专利名称：评价板状体的光学畸变的装置及方法
技术领域：
本发明涉及对因存在于玻璃板等透明板状体的缺陷导致的透过光的光学畸变，或者因具有光泽的板状体的表面平整度的不均匀性导致的反射光的光学畸变进行检测、评价的装置及方法。
背景技术：
在存在于透明板、例如玻璃板的缺陷中，包括有存在于表面的凹凸、作为由落在表面的异物造成的缺陷的滴落异物、存在于滴落异物痕迹上的环形口状的凹凸、存在于内部的异物、气泡等。此外，在表面覆盖了透明膜的玻璃板时，透明膜的缺陷中存在有针孔等。如果这些缺陷伴随有光学畸变，则光学畸变将折射光线。因此，伴随有光学畸变的玻璃板等需要通过检查去除不能作为光学基板利用的残次品。
在专利文献1(特开平8-220021号公报)中，记载了使用线阵列传感器摄像机拍摄栅格图案，通过故意使焦点从栅格图案上离开，使图像不产生明部和暗部之差成为灰色，利用透明板状体所具有的折射力改变焦点位置，作为结果使之产生明部和暗部之差进而检测出缺陷的方法。但是，在该方法中不能定量地采用例如透镜光焦度的单位屈光度来测量透明板状体所具有的折射力。
与之相对应，在专利文献2(特表2001-502799号公报)中，记载了当使用线阵列传感器摄像机拍摄栅格图案时，使对应栅格的CCD的数目为栅格的恰好整数倍来定量地检测光学畸变的方法。但是，在该方法中，为了准确地形成整数倍，需要使用间距以及宽度准确的栅格和在远心光路透镜等的视场角的哪个位置其对应各像素的栅格图案上的宽度都不变化的透镜。
另一方面，在专利文献3(特开平4-98111号公报)中，还公开了通过条纹扫描法测量生体的表面部的三维形状的方法。

发明内容
本发明之目的就是在使用由栅格图案与拍摄该栅格图案的像素的干涉所产生的莫尔条纹的光学畸变评价装置以及方法中，提供可以不要求栅格图案像内的各栅格的间距以及宽度的高度的均匀性地进行高精度检测的光学畸变评价装置以及方法。
本发明的另一目的是以廉价的系统构成提供使用由栅格图案与拍摄该栅格图案的像素的干涉所产生的莫尔条纹的光学畸变的评价装置。
因此，在本发明中，取X＝4p(p为1或其以上的整数)，n以及α为1或其以上的整数，相对于n个栅格(明部和暗部的对)使Xn±α个像素与之对应。
具体言之，就是当使用与栅格图案的排列方向相同方向排列了多个像素的线路传感器摄像机拍摄在一定方向上交互重复一定间距、一定宽度的明部和暗部的栅格图案时，使Xn±α个像素相对于包含于栅格图案中的n个栅格(明部和暗部的对)与之对应。这里，关于各个的栅格，其分别顺次对应由大致X±α/n个像素构成的像素的组。
此外，取Y＝4p(p为1或其以上的整数)，m以及β为1或其以上的整数，当使用矩阵摄像机拍摄在棋盘格图案状地交互重复明部和暗部的栅格图案时，使矩阵摄像机的横方向的Xn±α个像素相对于包含于栅格图案中的横方向的n个栅格(明部和暗部的对)与之对应，使矩阵摄像机的纵方向的Ym±β个像素相对于包含于栅格图案中的纵方向的m个栅格(明部和暗部的对)与之对应。这里，关于横方向的各个的栅格，其分别顺次对应由大致X±α/n个像素构成的像素的组，关于纵方向的各个的栅格，其分别顺次对应由大致Y±β/m个像素构成的像素的组。
通过采用这样的做法，在即便CCD像素与栅格的对应关系相对于栅格数的整数倍偏离了α左右(或者/以及β左右)的状态下，也可以事先根据逻辑关系计算出畸变量，通过使之也能够对应栅格图案或透镜的精度存在分散、偏移量缓慢地变化的情况，可以以更为廉价的系统构筑整体。
