to the polarization direction of the polarizer 22c. Therefore, the light irradiated from the illumination unit 10n and specularly reflected by the object W passes through the polarizer 22a and does not pass through the polarizer 22c. The light irradiated from the illumination unit 10n and specularly reflected by the object W has components parallel to the polarization directions of the polarizers 22b and 22d. Therefore, some components of the light irradiated from the illumination unit 10n and specularly reflected by the object W pass through the polarizers 22b and 22d. Specifically, the amount of light irradiated from the illumination unit 10n and passing through each of the polarizers 22b and 22d is about 1/2 of the amount of light irradiated from the illumination unit 10n and passing through the polarizer 22a.

照明部10oから照射される非偏光は、偏光子22a~22dの偏光方向に平行な成分を均等に有する。そのため、照明部10oから照射され、偏光子22a~22dの各々を透過する光量は、同じである。 The unpolarized light emitted from the illumination unit 10o has components that are evenly parallel to the polarization direction of the polarizers 22a to 22d. Therefore, the amount of light emitted from the illumination unit 10o that passes through each of the polarizers 22a to 22d is the same.

照明部10n,10oから照射され、対象物Wで正反射し、偏光子22aを透過する光の強度をそれぞれIn,Ioとする。このとき、偏光子22a~22dにそれぞれ対応する偏光画像50a~50dそれぞれの画素値Ja~Jdは、以下のように表される。
偏光画像50aの画素値Ja:In+Io
偏光画像50bの画素値Jb:In/2+Io
偏光画像50cの画素値Jc:Io
偏光画像50dの画素値Jd:In/2+Io
以上から、偏光画像50a~50cは、互いに照明強度の異なる条件下の複数枚の画像に相当する。そのため、プロセッサ310は、偏光画像50a~50cをハイダイナミックレンジ合成して、合成画像を生成する。プロセッサ310は、公知のハイダイナミックレンジ合成の手法を用いて、合成画像を生成すればよい。
The intensities of light irradiated from the illumination units 10n and 10o, specularly reflected by the object W, and transmitted through the polarizer 22a are denoted as In and Io, respectively. In this case, pixel values Ja to Jd of the polarized images 50a to 50d corresponding to the polarizers 22a to 22d, respectively, are expressed as follows:
Pixel value Ja of polarized image 50a: In+Io
Pixel value Jb of polarized image 50b: In/2+Io
Pixel value Jc of polarized image 50c:Io
Pixel value Jd of polarized image 50d: In/2+Io
From the above, the polarized images 50a to 50c correspond to a plurality of images taken under conditions of different illumination intensities. Therefore, the processor 310 performs high dynamic range synthesis on the polarized images 50a to 50c to generate a synthetic image. The processor 310 may generate the synthetic image using a known high dynamic range synthesis method.

図35は、第5の検査例において得られた複数の偏光画像の一例を示す図である。図35に示されるように、偏光画像50aの輝度が最も高く、偏光画像50cの輝度が最も低く、偏光画像50b,50dの輝度が中間である。プロセッサ310は、偏光画像50a~50cをハイダイナミックレンジ合成して、合成画像57を生成する。合成画像57では、白飛びや黒つぶれが少ない。そのため、プロセッサ310は、合成画像57を用いることにより、対象物Wを精度良く検査できる。 Figure 35 is a diagram showing an example of multiple polarized images obtained in the fifth inspection example. As shown in Figure 35, polarized image 50a has the highest brightness, polarized image 50c has the lowest brightness, and polarized images 50b and 50d have intermediate brightness. Processor 310 performs high dynamic range synthesis of polarized images 50a to 50c to generate composite image 57. Composite image 57 has little blown-out highlights or crushed shadows. Therefore, by using composite image 57, processor 310 can inspect object W with high accuracy.

<C.変形例>
偏光カメラ20の単位領域21に含まれる偏光子22の個数は、4個に限定されず、複数であればよい。上述したように、第2の検査例および第4の検査例では、偏光画像50b,50dが使用されなくてもよい。そのため、単位領域21は、偏光子22a,22cのみを含み、偏光子22b,22dを含まなくてもよい。同様に、第5の検査例では、偏光画像50dが使用されない。そのため、単位領域21は、偏光子22a~22cのみを含み、偏光子22dを含まなくてもよい。
C. Modifications
The number of polarizers 22 included in the unit area 21 of the polarization camera 20 is not limited to four, and may be any number. As described above, in the second and fourth inspection examples, the polarized images 50b and 50d may not be used. Therefore, the unit area 21 may include only the polarizers 22a and 22c, and not the polarizers 22b and 22d. Similarly, in the fifth inspection example, the polarized image 50d is not used. Therefore, the unit area 21 may include only the polarizers 22a to 22c, and not the polarizer 22d.

