CN114144661A - 检查测定用照明装置、检查测定***以及检查测定方法 - Google Patents

Abstract

在观察作为从检查对象返回的物体光的正反射光或正透射光成分的直射光，并获取其明暗信息的情况下，若使该物体面的表面的倾斜为一定值以上，则直射光位于观察光学***形成的观察立体角的范围外，难以连续且定量地获得该物体面的表面形状。对此，本发明是基于以下新构思而完成的：在作为检查对象的物体的观察范围内，照射无论与照明的距离如何都能够同时形成针对物体面的各点相同的照射立体角的照射光，在不返回直射光的不连续区域，着重该不连续区域附近特有的直射光的立体角的变化，至少能够测定该不连续区域的高度方向的变化，并且，着重该不连续区域中的物体光的散射光成分的变化，通过其明暗信息，可以连续地获取不连续区域的三维形状。

Description

检查测定用照明装置、检查测定***以及检查测定方法

技术领域

本发明涉及一种用于例如对检查对象照射检查光，进行该产品的外观、划痕、缺陷等的检查、以及表面形状的测定的检查测定用照明装置、检查测定***、以及检查测定方法。

背景技术

作为用于产品的外观检查或表面形状的测定等的检查测定用照明装置的一个例子，如专利文献1、专利文献2、以及专利文献3所示那样的发明，其能够大致均匀地控制并照射针对检查对象的照射立体角的形状或角度、及其光属性不同的立体角区域。

然而，通过使用如上述的检查用照明装置，可以通过拍摄到的图像检测出利用通常的照射光难以检测的缺陷等特征点，但还要求使用该图像中具有的信息进一步定量地测定该特征点的形状。

更具体的，

在从作为检查对象的物体面返回的物体光中，针对照射光的正反射光或正透射光所对应的直射光成分少，主要通过观察散射光成分来获取其明暗信息的情况下，

若针对该物体面的各点的照射光的光轴倾斜等照射条件不能保持一定，则难以定量地将该物体面的各点附近的微小面积中的倾斜方向和倾斜角定量地反映到该散射光的光属性及明暗的变化中，

另外，在从作为检查对象的物体面返回的物体光中直射光成分多，主要通过观察直射光成分来获取其明暗信息的情况下，

当该物体面的表面性状具有例如变化较大的三维形状时，若其表面的各微小面的倾斜为一定值以上，则从物体面返回的物体光中的、作为照射光的正反射光的直射光的光轴倾斜大，会位于来自物体上方的观察光学***形成的观察立体角的范围外，则来自该倾斜面的直射光无法被观察光学***捕捉，无法在从物体返回的该直射光中获得该部分的浓淡信息，难以连续且定量地获得该物体面的表面形状。

对于这样的事例，例如，可以从不同的多个方向照射光，

从而产生针对其微小的倾斜面的照度的变化，并且根据其明暗信息判定该倾斜面的倾斜角，或者通过可以连续获得物体面的表面形状的其他区域的数据，若其能够到达与不能连续获得物体面的表面形状的不连续区域相邻的区域的话，则除了不连续区域以外，能够定量获得关于能连续获得表面形状的区域的三维形状。

然而，这些方法会出现以下问题：在主要观察散射光成分而不是物体光中的照射光的正反射光或正透射光对应的直射光成分的情况下，若从多个方向照射的光均不是平行光，或者针对物体面的各点的照射角度因位置而不同，则即使该物体面的微小面的倾斜方向和倾斜角相同，其照度也不同，存在难以定量获得该微小面的倾斜信息的情况，或者，在主要观察物体光中的照射光的正反射光或正透射光对应的直射光成分的情况下，对于能连续获得物体面的表面形状作为该物体面的明暗信息的区域，可以获取定量的三维形状，但对于被不连续区域遮挡的区域或被不连续区域包围的区域，存在难以获得该部分的三维形状与另一部分的三维形状之间的高度信息等相对信息的情况，难以从整体上定量捕捉物体的三维形状。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：专利第5866573号

专利文献2：专利第5866586号

专利文献3：专利第6451821号

发明内容

发明要解决的问题

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，提供一种检查测定***、以及检查测定方法，在作为检查对象的物体的观察范围内，对物体面的各点照射能够形成相同照射立体角的照射光，当主要观察从该物体面返回的物体光中的对于该照射光来讲相当于正反射光或正透射光的直射光以外的散射光成分，并基于其明暗信息获取该物体面的表面形状时，该物体面的各点附近的微小面的倾斜被定量地反映为该散射光成分的光属性、以及明暗信息的变化，或者，

当主要获取由观察该直射光形成的立体角与观察该直射光的观察光学***形成的观察立体角的包含关系的变化产生的明暗信息，从而获取该物体面的表面形状时，该物体面的各点附近的微小面的倾斜变为针对该点的该照射立体角与该观察立体角的平面半角之和的2分之1以上，关于与该观察光学***不能根据从该物体面返回的该直射光连续获得浓淡信息的区域相邻的区域的表面形状，例如可以获取高度、倾斜、倾斜方向等三维形状信息的相对关系。

用于解决问题的方案

即，本发明是基于以下新构思而完成的：在观察照射到所述检查对象的照射光中的、从所述检查对象返回的物体光中的散射光的情况下，若物体面的各点附近的微小面的照度在该微小面的倾斜方向、倾斜角相同的情况下，使其为相同的照度分布，使从该微小面返回的物体光中的散射光成分的光属性以及明暗相对于该微小面的倾斜方向、倾斜角的变化而定量变化，形成该照射光的照射立体角，从而获取该物体面的三维形状，或者，

在主要观察从所述检查对象返回的物体光中的直射光的情况下，物体面的3D形状变化大，着重在不能连续获取物体面的各点附近的微小面积的倾斜作为从各点返回的物体光的明暗信息的不连续区域中，存在针对该不连续区域附近的物体面的各点的照射光的照射立体角不能反映相当于从该点返回的物体光的正反射光的直射光的立体角的特定区域，着重该直射光的立体角相对于该照射立体角的变化、以及该不连续区域中的物体光的变化，基于该物体光的明暗信息，可以获取不连续区域的三维形状。

更具体的，本发明提供一种检查测定***以及检查测定装置，其特征在于，本发明中的检查测定用照明装置是对检查对象照射检查光的检查测定用照明装置，适用于检查测定***，该检查测定***包括拍摄在所述检查对象反射或透射或散射的光即从物体返回的物体光的拍摄装置，例如具备：面光源，其发射检查光；透镜，其设置在所述面光源与所述检查对象之间，用于将从所述面光源放射的光作为检查光照射到所述检查对象的检查光，形成针对所述检查对象的照射立体角；以及照射立体角形成单元，其设置在所述面光源与所述透镜之间，且以所述透镜的焦点位置为中心的前后位置，并具备第一遮光罩以及第一滤光器单元中的至少任意一个或兼具第一遮光罩以及第一滤光器单元，所述第一遮光罩遮光形成照射到所述检查对象的各点的检查光的照射立体角，第一滤光器单元将所述检查光以具有不同波段的光、不同偏振面，或不同光量的光，在部分性具有不同的光属性的多个立体角度区域进行区分，对于由所述拍摄装置拍摄来自所述检查对象的光时所形成的针对所述检查对象的各点的观察立体角，为了获得所期望的各点的明暗变化，在照射立体角的形状或大小、倾斜、或照射立体角内由光属性不同的所述立体角度区域构成的情况下，为了获得作为该照射立体角内的光属性不同的所述立体角度区域，基于从每个该立体角度区域照射的照射光，从物体返回的每个不同光属性的物体光的变化的组合信息，能够适当设定所述立体角区域的光属性、形状、以及该照射立体角内的区域区分等，

在物体光是相当于针对该照射光的正反射光或正透射光的直射光的情况下，根据反映该照射立体角而形成的该直射光的立体角、或光属性不同的立体角区域与所述观察立体角的包含关系，在物体光为相当于针对该照射光的正反射光或正透射光的直射光以外的散射光的情况下，根据由具有该照射立体角的光照射产生的各点附近的照度变化或针对光属性不同的光的照度变化，

获取从物体返回的物体光中的、相当于针对照射光的正反射光或正透射光的直射光成分和除此以外的散射光成分中的一方或双方的变化，

从而即使在不能从所述检查对象返回所述直射光的区域或不能连续返回该直射光的所述不连续区域附近，也可以根据其物体光的明暗信息获取该不连续区域的三维形状。

所述检查测定用照明装置也可以是在所述第一遮光罩与所述面光源之间具备第二遮光罩、以及第四滤光器单元中的至少任意一个，第二遮光罩设在所述透镜对所述检查对象成像的附近，所述第四滤光器单元仅使具有特定的属性的光透射，通过所述第二遮光罩或第四滤光器单元，可以任意生成针对所述检查对象的检查光的照射区域或照射图案。

在这种检查测定方法以及检查测定***中，例如，若是所述检查用照明装置，则通过所述透镜和所述第一遮光罩或所述第一滤光器单元，可以大致均匀地形成照射到所述检查对象的各点的检查光的照射立体角，或，在大致均匀地形成的该照射立体角，以放射状形成具有不同的波段、偏振面、或光量等不同的光属性的所述立体角度区域，在此基础上，通过所述透镜和所述第二遮光罩或第四滤光器单元，可以仅对所述检查对象的所需部分照射所述检查光，在从所述检查对象返回的物体光为散射光的情况下，根据所述检查对象的各点附近的倾斜方向及其倾斜角，使针对每个所述具有不同的光属性的所述立体角度区域，通过该各点附近的照度的变化，从而使以所述观察立体角捕获的各光属性的明暗，对应于各点附近的微小面的倾斜方向以及倾斜角定量地发生变化，或者，在从所述物体返回的物体光为直射光的情况下，根据该直射光的立体角与所述观察立体角的包含关系，在每个所述具有不同的光属性的所述立体角度区域，定量地产生两者的包含关系在哪个方向上发生了多少变化，

并且，即使在所述不连续区域中，也可以通过捕捉其直射光的立体角的变化、以及直射光以外的明暗的变化，从而对该变化进行识别，在所述检查对象的表面形状中，即使在无法连续获得所述直射光的变化的所述不连续区域中，也可以获得足以提取所述检查对象的具有复杂的立体形状的特征点的浓淡信息。

