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技術 検査システムおよびフレキシブル照明装置

出願人 リコーエレメックス株式会社国立大学法人東京大学高知県公立大学法人
発明者 吉村礼彦栗原徹安藤繁
出願日 2014年12月2日 (4年10ヶ月経過) 出願番号 2014-244498
公開日 2016年6月20日 (3年3ヶ月経過) 公開番号 2016-109462
状態 特許登録済
技術分野 光学的手段による材料の調査の特殊な応用
主要キーワード 各支持位置 間隔領域 較正プログラム 強度画像データ 参照形状 変形機構 変形制御 湾曲形
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2016年6月20日)のものです。
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図面 (20)

課題

画像処理による検査ステムでは、被検査面に対する照明装置の位置や姿勢を変化させることができれば、有意義である。

解決手段

実施形態の検査システムは、被検査面に対向して配置された曲面状に変形可能な面状の照明部と、上記照明部を変形させる変形機構と、被検査面を撮像する撮像部と、上記撮像部で撮像された画像に基づいて異常を検出する特徴を算出する演算処理部と、を備える。

概要

背景

従来、被検査体に光を照射し、当該被検査体の表面からの反射光を画像データとして撮像し、当該画像データの輝度変化等に基づいて、被検査体の異常を検出する技術が提案されている。

その際に被検査体に照射する光の強度を周期的に変化させ、撮像された画像データの輝度変化に基づいて、異常を検出する技術が提案されている。

概要

画像処理による検査ステムでは、被検査面に対する照明装置の位置や姿勢を変化させることができれば、有意義である。実施形態の検査システムは、被検査面に対向して配置された曲面状に変形可能な面状の照明部と、上記照明部を変形させる変形機構と、被検査面を撮像する撮像部と、上記撮像部で撮像された画像に基づいて異常を検出する特徴を算出する演算処理部と、を備える。

目的

また、上述した実施形態のPC100で実行される検査プログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

検査面に対向して配置された曲面状に変形可能な面状の照明部と、前記照明部を変形させる変形機構と、被検査面を撮像する撮像部と、前記撮像部で撮像された画像に基づいて異常を検出する特徴を算出する演算処理部と、を備えた、検査ステム

請求項2

前記変形機構は、前記照明部を、被検査面の凹凸形状に略沿った曲面状に変形させる、請求項1に記載の検査システム。

請求項3

前記変形機構は、前記照明部を、複数の前記被検査面の部位に応じてそれぞれ異なる形状に変形させる、請求項1または2に記載の検査システム。

請求項4

前記変形機構は、前記照明部を、一方向から見て当該照明部の変形の母線の方向が互いに交差する複数の曲面状に、変形させる、請求項1〜3のうちいずれか一つに記載の検査システム。

請求項5

前記照明部は、当該照明部の変形の母線に沿って延びて前記母線と交差する方向に空間的に移動する光の強度の縞パターンを出力する、請求項1〜4のうちいずれか一つに記載の検査システム。

請求項6

前記照明部は、相異なる方向に延びて空間的に移動する光の強度の縞パターンを切り替えて出力する、請求項1〜5のうちいずれか一つに記載の検査システム。

請求項7

前記照明部は、空間的に移動する光の強度の縞パターンを、場所に応じて異なる幅で出力する照射面を有するとともに、前記撮像部で撮像された画像における複数の縞パターンの幅の分散が、前記照射面における複数の縞パターンの幅の分散以下となるよう、当該縞パターンを照射する、請求項1〜6のうちいずれか一つに記載の検査システム。

請求項8

前記撮像部は、時間相関カメラまたはそれと等価な動作をする撮像システムである、請求項1〜7のうちいずれか一つに記載の検査システム。

請求項9

請求項1〜8のうちいずれか一つに記載の検査システムで用いられるフレキシブル照明装置であって、前記照明部と、前記変形機構とを備えた、フレキシブル照明装置。

技術分野

0001

本発明の実施形態は、検査ステムおよびフレキシブル照明装置に関する。

背景技術

0002

従来、被検査体に光を照射し、当該被検査体の表面からの反射光を画像データとして撮像し、当該画像データの輝度変化等に基づいて、被検査体の異常を検出する技術が提案されている。

0003

その際に被検査体に照射する光の強度を周期的に変化させ、撮像された画像データの輝度変化に基づいて、異常を検出する技術が提案されている。

先行技術

0004

特開2014−2125号公報

発明が解決しようとする課題

0005

画像処理による検査システムでは、被検査面に対する照明部の位置や姿勢を変化させることにより、より効果的に検査を実行できる場合がある。

課題を解決するための手段

0006

実施形態の検査システムは、被検査面に対向して配置された曲面状に変形可能な面状の照明部と、上記照明部を変形させる変形機構と、被検査面を撮像する撮像部と、上記撮像部で撮像された画像に基づいて異常を検出する特徴を算出する演算処理部と、を備える。

図面の簡単な説明

0007

図1は、第1の実施形態の較正システムを含む検査システムの構成例を示した図である。
図2は、第1の実施形態の時間相関カメラの構成を示したブロック図である。
図3は、第1の実施形態の時間相関カメラで時系列順蓄積されたフレームを表した概念図である。
図4は、第1の実施形態の照明装置が照射する縞パターンの一例を示した図である。
図5は、第1の実施形態の時間相関カメラによる、被検査体の異常の第1の検出例を示した図である。
図6は、図5に示される異常が被検査体にある場合に、当該異常に応じて変化する、光の振幅の例を表した図である。
図7は、第1の実施形態の時間相関カメラによる、被検査体の異常の第2の検出例を示した図である。
図8は、第1の実施形態の時間相関カメラによる、被検査体の異常の第3の検出例を示した図である。
図9は、第1の実施形態の照明制御部が照明装置に出力する縞パターンの例を示した図である。
図10は、第1の実施形態のスクリーンを介した後の縞パターンを表した波の形状の例を示した図である。
図11は、第1の実施形態の異常検出処理部における振幅に基づく異常検出処理の手順を示すフローチャートである。
図12は、第1の実施形態の異常検出処理部における、位相に基づく異常検出処理の手順を示すフローチャートである。
図13は、第1の実施形態の異常検出処理部における振幅および強度に基づく異常検出処理の手順を示すフローチャートである。
図14は、第1の実施形態の検査システムにおける被検査体の検査処理の手順を示すフローチャートである。
図15は、変形例2の照明制御部が出力する縞パターンの切り替え例を示した図である。
図16は、変形例2の照明制御部が、異常(欠陥)を含めた表面に縞パターンを照射した例を示した図である。
図17は、y方向に縞パターンを変化させた場合における、異常(欠陥)とスクリーン上の縞パターンの関係を示した図である。
図18は、変形例3の照明制御部が照明装置に出力する縞パターンの例を示した図である。
図19は、実施形態の照明装置の例示的かつ模式的な構成図である。
図20は、被検査体の部位に応じて設定された実施形態の照明部の位置および姿勢の例示的かつ模式的な図である。
図21は、実施形態の照明部の変形状態および縞パターンの一例の模式的な斜視図である。
図22は、実施形態の照明部の変形状態および縞パターンの別の一例の模式的な斜視図である。
図23は、被検査面に対応して変形された実施形態の照明部、当該照明部で出力される縞パターン、および縞パターンの照射部から時間相関カメラまでの光路が示された、例示的かつ模式的な図である。