第1の検査例において、複数の照明部10は、照明部10a,10cのみを含み、照明部10b,10dを含まなくてもよい。この場合、偏光カメラ20の単位領域21は、偏光子22a~22cのみを含み、偏光子22dを含まなくてもよい。偏光画像50a,50cそれぞれの画素値Ja,Jcは、以下の式で表される。
Ja=Ia=μ[cosα(θ-2φx)cosα(2φy)]
Jc=Ic=μ[cosα(θ+2φx)cosα(2φy)]
対象物Wの表面の光沢度α=1の場合、以下の式(7),(8)が成り立つ。
Ja+Jc=2μcos(θ)cos(2φx)cos(2φy)・・・式(7)
Ja-Jc=2μsin(θ)sin(2φx)cos(2φy)・・・式(8)。
In the first inspection example, the multiple illumination units 10 may include only illumination units 10a and 10c, and may not include illumination units 10b and 10d. In this case, the unit area 21 of the polarization camera 20 may include only polarizers 22a to 22c, and may not include polarizer 22d. The pixel values Ja and Jc of the polarization images 50a and 50c, respectively, are expressed by the following equations.
Ja=Ia=μ[cos α (θ−2φx)cos α (2φy)]
Jc=Ic=μ[cos α (θ+2φx) cos α (2φy)]
When the surface glossiness α of the object W is 1, the following equations (7) and (8) hold.
Ja+Jc=2μcos(θ)cos(2φx)cos(2φy)...Formula (7)
Ja-Jc=2μsin(θ)sin(2φx)cos(2φy)...Equation (8).

上記の式(7)と式(8)とから、以下の式(9)が導かれる。
tan(2φx)=(Ja-Jc)/{(Ja+Jc)tan(θ)}・・・式(9)。
From the above equations (7) and (8), the following equation (9) is derived.
tan(2φx)=(Ja-Jc)/{(Ja+Jc)tan(θ)}...Equation (9).

式(9)において、入射角θは、照明部10a,10cの位置に応じて予め決定される。そのため、プロセッサ310は、偏光画像50a,50cの画素値Ja,Jcと入射角θとを用いて式(9)の右辺の計算し、その結果であるNxを画素値とするX方向法線画像を生成すればよい。式(9)で表されるtan(2φx)(≡Nx)は、法線ベクトルのx方向成分であるnxに依存する値である。そのため、X方向法線画像は、対象物Wの表面の法線方向を表す。 In equation (9), the incidence angle θ is determined in advance according to the positions of the illumination units 10a and 10c. Therefore, the processor 310 calculates the right side of equation (9) using the pixel values Ja and Jc of the polarized images 50a and 50c and the incidence angle θ, and generates an X-direction normal image with the resulting pixel value Nx. The value tan(2φx) (≡Nx) expressed in equation (9) is a value that depends on nx, which is the x-direction component of the normal vector. Therefore, the X-direction normal image represents the normal direction of the surface of the object W.

さらに、プロセッサ310は、図17に示すように、注目点Qの左側および右側に矩形領域R1,R2をそれぞれ設定する。それから、プロセッサ310は、矩形領域R1に含まれる画素の値の和Sx1と、矩形領域R2に含まれる画素の値の和Sx2との差Sxを計算する。プロセッサ310は、X方向法線画像内の4つの画素で囲まれる点の全てについて、差Sxを計算する。プロセッサ310は、差Sxを画素値とする形状画像を生成すればよい。上述したように、差Sxは、キズまたは打痕のような、凹凸の生じる欠陥が存在する箇所において大きな値をとる。そのため、プロセッサ310は、形状画像を用いることにより、凹凸の生じる欠陥を精度良く検査できる。 Furthermore, as shown in FIG. 17, the processor 310 sets rectangular regions R1 and R2 to the left and right of the attention point Q, respectively. Then, the processor 310 calculates the difference Sx between the sum Sx1 of the pixel values contained in the rectangular region R1 and the sum Sx2 of the pixel values contained in the rectangular region R2. The processor 310 calculates the difference Sx for all points surrounded by four pixels in the X-direction normal image. The processor 310 can generate a shape image with the difference Sx as the pixel value. As described above, the difference Sx has a large value in a location where there is a defect that causes unevenness, such as a scratch or a dent. Therefore, the processor 310 can accurately inspect defects that cause unevenness by using the shape image.

第1の検査例において、上記の式(4)および式(5)を用いて、X方向法線画像およびY方向法線画像がそれぞれ生成されるものとした。しかしながら、法線画像の生成方法は、これに限定されない。たとえば、ディープラーニングの画像生成技術を用いて、複数の偏光画像から法線画像を推定する学習モデルが構築される。プロセッサ310は、当該学習モデルを用いて、複数の偏光画像から法線画像を生成してもよい。 In the first inspection example, the X-direction normal image and the Y-direction normal image are generated using the above formulas (4) and (5), respectively. However, the method of generating the normal images is not limited to this. For example, a learning model is constructed using a deep learning image generation technique to estimate a normal image from multiple polarization images. The processor 310 may use the learning model to generate a normal image from multiple polarization images.