换言之，例如，若在使用具有通常的面光源等的照明装置的情况下，针对所述检查对象的各点的照射立体角的形状、倾斜分别由所述检查对象的各点与所述照明装置的光源面的形状的关系确定，因此难以获得均匀的检查光，在专利文献1、2、3中列举的检查用照明装置中，虽然针对所述检查对象的各点的照射立体角的形状、倾斜能够设定为大致均匀，但在从所述检查对象的各点返回的物体光为直射光的情况下，若在该直射光的立体角内同样形成的具有多个光属性的立体角区域在与所述观察立体角的包含关系中不连续地发生变化，则无法提取所述检查对象上具有微小且复杂的立体形状的特征点，而在本申请发明中，通过将针对所述检查对象的各点的照射立体角的形状、倾斜设为大致均匀，并且在其照射立体角内区分具有不同的波段、偏振面、或光量等的、具有不同的光属性的适当的立体角度区域，

从而在从所述检查对象返回的物体光为直射光的情况下，无论该直射光的立体角在与所述观察立体角的包含关系中向哪个方向发生了变化，都可以将其连续地捕捉为因所述多个立体角区域与观察立体角的包含关系的变化而引起的变化量，并且即使在从所述检查对象返回的物体光为散射光的情况下，也可以在所述检查对象的各点附近，根据由以该照射立体角照射的光所产生的照度变化，基于各点附近的倾斜程度而使该散射光的明亮度发生变化，当该照射立体角内存在具有不同的光属性的所述立体角区域时，通过每个不同的光属性的照度变化，能够定量地捕捉各点附近的倾斜方向、倾斜程度作为该散射光的各个不同的光属性的明亮度的变化，即使在所述不连续区域，也能够通过根据该不连续区域的状态来捕捉该直射光的立体角的变化或散射光的明暗变化，从而定量地获取所述检查对象的三维形状。

而且，即使在因所述检查对象的表面形状的微小的变化等导致反射光、透射光或散射光的强度、方向发生微小变化的情况下，为了使该变化的部分能够在从所述检查对象返回的物体光为直射光的情况下，引起与所述拍摄装置的观察立体角内具有包含关系的所述具有不同的光属性的每个立体角度区域的光量的变化，可以通过所述第一遮光罩或所述第一滤光器单元，根据与所述拍摄装置的观察立体角的大小、形状以及角度的相对关系适当设定照射到所述检查对象的各点的检查光的照射立体角的形状及其角度，并且能够根据所述检查对象面的表面性状适当设定，

另外，在从所述检查对象返回的物体光为散射光的情况下，为了捕捉针对所述具有不同的光属性的立体角度区域的返回该散射光的微小面的照度如何变化，可以通过所述第一遮光罩或所述第一滤光器单元，适当设定照射到所述检查对象的各点的检查光的照射立体角形状及其角度，并且能够根据所述检查对象面的表面性状适当地设定，使得能够容易地检测该微小的变化等，或相反地，能够防止检测到微小变化等。

更具体的，在从所述检查对象的各点返回的物体光为散射光的情况下，通过在所述照射立体角内以放射状适当配置所述具有不同的光属性的立体角区域，能够使针对该各点附近的该具有不同的光属性的立体角区域的照度与该各点附近的倾斜方向和倾斜角对应地发生变化，通过将该变化捕捉为每个该不同的光属性的明暗，能够定量识别该各点附近的倾斜方向和倾斜角，作为该各点的连续的所述检查对象的表面的三维形状，可以由所述拍摄装置作为一张图像信息一次取得。

为了捕捉从所述检查对象的各点返回的物体光的明暗，作为在所述照射光的照射立体角内设定的每个所述不同的光属性的明暗，例如，在所述拍摄装置中，只要具备针对在所述观察立体角内捕捉到的物体光，可以选择性地拍摄不同的光属性的第二滤光器单元即可，作为第二滤光器单元，在所述拍摄装置中，例如，可以具备如下滤光器：可以针对每个不同的光属性选择性地分离所述检查对象的所述反射光或所述透射光，然后通过光传感器拍摄每个光量，且对于光传感器的每个像素，仅具有不同的光属性的光被选择性地透射。

另外，若将所述检查对象的各点的照射立体角的中央部设为暗部区域，仅周边部为明部区域，则明部区域中的具有不同的光属性的所述立体角度区域相对于所述检查对象的各点附近的区域，相对较小，可以使针对该各点附近的区域的倾斜角的照度变化更显著，在从该各点附近返回的物体光为散射光的情况下，对应于照射立体角的明部区域中的具有不同的光属性的所述立体角度区域，散射光的明暗分别通过更显著的照度变化而增强，从而根据该倾斜角的明暗变化可以被捕获为更显著的变化，能够更定量地检测所述检查对象的各点附近的微小的倾斜。

另外，并且，将所述检查对象的各点的照射立体角的周边部作为局部离散的明部区域，从而明部区域中的具有不同的光属性的所述立体角度区域相对于所述检查对象的各点附近的区域的倾斜方向，相对更小，可以使针对该各点附近的区域的倾斜方向的照度变化更显著，在从该各点附近返回的物体光为散射光的情况下，对应于照射立体角的明部区域中的具有不同的光属性的所述立体角度区域，散射光的明暗分别通过更显著的照度变化而增强，从而根据该倾斜方向的明暗变化可以被捕获为更显著的变化，能够更可靠地检测所述检查对象的各点附近的微小的倾斜及其倾斜方向。

在从所述检查对象的各点返回的物体光为直射光，在照射到该检查对象的各点的平面半角θi的照射立体角和针对该检查对象的各点的平面半角θo的观察立体角中，该照射立体角与该观察立体角的光轴被设定为同轴或为正反射方向时，无法通过该观察立体角观察到从该检查对象的各点返回的直射光的该各点附近的极限倾斜角度Φe为照射到该检查对象的各点的照射立体角的平面半角θi与针对该检查对象的各点的观察立体角的平面半角θo之和的1/2，在该检查对象的各点附近的面相对于平面部的法线所形成的倾斜角θs相对于平面时的90°所发生的变化的差角小于Φe的情况下，通过该观察立体角，可以连续捕捉从该检查对象的各点返回的直射光，能够根据该直射光的立体角与该观察立体角的包含关系，捕捉该检查对象的各点附近的倾斜角的程度作为该直射光的明暗，但在该倾斜角θs相对于平面时的90°所发生的变化的差角大于该平面半角θi与该平面半角θo之和的1/2的情况下，在其不连续区域中，无法通过该观察立体角捕捉该直射光，无法识别该不连续区域中的该检查对象的三维形状。

在所述不连续区域中，在照射立体角与观察立体角的光轴为同轴，所述检查对象的各点附近的面的倾斜角θs小于由照射到所述检查对象的各点处的照射立体角的平面半角θi与针对所述检查对象的各点的观察立体角的平面半角θo中的较小的一方的角度表示的有效平面半角θ的情况下，若使夹着该不连续区域的区域为大致平面，则由在不连续区域中捕捉的直射光的明暗变化所确定的该不连续区域的宽度除以该有效平面半角θ的正切得到的值为夹着该不连续区域的连续区域间的高低差D。

另外，作为所述不连续区域的一个例子，半径R未知的球体被照射具有平面半角θi的照射立体角的照射光，利用具有平面半角θo的观察立体角的观察光学***观察该球体，并且该照射立体角与该观察立体角的光轴在同轴方向上的情况下，该球体的半径R可以确定为，观察到从该球体的顶上部返回的直射光的圆状范围的半径r1除以所述极限倾斜角度Φe的正弦而得到的值R1。

另外，照射立体角与观察立体角的光轴为同轴，

当半径R未知的球体存在于所述检查对象的大致平面部时，该球体的半径R可以确定为，将观察到直射光的该球体的顶上部的圆状范围的外侧形成的、观察不到直射光的范围的半径r2的值确定为R2，

还可以确定为R3，该R3通过如下方式获得：将在观察到直射光的该球体的顶上部的圆状范围的外侧形成的、观察不到直射光的范围的周围形成的存在直射光的明暗变化的宽度r3乘以所述有效平面半角θ的余弦得到的值，除以从所述有效平面半角θ的正弦中减去所述有效平面半角θ的余弦后加1得到的值。

因此，在照射立体角与观察立体角的光轴为同轴，半径R未知的球体在与所述检查对象的大致平面部以相接方式存在的情况下的该球体的顶上部相对于该大致平面部的高度D可以确定为，根据观察到从该球体的顶上部返回的直射光的圆状范围的半径r1确定的所述R1，或形成在该球体的顶上部的圆状范围的外侧的、作为观察不到直射光的范围的半径的所述R2，或根据形成在该球体的顶上部的圆状范围的外侧的、观察不到直射光的范围的周围形成的存在直射光的明暗变化的宽度r3确定的所述R3中的任一个的值的2倍的值。

此时，所述R1、R2、R3的值均为相同的值，但在这3个值均不相同的情况下，表示所述球体不是完整的球体，大体上，该R1的值对应于从该球体的中心至上部的高度，该R2的值对应于从该球体的中心至水平方向的半径，该R3的值对应于该球体的中心至接地面的高度，因此，根据这3个值，可以获得该球体相对于所述检查对象的大致平面部的相对位置及其大致形状。

另外，在照射立体角与观察立体角的光轴为同轴，在所述检查对象的大致平面部存在半径R未知的球体，且该球体的顶上部相对于该大致平面部的高度D为大于该球体的半径R的2倍的值的情况下，所述R1与所述R2的值相等，但观察到所述R3的值大于所述R1、以及所述R2的值，该高度D能够确定为，将该球体的半径R乘以所述有效平面半角θ的余弦的倒数、以及从1中减去该有效平面半角θ的余弦后的值而得到的值作为校正项ΔL，所述R1的值或所述R2的值加上后述值而得到的值：从所述r3的值中减去该校正项ΔL得到的值除以所述有效平面半角θ的正切得到的值。

另外，在照射立体角与观察立体角的光轴为同轴，在所述检查对象的大致平面部存在半径R的球体，且该球体的顶上部相对于该大致平面部的高度D为于小于该球体的半径R的2倍且等于或大于该球体的半径R的值的这种情况下，所述R1与所述R2的值相等，观察到所述R3的值小于所述R1、以及所述R2的值，该高度D可以确定为所述R1的值或所述R2的值加上后述值而得到的值：从所述r3的值中减去所述校正项ΔL后得到的值除以所述有效平面半角θ的正切得到的值。

另外，在照射立体角与观察立体角的光轴为同轴，在所述检查对象的大致平面部存在半径R的球体，且该球体的顶上部相对于该大致平面部的高度D为小于该球体的半径R的值，所述R1的值大于所述R2的值，观察到所述R3的值是不为0的值的情况下，该高度D可以确定为所述R1的值加上后述值而得到的值：所述校正项ΔL除以所述有效平面半角θ的正切得到的值。