具体言之，本发明的一个技术方案提供一种评价因透明板状体具有的折射力的不均匀性导致透过透明板状体的光的光学的畸变量的装置，其特征在于具有照射排列了一定间距、一定宽度的明部和暗部的栅格图案的单元、使用摄像装置拍摄上述栅格图案的单元、以灰度图像数据输入来自上述摄像装置的信号的单元、在从上述栅格图案到上述摄像装置的光路内支撑并输送上述透明板状体的单元以及处理从上述摄像装置输入的灰度图像数据的图像处理单元，当在上述摄像装置上拍摄上述栅格图案时，通过相对于n个栅格使之对应Xn±α个CCD像素产生α个莫尔条纹，其中，上述图像处理单元具有由上述莫尔条纹的图像数据计算各偏移了90°相位的多种正弦波的装置、根据上述多种正弦波求解各像素的相位角度的装置和根据各像素间的相位角度之差计算光学畸变的折射力的装置。
另外，本发明的另一技术方案提供一种评价因具有光泽的板状体表面平整度的不均匀性导致上述板状体反射的光的光学的畸变量的装置，其特征在于具有照射排列了一定间距、一定宽度的明部和暗部的栅格图案的单元、使用摄像装置拍摄上述栅格图案的反射像的单元、以灰度图像数据输入来自上述摄像装置的信号的单元、支撑并输送上述板状体使之能够用上述具有光泽的板状体反射来自上述栅格图案的反射光并使之进入到上述摄像装置的单元以及处理从上述摄像装置输入的灰度图像数据的图像处理单元，当在上述摄像装置上拍摄上述栅格图案时，通过相对于n个栅格使之对应Xn±α个CCD像素产生α个莫尔条纹，上述图像处理单元具有由上述莫尔条纹的图像数据计算各偏移了90°相位的多种正弦波的装置、根据上述多种正弦波求解各像素的相位角度的装置和根据各像素间的相位角度之差计算反射光的偏移量的装置。
进而，本发明的另一技术方案还提供一种检测透明板状体的具有光学畸变的缺陷的装置，其特征在于具有照射排列了一定间距、一定宽度的明部和暗部的栅格图案的单元、使用摄像装置拍摄上述栅格图案的单元、以灰度图像数据输入来自上述摄像装置的信号的单元、在从上述栅格图案到上述摄像装置的光路内支撑并输送上述透明板状体的单元以及处理从上述摄像装置输入的灰度图像数据的图像处理单元，当在上述摄像装置上拍摄上述栅格图案时，通过相对于n个栅格使之对应Xn±α个CCD像素产生α个莫尔条纹，上述图像处理单元具有由上述莫尔条纹的图像数据计算各偏移了90°相位的多种正弦波的装置、根据上述多种正弦波求解各像素的相位角度的装置和根据各像素间的相位角度之差检测具有光学畸变的缺陷的装置。
此外，本发明的另一技术方案还提供一种检测具有光泽的板状体表面带有的光学畸变的缺陷的装置，其特征在于具有照射排列了一定间距、一定宽度的明部和暗部的栅格图案的单元、使用摄像装置拍摄上述栅格图案的反射像的单元、以灰度图像数据输入来自上述摄像装置的信号的单元、支撑并输送上述板状体使之能够用上述具有光泽的板状体反射来自上述栅格图案的反射光并使之进入到上述摄像装置的单元和处理从上述摄像装置输入的灰度图像数据的图像处理单元，当在上述摄像装置上拍摄上述栅格图案时，通过相对于n个栅格使之对应Xn±α个CCD像素产生α个莫尔条纹，上述图像处理单元具有由上述莫尔条纹的图像数据计算各偏移了90°相位的多种正弦波的装置、根据上述多种正弦波求解各像素的相位角度的装置和根据各像素间的相位角度之差检测具有光学畸变的缺陷的装置。
上述装置的发明也可以作为方法的发明而成立。此外，上述发明也可以通过使评价装置或计算机实现指定的功能的程序以及记录了该程序的记录介质而成立。
在本说明书中，所谓单元，不仅仅只意味着物理的单元，也包括通过硬件、软件或者硬件以及软件的组合实现该单元所具有的功能的情况。进而，既可以通过2个或者2个以上的硬件、软件或者硬件以及软件的组合实现一个单元所具有的功能，也可以通过1个硬件、软件或者硬件以及软件的组合实现2个单元或者2个以上的单元的功能。


图1所示是本发明的评价装置的概略构成图。
图2所示是本发明的评价装置的斜视图。
图3所示是从输送方向的下游看到的评价装置的概略端面图。
图4所示是从输送方向的侧面看到的评价装置的概略侧面图。
图5所示是从输送方向的下游看到的评价装置的概略端面图。
图6所示是从输送方向的侧面看到的评价装置的概略侧面图。
图7所示是评价装置的概略平面图。
