检查设备和方法

专利名称：检查设备和方法
技术领域：
本发明涉及一种进行用于执行检查对象的表面检查的处理 的检查设备及其方法。
背景技术：
传统上，存在如下检查设备该检查i殳备通过利用照明光 照射待 一全查的对象的表面并检测从该对象反射的光，来检测该
对象的表面形状。
通常，待检查对象的表面形状根据制造处理而不同。在要 检查多种类型的表面形状的情况下，必需^是供对应于表面形状 的多个检查设备。否则，需要在一个检查设备中包括多个检测 单元。
日本特开平06-222013号公报讨论了 一种包括三种照明单 元和两种成像单元的检查设备。日本特开平06-222013号公报中 讨论的这种检查设备通过在三种照明单元和两种成^(象单元之间 切换操作，来检测出现在待检查对象的表面上的三种表面形状， 即，划痕(scratch)、斑点(stain)和凸起(bulge)。
曰本特开平06-222013号公报中讨论的检查设备改变摄像 条件，获取多个图像，并进行表面检查，以检测多种表面形状。 因此，根据传统技术必需获取多个成像条件下的多个图像，这 使得表面检查处理复杂。

发明内容
本发明涉及一种使得能够通过拍摄单个图像来进行多种类 型的表面检查的检查设备。 根据本发明的一个方面，提供一种检查设备，包括拍摄
图像获取单元，用于获取通过拍摄检查对象所获取的拍摄图像；
获取单元，用于从所述拍摄图像中获取反射光相对于发射到所 述检查对象的照明光的入射角的强度分布不同的第一图像区域
和第二图像区域；以及图像处理单元，用于对所述第一图像区 域和所述第二图像区域分别进行用于不同表面检查的图像处理。
根据本发明的另一方面，提供一种检查设备，包括拍摄 图像获取单元，用于获取通过拍摄检查对象所获取的拍摄图像； 获取单元，用于基于所述拍摄图像的亮度分布，获取反射光相 对于发射到所述纟全查对象的照明光的入射角的强度分布不同的 第一图像区域和第二图像区域；以及图像处理单元，用于对所 述第 一 图像区域和所述第二图像区域分别进行用于进行不同表 面检查的图像处理。
根据本发明的又一方面，提供一种检查方法，包括获取 通过拍摄检查对象所获取的拍摄图像；从所述拍摄图像中获取 反射光相对于发射到所述检查对象的照明光的入射角的强度分 布不同的第一图像区域和第二图像区域；以及对所述第一图像 区域和所述第二图像区域分别进行用于不同表面检查的图像处 理。
根据本发明的又一方面，提供一种计算机可读存储介质， 用于存储使计算机进行包括如下步骤的方法的指令的程序获 取通过拍摄检查对象所获取的拍摄图像；从所述拍摄图像中获 取反射光相对于发射到所述检查对象的照明光的入射角的强度 分布不同的第 一 图像区域和第二图像区域；以及对所述第 一 图 像区域和所述第二图像区域分别进行用于不同表面检查的图像 处理。
通过以下参考附图对典型实施例的详细说明，本发明的其 它特征和方面将变得明显。


包含在说明书中并构成说明书的 一部分的附图示出本发明 的典型实施例、特征和方面，并且和说明书一起用于解释本发 明的原理。
图1中的(A)和(B)示出根据本发明第 一 典型实施例的外观
检查设备的配置。
图2示出由照明单元发射的照明光的角度和从检查对象表
面反射的光的角度之间的关系。
图3是示出根据本发明第 一 典型实施例的处理的流程图。 图4示出根据本发明第 一典型实施例的密度不均匀检查区
域(density nonuniformity inspection region)和缺陷部位检查区
域(defective site inspection region)。
图5A和图5B示出变角光度计(gonio-photometer)的配置。 图6示出由于微小的凹凸所产生的漫反射光与由于划痕或
附着灰尘所产生的漫反射光的比例。
图7示出检查对象的漫反射光曲线。
图8 A和图8B示出照明光相对于检查对象倾斜的状态。
图9示出坐标位置y和yz平面内的照明光的倾斜ii/yz之间的关系。
图IO是示出yz平面内的入射角H/yz相等的位置的图。
图11示出在ij/被设置为纵轴并且\|/ y j皮设置为横轴的情况
下，在0。 90。之间每15。绘制i)/xz的图。
图12A和图12B示出根据本发明第二典型实施例的外观检 查设备的配置。