§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。
§3 Supplementary Note As described above, the present embodiment includes the following disclosure.

(構成1)
検査システム(1)であって、
対象物(W)を照明する複数の照明部(10,10a~10o)と、
複数の偏光子(22,22a~22d)を含む単位領域(21)が繰り返して配列された偏光カメラ(20)と、
検査装置(30)と、を備え、
前記複数の照明部(10,10a~10o)は、互いに異なる偏光状態の照明光を照射し、
前記複数の偏光子(22,22a~22d)は、互いに異なる偏光方向の光を透過させ、
前記偏光カメラ(20)は、前記複数の照明部(10,10a~10o)が同時に点灯している状態において撮像することにより、前記複数の偏光子(22,22a~22d)にそれぞれ対応する複数の偏光画像(50,50a~50d)を出力し、
前記検査装置(30)は、前記複数の偏光画像(50,50a~50d)を用いて前記対象物(W)を検査する、検査システム(1)。
(Configuration 1)
An inspection system (1), comprising:
A plurality of illumination units (10, 10a to 10o) for illuminating an object (W);
A polarization camera (20) in which unit areas (21) each including a plurality of polarizers (22, 22a to 22d) are repeatedly arranged;
An inspection device (30),
The plurality of illumination units (10, 10a to 10o) emit illumination light with different polarization states,
The plurality of polarizers (22, 22a to 22d) transmit light having different polarization directions,
the polarization camera (20) captures an image while the plurality of illumination units (10, 10a to 10o) are simultaneously turned on, thereby outputting a plurality of polarization images (50, 50a to 50d) corresponding to the plurality of polarizers (22, 22a to 22d), respectively;
The inspection system (1) includes an inspection device (30) that inspects the object (W) using the multiple polarized images (50, 50a to 50d).

(構成2)
前記複数の照明部は、前記偏光カメラ(20)の光軸(25)の周りの方位角が互いに異なるように配置され、
前記複数の照明部は、第1~第Nの照明部(10a~10d)を含み、
前記複数の偏光子は、第1~第Nの偏光子(22a~22d)を含み、
Nは、2以上の整数であり、
前記第1~第Nの照明部(10a~10d)の照明光の偏光方向は、前記第1~第Nの偏光子(22a~22d)を透過する光の偏光方向とそれぞれ平行であり、
前記検査装置(30)は、前記複数の偏光画像(50a~50d)から前記対象物(W)の表面の法線方向を示す法線画像(51,52)を生成し、前記法線画像(51,52)に基づいて前記対象物(W)を検査する、構成1に記載の検査システム(1)。
(Configuration 2)
The plurality of illumination units are arranged such that their azimuth angles around the optical axis (25) of the polarization camera (20) are different from each other;
The plurality of illumination units include first to Nth illumination units (10a to 10d),
The plurality of polarizers include first to Nth polarizers (22a to 22d),
N is an integer of 2 or more,
the polarization directions of the illumination light from the first to Nth illumination units (10a to 10d) are parallel to the polarization directions of the light transmitted through the first to Nth polarizers (22a to 22d), respectively;
The inspection system (1) described in configuration 1, wherein the inspection device (30) generates normal images (51, 52) indicating the normal direction of the surface of the object (W) from the multiple polarized images (50a to 50d) and inspects the object (W) based on the normal images (51, 52).

(構成3)
Nは4であり、
前記第1の照明部(10a)および前記第3の照明部(10c)は、前記偏光カメラ(20)の光軸(25)に対して対称な位置に配置され、
前記第2の照明部(10b)および前記第4の照明部(10d)は、前記偏光カメラ(20)の光軸(25)に対して対称な位置に配置され、
前記偏光カメラ(20)の光軸(25)の周りにおいて、前記第1の照明部(10a)が配置される第1の方位角と前記第2の照明部(10b)が配置される第2の方位角との差が90°であり、
前記複数の偏光画像は、前記第1~第4の偏光子(22a~22d)にそれぞれ対応する第1~第4の偏光画像(50a~50b)を含み、
前記検査装置(30)は、
前記第1~第4の偏光画像(50a~50b)に基づいて、前記対象物(W)の表面の法線ベクトルにおける前記第1の方位角の方向に沿った成分の大きさを示す第1の法線画像(51)を生成し、
前記第1~第4の偏光画像に基づいて、前記対象物(W)の表面の法線ベクトルにおける前記第2の方位角の方向に沿った成分の大きさを示す第2の法線画像(52)を生成し、
前記第1の法線画像(51)と前記第2の法線画像(52)とに基づいて、前記対象物(W)の表面の形状を示す形状画像(53)を生成し、
前記形状画像(53)に基づいて前記対象物(W)を検査する、構成2に記載の検査システム(1)。
(Configuration 3)
N is 4,
the first illumination unit (10a) and the third illumination unit (10c) are disposed at positions symmetrical with respect to an optical axis (25) of the polarization camera (20);
the second illumination unit (10b) and the fourth illumination unit (10d) are disposed at positions symmetrical with respect to an optical axis (25) of the polarization camera (20);
a difference between a first azimuth angle at which the first illumination unit (10a) is arranged and a second azimuth angle at which the second illumination unit (10b) is arranged is 90° around an optical axis (25) of the polarization camera (20);
the plurality of polarization images include first to fourth polarization images (50a to 50b) corresponding to the first to fourth polarizers (22a to 22d), respectively;
The inspection device (30)
generating a first normal image (51) indicating a magnitude of a component along the direction of the first azimuth angle in a normal vector of a surface of the object (W) based on the first to fourth polarization images (50a to 50b);
generating a second normal image (52) indicating a magnitude of a component along the second azimuth angle in a normal vector of the surface of the object (W) based on the first to fourth polarization images;
generating a shape image (53) indicating a shape of the surface of the object (W) based on the first normal image (51) and the second normal image (52);
3. The inspection system (1) of configuration 2, for inspecting the object (W) based on the shape image (53).