图8所示是本发明的其他评价装置的概略构成图。
图9是说明CCD像素与栅格的对应关系的图。
图10所示是说明CCD像素与栅格的偏离的概念图。
图11所示是用5000像素的线路传感器摄像机拍摄了栅格图案时输出的灰度图像数据的1～1200像素部分的曲线。
图12所示是说明符号的分配的概念图。
图13所示是说明符号的分配的概念图。
图14是一例相位角速度的曲线图。
图15所示是一例灰度数据的曲线图。
图16所示是图10曲线的部分放大图。
图17所示是图像处理顺序的流程图。
图18所示是图像处理顺序的流程图。
图19所示是图像处理顺序的流程图。
图20所示是一例A相、B相的正弦波的曲线图。
图21所示是一例根据A相、B相的正弦波求得的李萨如图形的图。
图22所示是一例在李萨如图形上的相位角度的曲线图。
图23所示是一例相位角速度的曲线图。
图24所示是图像处理顺序的流程图。
图25所示是图像处理顺序的流程图。
图26所示是图像处理顺序的流程图。
图27所示是图像处理顺序的流程图。
图28所示是图像处理顺序的流程图。
图29所示是图像处理顺序的流程图。
图30所示是一例A相～D相的正弦波的曲线图。
图31所示是一例相位角度的曲线图。
图32所示是一例相位角速度的曲线图。
图33所示是一例积分了角速度(透镜光焦度)的曲线图，给出了透镜作用造成的光的折射角度。
图34所示是说明本发明第3实施形态所涉及的检查装置的构成的概略侧面图。
图35所示是在图34的检查装置中从摄像装置4的位置看照明1侧的平面图。
图36所示是说明狭缝体10的配置例的概略侧面图。
图37所示是说明狭缝体10的配置例的概略侧面图。
图38所示是说明狭缝体10的配置例的概略侧面图。
图39所示是因光学畸变的折射力的狭缝造成的影响的曲线。
图40所示是本发明第4实施形态所涉及的栅格图案的概略侧面图。
图41所示是说明本发明第5实施形态所涉及的检查装置的构成的概略侧面图。
图42所示是说明本发明第5实施形态所涉及的检查装置的构成的概略侧面图。
具体实施例方式
下面，参照图面对本发明的第1实施形态进行说明。
首先，对用于评价透过透明板状体的光的光学畸变量所使用的评价装置进行说明。图1所示是本发明的评价装置的概略构成图，图2所示是本发明的评价装置的斜视图。如图1、图2所示的那样，该评价装置具有栅格图案2、摄像装置4、图像处理装置5和显示装置6。栅格图案2是在某一方向上交互重复一定间距、一定宽度的明部和暗部的栅格。这里，栅格图案2也可以如棋盘格状形状地交互形成多个明部和暗部。栅格图案2是片状或者板状，例如具有矩形形状。在该例中，水平地配置栅格图案2的上面。
栅格图案2带有光源1。光源1可以使用如荧光灯等。光源1从下侧方向对栅格图案2照射光。作为光源，除了荧光灯外，例如也可以使用卤素灯，采用通过光纤引导来自卤素灯的光的光纤照明。此外，还可以使用棒状的LED照明。当然，也可以以照明方式构成栅格图案本身。再有，通过并列多个短栅状的照明，以与照明宽度相同宽度形成照明间隔并交互地形成多个明部和暗部也是可行的。
在栅格图案2的上方设置有用于输送作为检查对象物的玻璃板等透明板状体3的伴随装置8(例如滚筒)。在该例中，在平面视场内，应使玻璃板3的输送方向与栅格图案2的排列方向正交地配置栅格图案2和输送装置8。
摄像装置4由作为反复进行一维扫描的线路传感器、如使用CCD的线路传感器摄像机41与透镜42构成。摄像装置4以挟住所输送的透明板状体3的状态配置在与光源1对向的一侧。进而，线路传感器摄像机相对于栅格图案2的上面安装在垂直的方向上且其扫描线与栅格图案2的排列方向平行，其配置应能够以透过了栅格图案2的光为视场取入栅格图案2。另外，线路传感器摄像机41具有沿扫描线直线地配置了的CCD像素。这里，由于线路传感器摄像机的视场是确定了的，故也可以配合检查对象物的宽度确定适当的设置台数。