图13是示出当以倾斜入射角\|/^=60°发射光时入射角Vi/yz相 等的曲线的图。
图14示出根据本发明第二典型实施例的密度不均匀检查区
域和缺陷部位4企查区域。
图15A和图15B示出根据本发明第二典型实施例的检查对 象相对于成像单元倾斜的状态。
图16示出根据本发明第二典型实施例的在检查对象相对于 成像单元倾斜的情况下的密度不均匀检查区域和缺陷部位检查 区域。
图17示出三种类型的漫反射光曲线。
图18示出根据本发明第三实施例的基于阈值①uu、 Oth2对拍 摄图像的划分。
具体实施例方式
以下将参考附图详细说明本发明的各典型实施例、特征和 方面。
第一典型实施例
图l(A)和图l(B)示出根据本发明第一典型实施例的外观检 查设备的配置。图l(A)示出外观检查设备的正视图，图1(B)示 出外观检查设备的侧视图。
检查对象101是要进行外观检查的物体。如图l(A)和l(B) 所示，本典型实施例中的4企查对象101包括圆柱形部分。
参考图1,将检查对象101的圆柱形部分的中心轴设置为x 轴，将相对于中心轴的水平半径方向设置为y轴，并将相对于中 心轴的垂直半径方向设置为z轴。
圆柱形检查对象的具体例子是充电辊。充电辊包括在复印 机等设备中，并用于将调色剂转印到复印纸上。充电辊表面上的划痕对在复印纸上形成的图像有不利的影响。因此，在进行 充电辊的表面检查时需要进行多种类型的检查，以确保高图像质量。
检查对象表面102是检查对象101上要一佥查的表面。 照明单元10 3利用照明光照射检查对象101 。通过利用照明 光照射检查对象1 01,可以清楚地检测到#r查对象表面10 2的状态。
安装在照明单元103上的点光源104发射照明光。灯泡、卣 素灯或球形频闪Xe管(spherical stroboscopic Xe tube)可以用作 点光源104。 5求形频闪Xe管适于表面检查。
安装在照明单元103上的透镜105会聚从点光源104发射的 照明光，并将所会聚的光转换成平行光。
成像单元10 6拍摄照明单元10 3所照射的纟企查对象表面10 2 的图像，并获取所拍摄的图像。成像单元106包括诸如电荷耦合 器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)的光电转换区域 传感器单元。成像单元106还包括在光电转换区域传感器的表面 上形成检查对象表面的图像的透镜。成像单元106还可以包括照 明单元103。
在本典型实施例中，成像单元106相对于4企查对象表面102 的摄像角是O。。即，将成像单元106的成像面的光轴设置为与检 查对象表面10 2垂直，从而降低成像单元10 6以某 一 角度拍摄图 像时发生的图像变形和对焦范围。结果，来自照明单元103镜的 照明光的镜面反射发生在成像单元106的成像面的垂直方向上。 然而，本典型实施例不限于在垂直方向上进行图像拍摄。
此外，根据本典型实施例，由于检查对象101包括具有曲率 的圆柱形部分，因此，希望使用景深大的成像单元106。如果要 拍摄图像而不模糊圆柱的边缘，则当圆柱的半径是r时，景深至
少需要为r/2。
控制单元107控制成像单元106的摄像操作和照明单元103 的照明操作，并对由成像单元106获取的拍摄图像进行图像处 理。控制单元107包括中央处理单元(CPU)、随机存取存储器 (RAM)、以及存储用于进行各处理的程序的只读存储器(ROM)。 控制单元107电连4妻到成像单元106和照明单元103。
存储在ROM中的控制单元107的程序包括用于控制成像 单元106的4聂像操作和照明单元103的照明才喿作的程序、以及用 于对由成像单元106拍摄的图像进行图像处理的程序。该外观检 查设备的部分上述配置可以使用通用个人计算机来代替。
图2示出由照明单元103发射的照明光的角度和从检查对象 表面102反射的光的角度之间的关系。与图1 (A)和1 (B)的坐标系 类似，将检查对象101的中心轴设置为x轴，将相对于该中心轴 的水平半径方向i殳置为y轴，并将相对于该中心轴的垂直半径方
向设置为z轴。
照明光201是由照明单元103发射的照明光。 反射光202是来自检查对象表面102的、照明光201的反射光。