另外，在照射立体角与观察立体角的光轴为同轴，在所述检查对象的大致平面部存在半径R的球体，且该球体的顶上部相对于该大致平面部的高度D为小于该球体的半径R的值，所述R1的值大于所述R2的值，观察到所述R3的值基本上为0的情况下，该高度D可以确定为从所述R1的值中减去后述值而得到的值：从所述R1的值的平方中减去所述r2的值的平方得到的值的平方根。

对于针对所述检查对象的所述不连续区域的所述检查光的照射立体角，根据不同波段的光、具有不同的偏振面或不同的光量的光，区分为具有部分不同的光属性的多个立体角度区域，若使该立体角度区域相对于该照射立体角的光轴配置为放射状，则在该不连续区域的三维形状中，能够全方位获取其面的倾斜方向、倾斜角度的不同形状变化。

根据本发明，在对所述检查对象照射相对于所述检查对象的各点具有大致均匀的照射立体角的检查光的情况下，对于反射方向或透射方向由于缺陷等而发生变化时产生的所述直射光的立体角的变化，针对该立体角的变化，为了使所述观察立体角内的光量变化最大，除此以外的变化最小，通过针对其形状、角度以及大小来调整所述检查光的照射立体角与所述拍摄装置的观察立体角的相对关系，从而可以选择性地仅捕捉所述直射光的立体角的变化，另外，对于由于缺陷等而导致其明亮度产生变化的散射光，通过调整所述检查光的照射立体角与所述检查对象的各点附近的倾斜的相对关系，从而可以适当设定各点附近的照度变化，从而准确地捕捉到该散射光的所期望的明亮度变化。

另外，而且，通过在所述照射立体角内适当地设定具有不同的光属性的任意的所述立体角度区域，能够同时观察每个该立体角度区域的光量变化，可以对应于所述检查对象的具有复杂的立体结构的各种各样的特征点的光的变化，针对该立体结构的各方向上的变化，连续地补充光的变化。

因此，捕捉这样由于具有微小且复杂的立体结构的缺陷等而引起的非常微小的光变化，对于其检查光的照射立体角的形状或角度以及大小对于所述检查对象面的各点都是不同的现有的照明装置而言是非常困难的，即使在专利文献1、以及专利文献2所示的检查用照明中，也未示出在所述物体光的立体角内包含的光属性不同的多个立体角区域与前期观察立体角的包含关系中，无论该包含关系沿哪个方向变化都能够检测出该变化的立体角结构，即使在专利文献3所示的检查***以及检查方法中，也未示出针对无法以针对该各点的观察立体角捕捉到从所述检查对象的各点返回的直射光的不连续区域，获取其三维形状的方法，而在本发明中，无论从该不连续区域返回的光为直射光还是散射光，通过获取该微小的变化，都能够全方位捕捉其三维形状。

为了能够将照射到所述检查对象的各点的检查光的照射立体角的大小控制为大致均匀，且能够针对光轴中心调节照射立体角的倾斜分布，只要将所述第一遮光罩、以及所述第一滤光器单元、或结合了两者的功能的所述第三滤光器单元配置在以所述透镜的焦点位置为中心的前后的位置上即可。以后，以所述第一遮光罩为代表进行说明，即，通过改变所述第一遮光罩的开口部，能够将所述检查对象的各点的照射立体角设定为所期望的形状、大小。另外，若将所述第一遮光罩配置到所述透镜的焦点位置，则所述检查光的照射立体角的光轴与所有所述检查光的光轴平行，若配置在相比于所述透镜的焦点位置更靠近透镜侧，则可以使所述检查光的照射立体角向所述检查光扩展的方向倾斜，若配置在相比于所述透镜的焦点位置更靠外侧，则可以使所述检查光的照射立体角向所述检查光变窄的方向倾斜。这样，通过配置所述第一遮光罩，并改变其开口部，从而可以对直接影响来自所述检查对象的反射光或透射光的立体角的所述检查光的照射立体角进行各种各样的调节，在观察从所述检查对象返回的直射光的情况下，可以将该直射光的立体角与所述拍摄装置的观察立体角的相对关系设为适于获得所期望的明暗信息的形式，在观察从所述检查对象返回的散射光的情况下，可以将该照射立体角与所述检查对象的各点附近的面的倾斜的相对关系设为适于获得所期望的明暗信息的形式。原因如下：通过上述方式，能够优化确定从所述检查对象返回的直射光的明亮度的、该直射光的立体角与所述拍摄装置的观察立体角的包含关系的变化、或确定从所述检查对象返回的散射光的明亮度的、所述各点附近的照度的变化，即使对于所使用的观察光学***不是远心光学***，而是其观察立体角的光轴的倾斜在视野范围的外侧与光轴中心之间发生变化的光学***，或者即使在所述检查对象具有弯曲面的情况下，也可以保持针对其各点的照射立体角与观察立体角的相对关系、或者针对该弯曲面的各点附近的照射立体角的光轴的相对关系大致均匀，可以更准确地捕捉微小的变化或复杂的变化。

另外，而且，在所述照射立体角内设定的、具有不同的光属性的任意的所述立体角度区域可以进一步设定为针对所述检查对象均匀设定的所述照射立体角内的任意的立体角度区域，不仅根据照射立体角与观察立体角、或照射立体角与所述检查对象的各点附近的面的法线的相对关系来确定所述检查对象的各点的明亮度，而且无需另外重新设定所述照射立体角与所述观察立体角的关于形状、光轴等的相对关系、或照射立体角与所述检查对象的各点附近的面的法线的相对关系，在所述检查对象的视野范围内的所有的点处以大致相同的条件，根据所述观察立体角的相对关系的变化、或所述检查对象的各点附近的面的法线的相对关系的照度变化，可以定量地同时观察每个所述立体角度区域的更微小的物体光的变化，作为该各点的明亮度。

这样，使用本发明的检查测定用照明装置、以及检查测定方法的至少一个，在包括对在所述检查对象处反射或透射或散射的光进行拍摄的拍摄装置的检查测定***中，针对其立体形状的任何方向上的倾斜，都能够连续地获得针对具有微小且复杂的立体形状的特征点的所期望的明暗信息，其原因在于，所述检查对象的各点的明暗由来自所述检查对象的各点的直射光或散射光的朝向所述拍摄装置的光量确定，由于针对所述检查对象的各点的照射立体角都是均匀的，因此，该光量由来自所述检查对象的各点的该直射光与该拍摄装置的观察立体角的包含关系、或该照射立体角与该各点附近的面的法线所成的角度确定，因此，其具备将直接影响来自所述检查对象的各点的反射光或透射光的所述检查光的照射立体角调节为大致均匀的功能，

此外，并且，在该照射立体角内区分出具有不同的光属性、即波段、偏振面、或光量的任意的立体角度区域，将该立体角度区域配置为以光轴为中心呈放射状，从而所述拍摄装置能够按每个该区分区域选择性地观察其光量，此外，并且，无论从所述检查对象的各点返回的物体光的光轴相对于其观察立体角的光轴向哪个方向倾斜，都能够针对所述多个具有不同的光属性中的每一个区分区域捕捉其倾斜方向和倾斜的程度这两者，作为连续的光量的变化。

为了使由所述拍摄装置拍摄的所述检查对象的明暗信息在其整个拍摄范围内相对于该检查对象的面的倾斜显示出大致均匀的变化，由所述拍摄装置在所述检查对象的各点处形成的观察立体角与来自所述检查对象的各点的反射光或透射光的立体角的包含关系、或照射到所述检查对象的各点的所述照射立体角与各点附近的面的法线之间的相对角度关系必须根据其变化的程度保持大致一定。

上述可以通过如下方式实现：通过使所述第一遮光罩、以及所述第一滤光器单元或所述第三滤光器单元在以所述透镜的焦点位置为中心的前后的位置移动，将所述检查光的照射立体角、及其照射立体角内形成的所述立体角度区域相对于该检查对象的各点设为大致均匀的形状及大小，调节其倾斜角度以匹配所述检查对象的各点的所述观察立体角的倾斜，或者匹配该检查对象的基准面的法线的倾斜。

另外，为了使针对所述检查对象的检查光的所述照射立体角、及其照射立体角内形成的任意的所述立体角度区域相对于其照射范围的各点，与所述观察立体角的相对关系、或与所述检查对象的各点附近的面的法线的相对关系保持大致一定，并可以任意地生成照射区域或照射形状、照射图案，具备所述第一遮光罩或所述第一滤光器单元中的至少一个，或除了所述第三滤光器单元之外，还具备所述第二遮光罩或所述第四滤光器单元中的至少一个，只要配置在通过所述透镜在所述检查对象成像的位置附近即可。

通过这样设置，不仅能够使所述检查光的所述照射立体角、及其照射立体角内形成的任意的所述立体角度区域的形状或大小以及倾斜保持大致均匀，还能够独立地调节针对所述检查光的所述检查对象的照射区域及其照射区域的光属性与针对所述检查对象的各点的其照射立体角以及具有指定的光属性的所述立体角度区域这两者。

另外，为了能够更容易地测定检查所述检查对象的立体形状等，可以使用所述第一遮光罩以及第一滤光器单元、或者第三滤光器单元以及形成有规定的罩图案的所述第二遮光罩及第四滤光器单元，使该图案成像到所述检查对象上。

通过这种配置，由于利用所述第一遮光罩及第一滤光器单元调节的具有大致均匀的照射立体角及指定的光属性的立体角区域，所述拍摄装置能够获得具有均匀的明暗变化的明暗信息，若所述检查对象的形状出现问题，则利用所述拍摄装置作为明暗信息获得的图案会产生变形，因此，可以容易地检测出形状不良。

所述检查对象的各点的散射光的明亮度由该各点附近的面的照度、以及该各点的散射率确定，假设照射到该各点的光的照射立体角的形状或大小一定，该照射立体角的光轴与所述检查对象的基准面的法线所成的角度都相同，则该各点附近的照度由该各点附近的面的法线与该照射立体角的光轴所成的角度的余弦成比例确定，因此，该散射光的明亮度变为与该各点附近的面的倾斜角的余弦成比例的明亮度，通过该散射光的明亮度的变化，能够检测所述检查对象的三维形状，但照这样只能获得依赖于该照射立体角的形状或大小的一定的明暗信息。