実施例

0008

<時間相関カメラの基本構成
本実施形態の検査システムについて説明する。第1の実施形態の検査システム1は、被検査体を検査するために様々な構成を備えている。図1は、本実施形態の検査システムの構成例を示した図である。図1に示されるように、本実施形態の検査システムは、PC100と、時間相関カメラ110と、照明装置120と、移動機構140と、を備えている。時間相関カメラ110は、撮像部の一例である。

0009

移動機構140は、被検査体150を固定するために用いられ、PC100からの制御に応じて、時間相関カメラ110が撮影可能な被検査体150の表面の位置と向きを変化させる。

0010

照明装置120は、被検査体150に光を照射する装置であって、PC100からの縞パターンに従って、照射する光の強度を領域単位で制御できる。さらに、照明装置120は、周期的な時間の遷移に従って当該領域単位の光の強度を制御できる。換言すれば、照明装置120は、光の強度の周期的な時間変化及び空間変化を与えることができる。なお、具体的な光の強度の制御手法については後述する。

0011

照明装置120の照明部121は、被検査体150に対して面的に光を照射する。本実施形態の照明部121は、照明装置120から入力された周期的な時間変化及び空間変化が与えられた光を、面的に被検査体150に照射する。

0012

なお、本実施形態は、光強度の周期的な時間変化及び空間変化を与える面的な照射部を構成する例について説明するが、このような組み合わせに制限するものではなく、例えば、LEDを面的に配置して照明部を構成してもよい。

0013

時間相関カメラ110は、光学系210と、イメージセンサ220と、データバッファ230と、制御部240と、参照信号出力部250と、を備えている。図2は、本実施形態の時間相関カメラ110の構成を示したブロック図である。

0014

光学系210は、撮影レンズ等を含み、時間相関カメラ110の外部の被写体(被検査体を含む)からの光束を透過し、その光束により形成される被写体の光学像結像させる。

0015

イメージセンサ220は、光学系210を介して入射された光の強弱光強度信号として画素毎に高速出力可能センサとする。

0016

本実施形態の光強度信号は、検査システムの照明装置120が被写体(被検査体を含む)に対して光を照射し、当該被写体からの反射光を、イメージセンサ220が受け取ったものである。

0017

イメージセンサ220は、例えば従来のものと比べて高速に読み出し可能なセンサであり、行方向(x方向)、列方向(y方向)の2種類の方向に画素が配列された2次元平面状に構成されたものとする。そして、イメージセンサ220の各画素を、画素P(1,1),……,P(i,j),……,P(X,Y)とする(なお、本実施形態の画像サイズをX×Yとする。)。なお、イメージセンサ220の読み出し速度を制限するものではなく、従来と同様であってもよい。

0018

イメージセンサ220は、光学系210によって透過された、被写体(被検査体を含む)からの光束を受光して光電変換することで、被写体から反射された光の強弱を示した光強度信号(撮影信号)で構成される、2次元平面状のフレームを生成し、制御部240に出力する。本実施形態のイメージセンサ220は、読み出し可能な単位時間毎に、当該フレームを出力する。

0019

本実施形態の制御部240は、例えばCPU、ROM、及びRAM等で構成され、ROMに格納された検査プログラムを実行することで、転送部241と、読出部242と、強度画像重畳部243と、第1の乗算器244と、第1の相関画像用重畳部245と、第2の乗算器246と、第2の相関画像用重畳部247と、画像出力部248と、を実現する。なお、CPU等で実現することに制限するものではなく、FPGA、またはASICで実現してもよい。

0020

転送部241は、イメージセンサ220から出力された、光強度信号で構成されたフレームを、データバッファ230に、時系列順に蓄積する。

0021

データバッファ230は、イメージセンサ220から出力された、光強度信号で構成されたフレームを、時系列順に蓄積する。

0022

図3は、本実施形態の時間相関カメラ110で時系列順に蓄積されたフレームを表した概念図である。図3に示されるように、本実施形態のデータバッファ230には、時刻t(t=t0,t1,t2,……,tn)毎の複数の光強度信号G(1,1,t),……,G(i,j,t),……,G(X,Y,t)の組み合わせで構成された複数のフレームFk(k=1,2,……,n)が、時系列順に蓄積される。なお、時刻tで作成される一枚のフレームは、光強度信号G(1,1,t),……,G(i,j,t),……,G(X,Y,t)で構成される。

0023

本実施形態の光強度信号(撮像信号)G(1,1,t),……,G(i,j,t),……,G(X,Y,t)には、フレーム画像Fk(k=1,2,……,n)を構成する各画素P(1,1),……,P(i,j),……,P(X,Y)が対応づけられている。

0024

イメージセンサ220から出力されるフレームは、光強度信号のみで構成されており、換言すればモノクロの画像データとも考えることができる。なお、本実施形態は、解像度感度、及びコスト等を考慮して、イメージセンサ220がモノクロの画像データを生成する例について説明するが、イメージセンサ220としてモノクロ用のイメージセンサに制限するものではなく、カラー用のイメージセンサを用いてもよい。

0025

図2戻り、本実施形態の読出部242は、データバッファ230から、光強度信号G(1,1,t),……,G(i,j,t),……,G(X,Y,t)をフレーム単位で、時系列順に読み出して、第1の乗算器244と、第2の乗算器246と、強度画像用重畳部243と、に出力する。

0026

本実施形態の時間相関カメラ110は、読出部242の出力先毎に画像データを生成する。換言すれば、時間相間カメラ110は、3種類の画像データを作成する。

0027

本実施形態の時間相関カメラ110は、3種類の画像データとして、強度画像データと、2種類の時間相関画像データと、を生成する。なお、本実施形態は、3種類の画像データを生成することに制限するものではなく、強度画像データを生成しない場合や、1種類又は3種類以上の時間相関画像データを生成する場合も考えられる。

0028

本実施形態のイメージセンサ220は、上述したように単位時間毎に、光強度信号で構成されたフレームを出力している。しかしながら、通常の画像データを生成するためには、撮影に必要な露光時間分の光強度信号が必要になる。そこで、本実施形態では、強度画像用重畳部243が、撮影に必要な露光時間分の複数のフレームを重畳して、強度画像データを生成する。なお、強度画像データの各画素値(光の強度を表す値)G(x,y)は、以下に示す式(1)から導き出すことができる。なお、露光時間は、t0とtnの時間差とする。

0029

0030

これにより、従来のカメラの撮影と同様に、被写体(被検査体を含む)が撮影された強度画像データが生成される。そして、強度画像用重畳部243は、生成した強度画像データを、画像出力部248に出力する。

0031

時間相関画像データは、時間遷移に応じた光の強弱の変化を示す画像データである。つまり、本実施形態では、時系列順のフレーム毎に、当該フレームに含まれる光強度信号に対して、時間遷移を示した参照信号を乗算し、参照信号と光強度信号と乗算結果である時間相関値で構成された、時間相関値フレームを生成し、複数の時間相関値フレームを重畳することで、時間相関画像データを生成する。

0032

ところで、時間相関画像データを用いて、被検査体の異常を検出するためには、イメージセンサ220に入力される光強度信号を、参照信号に同期させて変化させる必要がある。このために、照明装置120が、周期的に時間変化およびの空間的な移動を与えるような、面的な光の照射を行うこととした。