(構成4)
前記第2の照明部(10b)、前記第3の照明部(10c)および前記第4の照明部(10d)の照明光の偏光方向と前記第1の照明部(10a)の照明光の偏光方向とのなす角度は、それぞれ45°、90°および135°である、構成3に記載の検査システム(1)。
(Configuration 4)
The inspection system (1) of configuration 3, wherein the angles between the polarization direction of the illumination light of the second illumination section (10b), the third illumination section (10c) and the fourth illumination section (10d) and the polarization direction of the illumination light of the first illumination section (10a) are 45°, 90° and 135°, respectively.

(構成5)
前記複数の照明部(10e~10l)は、前記対象物に対する仰角が互いに異なるように配置される、構成1に記載の検査システム(1)。
(Configuration 5)
The inspection system (1) according to configuration 1, wherein the plurality of illumination units (10e to 10l) are arranged so as to have different elevation angles relative to the object.

(構成6)
前記複数の照明部は、
前記偏光カメラの光軸に沿って照明光を照射する第1の照明部(10e)と、
前記偏光カメラの光軸を中心とするリング型の第2の照明部(10f)と、を含み、
前記複数の偏光子は、第1の偏光子(22a)および第2の偏光子(22c)を含み、
前記第1の照明部(10e)および前記第2の照明部(10f)から照射される照明光の偏光方向は、前記第1の偏光子(22a)および前記第2の偏光子(22c)を透過する光の偏光方向とそれぞれ一致する、構成5に記載の検査システム(1)。
(Configuration 6)
The plurality of illumination units include
A first illumination unit (10e) that irradiates illumination light along an optical axis of the polarization camera;
a ring-shaped second illumination unit (10f) centered on the optical axis of the polarization camera;
The plurality of polarizers includes a first polarizer (22a) and a second polarizer (22c);
The inspection system (1) of configuration 5, wherein the polarization direction of the illumination light emitted from the first illumination section (10e) and the second illumination section (10f) coincides with the polarization direction of the light transmitted through the first polarizer (22a) and the second polarizer (22c), respectively.

(構成7)
前記複数の照明部は、前記偏光カメラの光軸を中心とする同心円状の複数のリング型照明部(10g~10l)を含み、
前記検査装置(30)は、
前記複数の偏光画像(50a~50d)に基づいて、前記対象物(W)の表面の法線方向と前記偏光カメラの光軸方向とのなす角度を示す位相画像を生成し、
前記位相画像に基づいて、前記対象物(W)を検査する、構成5に記載の検査システム(1)。
(Configuration 7)
The plurality of illumination units include a plurality of ring-shaped illumination units (10g to 10l) concentrically arranged around the optical axis of the polarization camera,
The inspection device (30)
generating a phase image indicating an angle between a normal direction of a surface of the object (W) and an optical axis direction of the polarization camera based on the plurality of polarization images (50a to 50d);
6. The inspection system (1) of configuration 5, for inspecting the object (W) based on the phase image.

(構成8)
前記複数の照明部は、さらに、前記偏光カメラ(20)の光軸(25)に沿って照明光を照射する照明部(10e)を含む、構成7に記載の検査システム(1)。
(Configuration 8)
The inspection system (1) of configuration 7, wherein the plurality of illumination units further includes an illumination unit (10e) that irradiates illumination light along an optical axis (25) of the polarization camera (20).