因此，若在针对所述检查对象的各点的照射立体角内形成具有不同的波段、偏振面、或光量的任意的立体角度区域，进一步地，使其相对于该照射立体角的光轴呈放射状配置，则立体角度区域在所述检查对象的各点附近的面的照度被反映为分别具有不同的波段、偏振面的照度，因此，若观察从该各点返回的散射光的明亮度，作为分别具有不同的波段、偏振面的光的明亮度，则通过其明亮度的比率，能够检测该各点附近的面向哪个方向以怎样的程度倾斜。

为了实现上述构思，可以使用以下方法：

其一、具备半透半反镜，其用于改变所述检查光的照射方向，并使来自所述检查对象的光透射从而能被所述拍摄装置拍摄到，适当调整针对所述检查光的所述检查对象的各点的照射立体角，从而将针对所述检查对象的各点的所述照射立体角的光轴设置在同一个方向上，并与所述拍摄装置的针对所述检查对象的各点的观察立体角的光轴重合，无论所述检查对象的各点附近的面的倾斜方向如何，从该观察立体角捕捉的该检查对象的各点返回的物体光的明亮度变化都对应于所述检查对象的各点附近的面的倾斜程度，

其二、在相对于所述检查光的照射方向与在所述检查对象建立的法线为线对称的方向上设定所述拍摄装置的观察立体角，使所述检查对象的各点的反射光或透射光的立体角与所述拍摄装置的针对所述检查对象的各点的观察立体角的光轴大致一致，同样可以实现上述构思，此外，在主要观察散射光的情况下，将针对所述检查对象的各点的照射立体角的形状或大小、以及其光轴的倾斜设为都相同，使该各点附近的面的倾斜方向或倾斜程度反映为从该各点返回的散射光的明亮度，同样也可以实现上述构思。

而且，在所述拍摄装置中，具备可以选择性地拍摄在所述反射光或所述透射光的立体角内反映的、分别具有不同的波段、偏振面、或光量的所述立体角度区域的光、或针对所述散射光的分别具有不同的波段、偏振面、或光量的照度变化的第二滤光器单元，从而能够同时检测针对分别具有不同的波段、偏振面、或光量的所述立体角度区域与所述观察立体角的包含关系引起的明暗变化、或者所述散射光的明暗变化。

另外，针对所述拍摄装置或通过所述拍摄装置获得的图像信息，对从所述检查对象的各点返回的物体光的明亮度设定阈值，根据该阈值将该检查对象的拍摄区域分为明部区域和暗部区域，例如将明部区域作为明视野区域，将暗部作为暗视野区域，对于明视野区域，使用因该各点的倾斜角度而变化的直射光的立体角与观察立体角的包含关系引起的明亮度的变化，对于暗视野区域，使用对应于与该各点的倾斜角度的余弦成比例的照度的散射光的明亮度的变化，可以同时检测各个区域的三维形状。

另外，若以浮点形式获得由所述拍摄装置获取的图像信息，则可以划分出所述明部区域和所述暗部区域，适用适合于各个区域的算术运算来鉴别该区域中的三维形状。

发明效果

这样，根据本发明的检查测定用照明装置、检查测定***、以及检查测定方法，能够自由地调整照射到检查对象的各点的检查光的照射立体角及其暗部区域、及其照射立体角内形成的具有不同的波段、偏振面、或光量的立体角度区域的大小、形式，因此，一方面，能够大致均匀地设定来自所述检查对象的各点的反射光或透射光的立体角、以及在其立体角内反映的、分别具有不同的波段、偏振面、或光量的多个立体角度区域与由所述拍摄装置在所述检查对象的各点形成的观察立体角的包含关系，

另一方面，能够针对来自所述检查对象的各点的散射光，使该各点附近的照度根据照射立体角、以及在该照射立体角内形成的分别具有不同的波段、偏振面、或光量的多个立体角度区域与该各点附近的面的相对关系，对应于该各点附近的面的倾斜方向或倾斜程度发生变化，

即使是在具有以往难以检测到的微小且复杂的立体结构的缺陷等的、来自所述检查对象的各点的反射光或透射光以针对该各点的观察立体角无法被捕捉到的不连续区域中，假设该不连续区域返回散射光，也能够获取该不连续区域的三维信息，作为定量反映该不连续区域的面的倾斜信息的、具有不同的波段、偏振面、或光量的散射光的明暗信息，

并且能够获取该不连续区域的高低差或高低信息，作为从该高低差部的各点返回且具有不同的波段、偏振面、或光量的直射光的明暗变化，即使是在表面性状明显不同，且无法通过从该区域返回的直射光或散射光连续获得连续的面的倾斜信息的不连续区域，也可以获得该区域的三维信息。

附图说明

图1是示出本发明的一个实施方式的检查测定用照明装置、以及检查测定***的外观的示意立体图。

图2是直射光和散射光的亮度差。

图3是示出同实施方式中的检查测定用照明装置、形成检查测定***的照射立体角的主要部分的内部结构、以及检查对象的各点的照射立体角的示意图。

图4是示出同实施方式中的检查测定用照明装置、以及形成将检查对象倾斜设置的检查***的照射立体角的主要部分的内部结构、以及在检查对象的各点形成的照射立体角的示意图。

图5是第一遮光罩、第一滤光器单元、以及第三滤光器单元的一个构成例。

图6是示出本发明的一个实施方式的照射立体角及在该照射立体角内形成的光属性不同的多个立体角区域、该照射立体角及反映该多个立体角区域并从物体返回的直射光的立体角、观察该直射光的观察立体角的包含关系、以及该直射光返回点的附近的面倾斜的情况下该包含关系是如何变化的示意图。

图7是示意性地示出本发明的一个实施方式的照射立体角、以及在该照射立体角内形成的光属性不同的多个立体角区域与检查面的照度的关系的概略图。

图8是示出在照射立体角与观察立体角的光轴为同轴情况下具有有效平面半角的有效照射立体角的示意图。

图9是示出包含从检查对象观察不到直射光的不连续区域的附近区域的直射光的观察亮度的变化的示意图。

图10是示出在从检查对象观察不到直射光的不连续区域面相对于竖直方向的倾斜角等于有效平面半角的情况下的附近区域的直射光的观察亮度的变化的示意图。

图11是示出在从检查对象观察不到直射光的不连续区域面相对于竖直方向的倾斜角小于有效平面半角的情况下的附近区域的直射光的观察亮度的变化的示意图。

图12是示出在从检查对象观察不到直射光的不连续区域面相对于竖直方向的倾斜角为0度的情况下的附近区域的直射光的观察亮度的变化的示意图。

图13是示出在从检查对象观察不到直射光的不连续区域面相对于竖直方向的倾斜角为负的情况下的附近区域的直射光的观察亮度的变化的示意图。

图14是示出在球体与检查对象接地的情况下的、附近区域的物体光的亮度变化与三维形状的相关关系的示意图。

图15是示出在球体离开检查对象的情况下的、附近区域的物体光的亮度变化与三维形状的相关关系的示意图。

图16是示出在球体的一部分与检查对象在大于其半径的高度处接地的情况下的、附近区域的物体光的亮度变化与三维形状的相关关系的示意图。

图17是示出在球体的一部分与检查对象在其半径的高度处接地的情况下的、附近区域的物体光的亮度变化与三维形状的相关关系的示意图。

图18是示出在球体的一部分与检查对象在远小于其半径的高度处接地的情况下的、附近区域的物体光的亮度变化与三维形状的相关关系的示意图。

图19是说明从检查对象返回的物体光的直射光与散射光的亮度差的示意图。

图20是示出通过对具有无法仅通过直射光或散射光连续检查测定其表面的三维形状的不连续区域的检查面照射具有相同照射立体角的光，根据其明亮度或偏振状态将图像区分为使直射光返回的明视野区域和使散射光返回的暗视野区域来进行图像分析，从而实现连续的三维形状的检查测定的检查测定方法的示意图。

具体实施方式

对本发明的第一实施方式进行说明。

由第一实施方式的检查测定用照明装置100、拍摄装置C、以及对由拍摄装置C拍摄的图像进行分析的图像分析单元300构成的检查测定***200是利用半透半反镜4使拍摄检查对象W的方向与对检查对象W进行照明的方向一致的所谓的同轴照明，使检查对象W的三维形状或缺陷等的特征点在由拍摄装置C拍摄的图像中表现为明暗差，从而通过对该明暗差进行分析来鉴别该检查对象W的三维形状或缺陷等的特征点。

另外，第一滤光器F1是用于选择性地使具有特定属性的光透射并形成由具有该属性的光构成的立体角区域的单元，与根据光被遮蔽还是透射而形成照射立体角的第一遮光罩M1在形成立体角的作用上是相同的，整合两者的功能作为单个部件的第三滤光器单元F3，在图1至图3中以第一遮光罩M1为代表进行图示，仅与对应附图标记M1并行标记F1、F3。

另外，而且，仅透射具有特定属性的光的第四滤光器单元F4在图1中以第二遮光罩M2为代表进行图示，仅与对应附图标记M2并行标记F4。

在此，检查对象W的缺陷等特征点例如包含表面的划痕、凹痕、变形、外观的形状、有无孔等涉及多方面的不良情况或其他特征种类。

如图1的立体图及图2的示意图所示，所述检查用照明装置100具有大致筒状的箱体，在其内部和检查对象W、以及到达拍摄装置C的部分形成有从面光源1对检查对象W照射检查光的照射光路L1、以及从检查对象W的反射光、透射光到达拍摄装置C的反射/透射光路L2，在设置有半透半反镜4的情况下，在所述箱体的上表面开口侧安装有拍摄装置C，在所述箱体的下表面开口侧载置检查对象W。

此外，如图1及图2所示，在设置有半透半反镜4的情况下，照射光路L1包括从面光源1到达半透半反镜4的部分、以及被半透半反镜部分反射而到达检查对象的部分，在未设置半透半反镜4的情况下，通过照射光路L1直接对检查对象照射检查光，在图2的情况下，来自检查对象W的透射光到达拍摄装置C为止的光路成为L2。其中，如图3所示，从检查对象W返回物体光可以为反射光或散射光，在该情况下只要在能够观察该物体光的位置设置拍摄装置C即可。

在所述照射光路L1上，按照检查光行进的顺序配置有：面光源1，其发射检查光；第三滤光器单元F3，其设置在以透镜2的焦点位置为中心的前后位置，并具备第一遮光罩M1和第一滤光器单元的至少任意一个，或者取而代之具备兼具两者功能的单元；以及透镜2，其形成从所述面光源1发射的检查光对检查对象W的照射立体角。