0033

本実施形態では、2種類の時間相関画像データを生成する。参照信号は、時間遷移を表した信号であればよいが、本実施形態では、複素正弦波e-jωtを用いる。なお、角周波数ω、時刻tとする。参照信号を表す複素正弦波e-jωtが、上述した露光時間(換言すれば強度画像データ、時間相関画像を生成するために必要な時間)の一周期相関をとるように、角周波数ωが設定されるものとする。換言すれば、照明装置120によって形成された面的かつ動的な光は、被検査体150の表面(反射面)の各位置で第一の周期(時間周期)での時間的な照射強度の変化を与えるとともに、表面に沿った少なくとも一方向に沿った第二の周期(空間周期)での空間的な照射強度の増減分布を与える。この面的な光は、表面で反射される際に、当該表面のスペック法線ベクトルの分布等)に応じて複素変調される。時間相関カメラ110は、表面で複素変調された光を受光し、第一の周期の参照信号を用いて直交検波直交復調)することにより、複素信号としての時間相関画像データを得る。このような複素時間相関画像データに基づく変復調により、表面の法線ベクトルの分布に対応した特徴を検出することができる。

0034

複素正弦波e-jωtは、e-jωt=cos(ωt)−j・sin(ωt)と表すこともできる。従って、時間相関画像データの各画素値C(x,y)は、以下に示す式(2)から導き出すことができる。

0035

0036

本実施形態では、式(2)において、実数部を表す画素値C1(x,y)と、虚数部を表す画素値C2(x,y)と、に分けて2種類の時間相関画像データを生成する。

0037

このため、参照信号出力部250は、第1の乗算器244と、第2の乗算器246と、に対してそれぞれ異なる参照信号を生成し、出力する。本実施形態の参照信号出力部250は、複素正弦波e-jωtの実数部に対応する第1の参照信号cosωtを第1の乗算器244に出力し、複素正弦波e-jωtの虚数部に対応する第2の参照信号sinωtを第2の乗算器246に出力する。このように本実施形態の参照信号出力部250は、互いにヒルベルト変換対をなす正弦波および余弦波時間関数として表される2種類の参照信号を出力する例について説明するが、参照信号は時間関数のような時間遷移に応じて変化する参照信号であればよい。

0038

そして、第1の乗算器244は、読出部242から入力されたフレーム単位で、当該フレームの光強度信号毎に、参照信号出力部250から入力された複素正弦波e-jωtの実数部cosωtを乗算する。

0039

第1の相関画像用重畳部245は、撮影に必要な露光時間分の複数のフレームについて、第1の乗算器244の乗算結果を画素毎に重畳する処理を行う。これにより、第1の時間相関画像データの各画素値C1(x,y)が、以下の式(3)から導出される。

0040

0041

そして、第2の乗算器246は、読出部242から入力されたフレームの光強度信号に対して、参照信号出力部250から入力された複素正弦波e-jωtの虚数部sinωtを乗算する。

0042

第2の相関画像用重畳部247は、撮影に必要な露光時間分の複数のフレームについて、第2の乗算器246の乗算結果を画素毎に重畳する処理を行う。これにより、第2の時間相関画像データの各画素値C2(x,y)が、以下の式(4)から導出される。

0043

0044

上述した処理を行うことで、2種類の時間相関画像データ、換言すれば2自由度を有する時間相関画像データを生成できる。

0045

また、本実施形態は、参照信号の種類を制限するものでない。例えば、本実施形態では、複素正弦波e-jωtの実部虚部の2種類の時間相関画像データを作成するが、光の振幅と、光の位相と、による2種類の画像データを生成してもよい。

0046

なお、本実施形態の時間相関カメラ110は、時間相関画像データとして、複数系統分作成可能とする。これにより、例えば複数種類の幅の縞が組み合わされた光が照射された際に、上述した実部と虚部とによる2種類の時間相関画像データを、縞の幅毎に作成可能とする。このために、時間相関カメラ110は、2個の乗算器と2個の相関画像用重畳部とからなる組み合わせを、複数系統分備えるとともに、参照信号出力部250は、系統毎に適した角周波数ωによる参照信号を出力可能とする。

0047

そして、画像出力部248が、2種類の時間相関画像データと、強度画像データと、をPC100に出力する。これにより、PC100が、2種類の時間相関画像データと、強度画像データと、を用いて、被検査体の異常を検出する。そのためには、被写体に対して光を照射する必要がある。

0048

本実施形態の照明装置120は、高速に移動する縞パターンを照射する。図4は、本実施形態の照明装置120が照射する縞パターンの一例を示した図である。図4に示す例では、縞パターンをx方向にスクロール(移動)させている例とする。白い領域が縞に対応した明領域、黒い領域が縞と縞との間に対応した間隔領域(暗領域)である。

0049

本実施形態では、時間相関カメラ110が強度画像データ及び時間相関画像データを撮影する露光時間で、照明装置120が照射する縞パターンを一周期分移動させる。これにより、照明装置120は、光の強度の縞パターンの空間的な移動により光の強度の周期的な時間変化を与える。本実施形態では、図4の縞パターンが一周期分移動する時間を、露光時間と対応させることで、時間相関画像データの各画素には、少なくとも、縞パターン一周期分の光の強度信号に関する情報が埋め込まれる。

0050

図4に示されるように、本実施形態では、照明装置120が矩形波に基づく縞パターンを照射する例について説明するが、矩形波以外を用いてもよい。なお、照明光拡散する拡散部材を用いることにより、矩形波の明暗境界領域をぼかすことができる。

0051

本実施形態では、照明装置120が照射する縞パターンをA(1+cos(ωt+kx)と表す。すなわち、縞パターンには、複数の縞が反復的に(周期的に)含まれる。なお、被検査体に照射される光の強度は0〜2Aの間で調整可能とし、光の位相kxとする。kは、縞の波数である。xは、位相が変化する方向である。

0052

そして、フレームの各画素の光強度信号f(x,y,t)の基本周波数成分は、以下の式(5)として表すことができる。式(5)で示されるように、x方向で縞の明暗が変化する。

0053

f(x,y,t)=A(1+cos(ωt+kx))
=A+A/2{ej(ωt+kx)+e-j(ωt+kx)}……(5)

0054

式(5)で示されるように、照明装置120が照射する縞パターンの強度信号は、複素数として考えることができる。

0055

そして、イメージセンサ220には、当該照明装置120からの光が被写体(被検査体を含む)から反射して入力される。

0056

したがって、イメージセンサ220に入力される光強度信号G(x,y,t)を、照明装置120が照射された際のフレームの各画素の光強度信号f(x,y,t)とできる。そこで、強度画像データを導出するための式(1)に式(5)を代入すると、式(6)を導出できる。なお、位相kxとする。

0057

0058

式(6)から、強度画像データの各画素には、露光時間Tに、照明装置120が出力している光の強度の中間値Aを乗じた値が入力されていることが確認できる。さらに、時間相関画像データを導出するための式(2)に式(5)を代入すると、式(7)を導出できる。なお、AT/2を振幅とし、kxを位相とする。