M/xz是照明光201在xz平面内的角。 Vyz是照明光201在yz平面内的角。 e是反射光202在xz平面内的角。 ①是反射光202在xy平面内的角。
如上所述，在三维空间的情况下，照明光201的入射角和反 射光202的反射角均可分别用两个角来表示。然而，为了便于说 明，在下面的说明中，假定xz平面以外的平面内的倾斜为O,以 便将进行处理而不考虑xz平面以外的平面。将在后面说明考虑 xz平面以外的平面的情况。图3是示出将在下面说明的、根据本典型实施例的处理的流 程图。
在步骤301中，成像单元106拍摄检查对象表面102的图像， 控制单元107用作拍摄图像获取单元并获取所拍摄的图像。控制 单元10 7根据预先设置的图像拍摄参数，控制要拍摄的图像的数 量和拍摄的定时。将在下面说明用于拍摄单个拍摄图像并进行 表面纟企查的方法。
在步骤302中，控制单元107用作图像获取单元，从步骤301 中所获取的拍摄图像中获取检查区域。本典型实施例中的获取 处理从拍摄图像中获取用于多种类型的检查的适当区域。在本 典型实施例中，进行两种类型的检查。 一种类型的检查是用于 检测检查对象表面102上的微小凹凸(即，第一表面检查的第一 表面形状)的密度不均匀检查。另 一种类型的检查是缺陷部位检 查，其用于检测检查对象表面102上的划痕或灰尘附着(即，第 二表面检查的第二表面形状)等具有相对大的表面形状的缺陷。 然而，本发明不限于这两种类型的检查，本发明还可以应用于 三种或更多种类型的检查。
图4示出根据本发明第 一 典型实施例的密度不均匀检查区 域和缺陷部位检查区域。如上所述，在本典型实施例中，将检 查包括圆柱形部分的检查对象101 。由成^f象单元106获取的拍摄 图像变为诸如拍摄图像401的矩形区域。
参考图4,拍摄图像401中靠近y轴上的原点的区域是相对于 成像单元106的成〗象面大致垂直的区域。在靠近y轴上的原点的 该区域中，由照明单元103发射的照明光的由第 一表面形状所产 生的反射光比由第二表面形状所产生的反射光多的部分是由于 微小凹凸产生的漫反射光。由于在由微小凹凸产生的漫反射光 的亮度分布中仅存在镜面反射光以外的少量反射光，因此这种漫反射光接近镜面反射光。因此，由微小凹凸产生的漫反射光
的亮度分布在靠近y轴上的原点的该区域更突出。因此，获取靠 近y轴上的原点的该区域，作为密度不均匀检查区域402(即，第
一图像区域)。
漫反射光是与被照明的对象的表面形状相对应的反射光。 通常，随着表面形状变得更复杂，沿镜面反射方向以外的方向 扩散的光增加。
由于检查对象表面102是弯曲的，由微小凹凸产生的、接近 镜面反射光的漫反射光几乎不出现在远离y轴上的原点的拍摄 图像401的区域内。另一方面，由划痕和第二表面形状或附着的 灰尘产生的漫反射光比由第一表面形状产生的漫反射光多的部 分沿镜面反射方向以外的方向被反射。因此，在远离y轴上的原 点的区域内，由划痕或附着的灰尘产生的漫反射光的比例增加。
因此，在远离y轴上的原点的区域内，可以轻易地拔:耳又由于 划痕或灰尘附着导致的缺陷部位。因此，获取远离y轴上的原点 的区域，作为缺陷部位检查区域403(即，第二图像区域)。
在第一图像区域和第二图像区域中，反射光相对于照明光 的入射角的强度分布不同。结果，在各区域中可以进行不同的 表面4企查处理。
如上所述，可以使用诸如成像单元106的位置和检查对象表 面10 2的倾斜的相对位置，来从单个拍摄图像中获取密度不均匀 检查区域402和缺陷部位检查区域403。
实际上，为了获取密度不均匀检查区域402和缺陷部位检查 区域403,需要用于划分区域的阈值。在本典型实施例中，使用 检查对象101的圆柱的半径r和阈值①th来计算区域的范围。Oth 是照明光和反射光之间的角，当照明光垂直照射在检查对象表 面102上时，在①th处切换由微小凹凸产生的漫反射光与由划痕
或灰尘附着所产生的漫反射光的比例。在本典型实施例中，控 制单元107用作阈值获取单元，并获取阈值①th。
在本典型实施例中，基于经验规律，以y轴为基准将密度不 均匀检查区域402定义为-r'sin Oth/2 r'sin 0>化/2之间的区域。缺 陷部位冲全查区域403是密度不均匀检查区域402以外的区域。根 据诸如成像单元10 6的位置、照明单元10 3发射的照明光的入射 角以及检查对象101的形状的相对位置，可以适当地改变要获取 的区域的范围。控制单元107根据需要用作获取关于检查对象表 面102的信息的信息获取单元、以及获取照明单元103的位置的 位置获取单元。下面将说明用于获取用作阈值的①th的方法。