(構成9)
前記複数の照明部は、
前記偏光カメラの光軸に沿って照明光を照射する第1の照明部(10e)と、
前記対象物の背面側から照明光を照射する第2の照明部(10m)と、を含み、
前記複数の偏光子は、第1の偏光子(22a)および第2の偏光子(22c)を含み、
前記第1の照明部(10e)および前記第2の照明部(10m)から照射される照明光の偏光方向は、前記第1の偏光子(22a)および前記第2の偏光子(22c)を透過する光の偏光方向とそれぞれ一致する、構成1に記載の検査システム(1)。
(Configuration 9)
The plurality of illumination units include
A first illumination unit (10e) that irradiates illumination light along an optical axis of the polarization camera;
A second illumination unit (10m) that irradiates illumination light from a back side of the object,
The plurality of polarizers includes a first polarizer (22a) and a second polarizer (22c);
The inspection system (1) of configuration 1, wherein the polarization direction of the illumination light emitted from the first illumination section (10e) and the second illumination section (10m) coincides with the polarization direction of the light transmitted through the first polarizer (22a) and the second polarizer (22c), respectively.

(構成10)
前記複数の照明部は、直線偏光の照明光を照射する第1の照明部(10n)と、非偏光を照射する第2の照明部(10o)と、を含み、
前記複数の偏光子は、
前記第1の照明部(10n)の照明光の偏光方向と同じ偏光方向の光を透過させる第1の偏光子(22a)と、
前記第1の偏光子(22a)を透過する光の偏光方向とのなす角度が45°の偏光方向の光を透過させる第2の偏光子(22b)と、
前記第1の偏光子(22a)を透過する光の偏光方向とのなす角度が90°の偏光方向の光を透過させる第3の偏光子(22c)と、を含み、
前記複数の偏光画像は、前記第1~第3の偏光子(22a~22c)にそれぞれ対応する第1~第3の偏光画像(55a~55c)を含み、
前記検査装置(30)は、
前記第1~第3の偏光画像(55a~55c)をハイダイナミックレンジ合成して、合成画像を生成し、
前記合成画像に基づいて、前記対象物(W)を検査する、構成1に記載の検査システム(1)。
(Configuration 10)
The plurality of illumination units include a first illumination unit (10n) that irradiates linearly polarized illumination light and a second illumination unit (10o) that irradiates unpolarized light,
The plurality of polarizers include
a first polarizer (22a) that transmits light having the same polarization direction as the polarization direction of the illumination light from the first illumination unit (10n);
a second polarizer (22b) that transmits light having a polarization direction that forms an angle of 45° with the polarization direction of the light transmitted through the first polarizer (22a);
a third polarizer (22c) that transmits light having a polarization direction that forms an angle of 90° with the polarization direction of the light transmitted through the first polarizer (22a);
the plurality of polarization images include first to third polarization images (55a to 55c) corresponding to the first to third polarizers (22a to 22c), respectively;
The inspection device (30)
The first to third polarization images (55a to 55c) are subjected to high dynamic range synthesis to generate a synthetic image;
2. The inspection system (1) of configuration 1, for inspecting the object (W) based on the composite image.

(構成11)
対象物(W)を照明する複数の照明部(10,10a~10o)と、複数の偏光子(22,22a~22d)を含む単位領域(21)が繰り返し配列された偏光カメラ(20)とを用いた検査方法であって、
前記複数の照明部(10,10a~10o)は、互いに異なる偏光状態の照明光を照射し、
前記複数の偏光子(22,22a~22d)は、互いに異なる偏光方向の光を透過させ、
前記検査方法は、
前記複数の照明部(10,10a~10o)が同時に点灯している状態において、前記偏光カメラ(20)を用いて前記対象物(W)を撮像することにより、前記複数の偏光子(22,22a~22d)にそれぞれ対応する複数の偏光画像(50,50a~50d)を取得するステップと、
前記複数の偏光画像(50,50a~50d)を用いて前記対象物(W)を検査するステップと、を備える、検査方法。
(Configuration 11)
An inspection method using a plurality of illumination units (10, 10a to 10o) for illuminating an object (W) and a polarization camera (20) in which unit areas (21) including a plurality of polarizers (22, 22a to 22d) are repeatedly arranged,
The plurality of illumination units (10, 10a to 10o) emit illumination light with different polarization states,
The plurality of polarizers (22, 22a to 22d) transmit light having different polarization directions,
The inspection method includes:
acquiring a plurality of polarized images (50, 50a to 50d) corresponding to the plurality of polarizers (22, 22a to 22d), respectively, by capturing an image of the object (W) using the polarization camera (20) while the plurality of illumination units (10, 10a to 10o) are simultaneously turned on;
and inspecting the object (W) using the plurality of polarized images (50, 50a to 50d).

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。 Although the embodiments of the present invention have been described, the embodiments disclosed herein should be considered to be illustrative and not restrictive in all respects. The scope of the present invention is defined by the claims, and it is intended to include all modifications within the meaning and scope of the claims.