0059

0060

これにより、式(7)で示された複素数で示された時間相関画像データは、上述した2種類の時間相関画像データと置き換えることができる。つまり、上述した実部と虚部とで構成される時間相関画像データには、被検査体に照射された光強度変化における位相変化振幅変化とが含まれている。換言すれば、本実施形態のPC100は、2種類の時間相関画像データに基づいて、照明装置120から照射された光の位相変化と、光の振幅変化と、を検出できる。そこで、本実施形態のPC100が、時間相関画像データ及び強度画像データに基づいて、画素毎に入る光の振幅を表した振幅画像データと、画素毎に入る光の位相変化を表した位相画像データと、を生成する。

0061

さらに、PC100は、生成した振幅画像データと位相画像データとに基づいて、被検査体の異常を検出する。

0062

ところで、被検査体の表面形状に凹凸に基づく異常が生じている場合、被検査体の表面の法線ベクトルの分布には異常に対応した変化が生じている。また、被検査体の表面に光を吸収するような異常が生じている場合、反射した光の強度に変化が生じる。法線ベクトルの分布の変化は、光の位相変化及び振幅変化のうち少なくともいずれか一つとして検出される。そこで、本実施形態では、時間相関画像データ及び強度画像データを用いて、法線ベクトルの分布の変化に対応した、光の位相変化及び振幅変化のうち少なくともいずれか一つを検出する。これにより、表面形状の異常を検出可能となる。次に、被検査体の異常、法線ベクトル、及び光の位相変化又は振幅変化の関係について説明する。

0063

図5は、第1の実施形態の時間相関カメラ110による、被検査体の異常の第1の検出例を示した図である。図5に示される例では、被検査体500に突形状の異常501がある状況とする。当該状況においては、異常501の点502の近傍領域においては、法線ベクトル521、522、523が異なる方向を向いていることを確認できる。そして、当該法線ベクトル521、522、523が異なる方向を向いていることで、異常501から反射した光に拡散(例えば、光511、512、513)が生じ、時間相関カメラ110のイメージセンサ220の任意の画素531に入る縞パターンの幅503が広くなる。

0064

図6は、図5に示される異常501が被検査体500にある場合に、当該異常に応じて変化する、光の振幅の例を表した図である。図6に示される例では、光の振幅を実部(Re)と、虚部(Im)に分けて2次元平面上に表している。図6では、図5の光511、512、513に対応する光の振幅611、612、613として示している。そして、光の振幅611、612、613は互いに打ち消し合い、イメージセンサ220の当該任意の画素531には、振幅621の光が入射する。

0065

したがって、図6に示される状況で、検査体500の異常501が撮像された領域で振幅が小さいことが確認できる。換言すれば、振幅変化を示した振幅画像データで、周囲と比べて暗くなっている領域がある場合に、当該領域で光同士の振幅の打ち消し合いが生じていると推測できるため、当該領域に対応する被検査体500の位置で異常501が生じていると判断できる。

0066

本実施形態の検査システム1は、図5の異常501のように傾きが急峻に変化しているものに限らず、緩やかに変化する異常も検出できる。図7は、第1の実施形態の時間相関カメラ110による、被検査体の異常の第2の検出例を示した図である。図7に示される例では、正常な場合は被検査体の表面が平面(換言すれば法線が平行)となるが、被検査体700に緩やかな勾配701が生じた状況とする。このような状況においては、勾配701上の法線ベクトル721、722、723も同様に緩やかに変化する。したがって、イメージセンサ220に入力する光711、712、713も少しずつずれていく。図7に示される例では、緩やかな勾配701のために光の振幅の打ち消し合いは生じないため、図5図6で表したような光の振幅はほとんど変化しない。しかしながら、本来照明装置120から投影された光が、そのままイメージセンサに平行に入るはずが、緩やかな勾配701のために、照明装置120から投影された光が平行の状態でイメージセンサに入らないために、光に位相変化が生じる。従って、光の位相変化について、周囲等との違いを検出することで、図7に示したような緩やかな勾配701による異常を検出できる。

0067

また、被検査体の表面形状(換言すれば、被検査体の法線ベクトルの分布)以外にも異常が生じる場合がある。図8は、第1の実施形態の時間相関カメラ110による、被検査体の異常の第3の検出例を示した図である。図8に示される例では、被検査体800に汚れ801が付着しているため、照明装置120から照射された光が吸収あるいは拡散反射し、時間相関カメラ110の、汚れ801を撮影している任意の画素領域では光がほとんど強度変化しない例を表している。換言すれば、汚れ801を撮影している任意の画素領域では、光強度は位相打ち消しを起こし振動成分がキャンセルされ、ほとんど直流的な明るさになる例を示している。

0068

このような場合、汚れ801を撮影している画素領域においては、光の振幅がほとんどないため、振幅画像データを表示した際に、周囲と比べて暗くなる領域が生じる。したがって、当該領域に対応する被検査体800の位置に、汚れ等の異常801があることを推定できる。

0069

このように、本実施形態では、時間相関画像データに基づいて、光の振幅の変化と、光の位相の変化と、を検出することで、被検査体に異常があることを推定できる。

0070

図1に戻り、PC100について説明する。PC100は、検出システム全体の制御を行う。PC100は、移動機構制御部101と、照明制御部102と、制御部103と、記憶部109と、を備える。記憶部109は、演算処理に用いられるデータや、演算処理結果等を記憶する。

0071

移動機構制御部101は、被検査体150の時間相関カメラ110による撮像対象となる表面を変更するために、移動機構140を制御する。移動機構140は、例えば、ロボットアームである。本実施形態では、PC100において、被検査体150の撮影対象となる表面を複数設定しておく。そして、時間相関カメラ110が被検査体150の撮影が終了する毎に、移動機構制御部101が、当該設定に従って、時間相関カメラ110が設定された表面を撮影できるように、移動機構140が被検査体150を移動させる。なお、本実施形態は撮影が終了する毎に移動機構140を移動させ、撮影が開始する前に停止させることを繰り返すことに制限するものではなく、継続的に移動機構140を駆動させてもよい。なお、移動機構140は、搬送部、移動部、把持部位置変更部、姿勢変更部等とも称されうる。

0072

照明制御部102は、被検査体150を検査するために照明装置120が照射する縞パターンを出力する。本実施形態の照明制御部102は、少なくとも3枚以上の縞パターンを、照明装置120に受け渡し、当該縞パターンを露光時間中に切り替えて表示するように照明装置120に指示する。

0073

図9は、照明制御部102が照明装置120に出力する縞パターンの例を示した図である。図9(B)に示す矩形波に従って、図9(A)に示す黒領域と白領域とが設定された縞パターンが出力されるように、照明制御部102が制御を行う。

0074

本実施形態で照射する縞パターン毎の縞の間隔は、検出対象となる異常(欠陥)の大きさに応じて設定されるものとしてここでは詳しい説明を省略する。

0075

また、縞パターンを出力するための矩形波の角周波数ωは、参照信号の角周波数ωと同じ値とする。

0076

図9に示されるように、照明制御部102が出力する縞パターンは、矩形波として示すことができるが、拡散部材を介することで、縞パターンの境界領域をぼかす、すなわち、縞パターンにおける明領域(縞の領域)と暗領域(間隔の領域)との境界での光の強度変化を緩やかにする(鈍らせる)ことで、正弦波に近似させることができる。図10は、拡散部材を介した後の縞パターンを表した波の形状の例を示した図である。図10に示されるように波の形状が、正弦波に近づくことで、計測精度を向上させることができる。また、縞に明度多段階に変化するグレー領域を追加したり、グラデーションを与えたりしてもよい。また、カラーの縞を含む縞パターンを用いてもよい。