在步骤303中，控制单元107判断拍摄图像中的对象区域是 否是密度不均匀检查区域402,并使处理分叉。基于用户指令或 预先设置的参数来确定对象区域。如果整个拍摄图像是对象区 域，则并行执行密度不均匀检查和缺陷部位检查。由于在步骤 3 0 2中拍摄图像被划分为密度不均匀检查区域4 02和缺陷部位检 查区域403，因此，可以容易地判断对象区域是否是密度不均匀 检查区域402。如果对象区域是密度不均勻4企查区域402(步骤 303中的"是")，则处理进入步骤304。另一方面，如果对象区域 不是密度不均匀检查区域402(步骤303中的"否")，则处理进入 步骤S310。
在步骤304中，控制单元107对步骤303中设置的对象区域的 图^f象进^f亍遮光4交正(shading correction)。该遮光一交正是用于校正 由于成像单元106的特性所导致的亮度不均匀的处理。为了获取 图像，成像单元106中设置有多个成像元件，并且希望这些成像 元件的每一个的特性相似。然而，由于制造过程导致特性实际 上相互不同。遮光校正是用于通过事先获取成像元件特性的差 异，使用图像处理来校正成像元件特性的差异的处理。在执行 步骤304中的遮光校正之后，处理进入步骤305。
在步骤305中，控制单元107计算对象区域中的亮度改变量 的累计值。
在对象区域中存在大量微小凹凸的情况下，在拍摄图像中， 由于微小凹凸产生的亮度不均匀的量变大。在本典型实施例中， 计算亮度值的差以检测亮度不均匀的量。为对象区域内的每个 像素设置小区域，并计算小区域内的亮度的最小值和最大值之 间的差。然后，^"对对象区域内的所有像素计算小区域内的亮 度差，并对这些差值进行累计。如果所计算得到的累计值大于 预定值，则可以判断为对象区域内亮度不均匀的量大。在计算 亮度改变量的累计值之后，处理进入步骤306。
在步骤306中，控制单元107用作表面4佥查处理单元，并且 判断在步骤3 0 5中计算得到的亮度改变量的累计值是否大于预 定值Lthl 。如果亮度改变量的累计值大于Lthl(步骤306中的 "是")，则处理进入步骤308。如果亮度改变量的累计值不大于 LthK步骤306中的"否")，则处理进入步骤307。通过将以下两个 样本的亮度改变量的累计值进行比较，可以近似地获得预定值 Lthl:存在大量孩i小凹凸的样本和不存在蕃i小凹凸的冲,本。
在步骤307中，控制单元107判断为无异常，处理进入步骤
309。
在步骤308中，控制单元107判断为存在异常，处理进入步 骤309。
在步骤309中，控制单元107根据步骤307或步骤308的判断 结果，输出判断结果。控制单元107在监视器等图像显示单元上 显示表示存在异常或无异常的消息。
在步骤S310中，控制单元107用作平滑化单元，并对拍摄 图像的对象区域进行平滑化处理。平滑化处理是如下处理针 对每个像素计算周围像素值的平均值，并将每个像素的像素值 转换为该平均值。作为执行平滑化处理的结果，減少了较小的 亮度不均匀，并且4全测缺陷部位检查区域403中的划痕或灰尘附 着等相对较大的缺陷变得容易。在执行平滑化处理之后，处理
进入步骤S311。
在步骤S311中，控制单元107对拍摄图像的对象区域进行 遮光校正。步骤S311中执行的遮光校正处理与步骤304中执行 的处理类似，将省略进一步的说明。
在步骤S312中，控制单元107用作表面检查单元。控制单 元10 7判断以下两种区域的亮度值之间的比是否大于或等于预 定值Lth2:存在划痕或灰尘附着的区域和不存在划痕或灰尘附着 的区域。
由于存在各种图像处理方法来分离存在划痕或灰尘附着的 区域和不存在划痕或灰尘附着的区域，因此，将省略说明。本
典型实施例中的预定值Lth2可以通过将以下两个样本的亮度值
进行比较来近似地获得存在划痕或灰尘附着的样本和不存在 划痕或灰尘附着的样本。如果亮度值的比大于预定值L t h 2 (步骤 S312中的"是")，则处理进入步骤308。另一方面，如果亮度值 的比不大于预定值Lth2(步骤S312中的"否，，)，则处理进入步骤 307。