1 検査システム、2 搬送ベルト、10,10a~10o 照明部、11a~11o 発光部、12a~12n 直線偏光フィルタ、13e ハーフミラー、20 偏光カメラ、21 単位領域、22,22a~22d 偏光子、25,225 光軸、30 検査装置、50,50a~50d 偏光画像、51 X方向法線画像、52 Y方向法線画像、53 形状画像、54 二値画像、55 アルベド画像、56 平均画像、57 合成画像、110 照明装置、110a~110d 円弧領域、302 表示部、304 キーボード、306 メモリカード、310 プロセッサ、312 RAM、314 表示コントローラ、316 システムコントローラ、318 コントローラ、320 ハードディスク、322 カメラインターフェイス、324 入力インターフェイス、328 通信インターフェイス、330 メモリカードインターフェイス、350 検査プログラム、F1,F2 枠線、P 点、Q 注目点、R1~R4 矩形領域、W 対象物、n 法線ベクトル。 1 Inspection system, 2 Conveyor belt, 10, 10a to 10o Illumination unit, 11a to 11o Light emission unit, 12a to 12n Linear polarizing filter, 13e Half mirror, 20 Polarization camera, 21 Unit area, 22, 22a to 22d Polarizer, 25, 225 Optical axis, 30 Inspection device, 50, 50a to 50d Polarized image, 51 X-direction normal image, 52 Y-direction normal image, 53 Shape image, 54 Binary image, 55 Albedo image, 56 Average image, 57 Composite image, 110 Illumination device, 110a to 110d Arc area, 302 Display unit, 304 Keyboard, 306 Memory card, 310 Processor, 312 RAM, 314 Display controller, 316 System controller, 318 Controller, 320 Hard disk, 322 Camera interface, 324 input interface, 328 communication interface, 330 memory card interface, 350 inspection program, F1, F2 frame line, P point, Q focus point, R1 to R4 rectangular area, W object, n normal vector.

Claims (7)