在设置有半透半反镜的情况下，进一步地，配置有相对于所述反射/透射光路L2以及照射光路L1倾斜设置的半透半反镜4，以使所述检查光向下方部分反射，此外，进一步地，在设置有形成检查光的照射区域的第二遮光罩以及第四滤光器单元的情况下，在所述面光源1与所述第一遮光罩及所述第一滤光器单元或者第三滤光器单元之间，在通过所述透镜2而成像在所述检查对象W的位置附近，设置第二遮光罩M2或者形成具有指定的光属性的照射区域的第四滤光器单元的至少任意一个，所述检查光向所述检查对象W进行照射。

另外，在设置有半透半反镜的情况下，在所述反射/透射光路L2上设置半透半反镜4，利用拍摄装置C观察通过该半透半反镜4部分透射的反射光，在未设置半透半反镜的情况下，在图2中，来自检查对象W的透射光到达拍摄装置C为止的光路成为L2，或者，在图3中来自检查对象W的反射光或散射光到达拍摄装置C为止的光路成为L2，在图1～图3中，虽然在该光路L2上不存在半透半反镜4以外的部件，但根据情况，以切断来自所述检查对象的杂散光为目的，还可以设置部分遮挡来自检查对象的反射光或透射光或散射光的罩或光圈等。

以下对各部件的配置和构成、功能进行详细说明。

所述面光源1例如是利用芯片型LED和扩散板等形成了具有大致均等扩散面的光发射面11，但也可以是控制其发射形式，使得相对于所述检查对象W的照射立体角变得大致均匀的结构。

另外，如图1所示，所述面光源1以在照射光轴方向上可进退的方式安装在筒状的箱体内，并能够调整检查光的照射开始位置。

如此设置时，其独立于后述的第一遮光罩M1及第一滤光器单元F1、或兼具两者的功能的第三滤光器单元F3对照射立体角、以及照射立体角内的具有不同光属性的任意的立体角度区域的形状、光轴的控制、或者第二遮光罩对照射区域的形状、光轴的控制，针对所述第一遮光罩M1及所述第一滤光器单元F1或兼具两者的功能的所述第三滤光器单元F3、以及由所述第二遮光罩M2及所述透镜2及所述面光源1的位置关系确定的检查光的照射范围，能够控制所述检查对象W中的检查光的均匀度、亮度分布等。即，照射光路根据照射区域而不同，因此，例如，若使所述面光源1预先具备规定的亮度分布、或发光波长分布、偏振特性分布等，则不仅能够通过照射区域改变其分布，还能够使其分布均匀化。

如图1所示，所述第二遮光罩M2及所述第四滤光器单元以在照射光轴方向上可进退的方式安装在筒状的箱体内，

根据所述透镜2与所述检查对象之间的距离，所述第二遮光罩自身能够在相对于所述检查对象的成像位置附近进行调整。通过如此设置，如图7所示，能够部分遮挡来自所述面光源1的照射光，或能够仅遮挡具有特定属性的光，所述第二遮光罩的开口部、或所述第四滤光器的仅使具有特定属性的光透射的部分的形状由检查对象W大致成像，因此，通过改变所述第二遮光罩M2的开口部的形状、大小、或所述第四滤光器单元的图案形状，能够任意设定所述检查对象W中的检查光的照射范围、或照射具有特定属性的光的照射区域。另外，该调整、设定能够独立于后述的所述第一遮光罩M1及所述第一滤光器单元F1、或者兼具两者的功能的所述第三滤光器单元F3对照射立体角的控制来进行。

所述第一遮光罩M1及所述第一滤光器单元F1、或者兼具两者的功能的所述第三滤光器单元F3设置在所述透镜2与所述面光源之间且以所述透镜2的焦点位置为中心的前后的位置，如图1所示，以在照射光轴方向上可进退的方式安装在筒状的箱体内。在此，当将所述第一遮光罩M1作为所述第一滤光器单元F1、以及兼具两者的功能的所述第三滤光器单元F3的代表例进行说明时，例如，在将所述第一遮光罩M1设置到所述透镜2的焦点位置的情况下，如图2那样，所述检查对象W的各点的照射立体角IS的大小、形状以及倾斜角均相同，如图3所示，这一点在所述检查对象的各点与所述透镜2之间的距离不同的情况下也是相同的。另外，这一点不受限于有无所述半透半反镜4，也不受限于所述检查对象W与所述透镜2之间的距离，均是相同的。所述的以所述第一遮光罩M1为代表例进行的说明，对于由所述第一滤光器单元F1、以及兼具两者的功能的所述第三滤光器单元F3形成的所述立体角区域同样如此。

在所述第一遮光罩M1、所述第一滤光器单元F1以及所述第三滤光器单元F3中，例如，如图4所示，基本上将光遮挡的遮光部M1以任意的形状形成开口部，在图4中，将周围为遮光部中心部为开口部进行图示，但其开口部的一部分也可以进一步成为遮光部。另外，遮光部可以是仅遮挡具有特定属性的光的部分，而且，在图4中，在M1的开口部设定有所述第一滤光器单元F1，在此，设定有用于形成3种光属性不同的立体角区域的图案F11、F12、F13。在此，虽然为以光轴为中心呈放射状的图案，但也可以根据所述检查对象所着重的特征点优化成任意的图案。整合了所述第一遮光罩M1和所述第一滤光器单元F1的部件相当于所述第三滤光器单元F3。

当使用图4所示的所述第一遮光罩M1及所述第一滤光器单元F1、或者所述第三滤光器单元F3时，例如，如图5所示，针对所述检查对象W的各点P能够形成照射立体角IS。该照射立体角IS由所述第一遮光罩M1的中心部的开口部确定其最外侧的形状，进一步的，在该照射立体角内，通过所述第一滤光器单元F1，与所述第一滤光器单元F1的罩图案F11、F12、F13相对应地，分别形成具有不同光属性的立体角区域IS1、IS2、IS3。

相比于以上所述的照射立体角能够大致均匀地形成的本发明的检查用照明，在仅利用现有的通常的光源面的照明中，针对检查对象W的各点的检查光的照射立体角IS根据各点的不同其形状、大小以及倾斜均不同。这是因为，针对所述检查对象W的各点的照射立体角IS，由从该各点反向观察照明时的面光源1的投影形状、大小以及角度唯一地确定。

另一方面，所述检查对象的各点的观察立体角OS，由所述拍摄装置C的瞳孔位置、瞳孔形状、以及瞳孔的大小与所述检查对象的各点之间的相对关系来确定。

在此，在主要观察从所述检查对象W返回的物体光中的除散射光以外的直射光的情况下，通过拍摄装置C的各点的明亮度，由在各点直接反映照射立体角IS的反射光的立体角RS或透射光的立体角TS与所述观察立体角OS的包含关系确定的。

在此，使用图5对在主要观察从所述检查对象W返回的物体光中的除散射光以外的直射光的情况下，照射立体角与观察立体角的包含关系、以及所述拍摄装置所得到的明暗信息进行说明。

图5示出如下变化：在着重所述检查对象W上的点P，考虑到向所述点P照射照射立体角IS的检查光的情况下，当包含所述检查对象的点P的面部分性仅倾斜φ时，示出点P的明亮度如何变化，针对所述拍摄装置C在点P所形成的观察立体角OS，来自点P的反射光的立体角RS如RS′那样发生变化时的、各立体角区域与观察立体角OS的包含关系如何发生变化。

在图5中，来自点P的所述反射光的立体角RS、以及立体角RS内的立体角区域RS1～3的形状和大小与针对点P的检查光的照射立体角IS、以及照射立体角IS内的立体角区域IS1～3相等，这一点在RS′中也同样如此。

另外，所述反射光的立体角RS及RS′的倾斜在相对于在点P建立的检查面的法线而与所述检查光的照射立体角IS为线对称的方向上，仅倾斜与所述检查光的照射立体角IS的倾斜θ相同程度。

因此，在包含点P的检查面在平面内未倾斜的图5的(a)中，所述拍摄装置C相对于点P形成的观察立体角OS与所述反射光的立体角RS的光轴一致，由所述拍摄装置C捕捉的点P的明亮度根据该观察立体角OS、所述反射光的立体角RS、立体角RS内的立体角区域RS1～3之间的包含关系，被确定为各个光属性不同的明亮度。

接着，在图5的(b)中，考虑包含所述检查对象W的点P的面部分性仅倾斜φ的情况，来自点P的反射光的立体角RS由图中虚线表示的RS′那样倾斜2φ。

此时，来自点P的反射光的立体角RS′若与所述拍摄装置C相对于点P形成的观察立体角OS不具有某种包含关系，则从所述拍摄装置C观察到的点P的明亮度将变为0，但若与所述拍摄装置C相对于点P形成的所述观察立体角OS具有部分包含关系，则在两者重叠的立体角部分所包含的光，即该观察立体角OS、所述反射光的立体角RS′、立体角RS′内的立体角区域RS1～3之间的包含关系被反映为点P的各个不同的光属性的明亮度。

即，当来自点P的反射光的立体角RS′的平面半角大于从所述反射光的倾斜角2φ中减去所述观察立体角OS的平面半角后得到的角度，并且还小于所述反射光的倾斜角2φ加上所述观察立体角OS的平面半角后得到角度时，点P的明亮度根据所述反射光的倾斜角2φ发生变化。

但是，当所述照射立体角IS的平面半角大于根据所述检查对象W的部分倾斜而产生的反射光的倾斜角2φ加上所述观察立体角OS的平面半角后得到的角度时，点P的明亮度不发生变化。

另外，若观察立体角OS的平面半角大于将所述反射光的倾斜角2φ与所述反射光的立体角RS的平面半角相加而得到的角度，则点P的明亮度仍然不发生变化。

这表示点P的明亮度由来自点P的反射光的立体角RS与相对于点P的观察立体角OS的包含关系确定，通过设定照射到点P的检查光的照射立体角IS和相对于点P的观察立体角OS的与形状、大小、以及倾斜相关的相对关系，能够控制点P的明亮度的变化。

进一步地，使用图5来详细叙述当在照射到检查对象的照射立体角内具有不同光属性的立体角区域相对于照射光的光轴以放射状存在时，所述检查对象上的点P的明亮度，根据被所述点P反射的反射光的立体角与拍摄装置C相对于所述点P形成的观察立体角的包含关系如何发生变化。

图5所示的照射立体角IS，其内部是由具有不同的光属性的立体角区域IS1、IS2、IS3形成。此时，从检查对象W上的点P反射的反射光的立体角RS与所述照射立体角IS相同，其光轴为相对于在所述检查对象W上的点P建立的法线与所述照射立体角IS为线对称的方向，在所述反射光的立体角RS的内部还形成有立体角区域RS1、RS2、RS3，该立体角区域RS1、RS2、RS3与在所述照射立体角内形成的具有不同的光属性的立体角区域IS1、IS2、IS3相对应地具有与该IS1、IS2、IS3相同的光属性。