0077

図1に戻り、制御部103は、振幅−位相画像生成部104と、異常検出処理部105と、を備え、時間相関カメラ110から入力された強度画像データと、時間相関画像データと、により、被検査体150の検査対象面の法線ベクトルの分布と対応した特徴であって、周囲との違いによって異常を検出する特徴を算出するための処理を行う。なお、本実施形態は、検査を行うために、複素数で示した時間相関画像データ(複素時間相関画像データと称す)の代わりに、複素数相関画像データの実部と虚部とで分けた2種類の時間相関画像データを、時間相関カメラ110から受け取る。制御部103は、演算処理部の一例である。

0078

振幅−位相画像生成部104は、時間相関カメラ110から入力された強度画像データと、時間相関画像データと、に基づいて、振幅画像データと、位相画像データと、を生成する。

0079

振幅画像データは、画素毎に入る光の振幅を表した画像データとする。位相画像データは、画素毎に入る光の位相を表した画像データとする。

0080

本実施形態は振幅画像データの算出手法を制限するものではないが、例えば、振幅−位相画像生成部104は、2種類の時間相関画像データの画素値C1(x,y)及びC2(x,y)から、式(8)を用いて、振幅画像データの各画素値F(x,y)を導き出せる。

0081

0082

そして、本実施形態では、振幅画像データの画素値(振幅)と、強度画像データの画素値と、に基づいて、異常が生じている領域があるか否かを判定できる。例えば、強度画像データの画素値(AT)を2で除算した値と、振幅画像データの振幅(打ち消し合いが生じない場合にはAT/2となる)と、がある程度一致する領域は異常が生じていないと推測できる。一方、一致していない領域については、振幅の打ち消しが生じていると推測できる。なお、具体的な手法については後述する。

0083

同様に、振幅−位相画像生成部104は、画素値C1(x,y)及びC2(x,y)から、式(9)を用いて、位相画像データの各画素値P(x,y)を導き出せる。

0084

0085

異常検出処理部105は、振幅−位相画像生成部104により生成された振幅画像データ、及び位相画像データにより、検査対称面の法線ベクトルの分布と対応した特徴であって、周囲との違いによって、被検査体150の異常に関連する特徴を検出する。本実施形態では、法線ベクトルの分布に対応した特徴として、複素時間相関画像の振幅の分布を用いた例について説明する。なお、複素時間相関画像の振幅の分布とは、複素時間相関画像の各画素の振幅の分布を示したデータであり、振幅画像データに相当する。

0086

次に、本実施形態の異常検出処理部105における振幅に基づく異常検出処理について説明する。図11は、本実施形態の異常検出処理部105における当該処理の手順を示すフローチャートである。

0087

まず、異常検出処理部105は、振幅画像データの各画素に格納された、光の振幅値(を表した画素値)から、当該画素を基準(例えば中心)として、N×N領域の平均振幅値を減算し(ステップS1101)、振幅の平均差分画像データを生成する。振幅の平均差分画像データは、振幅の勾配に対応する。なお、整数Nは実施の態様に応じて適切な値が設定されるものとする。

0088

次に、異常検出処理部105は、減算により生成された振幅の平均差分画像データに対して、予め定められた振幅の閾値を用いたマスク処理を行う(ステップS1102)。

0089

さらに、異常検出処理部105は、平均差分画像データのマスク領域内について画素毎に標準偏差を算出する(ステップS1103)。なお、本実施形態では、標準偏差に基づいた手法について説明するが、標準偏差を用いた場合に制限するものではなく、例えば平均値等を用いてもよい。

0090

そして、異常検出処理部105は、平均を引いた振幅画素値が−4.5σ(σ:標準偏差)より小さい値の画素を、異常(欠陥)がある領域として検出する(ステップS1104)。

0091

上述した処理手順により、各画素の振幅値(換言すれば、振幅の分布)から、被検査体の異常を検出できる。しかしながら、本実施形態は、複素時間相関画像の振幅の分布から異常を検出することに制限するものではない。検査対称面の法線ベクトルの分布と対応した特徴として、位相の分布の勾配を用いてもよい。そこで、次に位相の分布の勾配を用いた例について説明する。

0092

次に、本実施形態の異常検出処理部105における位相に基づく異常検出処理について説明する。図12は、本実施形態の異常検出処理部105における当該処理の手順を示すフローチャートである。

0093

まず、異常検出処理部105は、位相画像データの画素毎の光の位相値(を表した画素値)から、当該画素を基準(例えば中心)として、N×N領域の平均位相値を減算し(ステップS1201)、位相の平均差分画像データを生成する。位相の平均差分画像データは、位相の勾配に対応する。

0094

次に、異常検出処理部105は、減算により生成された位相の平均差分画像データの大きさ(絶対値)と、閾値とを比較し、平均差分画像データの大きさが閾値以上となる画素を、異常(欠陥)のある画素として検出する(ステップS1202)。

0095

このS1202の検出結果により、異常検出処理部105は、平均差分画像データの正負、すなわち、画素の位相値と平均位相値との大小関係によって、凹凸を判別することができる(ステップS1203)。画素の位相値と平均位相値とのどちらが大きい場合に凸となるかは、各部の設定によって変化するが、大小関係が異なると、凹凸が異なる。

0096

なお、他の手法によって得られた位相の分布の勾配から、異常を検出することができる。例えば、異常検出処理部105は、別の手法として、正規化された時間相関画像データのN×Nの領域の平均ベクトルと、正規化された各画素のベクトルとの差の大きさが、閾値よりも大きい場合に、異常(欠陥)がある画素として検出することができる。また、位相の分布の勾配に限られず、位相の分布に対応する情報に基づいて被検査体の異常を検出すればよい。

0097

次に、本実施形態の異常検出処理部105における振幅および強度に基づく異常検出処理について説明する。図13は、本実施形態の異常検出処理部105における当該処理の手順を示すフローチャートである。

0098

まず、異常検出処理部105は、時間相関画像データと強度画像データとから、各画素について、次の式(100)を用いて、振幅(を表す画素値)C(x,y)(式(7)参照)と強度(を表す画素値)G(x,y)(式(6)参照)との比R(x,y)を算出する(ステップS1301)。

0099

R(x,y)=C(x,y)/G(x,y)……(100)

0100

次に、異常検出処理部105は、比R(x,y)と閾値とを比較し、比R(x,y)の値が対応する閾値以下となる画素を、異常(欠陥)のある画素として検出する(ステップS1302)。また、異常検出処理部105は、比R(x,y)と閾値とを比較し、比R(x,y)の値が対応する別の閾値以上となる画素を、ムラ(汚れ等)のある画素として検出する(ステップS1303)。法線ベクトルの分布の異常により、振幅の打ち消し合い(減殺)が顕著となった場合には、強度に比べて振幅がより大きく下がる。一方、法線ベクトルの分布にはそれほどの異常は無いものの被検査体150の表面の汚れ等によって光の吸収が顕著となった場合には、振幅に比べて強度がより大きく下がる。よって、異常検出処理部105は、ステップS1302およびステップS1303による異常種別の検出が可能となる。

0101

次に、本実施形態の検査システムにおける被検査体の検査処理について説明する。図14は、本実施形態の検査システムにおける上述した処理の手順を示すフローチャートである。なお、被検査体150は、すでに移動機構140に固定された状態で、検査の初期位置に配置されているものとする。