如果在传统技术中要同时进行多种类型的表面检查，则需 要具有不同照明角的多个照明光或具有不同视角的多个成像单 元。然而，根据本典型实施例，通过进行上述处理，使用通过 单个成像单元和单个照明单元所获取的拍摄图像，可以进行多 种类型的表面检查。由于本典型实施例仅需要单个成像单元和 单个照明单元，因此，可以简化外观检查设备的配置，并且可 以降低外观检查设备的制造成本。
在本典型实施例中，进行使用单个拍摄图像的表面检查。 然而，例如，可以-使用使检查对象101绕圆^主形部分的中心轴旋 转的驱动单元，以每隔预定角度获取多个拍摄图像，来进行表 面检查。通过使用每隔预定角度获取的多个拍摄图像进行表面 检查，可以对才企查对象表面102的整个表面进4f密度不均匀检查 和缺陷部位检查。在这种情况下，由于一次图像拍摄可以检测 的范围由阈值Oth限制，因此，拍摄图像时的旋转角的间距需要 小于①th。
如上所述，即使在获取多个拍摄图像的情况下，外观检查 设备也仅需要单个成Y象单元和单个照明单元。因此，可以降低 外观检查设备的制造成本。
此外，在本典型实施例中，表面检查对象是包括微小凹凸 和诸如划痕或灰尘附着的缺陷的缺陷表面形状。然而，镜面反 射光的比例根据构成检查对象表面的材料或根据照射检查对象 表面的照明光的透射率而改变。因此，本典型实施例中所述的 方法可以应用于各种表面纟全查。
此外，在本典型实施例中，在分离密度不均匀检查区域和 缺陷部位检查区域时，使用阈值①th以及成j象单元和检查对象的 相对位置。然而，如果事先已知相对位置，则可以将拍摄图像 中亮度值较大的区域确定为密度不均匀检查区域，将拍摄图像 中亮度值较小的区域确定为缺陷部位检查区域。图像由此可划 分为两个区i或。
下面将说明用于获取步骤302中使用的阈值①th的方法。
图5A和5B示出本典型实施例中用于获得阈值①th的变角光
度计的配置。图5A示出xz平面内的变角光度计，图5B示出xy
平面内的变角光度计。
设置在变角光度计内的点光源501发射照明光。
会聚透镜5 0 2是会聚由点光源5 0 1发射的照明光的凸透镜。
准直器5 0 3将由会聚透镜5 02会聚的照明光转换成平行光。 准直器透镜504是设置在准直器503内的凸透镜。 缝5 0 5是在准直器透镜5 0 4的焦点位置处形成的沟槽。点光 源501发射的照明光通过缝505进入准直器503。进入准直器503 的照明光通过准直器透镜504发射到外部，从而将照明光基本上 转换为平行光。转换后的照明光落在检查对象表面102上，并从 检查对象表面102反射。
光接收单元506接收来自检查对象表面102的反射光。 光接收透镜507是设置在光接收单元506内的、会聚反射光 的凸透镜。
在光接收透镜507的焦点位置处形成缝508,该缝508进行与 缝505相反的功能。
设置在光接收单元5 0 6上的光电转换元件5 0 9根据通过缝 508接收的反射光的强度来生成电流。因此，通过光电转换元件 509所生成的电流，可以测量反射光的强度。
通过驱动单元(未示出)驱动准直器503和光接收单元506, 相对角Vxz、 e和①可以改变为各种角。在图5A和5B中，Vxz用作 准直器的相对角。然而，也可以使用M/yz。
使用驱动单元改变相对角\|/xz、 e和o,并测量反射光的强 度分布。因此，可以估计角①th,在该角①th处，切换由于《敛小 凹凸产生的漫反射光和由于划痕或灰尘附着产生的漫反射光的 比例。
例如，可以通过使用变角光度计并获取来自仅存在划痕或 灰尘附着的样本的各个角度的漫反射光的亮度，来估计①th。然 后，使用变角光度计来获取来自仅存在微小凹凸的样本的各个 角度的漫反射光的亮度。作为上述处理的结果，可以获取由划
痕或灰尘附着产生的漫反射光的分布、以及由微小凹凸产生的 漫反射光的分布。然后，将所获取的漫反射光的分布叠加，从 而可以获得切换比例的点。从而可以估计角(Dth 。
图6是示出由微小凹凸产生的漫反射光与由划痕或灰尘附 着产生的漫反射光的比例的示意图。图6示出通过使大致平行的 光以预定的入射角1j/xz落在表面上并改变0时，漫反射光的测量 结果。由于照相机透镜的光轴被设置为相对于检查对象表面102