検査システムであって、
対象物を照明する複数の照明部と、
複数の偏光子を含む単位領域が繰り返して配列された偏光カメラと、
検査装置と、を備え、
前記複数の照明部は、互いに異なる偏光状態の照明光を照射し、
前記複数の偏光子は、互いに異なる偏光方向の光を透過させ、
前記偏光カメラは、前記複数の照明部が同時に点灯している状態において撮像することにより、前記複数の偏光子にそれぞれ対応する複数の偏光画像を出力し、
前記検査装置は、前記複数の偏光画像を用いて前記対象物を検査し、
前記複数の照明部は、前記偏光カメラの光軸の周りの方位角が互いに異なるように配置され、
前記複数の照明部は、第1~第Nの照明部を含み、
前記複数の偏光子は、第1~第Nの偏光子を含み、
Nは、2以上の整数であり、
前記第1~第Nの照明部の照明光の偏光方向は、前記第1~第Nの偏光子を透過する光の偏光方向とそれぞれ平行であり、
前記検査装置は、
照度差ステレオ法を用いて、前記複数の偏光画像から前記対象物の表面の法線方向を推定し、
前記法線方向を示す法線画像を生成し、
前記法線画像に基づいて前記対象物を検査する、検査システム。
1. An inspection system comprising:
A plurality of illumination units for illuminating an object;
a polarization camera in which unit areas each including a plurality of polarizers are repeatedly arranged;
An inspection device,
The plurality of illumination units emit illumination light having different polarization states,
the plurality of polarizers transmit light having different polarization directions;
the polarization camera captures images while the plurality of illumination units are simultaneously turned on, thereby outputting a plurality of polarization images respectively corresponding to the plurality of polarizers;
The inspection device inspects the object using the plurality of polarized images;
the plurality of illumination units are arranged such that their azimuth angles around the optical axis of the polarization camera are different from one another;
The plurality of illumination units include first to Nth illumination units,
The plurality of polarizers includes first to Nth polarizers,
N is an integer of 2 or more,
the polarization directions of the illumination light of the first to Nth illumination units are parallel to the polarization directions of the light transmitted through the first to Nth polarizers, respectively;
The inspection device includes:
estimating a normal direction of the surface of the object from the plurality of polarized images using photometric stereo;
generating a normal image indicating the normal direction;
An inspection system that inspects the object based on the normal image .
Nは4であり、
前記第1の照明部および前記第3の照明部は、前記偏光カメラの光軸に対して対称な位置に配置され、
前記第2の照明部および前記第4の照明部は、前記偏光カメラの光軸に対して対称な位置に配置され、
前記偏光カメラの光軸の周りにおいて、前記第1の照明部が配置される第1の方位角と前記第2の照明部が配置される第2の方位角との差が90°であり、
前記複数の偏光画像は、前記第1~第4の偏光子にそれぞれ対応する第1~第4の偏光画像を含み、
前記検査装置は、
前記第1~第4の偏光画像に基づいて、前記対象物の表面の法線ベクトルにおける前記第1の方位角の方向に沿った成分の大きさを示す第1の法線画像を生成し、
前記第1~第4の偏光画像に基づいて、前記対象物の表面の法線ベクトルにおける前記第2の方位角の方向に沿った成分の大きさを示す第2の法線画像を生成し、
前記第1の法線画像と前記第2の法線画像とに基づいて、前記対象物の表面の形状を示す形状画像を生成し、
前記形状画像に基づいて前記対象物を検査する、請求項に記載の検査システム。
N is 4,
the first illumination unit and the third illumination unit are disposed at positions symmetrical with respect to an optical axis of the polarization camera,
the second illumination unit and the fourth illumination unit are disposed at positions symmetrical with respect to an optical axis of the polarization camera,
a difference between a first azimuth angle at which the first illumination unit is arranged and a second azimuth angle at which the second illumination unit is arranged is 90° around an optical axis of the polarization camera;
the plurality of polarization images include first to fourth polarization images corresponding to the first to fourth polarizers, respectively;
The inspection device includes:
generating a first normal image indicating a magnitude of a component along a direction of the first azimuth angle in a normal vector of the surface of the object based on the first to fourth polarization images;
generating a second normal image indicating a magnitude of a component along a direction of the second azimuth angle in a normal vector of the surface of the object based on the first to fourth polarization images;
generating a shape image indicating a shape of a surface of the object based on the first normal image and the second normal image;
The inspection system of claim 1 , further comprising: a sensor configured to detect the object based on the shape image.
前記第2の照明部、前記第3の照明部および前記第4の照明部の照明光の偏光方向と前記第1の照明部の照明光の偏光方向とのなす角度は、それぞれ45°、90°および135°である、請求項に記載の検査システム。 3. The inspection system of claim 2, wherein angles between the polarization direction of the illumination light of the second illumination section, the third illumination section, and the fourth illumination section and the polarization direction of the illumination light of the first illumination section are 45°, 90°, and 135°, respectively. 検査システムであって、
対象物を照明する複数の照明部と、
複数の偏光子を含む単位領域が繰り返して配列された偏光カメラと、
検査装置と、を備え、
前記複数の照明部は、互いに異なる偏光状態の照明光を照射し、
前記複数の偏光子は、互いに異なる偏光方向の光を透過させ、
前記偏光カメラは、前記複数の照明部が同時に点灯している状態において撮像することにより、前記複数の偏光子にそれぞれ対応する複数の偏光画像を出力し、
前記検査装置は、前記複数の偏光画像を用いて前記対象物を検査し、
前記複数の照明部は、前記対象物に対する仰角が互いに異なるように配置され
前記複数の照明部は、
前記偏光カメラの光軸に沿って照明光を照射する第1の照明部と、
前記偏光カメラの光軸を中心とするリング型の第2の照明部と、を含み、
前記複数の偏光子は、第1の偏光子および第2の偏光子を含み、
前記第1の照明部および前記第2の照明部から照射される照明光の偏光方向は、前記第1の偏光子および前記第2の偏光子を透過する光の偏光方向とそれぞれ一致し、
前記検査装置は、
前記複数の偏光画像のうち前記第1の偏光子に対応する偏光画像に基づいて、周囲の正常部分よりも正反射しにくい欠陥を検査し、
前記複数の偏光画像のうち前記第2の偏光子に対応する偏光画像に基づいて、周囲の正常部分よりも拡散反射しやすい欠陥を検査る、検査システム。
1. An inspection system comprising:
A plurality of illumination units for illuminating an object;
a polarization camera in which unit areas each including a plurality of polarizers are repeatedly arranged;
An inspection device,
The plurality of illumination units emit illumination light having different polarization states,
the plurality of polarizers transmit light having different polarization directions;
the polarization camera captures images while the plurality of illumination units are simultaneously turned on, thereby outputting a plurality of polarization images respectively corresponding to the plurality of polarizers;