0102

本実施形態のPC100が、照明装置120に対して、被検査体を検査するための縞パターンを出力する(ステップS1401)。

0103

照明装置120は、PC100から入力された縞パターンを格納する(ステップS1421)。そして、照明装置120は、格納された縞パターンを、時間遷移に従って変化するように表示する(ステップS1422)。なお、照明装置120が表示を開始する条件は、縞パターンが格納された際に制限するものではなく、例えば検査者が照明装置120に対して開始操作を行った際でもよい。

0104

そして、PC100の制御部103が、時間相関カメラ110に対して、撮影の開始指示を送信する(ステップS1402)。

0105

次に、時間相関カメラ110が、送信されてきた撮影指示に従って、被検査体150を含む領域について撮像を開始する(ステップS1411)。次に、時間相関カメラ110の制御部240が、強度画像データと、時間相関画像データと、を生成する(ステップS1412)。そして、時間相関カメラ110の制御部240が、強度画像データと、時間相関画像データと、を、PC100に出力する(ステップS1413)。

0106

PC100の制御部103は、強度画像データと、時間相関画像データと、を受け取る(ステップS1403)。そして、振幅−位相画像生成部104は、受け取った強度画像データと時間相関画像データとから、振幅画像データと、位相画像データとを生成する(ステップS1404)。

0107

そして、異常検出処理部105が、振幅画像データと、位相画像データとに基づいて、被検査体の異常検出制御を行う(ステップS1405)。そして、異常検出処理部105は、異常検出結果を、PC100が備える(図示しない)表示装置に出力する(ステップS1406)。

0108

異常検出結果の出力例としては、強度画像データを表示するとともに、振幅画像データと位相画像データとに基づいて異常が検出された領域に対応する、強度画像データの領域を、検査者が異常を認識できるように装飾表示するなどが考えられる。また、視覚に基づく出力に制限するものではなく、音声等で異常が検出されたことを出力してもよい。

0109

制御部103は、当該被検査体の検査が終了したか否かを判定する(ステップS1407)。検査が終了していないと判定した場合(ステップS1407:No)、移動機構制御部101が、予め定められた設定に従って、次の検査対象となる被検査体の表面が、時間相関カメラ110で撮影できるように、アーム移動制御を行う(ステップS1408)。アームの移動制御が終了した後、制御部103が、再び時間相関カメラ110に対して、撮影の開始指示を送信する(ステップS1402)。

0110

一方、制御部103は、当該被検査体の検査が終了したと判定した場合(ステップS1407:Yes)、終了指示を時間相関カメラ110に対して出力し(ステップS1409)、処理を終了する。

0111

そして、時間相関カメラ110は、終了指示を受け付けたか否かを判定する(ステップS1414)。終了指示を受け付けていない場合(ステップS1414:No)、再びステップS1411から処理を行う。一方、終了指示を受け付けた場合(ステップS1414:Yes)、処理を終了する。

0112

なお、照明装置120の終了処理は、検査者が行ってもよいし、他の構成からの指示に従って終了してもよい。

0113

また、本実施形態では、時間相関カメラ110を用いて生成された強度画像データと、時間相関画像データと、を生成する例について説明した。しかしながら、強度画像データと、時間相関画像データと、を生成するために時間相関カメラ110を用いることに制限するものではなく、アナログ的な処理で実現可能な時間相関カメラや、それと等価な動作をする撮像システムを用いてもよい。例えば、通常のデジタルスチルカメラが生成した画像データを出力し、情報処理装置が、デジタルスチルカメラが生成した画像データを、フレーム画像データとして用いて参照信号を重畳することで、時間相関画像データを生成してもよいし、イメージセンサ内で光強度信号に参照信号を重畳するようなデジタルカメラを用いて、時間相関画像データを生成してもよい。

0114

(変形例1)
本実施形態では、周囲との違いに基づいて、異常に関連する特徴を検出する例について説明したが、周囲との違いに基づいて当該特徴を検出することに制限するものではなく、参照形状のデータ(参照データ、例えば、時間相関データや、振幅画像データ、位相画像データ等)との差異に基づいて当該特徴を検出してもよい。この場合、参照データの場合とで、空間位相変調照明(縞パターン)の位置合わせおよび同期が必要となる。

0115

本変形例では、異常検出処理部105が、予め記憶部109に記憶された、参照表面から得られた振幅画像データ及び位相画像データと、被検査体150の振幅画像データ及び位相画像データと、を比較し、被検査体150の表面と参照表面との間で、光の振幅及び光の位相とのうちいずれか一つ以上について所定の基準以上の違いがあるか否かを判定する。

0116

本変形例は、第1の実施形態と同じ構成の検査システムを用い、参照表面として正常な被検査体の表面を用いる例とする。

0117

照明装置120が縞パターンを照射している間に、時間相関カメラ110が、正常な被検査体の表面を撮像し、時間相関画像データを生成する。そして、PC100が、時間相関カメラ110で生成された時間相関画像データを入力し、振幅画像データ及び位相画像データを生成し、PC100の記憶部109に振幅画像データ及び位相画像データを記憶させておく。そして、時間相関カメラ110が、異常が生じているか否か判定したい被検査体を撮像し、時間相関画像データを生成する。そして、PC100が、時間相関画像データから、振幅画像データ及び位相画像データを生成した後、記憶部109に記憶されていた、正常な被検査体の振幅画像データ及び位相画像データと比較する。その際に、正常な被検査体の振幅画像データ及び位相画像データと、検査対象の被検査体の振幅画像データ及び位相画像データと、の比較結果を、異常を検出する特徴を示したデータとして出力する。そして、異常を検出する特徴が、当該所定の基準以上の場合に、被検査体150に対して異常があると推測できる。

0118

これにより、本変形例では、正常な被検査体の表面と差異が生じているか否か、換言すれば、被検査体の表面に異常が生じているか否かを判定できる。なお、振幅画像データ及び位相画像データの比較手法は、どのような手法を用いてもよいので、説明を省略する。

0119

さらに、本変形例では参照表面との違いに基づいて、異常を検出する特徴を示したデータを出力する例について説明したが、参照表面との違いと、第1の実施形態で示した周囲との違いと、を組み合わせて、異常を検出する特徴を算出してもよい。組み合わせる手法は、どのような手法を用いてもよいので、説明を省略する。

0120

(変形例2)
第1の実施形態では、x方向に縞パターンを動かして、被検査体の異常(欠陥)を検出する例について説明した。しかしながら、x方向に垂直なy方向で急峻に法線の分布が変化する異常(欠陥)が被検査体に生じている場合、x方向に縞パターンを動かすよりも、y方向に縞パターンを動かす方が欠陥の検出が容易になる場合がある。そこで、変形例では、x方向に移動する縞パターンと、y方向に移動する縞パターンとを、交互に切り替える例について説明する。

0121

本変形例の照明制御部102は、所定の時間間隔毎に、照明装置120に出力する縞パターンを切り替える。これにより、照明装置120は、一つの検査対象面に対して、異なる方向に延びた複数の縞パターンを出力する。

0122

図15は、本変形例の照明制御部102が出力する縞パターンの切り替え例を示した図である。図15の(A)では、照明制御部102は、照明装置120が表示する縞パターンをx方向に遷移させる。その後、(B)に示されるように、照明制御部102は、照明装置120が表示する縞パターンをy方向に遷移させる。