在图5中，为了简便考虑如下情况：由拍摄装置C在所述检查对象W上的点P形成的观察立体角OS具有足够的大小，以便于针对在所述反射光的立体角RS、以及所述反射光的立体角RS内形成的具有不同的光属性的立体角区域RS1、RS2、RS3捕捉其变化，在图11的(a)中示出了所述观察立体角OS完全被所述立体角区域RS1包含的情况。此时，在所述拍摄装置C中，若具备能够分别选择性地检测所述不同的光学物理特性的光的第二滤光器单元，则所述检查对象上的点P的明亮度为所述立体角区域RS1所具有的光属性的光、所述立体角区域RS2所具有的光属性的光、所述立体角区域RS3所具有的光属性的光的以某种比例表示的明亮度。

接着，如图5的(b)所示，考虑所述检查对象W的面仅倾斜φ的情况，则所述反射光的立体角RS的光轴倾斜2φ，所述观察立体角OS以某种比例被包含在所述具有不同的光学物理特性的立体角区域的RS1与RS2及RS3中，无论所述反射光的立体角RS的光轴向哪个方向倾斜，该比例都为不同的比例。此时，所述检查对象上的点P的明亮度以所述立体角区域RS1和RS2及RS3所具有的光属性的光的某种比例，分别补充于某种明亮度，因此，无论所述反射光的立体角RS的光轴向哪个方向倾斜，根据该比例的变化都能够识别出该方向和倾斜程度双方。

现在，为了便于理解，图5所示，分别具有不同的光学物理特性的所述立体角区域RS1、RS2、RS3例如分别为红色光、绿色光、蓝色光，所述拍摄装置C为彩色摄像机，则在图5的(a)的情况下，在所述检查对象W上的点P，红色、绿色、蓝色的光在面积比上以基本相等的比率被捕捉，因此，若其强度相同，则观察起来是白色的某种明亮度，在图5的(b)的情况下，观察起来是红色较浓的白色的某种明亮度。另外，若考虑所述检查对象W的倾斜角φ逐渐变大的情况，则所述检查对象W上的点P按照其倾斜角变大的顺序，从白色渐渐带着红色而连续地发生变化，但若是在内部没有具有不同的光属性的立体角区域的照射立体角，则仅成为由该照射立体角和观察立体角的包含关系确定的明暗信息，但根据本发明，不仅可以在更大范围内连续地捕捉所述检查对象W的倾斜角φ，而且还可以识别该倾斜的方向性。

接着，使用图6来说明当主要观察从所述检查对象W返回的物体光中的散射光时，照射立体角与观察立体角的包含关系、以及所述拍摄装置所得到的明暗信息。

图6所示的照射立体角IS其内部由具有不同的光属性的立体角区域IS1、IS2、IS3形成。此时，从检查对象W上的点P返回的散射光的明亮度由每个不同光属性的立体角区域IS1、IS2、IS3与点P附近的面的法线形成的相对角度所确定的照度决定，若所述点P附近的面倾斜Φ，则该立体角区域IS1、IS2、IS3与点P附近的面的法线形成的相对角度分别发生变化，从而其明亮度发生变化。

此时，若该立体角区域IS1、IS2、IS3相对于所述照射立体角IS的光轴以放射状配置，则根据所述点P附近的面仅倾斜Φ时的倾斜方向，该立体角区域IS1、IS2、IS3与点P附近的面的法线形成的相对角度分别发生变化，从而能够唯一鉴别所述点P附近的面的倾斜方向和倾斜角双方。

关于图6所示的照射立体角IS，在图6的(a)中，具有不同的光属性的立体角区域IS1、IS2、IS3从该照射立体角IS的光轴连续且呈放射状地配置，但在图6的(b)中，具有不同的光属性的立体角区域IS1、IS2、IS3仅在远离该照射立体角IS的光轴的该照射立体角周边部呈放射状配置，而且，在图6的(c)中，具有不同的光属性的立体角区域IS1、IS2、IS3相对于该照射立体角IS的光轴离散地且呈放射状地配置，但该立体角区域IS1、IS2、IS3的立体角越小，相对于所述检查对象的点P附近的面倾斜的方向、以及倾斜角的照度的变化越大，能够使点P的明亮度相对于该倾斜方向、以及倾斜角的变化的的变化量变大，相反，通过优化分别具有不同的光属性的立体角区域IS1、IS2、IS3的配置，可以控制相对于所述检查对象的点P附近的面倾斜的方向、以及倾斜角的点P的明亮度的变化。即，可以控制点P相对于任意方向的任意倾斜角的明亮度的变化量。

接着，本发明中的所述半透半反镜4是由大致正方形状的框体支撑的圆形状的极薄部件，该半透半反镜的形状也可以不是圆形状，所支撑的框体的形状也可以不在正方形上，通过使用这种半透半反镜4，能够以极薄的方式形成半透半反镜4的反射或透射引起的表面和背面的背离部分，当来自所述检查对象W的反射光透射半透半反镜4时，所产生的微小的折射、内表面反射等引起的鬼影能够被降低到最小。

所述第一遮光罩、以及所述第二遮光罩可以是使用了作为一般的光学材料的多片叶片的的光圈，或者还可以是具有任意的开口部极薄的遮光板和光圈的组合，进一步地还可以利用包含第一滤光器单元、第三滤光器单元并且可以电子方式设定其开口部、遮光部、以及要透射的光的属性的液晶等部件。

另外，作为所述第一遮光罩的开口部的另一实施方式，例如，其开口部不是圆状，而是椭圆、或者细长的狭缝形状，从而当检测出所述检查对象的特征点时，能够使其检测灵敏度具有各向异性。即，此时，相对于所述检查对象的各点的照射立体角向与所述第一遮光罩的狭缝相同的长边方向扩展，在短边方向上成为极薄的照射立体角，在这种情况下，长边方向上的所述检查对象的倾斜的检测灵敏度低，仅能将短边方向上的检测灵敏度设定得高。但是，在这种情况下，需要将所述拍摄装置在所述检查对象的各点形成的观察立体角的形状、大小以及倾斜与照射立体角的短边方向配合，设定为相对来讲基本上相同。或者，若将所述拍摄装置在所述检查对象的各点形成的观察立体角的大小设定地足够小，则能够以照射立体角扩展的量，为所检测的倾斜设定阈值。这一点对于在该照射立体角内形成的具有不同的光属性的立体角区域也发挥同样地作用。

另外，作为所述第一遮光罩、以及所述第三滤光器单元的另一实施方式，例如，其开口部具备同心圆状的遮光部和开口部，由此若适当地设定其宽度，则对于所述检查对象的局部的倾斜，不仅能够检测出某种一定的倾斜角度范围，若在所需的方向上设定所需的宽度，则还能够使其检测角度具有各向异性，而且，若将具有不同的光属性的多个区域设定为放射状并改变该区域的形状，则可以提取检查面的不同倾斜方向的不同的倾斜角。或者，若将这种检查用照明设为多级，则根据表面的倾斜程度，能够对其进行分类检测，进一步地，若将所述第一遮光罩、以及所述第三滤光器单元设为能够以电子方式设定其开口部的所述液晶等的部件，则通过动态切换该开口图案，能够得到多种明暗信息，进一步能够进行详细的分类检测。

进一步地，在所述第一滤光器单元F1中，作为其不同的光属性，考虑到波段、偏振状态、亮度等，例如将所述光源1作为发射白色光的光源，利用所述第一滤光器单元F1，能够形成使其由不同波段的光构成的任意立体角区域，同时能够以不同的图案，将不同波段的光从任意的方向到任意的形状，而且在所述检查对象W的视野范围的所有点中，以相同条件进行照射。进一步地，若将所述第一滤光器单元F1设为能够以电子方式设定其图案、透射率等的彩色液晶等部件，则通过动态切换该滤光器图案，能够得到多种明暗信息，进一步能够进行详细的分类检测。

另外，作为所述第一滤光器或所述第三滤光器的构成例，既可以将具有不同的光属性的立体角区域以放射状清楚地区分，还可以使其具有渐层以使其逐渐具有不同的光属性。

通过这样设置，例如，在来自所述检查对象的反射光或透射光根据照射角度或观察角度而亮度不同的情况下，可以将其设为均匀的亮度，反之还可以附加亮度的变化，而且关于由散射光的亮度反映的照度，也能够同样地控制其变化。

例如能够适当地调整从所述检查对象W的表面直接反射的光与发出瑕疵等散射光的部分之间的亮度差。通过减少作为正反射光而从所述检查对象W的表面直接反射的光的角度范围对应的照射立体角区域的光量，逐渐增大除此之外的立体角区域的光量，能够实现所述适当调整，而且，对于任何方向上的倾斜角，都可以使其在与观察立体角的包含关系中连续地变化。

接着，使用图7～图12来说明如下方法：在主要观察从所述检查对象返回的物体光中的、作为正反射光的直射光的情况下，物体面的三维形状变化大，着重在不能连续获取物体面的各点附近的微小面积的倾斜作为从各点返回的物体光的明暗信息的不连续区域中，存在针对物体面的各点的照射光的照射立体角不反映在从该点返回的直射光的立体角中的特定区域，使用该直射光的立体角相对于该照射立体角的变化、以及该不连续区域中的其他物体光的变化来获得该不连续区域的三维形状。

在图7中，在照射立体角IS与观察立体角OS的光轴为同轴的情况下，根据照射立体角IS的平面半角θi和观察立体角OS的平面半角θo的大小，在反映该照射立体角IS的形状从所述检查对象返回的直射光反映该检查对象的面的倾斜且其光轴发生变化的情况下，为了便于根据该观察立体角OS获得该光轴变化可以被捕捉作为明暗变化的角度范围，将该照射立体角IS的平面半角θi和该观察立体角OS的平面半角θo中较小的一方设为有效平面半角θ。

此外，该照射立体角IS可以是其内部在所述具有不同的光属性的多个立体角区域中相对于该照射立体角的光轴以放射状配置，在以下说明的图8至图19中也是同样的。

其内部由具有不同的光属性的立体角区域IS1、IS2、IS3形成。此时，从检查对象W上的点P反射的反射光的立体角RS与所述照射立体角IS相同，其光轴在相对于在所述检查对象W上的点P建立的法线与所述照射立体角IS为线对称的方向上。