垂直，e=o°。因此，本典型实施例中测量的漫反射光曲线表示 横向散射光的角度特性。可以类似地获得大致平行的光以入射 角i!^落在待检查表面上并改变e时的测量结果。
漫反射光曲线601是表示当沿垂直于检查对象表面102的方
向照射照明光时由微小凹凸产生的漫反射光的曲线。漫反射光 曲线是表示当从预定的方向入射光时漫反射光的亮度强度根据 照射角的改变的曲线。通常，反射光的漫反射光曲线根据检查
对象表面102的表面形状和表面构件而改变。
漫反射光曲线602是表示当沿垂直于检查对象表面102的方 向照射照明光时由划痕或灰尘附着产生的漫反射光的曲线。
如图6中的漫反射光曲线601所示，由^f敖小凹凸产生的漫反 射光与沿垂直方向以最大亮度反射的镜面反射光类似。然而， 在外围部分，沿垂直方向的漫反射光的亮度较小。因此，漫反 射光曲线601可以看作镜面反射光的比例大的反射光。另 一 方 面，如图6中的漫反射光曲线602所示，由划痕或灰尘附着产生 的漫反射光沿几乎全部方向从检查对象表面102扩散。因此，漫 反射光曲线602可以看作镜面反射光的比例小的反射光。
图6示出在垂直于检查对象表面102的方向上的倾斜角超 过①th之后，漫反射光曲线602的比例变得大于漫反射光曲线601 的比例。如果从图6中的方向A观察检查对象表面102,则容易
观察到微小凹凸。然而，从方向A难以观察到划痕或灰尘附着。
另 一方面，如果,人图6中的方向B或B，观察才全查对象表面102,
则容易观察到划痕或灰尘附着，而难以观察到微小凹凸。
图7示出在4全查对象表面102上的各位置处的漫反射光曲 线。参考图7，漫反射光601与漫反射光602的比在检查对象表面 102相对于垂直方向的倾斜角达到Oth的位置处改变。因此，如 果在检查对象表面102相对于垂直方向的倾斜角达到①th的位置 处划分密度不均匀检查区域402和缺陷部位才全查区域403,则能 够进行适当的表面检查。
如上所述，在本典型实施例中，密度不均匀检查区域402 被确定为从y轴上的原点到-r*sin Oth / 2和r'sin <Dth / 2的区域。然 而，根据检查对象表面102的曲率，密度不均匀4全查区域402也 可以设置在成像单元106和来自检查对象表面102的反射光之间 的相对角达到①th的位置处。
下面将说明xz平面以外的平面内的处理。
图8A示出在xz平面内照明光沿垂直于4全查对象101的方向 以角XKxz倾斜的状态。图8B示出在yz平面内照明光沿垂直于检查
对象101的方向以角Vj/yz倾斜的状态。
图9示出y和vj/yz之间的关系。例如，当乂=0, M/yz=0°。当y二r/3 时，\i/yZ=19.5。，以及当y二2r/3时，\j/yz=41,8。。
可以通过下面的等式(l)来说明y和ij/yz之间的关系。 \|/yz = sin-1 (y/r) (1)
图IO是示出根据等式(l)在yz平面内入射角Vyz相等的位置 的图。在该图中，通过半径r标准化y方向入射位置，通过圆柱 形检查构件的长度L标准化x方向入射位置。
将参考图8A和8B说明相对于检查对象101的入射角v。将丛 平面内的光的入射角称为yxz,将yz平面内的光的入射角称为Vyz。此外，将入射光的入射方向矢量称为t，将设置在入射光
的入射表面上的法线矢量称为n。
然后，可以通过以下的等式(2)说明入射方向矢量t。 t = (Sin\|/xz， 0, COSVxz) (2)
另一方面，可以通过下面的等式(3)说明法线矢量n。 n = (0, sin\}/yZ， cos\|/yZ) (3)
由于入射角i)/是入射方向矢量t与法线矢量n之间的角，因此 可以作为t和n的内积(inner product)来获得该入射角\|/。因此，
可以通过下面的等式(4)和(5)来表示入射角\]/。 cosy = t. n /(|t| . |n|) = cos\|/xz. cos\)/yZ (4)
\(/= COS-1(COS\j/xz . COSlj/yz) (5)
图ll示出如下的曲线图通过将VK设置为纵轴，将VI/yz设置
为横轴，从0。到90。每隔15。绘制x]/xz。
当v^fO。时，\|/与vj/yz之间的差为0。该差随着i[/xz增大而增大， 当1|/^=90。时，该差最大。通过使用图ll中示出的曲线图，可以 轻易地获得\(/,从而可以进行考虑xz平面以外的平面的处理。