0123

そして、PC100の制御部103は、図15の(A)の縞パターン照射から得られた時間相関画像データに基づいて、異常検出を行い、図15の(B)の縞パターン照射から得られた時間相関画像データに基づいて、異常検出を行う。

0124

図16は、本変形例の照明制御部102が、異常(欠陥)1601を含めた表面に縞パターンを照射した例を示した図である。図16に示す例では、異常(欠陥)1601が、x方向に延びている。この場合、照明制御部102は、x方向に交差するy方向、換言すれば異常(欠陥)1601の長手方向に交差する方向に縞パターンが移動するように設定する。当該設定により、検出精度を向上させることができる。

0125

図17は、y方向、換言すれば欠陥1701の長手方向に直交する方向に縞パターンを変化させた場合における、異常(欠陥)1701と照明装置120上の縞パターンの関係を示した図である。図17に示されるように、y方向に幅が狭く、且つ当該y方向に交差するx方向を長手方向とする異常(欠陥)1701が生じている場合、照明装置120から照射された光は、x方向に交差するy方向で光の振幅の打ち消しが大きくなる。このため、PC100では、y方向に移動させた縞パターンに対応する振幅画像データから、当該異常(欠陥)を検出できる。

0126

本変形例の検査システムにおいて、被検査体に生じる欠陥の長手方向がランダムな場合には、複数方向(例えば、x方向、及び当該x方向に交差するy方向等)で縞パターンを表示することで、欠陥の形状を問わずに当該欠陥の検出が可能となり、異常(欠陥)の検出精度を向上させることができる。また、異常の形状に合わせた縞パターンを投影することで、異常の検出精度を向上させることができる。

0127

(変形例3)
また、上述した変形例2は、x方向の異常検出と、y方向の異常検出と、を行う際に、縞パターンを切り替える手法に制限するものでない。そこで、変形例3では、照明制御部102が照明装置120に出力する縞パターンをx方向及びy方向同時に動かす例について説明する。

0128

図18は、本変形例の照明制御部102が照明装置120に出力する縞パターンの例を示した図である。図18に示される例では、照明制御部102が縞パターンを、方向1801に移動させる。

0129

図18に示される縞パターンは、x方向では1周期1802の縞パターンを含み、y方向では一周期1803の縞パターンを含んでいる。つまり、図18に示される縞パターンは、幅が異なる交差する方向に延びた複数の縞を有している。なお、x方向の縞パターンの幅と、y方向の縞パターンの幅と、を異ならせる必要がある。これにより、x方向に対応する時間相関画像データと、y方向に対応する時間相関画像データと、を生成する際に、対応する参照信号を異ならせることができる。なお、縞パターンによる光の強度の変化の周期(周波数)が変化すればよいので、縞の幅を変化させるのに代えて、縞パターン(縞)の移動速度を変化させてもよい。

0130

そして、時間相関カメラ110が、x方向の縞パターンに対応する参照信号に基づいて、x方向の縞パターンに対応する時間相関画像データを生成し、y方向の縞パターンに対応する参照信号に基づいて、y方向の縞パターンに対応する時間相関画像データを生成する。その後、PC100の制御部103は、x方向の縞パターンに対応する時間相関画像データに基づいて、異常検出を行った後、y方向の縞パターンに対応する時間相関画像データに基づいて、異常検出を行う。これにより、本変形例では、欠陥の生じた方向を問わずに検出が可能となり、異常(欠陥)の検出精度を向上させることができる。

0131

フレキシブル面発光照明
照明装置120(フレキシブル照明装置)は、図1に示されるように、曲面状に変形可能な面状の照明部121と、照明部121を変形させるとともに当該変形した姿勢で保持する支持装置130と、を備えている。

0132

照明部121は、薄いフィルム状の形状を有したフレキシブルディスプレイであり、例えば、有機ELディスプレイ(organic electro-luminescent display)である。照明部121は、可撓性を有するとともに、所要弾性を有し、例えば、互いに離間された複数の把持点の3次元的な位置に応じて滑らかな湾曲形状(曲面形状)が得られるように構成されている。照明部121は、発光する照射面121a(正面、出力面)と、支持装置130に支持される裏面121bと、を有する。なお、照射面121aは、光を拡散して透過する拡散フィルム(拡散部材)で覆われてもよい。この場合、拡散フィルムは、少なくとも可撓性を有する。

0133

図19に例示されるように、支持装置130は、支持部材131と、変形機構132と、を備える。支持部材131は、例えば、板状や、棒状、枠状、格子状等の形状を有したリジッドな部材であり、複数の変形機構132を支持する。複数の変形機構132は、支持部材131に、例えば一定の間隔(等間隔)で配置されている。

0134

変形機構132は、可動部133と、可動支持部134と、を有する。可動支持部134は、支持部材131に固定され、可動部133を移動可能に支持する。可動支持部134は、アクチュエータの一例である。すなわち、可動支持部134は、例えば、モータや、運動変換機構(例えばギヤ機構)等を含むことができ、モータが含まれる場合は、モータのステータが支持部材131に固定され、モータのロータの回転が運動変換機構等を介して可動部133の線状の移動に変換される。なお、モータとしては種々のモータが採用されうる。アクチュエータとしての可動支持部134の動作は、駆動装置123によって制御される。駆動装置123によって制御されることにより、可動支持部134は、可動部133を動かすことができるとともに、所定の位置(制御された位置)で保持することができる。

0135

可動部133は、二つのアーム133a,133bと、これらアーム133a,133bを回動可能に連結する連結部133cと、を備えている。アーム133aは、支持部材131が延びる方向と交差する方向(例えば直交方向)に沿う姿勢で、配置されている。図19では、支持部材131が延びる方向は左右方向であり、支持部材131が延びる方向と交差する方向は上下方向である。各アーム133aは、可動支持部134に、当該アーム133aの長手方向に沿って移動可能に支持されている。複数のアーム133aは、互いに平行に配置されている。

0136

アーム133bは、アーム133aと照明部121との間に介在している。アーム133bの一方側の端部は連結部133cを介して可動部133aと連結されている。連結部133cは、アーム133bを、図19紙面と垂直な方向に沿う回転中心回りに相対的に回転可能に支持する。可動部133bの他方側の端部は連結部135を介して照明部121の支持部121cと接続されている。連結部135は、例えば、ボールジョイントとして構成され、種々の方向および角度で、可動部133bと支持部121cとを接続することができる。

0137

上述した構成では、可動支持部134または支持部材131に対する複数のアーム133aの位置を定めることにより、照明部121の形状(姿勢、位置)を定めることができる。照明部121の形状は、可動部133a、連結点133c,135の3次元的な配置、および照明部121の弾性に基づいて定まる。なお、少なくとも一つの連結部133c,135については、回転不能にすることができ、その場合、例えば、電磁アクチュエータを設けて、当該連結部133c,135における回転の可否、すなわち、回転のロックおよびロック解除を、電気的に切り替え可能に構成することができる。