图8示出如下内容：在从所述检查对象的各点返回的物体光为直射光，在照射到该检查对象的各点的平面半角θi的照射立体角和针对该检查对象的各点的平面半角θo的观察立体角中，该照射立体角与该观察立体角的光轴被设定为同轴或为正反射方向时，无法通过该观察立体角观察到从该检查对象的各点返回的直射光的该各点附近的极限倾斜角度Φe，为照射到该检查对象的各点的照射立体角的平面半角θi与针对该检查对象的各点的观察立体角的平面半角θo之和的1/2，因此，在该检查对象的不连续区域的倾斜面相对于平面部的法线所形成的倾斜角θs相对于平面时的90°发生了变化的差角大于该平面半角θi与该平面半角θo之和的1/2的情况下，即，小于从90°中减去极限倾斜角度Φe得到的角度的情况，在其不连续区域中，通过该观察立体角无法捕捉该直射光，其结果是，通过观察立体角能够捕捉到的直射光的明亮度为0，若保持原样，则仅凭该观察立体角的明亮度的变化量，无法识别该不连续区域中的该检查对象的三维形状。

接着，图9示出在所述检查对象的不连续区域中所着重的面的倾斜角θs等于有效照射立体角θ的情况、

图10示出不连续区域面的倾斜角θs小于有效照射立体角θ但大于0的情况、

图11示出不连续区域面的倾斜角θs为0的情况、

图12示出不连续区域面的倾斜角θs为负的情况，然而，无论哪种情况都示出了通过在不连续区域中被捕捉的直射光的明暗变化确定的该不连续区域的宽度除以该有效平面半角θ的正切而得到的值是将该不连续区域夹在中间的连续区域之间的高低差D。

接着，使用图13～图18说明如下方法：在作为所述不连续区域的一个例子，半径R未知的球体或该球体的一部分被照射具有平面半角θi的照射立体角的照射光，利用具有平面半角θo的观察立体角的观察光学***观察该球体，并且该照射立体角与该观察立体角的光轴在同轴方向上的情况下，鉴别作为其三维形状的重要元素的该球体的顶点部的高度。

首先，在图13～图18中，半径R的球体存在于所述检查面的大致平面部，此时，若照射立体角与观察立体角的光轴为同轴，在观察范围内，在所述检查面的不同高度的各点处均匀地设定该照射立体角和该观察立体角，

则该球体的半径R能够确定为将观察到从该球体的顶上部返回的直射光的圆状范围的半径r1除以所述极限倾斜角度Φe的正弦而得到的值R1，

在该球体的顶点部的高度等于或大于该球体的半径的情况下，还能够将观察到直射光的该球体的顶上部的圆状范围的外侧形成的、观察不到直射光的范围的半径r2的值确定为R2，并且从所述检查面的大致平面部到该球体的中心的距离可以确定为R3，该R3通过如下方式获得：将在观察到直射光的该球体的顶上部的圆状范围的外侧形成的、观察不到直射光的范围的周围形成的存在直射光的明暗变化的宽度r3乘以所述有效平面半角θ的余弦得到的值，除以从所述有效平面半角θ的正弦中减去所述有效平面半角θ的余弦后加1得到的值。

在图13中，照射立体角与观察立体角的光轴为同轴，半径R未知的球体在所述检查对象的大致平面部以接地方式存在，

这种情况下的该球体的顶上部相对于该大致平面部的高度D可以确定为，根据观察到从该球体的顶上部返回的直射光的圆状范围的半径r1确定的所述R1、或者、

形成在该球体的顶上部的圆状范围的外侧的、作为观察不到直射光的范围的半径的所述R2、或者、

根据形成在该球体的顶上部的圆状范围的外侧的、观察不到直射光的范围的周围形成的存在直射光的明暗变化的宽度r3确定的所述R3中的任一个的值的2倍的值。

此时，所述R1、R2、R3的值均为相同的值，在这3个值均不相同的情况下，表示所述球体不是完整的球体，大体上，该R1的值对应于从该球体的中心至上部的高度，该R2的值对应于从该球体的中心至水平方向的半径，该R3的值对应于该球体的中心至接地面的高度，因此，根据这3个值，可以获得该球体相对于所述检查对象的大致平面部的相对位置及其大致形状。

图14示出如下情况：照射立体角与观察立体角的光轴为同轴，在所述检查对象的大致平面部存在半径R未知的球体，且该球体的顶上部相对于该大致平面部的高度D为大于该球体的半径R的2倍的值，

在这种情况下，所述R1与所述R2的值相等，但观察到所述R3的值大于所述R1、以及所述R2的值，

该高度D能够确定为，将该球体的半径R乘以所述有效平面半角θ的余弦的倒数、以及从1中减去该有效平面半角θ的余弦后的值而得到的值作为校正项ΔL，

所述R1的值或所述R2的值加上后述值而得到的值：从所述r3的值中减去该校正项ΔL得到的值除以所述有效平面半角θ的正切得到的值。

图15、以及图16示出如下情况：照射立体角与观察立体角的光轴为同轴，在所述检查对象的大致平面部存在半径R的球体，且该球体的顶上部相对于该大致平面部的高度D为于小于该球体的半径R的2倍且等于或大于该球体的半径R的值，在这种情况下，所述R1与所述R2的值相等，所述R3的值观察起来小于所述R1、以及所述R2的值，

该高度D可以确定为所述R1的值或所述R2的值加上后述值而得到的值：从所述r3的值中减去所述校正项ΔL后得到的值除以所述有效平面半角θ的正切得到的值。

图17示出如下情况：照射立体角与观察立体角的光轴为同轴，在所述检查对象的大致平面部存在半径R的球体，且该球体的顶上部相对于该大致平面部的高度D为小于该球体的半径R的值，所述R1的值大于所述R2的值，观察到所述R3的值是不为0的值，

在这种情况下，该球体的顶上部的高度D可以确定为所述R1的值加上如下值而得到的值：所述校正项ΔL除以所述有效平面半角θ的正切得到的值。

最后，图18示出如下情况：照射立体角与观察立体角的光轴为同轴，在所述检查对象的大致平面部存在半径R的球体，且该球体的顶上部相对于该大致平面部的高度D为小于该球体的半径R的值，所述R1的值大于所述R2的值，观察到所述R3的值基本上为0，在这种情况下，该高度D可以确定为从所述R1的值中减去后述值而得到的值：从所述R1的值的平方中减去所述r2的值的平方得到的值的平方根。

接着，在所述不连续区域不返回直射光作为物体光，而主要反射散射光的情况下，或者返回直射光，但该直射光在无法通过所述观察立体角捕捉到的范围方向上返回的情况下，若照射观察范围内的照射光为具有相同立体角ωi的照射立体角的照射光，当将反射率设为1时，物体光为直射光的情况下的点P的明亮度由直射光的立体角RS与观察立体角OS的包含关系决定，其最大明亮度由有效照射立体角EIS决定，该有效照射立体角EIS具有照射立体角ωi和观察立体角ωo中的较小的一方的有效平面半角θ，而在散射光的情况下，以照射立体角ωi照射到点P的光被转换为立体角2π的散射光，其以观察立体角ωo被捕捉，因此，

如图19所示，根据观察立体角捕捉到的散射光的最大明亮度与直射光的最大明亮度的比例为照射立体角ωi和观察立体角ωo中的较大者除以2π而得到的值与1之比。

更具体的，若照射观察范围内的照射光为具有相同立体角ωi的照射立体角的照射光，观察立体角为ωo，则考虑到通常的光学要求，两者的立体角的平面半角即使大也为10°左右，若小则为1°以下，但此时观察到的散射光的最大明亮度为直射光的最大明亮度的0.015倍到0.00015倍。

此时，可以将直射光的明亮度的动态范围、即最大明亮度和最低明亮度的范围、以及散射光的明亮度的动态范围设定为两者不重叠的范围，例如若所述拍摄装置以浮点方式保持图像的明亮度，则通过在这两者的范围内进行适当的运算，可以划分为观察到所述检查对象的直射光的明视野区域和观察到散射光的暗视野区域，通过对各区域进行适当的运算处理，计算出三维形状，并将它们连接起来，从而可以尽可能减少其不连续区域，检查测定所述检查对象的表面的三维形状。

如图20所示，对检查面W的观察区域的各点，照射以放射状配置不同的光属性的立体角区域IS1、IS2、IS3的、具有相同照射立体角IS的光，通过为其亮度值设置阈值或根据返回的物体光的偏振状态区分返回直射光的明视野区域BF和返回散射光的暗视野区域DF，根据各区域中的各点的不同的光属性的明亮度的变化检查测定三维形状，则可以针对仅观察到直射光或仅观察到散射光而无法连续地检查测定其三维形状的检查面，连续地进行三维形状的检查测定。

※对检查面W的观察区域的各点，照射以放射状配置不同的光属性的立体角区域IS1、IS2、IS的、具有相同照射立体角IS的光，通过为其亮度值设置阈值或根据返回的物体光的偏振状态区分返回直射光的明视野区域BF和返回散射光的暗视野区域DF，根据各区域中的各点的不同的光属性的明亮度的变化检查测定三维形状，则可以针对仅观察到直射光或仅观察到散射光而无法连续地检查测定其三维形状的检查面，连续地进行三维形状的检查测定。

其原因在于，对于具有相同照射立体角的照射光来讲，关于从检查面返回的物体光，正反射光或正透射光这样的直射光与除此之外的散射光的明亮度之间存在大的差异，将观察到的亮度值设定一定的阈值，或根据明暗的变化程度设定阈值，进一步地，在该阈值前后的区域中，根据其区域的大小判断属于哪一个区域，能够区分返回直射光的区域和返回散射光的区域，

另外，作为区分返回直射光的区域和返回散射光的区域的另一种方法，直射光保留其照射光的偏振状态或反映其偏振状态，而散射光根据其产生原理，由于即使照射光为偏振其也会变为非偏振，例如，若使用第四滤光器等使照射光为偏振，则在观察光学***或拍摄装置中，无论物体光的明亮度如何，都可以区分为直射光和散射光进行观察，或者，通过使用平行尼科尔棱镜来增加直射光和散射光的动态范围的明亮度增之间的差异，可以稳定两者之间的区分，

另外，为了稳定地分析两者的亮度值的变化，可以改变曝光时间或增益等拍摄条件来拍摄多张图像，在识别出明亮度饱和而无法检测其变化的区域和由于区域太暗而无法检测到其变化的部分之后，对两者进行补充，并稳定地分析其变化，