玻璃板3被输送装置8水平地输送于如以上那样的摄像装置4和栅格图案2之间。玻璃板3的检查面呈水平，输送方向如用箭头所示的那样在图1中为向右方向。来自线路传感器摄像机41的莫尔条纹的图像数据输出被以灰度数据的形式输入图像处理装置5，在图像处理装置5中，计算由莫尔条纹的图像数据偏移了90°相位的A相以及B相2种正弦波，根据A相以及B相的正弦波求解李萨如图形上的各像素的相位角度，根据各像素间的相位角度之差检测出带有光学畸变的缺陷，计算出光学畸变的量。
作为图像处理装置5，可以利用例如计算机。由于在线路传感器的输出是模拟信号时，计算机需要将之变换成数字信号取入，故图像处理装置5将进一步要求配备至少具有模/数转换功能的图像输入装置。在线路传感器41是数字摄像机时，不需要进行模/数转换。
显示装置6可以通过CRT、液晶显示器等显示装置实现。显示装置6显示来自图像处理装置5的输出。这里，该评价装置检测栅格排列方向的缺陷的光学畸变。
在上述的说明中，在垂直方向配置摄像装置4和栅格图案2，水平地配置玻璃板3的检查面。但是，这些要素的配置并非只限于此。图3～图7给出了摄像装置、栅格图案和检测对象物的配置例。
这里，在图3以及图5是从输送方向的下游看到的评价装置的概略端面图，图4以及图6是从输送方向的侧面看到的评价装置的概略侧面图，图7是评价装置的概略平面图。
作为配置例，首先是在垂直方向配置摄像装置4和栅格图案2，可以自水平方向使玻璃板3的检查面倾斜。该倾斜既可以是如图3所示的a、b的某一个方向，也可以是如图4所示的d、e的某一个方向。
此外，由于摄像装置4以及栅格图案2与玻璃板3之间的位置关系是相对的关系，故也可以如图5以及图6所示的那样，水平地配置玻璃板3的检查面而使连结摄像装置4和栅格图案2的线自垂直方向倾斜。
另外，在上述的说明中，是在平面视场使玻璃板3的输送方向与栅格图案2的排列方向正交地进行的设定。但也可以如图7所示的那样，在平面视场斜交地设定玻璃板3的输送方向和栅格图案2的排列方向。
另外，在图1所示的评价装置中，给出的是采用在评价装置的上侧配置摄像装置4，从上方拍摄玻璃板3的构成，但也可以多样地变化配置摄像装置4的方向。
例如，也可以在装置的下侧配置摄像装置4，从下方拍摄玻璃板3。具体言之，就是可以更换图1的摄像装置4的位置和栅格图案2以及光源1的位置，从上方照射光，自下方拍摄图像。
作为其他的形态，也可以将摄像装置4配置在装置的侧向。例如，在立挂横向输送玻璃板3的情况或所谓的向下牵引那样的纵向输送的情况，由于玻璃板3的检查对象面朝向横方向，故可以与之配合自装置的侧向拍摄玻璃板3。在如此地在装置的侧向配置摄像装置4时，需要在与摄像装置4对向的方向上配置栅格图案2以及光源1。
更具体地讲，就是可以在如保持图1的摄像装置4和玻璃板3和栅格图案2和光源1其相对的位置关系不变的情况下，以水平面内的旋转轴为中心，在上下方向上使之旋转规定角度。如该规定角度在垂直地立起玻璃板3时为90°。
此外，这里所说明的是在装置的下侧配置摄像装置4的形态以及在装置的侧向配置摄像装置4的形态，对于上述的两种形态图3～图7也可以适用上述的配置例。
下面，参照图面说明本发明的评价装置的其他构成例。图8所示是本发明的其他评价装置的概略构成图。在该图中，有关与图1相同的构成要素附加了同样的符号并略去了其详细的说明。
图8所示的评价装置是用于评价具有光泽的板状体的表面平整度的不均匀性的装置。其与用于评价透过上述透明板状体的光的光学畸变量的装置的不同点在于光源1以及栅格图案2、玻璃板3以及输送装置8和摄像装置4之间的位置关系。在该例中，其位置关系的设定是被光源1照射的栅格图案2的像在板状体3处反射，摄像装置4拍摄的是该栅格图案2的反射像。