第二典型实施例
图12A和12B示出根据本发明第二典型实施例的外观检查 设备的配置。该外观检查设备的配置与第 一典型实施例相似。 第一和第二典型实施例的检查对象不同。
检查对象1201包括球面部分。球面形状的具体例子是凸透镜。
检查对象表面1202是凸透镜形状的检查对象1201的表面。 中心线1203贯穿4全查对象1201的中心。
在大致平行的光照射在包括球面部分的冲全查对象1201上的 情况下，入射角v(/yz根据x方向入射位置和y方向入射位置而改变。
图13是示出当光以入射角1|^=60°倾斜入射时入射角\|/"相 等的曲线的曲线图。与第一典型实施例类似，通过使用图13所 示的曲线图，可以扭J亍考虑xz平面以外的平面的处理。
用于将拍摄图像区域划分成密度不均匀检查区域402和缺 陷部位检查区域403的处理与第 一典型实施例中参考图3的处理 类似。因此，将省略说明。
在第一典型实施例中，通过驱动单元旋转检查对象IOI,以 对检查对象表面102的整个表面进行检查。同样在本典型实施例 中，移动检查对象1201,以检查检查对象表面1202的整个表面。
图14示出本典型实施例中的密度不均匀才佥查区域402和缺 陷部位4全查区域403。
如上所述，拍摄图像中划分的区域根据成像单元106的位 置、检查对象表面1202的倾斜以及照明光的入射角而变化。在 本典型实施例中，检查对象表面1202是凸形的，并且如图14所 示，密度不均匀检查区域402的面积比第 一典型实施例中的密度 不均匀检查区域402的面积小。因此，为了4t查才全查对象表面 1202的整个表面，4全查对象1201的位移需要比第一典型实施例 中的检查对象的位移大。
在本典型实施例中，需要驱动单元(未示出)来进行诸如相 对于成像单元106倾斜检查对象1201的处理。
图15A和15B示出检查对象1201相对于成^f象单元106倾斜的 状态。拍摄图像401中的密度不均匀检查区域402根据倾斜角ri 而改变。
图16示出在4佥查对象1201相对于成^象单元106倾斜的情况 下的密度不均匀4全查区域402和缺陷部位检查区域403 。参考图 16,通过倾斜检查对象1201,密度不均匀检查区域402位于与图14所示的位置不同的位置。然而，如果仅倾斜检查对象1201，
则密度不均匀检查区域402仅沿图16中的垂直方向移动。
因此，除了倾斜检查对象1201以外，驱动单元(未示出)还
使检查对象1201绕图15所示的c轴旋转，从而每隔预定角度获取
拍摄图像。结果，可以对检查对象表面1202的整个表面进行表
面才全查。
第三典型实施例
在第一和第二典型实施例中，拍摄图像401被划分为两种类 型的区域，即，密度不均匀检查区域402和缺陷部位检查区域 403。在本典型实施例中，拍摄图像401被划分为三种或更多种 类型的区域。
图17示出使用图5所示的变角光度计所获得的三种类型的 漫反射光曲线。
漫反射光曲线1701、 1702和1703是均由纟全查对象表面102 的不同结构所产生的曲线。根据漫反射光曲线1701、 1702和1703 的交叉点，可以获得用于将拍摄图像401划分成适当的检查区域
的阈值①t^和①th2。
图18示出基于阈值(DtM和①th2对拍摄图像的划分。与第一典
型实施例类似，#^居经验规律设置基于阈值①tm和CDth2的区域。
第一#:查区域1801是相对于y轴在—r.sin Othl/2和r'sin ①th"2之间的区域。
第二检查区域1802是相对于y轴在—r'sin①t^/2和-r'sin ①th2/2之间以及在r'sin <Dthl/2,wsin €^2/2之间的区域。
第三检查区域1803是第 一检查区域1801和第二检查区域 1802以外的区域。
根据成像单元106的位置、照明光的入射角以及检查对象表 面102的倾斜，可以改变第一检查区域1801、第二才全查区域1802 以及第三检查区域1803的范围。
因此，通过基于上述阈值，改变第一典型实施例中的图3 所示的步骤3 0 2和3 0 3中进行的处理，能够进行三种或更多种类 型的表面检查。