The inspection device inspects the object using the plurality of polarized images;
The plurality of illumination units are arranged so as to have different elevation angles with respect to the object ,
The plurality of illumination units include
a first illumination unit that irradiates illumination light along an optical axis of the polarization camera;
a ring-shaped second illumination unit centered on the optical axis of the polarization camera;
the plurality of polarizers includes a first polarizer and a second polarizer;
a polarization direction of illumination light emitted from the first illumination unit and a polarization direction of light transmitted through the first polarizer and the second polarizer , respectively;
The inspection device includes:
inspecting a defect that is less likely to be specularly reflected than a surrounding normal portion based on a polarized image corresponding to the first polarizer among the plurality of polarized images;
An inspection system that inspects for defects that are more likely to reflect diffusely than surrounding normal portions based on a polarized image corresponding to the second polarizer among the plurality of polarized images .
検査システムであって、
対象物を照明する複数の照明部と、
複数の偏光子を含む単位領域が繰り返して配列された偏光カメラと、
検査装置と、を備え、
前記複数の照明部は、互いに異なる偏光状態の照明光を照射し、
前記複数の偏光子は、互いに異なる偏光方向の光を透過させ、
前記偏光カメラは、前記複数の照明部が同時に点灯している状態において撮像することにより、前記複数の偏光子にそれぞれ対応する複数の偏光画像を出力し、
前記検査装置は、前記複数の偏光画像を用いて前記対象物を検査し、
前記複数の照明部は、前記対象物に対する仰角が互いに異なるように配置され
前記複数の照明部は、前記偏光カメラの光軸を中心とする同心円状の複数のリング型照明部を含み、
前記検査装置は、
前記複数の偏光画像を、互いに位相の異なる縞パターンが写る複数の画像とみなし、
位相シフト法を用いて、前記複数の偏光画像に基づいて、前記対象物の表面の法線方向と前記偏光カメラの光軸方向とのなす角度を示す位相画像を生成し、
前記位相画像に基づいて、前記対象物を検査する、検査システム。
1. An inspection system comprising:
A plurality of illumination units for illuminating an object;
a polarization camera in which unit areas each including a plurality of polarizers are repeatedly arranged;
An inspection device,
The plurality of illumination units emit illumination light having different polarization states,
the plurality of polarizers transmit light having different polarization directions;
the polarization camera captures images while the plurality of illumination units are simultaneously turned on, thereby outputting a plurality of polarization images respectively corresponding to the plurality of polarizers;
The inspection device inspects the object using the plurality of polarized images;
The plurality of illumination units are arranged so as to have different elevation angles with respect to the object ,
the plurality of illumination units include a plurality of ring-shaped illumination units concentrically arranged around an optical axis of the polarization camera;
The inspection device includes:
The plurality of polarized images are regarded as a plurality of images in which stripe patterns having different phases from each other are captured,
generating a phase image indicating an angle between a normal direction of the surface of the object and an optical axis direction of the polarization camera based on the plurality of polarization images using a phase shift method ;
An inspection system that inspects the object based on the phase image.
前記複数の照明部は、さらに、前記偏光カメラの光軸に沿って照明光を照射する照明部を含む、請求項5に記載の検査システム。 The inspection system according to claim 5, wherein the plurality of illumination units further includes an illumination unit that irradiates illumination light along the optical axis of the polarization camera. 対象物を照明する複数の照明部と、複数の偏光子を含む単位領域が繰り返し配列された偏光カメラとを用いた検査方法であって、
前記複数の照明部は、互いに異なる偏光状態の照明光を照射し、
前記複数の偏光子は、互いに異なる偏光方向の光を透過させ、
前記検査方法は、
前記複数の照明部が同時に点灯している状態において、前記偏光カメラを用いて前記対象物を撮像することにより、前記複数の偏光子にそれぞれ対応する複数の偏光画像を取得するステップと、
前記複数の偏光画像を用いて前記対象物を検査するステップと、を備え、
前記複数の照明部は、前記偏光カメラの光軸の周りの方位角が互いに異なるように配置され、
前記複数の照明部は、第1~第Nの照明部を含み、
前記複数の偏光子は、第1~第Nの偏光子を含み、
Nは、2以上の整数であり、
前記第1~第Nの照明部の照明光の偏光方向は、前記第1~第Nの偏光子を透過する光の偏光方向とそれぞれ平行であり、
前記検査するステップは、
照度差ステレオ法を用いて、前記複数の偏光画像から前記対象物の表面の法線方向を推定することと、
前記法線方向を示す法線画像を生成することと、
前記法線画像に基づいて前記対象物を検査することとを含む、検査方法。
An inspection method using a plurality of illumination units that illuminate an object and a polarization camera in which unit areas each including a plurality of polarizers are repeatedly arranged, comprising:
The plurality of illumination units emit illumination light having different polarization states,
the plurality of polarizers transmit light having different polarization directions;
The inspection method includes:
acquiring a plurality of polarization images corresponding to the plurality of polarizers by capturing an image of the object using the polarization camera while the plurality of illumination units are simultaneously turned on;
and inspecting the object using the plurality of polarized images.
the plurality of illumination units are arranged such that their azimuth angles around the optical axis of the polarization camera are different from one another;
The plurality of illumination units include first to Nth illumination units,
The plurality of polarizers includes first to Nth polarizers,
N is an integer of 2 or more,
the polarization directions of the illumination light of the first to Nth illumination units are parallel to the polarization directions of the light transmitted through the first to Nth polarizers, respectively;
The step of inspecting includes:
estimating a surface normal direction of the object from the plurality of polarized images using photometric stereo; and
generating a normal image indicating the normal direction;
and inspecting the object based on the normal image .
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