作为又另一种方法，若所述拍摄装置以浮点保持该图像的亮度值，则能够在各个区域进行稳定的三维分析。

另外，所述第二遮光罩成像于所述检查对象，因此通过在所述遮光罩的开口部设置仅使具有特定的属性的光透射的第四滤光器单元，可以为所述检查光的每个照射范围设定其光属性。此时，若无需设定不照射光的范围，则也可以仅通过所述第四滤光器单元，为每个透射的特定的光属性设定其照射范围。

而且，若将所述第一、第二遮光罩、以及所述第一、第三滤光器设为能够以电子方式设定其开口部的所述液晶等部件，则通过动态切换其开口图案、透射的光属性等，能够变更所述检查光的照射区域，即使所述检查对象需要不同的照射区域，也能够根据各个区域照射检查光，得到多种明暗信息。

进一步地，通过将能够动态变更其照射面的发光波长分布、亮度分布、偏振状态分布的彩色液晶等与白色光源组合来构成所述面光源，还可以对应于各种各样的种类的检查对象。

此外，在不违反本发明的主旨的范围内，还可以进行各式各样的变形、实施方式的组合。例如，对从检查对象的各点返回的物体光的立体角，使用足够小的观察立体角，将照射立体角的整个区域划分为与该观察立体角的大小相应的小区域，使所需部分的光学物理特性不同，从而可以仅捕捉检查对象的倾斜面内的、某一特定倾斜方向上的某个特定倾斜程度的区域。

以上描述中使用的亮度、照度、明亮度等词语，一般是作为人类视觉感受到的光的尺度的测光量，但适当地作为物理量，或者作为与使用的摄像机的灵敏度特性相适应的传感器测光量的意思使用，所以在此进行说明。

附图标记说明

100：检查测定用照明装置

200：检查测定***

300：图像分析单元

1：面光源

11：光发射面

2：透镜

4：半透半反镜

C：拍摄装置

LP1：照射光路

LP2：反射/透射光路

M1：第一遮光罩(及其遮光部)

M2：第二遮光罩

F1：第一滤光器单元

F3：第三滤光器单元

F4：第四滤光器单元

F11：第一滤光器单元的使某个具有光属性1的光透射的部分F12：第一滤光器单元的使某个具有光属性2的光透射的部分F13：第一滤光器单元的使某个具有光属性3的光透射的部分W：检查对象

P：检查对象W上的某个点

IS：照射立体角

IS1：照射立体角内的具有不同的光属性的立体角区域1IS2：照射立体角内的具有不同的光属性的立体角区域2IS3：照射立体角内的具有不同的光属性的立体角区域3EIS：具有有效平面半角的有效照射立体角

OS：观察立体角

RS：反射光的立体角

RS1：反射光的立体角内的具有不同的光属性的立体角区域1RS2：反射光的立体角内的具有不同的光属性的立体角区域2RS3：反射光的立体角内的具有不同的光属性的立体角区域3Φ：检查面的倾斜角

Φe：可以观察直射光的检查面的极限倾斜角

θo：观察立体角的平面半角

θi：照射立体角的平面半角

ωo：观察立体角的立体角

ωi：照射立体角的立体角

θ：照射立体角、以及观察立体角的有效平面半角θs：来自检查面的竖直方向的倾斜角

D：来自高度不同的检查面的基准面的高度

ΔD1：球体底部与检查基准面的距离

ΔD2：从检查基准面到球体中心的距离

ΔD3：从检查基准面到球体中心的距离

L1～4：检查面的不连续区域中的水平方向上的位置

B：半径R的球体

R：球体B的半径

S：球体B与水平方向倾斜Φe的切线

LT：球体部的顶点位置

LB：检查面的基准平面部的位置

L：在检查面的不连续区域中，有效照射立体角部分缺失的水平方向的距离

r1：从球体部的顶上部返回的观察到直射光的圆状范围的半径

r2：从球体部观察不到直射光的范围的半径

r3：在从球体部观察不到直射光的范围的周围形成的、存在直射光的明暗变化的宽度

R1：根据能观察到从球体部的顶上部返回的直射光的圆状范围的半径确定的、从该球体的中心至上部的高度对应的值

R2：根据从球体部观察不到直射光的范围的半径确定的、从该球体的中心至水平方向的半径对应的值

R3：根据在从球体部观察不到直射光的范围的周围形成的、存在直射光的明暗变化的宽度确定的、从该球体的中心至接地面的高度对应的值

BF：返回直射光的明视野区域

DF：返回散射光的暗视野区域

Claims (8)

1.一种检查测定***，其特征在于，具备：

检查测定用照明装置，其对检查对象照射检查光，并且能够设定照射到所述检查对象的各点的检查光的照射立体角，使得具有不同的光属性的多个立体角区域以光轴为中心呈放射状配置，能够在不依赖于从该检查测定用照明装置到该检查对象的各点的距离下，同时使该照射立体角的形状以及光轴的倾斜相对于所述检查对象的各点大致均匀；以及

拍摄装置，其拍摄在所述检查对象的各点处反射或透射的物体光，并能够选择性地拍摄所述物体光的不同光属性，

在所述检查对象的各点，根据由拍摄装置形成的针对所述检查对象的各点的观察立体角，能够将所述物体光的正反射光或正透射光的立体角的变化，作为在所述物体光的正反射光或正透射光的立体角与所述观察立体角的包含关系中，由所述检查光的所述多个立体角区域引起的、具有多个光属性的所述物体光的第一变化进行检测，

在检测不到所述物体光的正反射光或正透射光的区域中，能够将该区域的范围形状及其附近的所述物体光的正反射光或正透射光的立体角的变化作为所述物体光的第二变化进行检测，

针对所述物体光的散射光，能够将由所述检查光的所述多个立体角区域引起的多个光属性中的每一个光属性的明亮度的变化作为所述物体光的第三变化进行检测，

使用所述物体光的第一变化、第二变化、以及第三变化中的至少一个变化，根据其多个光属性中的每一个光属性的所述物体光的变化量，针对所述检查对象的各点的多个方向的倾斜，确定其倾斜方向或其倾斜角度、或其倾斜方向和其倾斜角度双方，在无法针对所述检查对象的各点的多个方向的倾斜连续鉴别倾斜方向和其倾斜角度的区域，至少确定与该区域相邻的区域之间的高低差，

从而能够确定所述检查对象的表面的三维特性。

2.根据权利要求1所述的检查测定***，其特征在于，

所述检查对象的各点的所述观察立体角被设定为小于所述照射立体角，使得在所述照射立体角内形成的具有不同的光属性的多个立体角区域在各光属性中连续且平滑地变化。

3.一种检查测定***，其特征在于，具备：

检查测定用照明装置，其对检查对象照射检查光，并且能够在不依赖于从该检查测定用照明装置到该检查对象的各点的距离下，同时使照射到所述检查对象的各点的检查光的照射立体角的形状以及光轴的倾斜相对于所述检查对象的各点大致均匀；以及拍摄装置，其拍摄在所述检查对象的各点处反射或透射的物体光，

在所述检查对象的各点，根据由拍摄装置形成的针对所述检查对象的各点的观察立体角，能够将所述物体光的正反射光或正透射光的立体角的变化，作为在所述物体光的正反射光或正透射光的立体角与所述观察立体角的包含关系中，所述物体光的第一变化进行检测，

在检测不到所述物体光的正反射光或正透射光的区域中，能够将该区域的范围形状及其附近的所述物体光的正反射光或正透射光的立体角的变化作为所述物体光的第二变化进行检测，

针对所述物体光的散射光，能够将其明亮度的变化作为所述物体光的第三变化进行检测，

使用所述物体光的第一变化、第二变化、以及第三变化中的至少一个变化，根据所述物体光的变化方式，确定所述检查对象的各点的倾斜角度，

在无法连续鉴别所述检查对象的各点的倾斜角度的区域，至少确定与该区域相邻的区域之间的高低差，从而能够确定所述检查对象的表面的三维特性。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的检查测定***，其特征在于，

在对检查对象照射检查光的检查测定用照明装置中，能够使照射到所述检查对象的各点的检查光为偏振光，

在拍摄在所述检查对象的各点处反射或透射的物体光的拍摄装置中，具备能够根据所述物体光的偏振状态选择性地拍摄所述物体光的变化的拍摄装置，所述拍摄装置区分从所述检查对象的各点返回的所述物体光是正反射光或正透射光还是散射光，

在所述检查对象的各点处，使用所述物体光的第一变化、第二变化、以及第三变化中的哪一个变化来确定所述检查对象的表面的三维特性是能够设定的。

5.根据权利要求1至3中的任一项所述的检查测定***，其特征在于，

在拍摄在所述检查对象的各点处反射或透射的物体光的拍摄装置中，具备能够拍摄所述物体光的明亮度并将其记录为浮点形式的亮度值的拍摄装置，所述拍摄装置将从所述检查对象的各点返回的所述物体光是正反射光或正透射光还是散射光，判别为按其明亮度的频带区分的一定大小以上的区域，

在所述检查对象的各点处，使用所述物体光的第一变化、第二变化、以及第三变化中的哪一个变化来确定所述检查对象的表面的三维特性是能够设定的。

6.根据权利要求1至3中的任一项所述的检查测定***，其特征在于，

在拍摄在所述检查对象的各点处反射或透射的物体光的拍摄装置中，

适用所述物体光中的正反射光或正透射光的期望明亮度不超过可拍摄的最大明亮度的范围内的拍摄条件，对第一拍摄图像进行拍摄，

适用所述物体光中的散射光的期望明亮度为可拍摄的最低明亮度以上的范围内的拍摄条件，对第二拍摄图像进行拍摄，

将从所述检查对象的各点返回的所述物体光是正反射光或正透射光还是散射光判别为按其明亮度的频带区分的一定大小以上的区域，

在所述检查对象的各点处，使用所述物体光的第一变化、第二变化、以及第三变化中的哪一个变化来确定所述检查对象的表面的三维特性是能够设定的。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的检查测定***，其特征在于，

所述检查测定用照明装置具备半透半反镜，其用于改变所述检查光的照射方向并使来自所述检查对象的光透射从而能够利用所述拍摄装置拍摄，使所述检查光的针对所述检查对象的各点的照射立体角与所述拍摄装置的针对所述检查对象的各点的观察立体角的光轴大致一致。

8.一种检查测定方法，其特征在于，

在权利要求1至7中的任一项所述的检查***中，通过所述物体光的明亮度、或所述物体光的立体角的形状、倾斜、或所述物体光的明亮度和所述物体光的立体角的形状、倾斜的变化来鉴别所述检查对象的三维形状。

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