尽管已经参考典型实施例说明了本发明，但是应当理解， 本发明不限于所公开的典型实施例。所附权利要求书的范围符 合最宽的解释，以涵盖所有的修改、等同结构和功能。
权利要求
1.一种检查设备，包括拍摄图像获取单元，用于获取通过拍摄检查对象所获取的拍摄图像；获取单元，用于从所述拍摄图像中获取反射光相对于发射到所述检查对象的照明光的入射角的强度分布不同的第一图像区域和第二图像区域；以及图像处理单元，用于对所述第一图像区域和所述第二图像区域分别进行用于不同表面检查的图像处理。
2. 根据权利要求l所述的检查设备，其特征在于，所述图 像处理单元对所述第一图像区域进行用于进行第一表面检查的 图像处理，并对所述第二图像区域进行用于进行第二表面检查 的图像处理。
3. 根据权利要求l所述的检查设备，其特征在于，还包括 传感器单元，用于拍摄所述检查对象；以及 照明单元，用于照明所述4全查对象，其中，所述获取单元基于所述检查对象的形状、所述照明 单元和所述传感器单元的相对位置，从所述拍摄图像中获取所 述第 一 图像区域和所述第二图像区域。
4. 根据权利要求l所述的检查设备，其特征在于，还包括 阈值获取单元，所述阈值获取单元用于当沿垂直于检查对象表 面的方向照射照明光时，获取由所述检查对象的第 一表面形状 产生的反射光的亮度与由所述检查对象的第二表面形状产生的 反射光的亮度的比例发生改变时的角度作为阈值，其中，所述获取单元基于所述阈值，从所述拍摄图像中获 取所述第 一 图像区域和所述第二图像区域。
5. 根据权利要求4所述的检查设备，其特征在于，所述第 一图像区域是包括由所述第一表面形状产生的反射光比由所述第二表面形状产生的反射光多的部分的区域，所述第二图像区 域是包括由所述第二表面形状产生的反射光比由所述第一表面 形状产生的反射光多的部分的区域。
6. 根据权利要求5所述的检查设备，其特征在于，所述第 一表面形状是所述检查对象的表面的密度不均匀区域，以及其中，所述第二表面形状是所述检查对象的表面形状的缺陷。
7. 根据权利要求l所述的检查设备，其特征在于，所述检 查对象包括圆柱形部分，以及所述检查设备还包括用于使所述检查对象绕所述圆柱形部 分的中心轴旋转的驱动单元，其中，每当所述驱动单元使所述检查对象旋转预定角度时， 所述拍摄图像获取单元获取所述拍摄图像。
8. 根据权利要求l所述的检查设备，其特征在于，所述检 查对象包括球面部分，以及所述检查设备还包括用于使所述检查对象倾斜的驱动单元，其中，每当所述驱动单元使所述检查对象倾斜预定角度时， 所述拍摄图像获取单元获取所述拍摄图像。
9. 一种检查设备，包括拍摄图像获取单元，用于获取通过拍摄检查对象所获取的 拍摄图像；获取单元，用于基于所述拍摄图像的亮度分布，获取反射 光相对于发射到所述检查对象的照明光的入射角的强度分布不 同的第一图像区域和第二图像区域；以及图像处理单元，用于对所述第一图像区域和所述第二图像 区域分别进行用于进行不同表面检查的图像处理。
10. —种检查方法，包括 获取通过拍摄检查对象所获取的拍摄图像；从所述拍摄图像中获取反射光相对于发射到所述检查对象 的照明光的入射角的强度分布不同的第一图像区域和第二图像 区域；以及对所述第 一 图像区域和所述第二图像区域分别进行用于不 同表面检查的图像处理。
11. 一种计算机可读存储介质，用于存储使计算机进行包 括如下步骤的方法的指令的程序获取通过拍摄检查对象所获取的拍摄图像；从所述拍摄图像中获取反射光相对于发射到所述检查对象的照明光的入射角的强度分布不同的第一图像区域和第二图像区域；以及对所述第 一 图像区域和所述第二图像区域分别进行用于不 同表面检查的图像处理。
全文摘要
本发明涉及一种检查设备和方法。所述检查设备包括拍摄图像获取单元，用于获取通过拍摄检查对象所获取的拍摄图像；获取单元，用于从所述拍摄图像中获取反射光相对于发射到所述检查对象的照明光的入射角的强度分布不同的第一图像区域和第二图像区域；以及图像处理单元，用于对所述第一图像区域和所述第二图像区域分别进行用于不同表面检查的图像处理。
文档编号G01N21/88GK101344491SQ200810132340
公开日2009年1月14日 申请日期2008年7月11日 优先权日2007年7月12日
发明者吉川博志, 齐藤谦治 申请人:佳能株式会社