0138

図1に示されるように、PC100の照明制御部102には、変形制御部102bが含まれている。この変形制御部102bが図19に示される駆動装置123を制御することにより、複数の可動支持部134が制御され、これにより、複数の可動部133aの位置が定まり、以て照明部121の形状が定まる。図1に示されるように、PC100には、記憶部109が含まれており、この記憶部109には、照明部121の所要の形状に対応した可動部133aの位置のデータが記憶されている。可動部133aの位置のデータは、計算、シミュレーション実験等に基づいて予め取得され、記憶されている。変形制御部102bは、例えば、制御部103から照明部121の形状を示す指令受け取り、当該指令に対応したデータを記憶部109から取得し、駆動装置123に向けて出力する。駆動装置123は、当該データを受け取り、照明部121が、当該データに対応した形状、すなわち制御部103の指令に対応した形状となるよう、可動支持部134を制御する。

0139

また、図1に示されるように、PC100の照明制御部102には、発光制御部102aが含まれている。この発光制御部102bが図19に示される駆動回路122を制御することにより、照明部121における発光パターン、すなわち、被検査体150の被検査面151への照射パターンが制御される。

0140

図20に示されるように、変形制御部102bによって制御された変形機構132は、照明部121を、被検査体150の被検査面151(検査対象面)の凹凸形状に略沿った曲面状に変形させることができる。図20の例では、被検査面151のうち曲率半径の大きい領域Ad1に対応する位置Pd1における照明部121の曲率半径を、曲率半径の小さい領域Ad2に対応する位置Pd2における照明部121の曲率半径よりも、大きくしている。すなわち、変形機構132は、照明部121を、被検査面151の部位のそれぞれに応じた相異なる形状に変形させることができる。このような設定により、被検査面151の位置による光の強度のばらつきが小さくなりやすい。

0141

また、上述した構成において、変形制御部102bは、照明部121の形状を変更させることができるとともに、発光制御部102aは、照明部121における発光パターンとしての縞パターンを変更させることができる。図21,22には、照明部121の形状と縞パターンの例が示されている。図21,22に示される照明部121には、四角形状の四辺に沿って、それぞれ5箇所ずつ、角部が共通であるため合計16箇所の、支持位置(P11,P12,P13,P14,P21,P31,P41,P15,P25,P35,P45,P52,P53,P54,P55)が設定されている。各支持位置に対応して、図19のような連結部135および変形機構132が設けられている。変形制御部102bによって制御された変形機構132は、可動部133の、図19,21,22の上下方向での位置を変化させることにより、照明部121を、例えば、図21,22のような形状に設定することができる。

0142

図21の例では、照明部121は、図中X方向には真っ直ぐに延び、図中Y方向には、図中下側に向けた凸状の曲面状に曲げられている。すなわち、照明部121は、X方向に沿った母線を有した曲面状に、屈曲されている。また、この形状において、発光制御部102aは、母線の延びる方向(X方向)に沿って延びるとともに、X方向と直交する方向に沿って移動する縞パターンを出力するよう、照明部121を制御する。すなわち、図21では、縞パターンの延びる方向Dgは、X方向と平行であり、縞パターンの移動する方向Dpは、X方向と直交している。

0143

また、図22の例では、照明部121は、図中Y方向には真っ直ぐに延び、図中X方向には図中下側に向けた凸状の曲面状に曲げられている。すなわち、照明部121は、Y方向に沿った母線を有した曲面状に、屈曲されている。また、この形状において、発光制御部102aは、母線の延びる方向(Y方向)に沿って延びるとともに、Y方向と直交する方向に沿って移動する縞パターンを出力するよう、照明部121を制御する。すなわち、図22では、縞パターンの延びる方向Dgは、Y方向と平行であり、縞パターンの移動する方向Dpは、Y方向と直交している。

0144

上記および図21,22から明らかとなるように、本実施形態によれば、変形機構132は、一つの照明部121を、一方向から見て母線の方向が互いに交差する(例えば直交する)相異なる曲面状に、変形させることができる。また、照明部121は、一方向から見て互いに直交する縞パターンを出力することができるとともに、曲面の母線に沿って延びて当該母線と交差する方向、例えば直交する方向に、空間的に移動する縞パターンを出力することができる。

0145

また、図23に示されるように、発光制御部102aは、時間相関カメラ110で取得された画像中では縞パターンの幅が略等幅となるよう、照明部121における縞パターンの幅を設定する。すなわち、照明部121は、時間相関カメラ110で取得された画像中の複数の縞パターンの幅の分散(標準偏差)が、照明部121の照射面121aにおける縞パターンの分散(標準偏差)以下となるよう、縞パターンを出力する。一つの被検査体150について、被検査面151が分割されて設定された複数の部位(領域)毎に検査が実行される場合にあっては、記憶部109には、当該部位毎に、当該部位の形状に対応した可動部133aの位置のデータが記憶されるとともに、照明部121の照射面121aの位置に応じた縞パターンの幅のデータが記憶されている。照明部121の照射面121aの位置に応じた縞パターンの幅は、計算、シミュレーション、実験等に基づいて予め取得され、記憶されている。

0146

以上、説明したように、本実施形態では、例えば、検査システム1は、曲面状に変形可能な面状の照明部121を備える。また、変形機構132は、照明部121を、被検査面151の凹凸形状に略沿った曲面状に変形させる。また、変形機構132は、照明部121を、複数の被検査面151の部位に応じてそれぞれ異なる形状に変形させる。また、変形機構132は、照明部121を、一方向から見て照明部121の変形の母線の方向が互いに異なる複数の曲面状に、変化させることができる。よって、被検査面151の位置や形状に応じて、照明部121の形状や、姿勢、位置等を設定することができるため、被検査面151の位置による光の強度のばらつきがより減りやすい。よって、例えば、より精度のよい検査が実行されうる。

0147

また、本実施形態では、照明部121は、当該照明部121の変形の母線に沿って延びて母線と交差する方向に空間的に移動する光の強度の縞パターンを出力する。よって、曲面状の照明部121において、縞パターン幅の場所による変化が抑制される。

0148

また、本実施形態では、照明部121は、相異なる方向に延びて空間的に移動する光の強度の縞パターンを切り替えて出力する。よって、一方向の縞パターンを用いた検査に比べて、異常の検出精度が向上しやすい。

0149

また、本実施形態では、時間相関カメラ110(撮像部)で取得された画像中の複数の縞パターンの幅の分散(標準偏差)が、照明部121の照射面121aにおける縞パターンの分散(標準偏差)以下となるよう、縞パターンを出力する。よって、より適切な縞パターンを用いた時間相関カメラ110による検査が可能となる。

0150

上述した実施形態のPC100で実行される検査プログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルCD−ROMフレキシブルディスクFD)、CD−R、DVD(Digital Versatile Disk)等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されて提供される。

0151

また、上述した実施形態のPC100で実行される検査プログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成してもよい。また、上述した実施形態のPC100で実行される検査プログラムおよび較正プログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成してもよい。

0152

本発明のいくつかの実施形態及び変形例を説明したが、これらの実施形態及び変形例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態及び変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。例えば、本発明の照明装置120は、時間相関カメラではない通常のカメラを有した検査システムにも適用することができる。また、照明部の支持位置は格子点状であってもよいし、照明部は、種々の形状や姿勢に変形しうる。また、照明部の曲げ方向(母線の方向)も上記実施形態には限定されない。

0153

1…検査システム、103…制御部(演算処理部)、110…時間相関カメラ(撮像部)、120…(フレキシブル)照明装置、121…照明部、132…変形機構、151…被検査面。

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