(CCD像素与栅格的对应)下面，对作为本发明特征之一的CCD像素与栅格的对应关系进行说明。这里，在以下的说明中，为了便于明白易懂地说明本发明中的CCD像素与栅格的对应关系，我们分上下2段进行说明。这里的图9是说明CCD像素与栅格的对应关系的图。
(第一阶段)首先，在本发明中定义一组透光部和遮光部为一组栅格。进而，选择包含于栅格图案2的某一组栅格，关于该组栅格使之与X个CCD像素对应。这里，本发明的特征是X为4的整数倍。因而，可以将其表示为X＝4p(p为1或1以上的整数)。这里，在本发明中透光部和遮光部是相对的概念，透光部具有高的光透过率，遮光部具有低于透过部的低的透过率。这样的透光部和遮光部可以用如透明的玻璃部分和涂黑的玻璃部分构成。
这样，所谓的相对于规定的一组栅格使之对应X个CCD像素，可以通过调整摄像装置4与栅格图案2的距离来实现。即，如果减小摄像装置4与栅格图案2的距离则栅格的光学像扩大，对应一组栅格的CCD像素的数目将增多。与之相反，如果加大摄像装置4和栅格图案2的距离则与一组栅格对应的CCD像素的数目将减少。通过这样地调整摄像装置4与栅格图案2的距离，可以确定两者的距离关系，以使所期望的X个CCD像素能够对应规定的一组栅格。
使用图9更具体地进行说明。此外，在该图9中，以栅格图案2固定、摄像装置4在对向栅格图案2的方向(图中为上下方向)可动为例进行说明。首先，从栅格图案2中选择任意的一组栅格，以该组栅格为基准判断对应的CCD像素的数目。构成该基准的栅格最好是宽度和间隔的精度较好的部分。如图9所示的那样，在摄像装置4位于图中A的位置时，相对于栅格图案2内的构成基准的一组栅格，对应着像素列中的4个CCD像素。如果使摄像装置4由该状态下降接近栅格图案2，则对应一组栅格的CCD像素的数目将逐渐增多。进而，在8个CCD像素对应于一组栅格的位置B设定摄像装置4的位置。通过采用这样的方法，可以使一组栅格对应8个CCD像素。
另外，在使一组栅格对应12个CCD像素时，同样地进一步下降摄像装置4并设定摄像装置的位置C。这里，在该图中，虽然为了方便设摄像装置4可动、栅格图案2固定，但本发明并非仅限于此，既可以设栅格图案2可动、摄像装置4固定，也可以设两者均可动。此外，这样的位置配准方法对图8的评价装置基本上也是同样的。
(第二阶段)如上述那样，使X个CCD像素对应一组栅格来设定摄像装置4与栅格图案2的距离。但是，很多情况下会产生上述这样的栅格与CCD像素的对应关系的偏离。构成栅格图案2的各个栅格的间隔是微细的，例如，各个栅格的间隔是透过部90μm、遮光部90μm。加之CCD像素的排列间距也是微细的。因而，要相对于全部的栅格准确地使之对应4p个CCD像素是困难的。此外，栅格图案的精度也存在问题，也存在栅格的间隔不恒定的情况，因而会产生栅格与像素的规律的对应关系的偏离。进而，即使是栅格图案2的精度良好且在玻璃板等上镀铬了栅格图案这样的构成，也会存在因热膨胀(光源或温度的变化等导致的)而导致栅格的间隔整体地偏离或者部分地偏离的情况。在这样的情况时也会在栅格与像素的对应关系上产生偏差。
由这样的情况可知，在栅格和像素的规律的对应关系产生了偏差时，也需要可以准确地检测出透明板状体的缺陷的方法。本发明的特征在于在相对包含于栅格图案的一组栅格使之对应X个CCD像素时，对连续了n个栅格偏离了±α个程度的CCD像素的情况也能够检测出缺陷。
下面，说明相对n个栅格偏离了±α个CCD像素程度的情况。这里，图10是说明CCD像素与栅格的偏离的概念图。为了便于说明，取X为4、α为1，在相对于一组栅格使之对应4个CCD像素的情况中，说明连续了n个栅格偏离1个CCD像素程度的情况。
首先，在本发明中，如果n个栅格被包含于栅格图案内，则其既可以是栅格整体，也可以是某一部分的栅格。但条件是包含于n个中的各栅格是连续的，对应的CCD像素也是连续的。此外，一组栅格图案内也可以存在多个n个。就是说相对于一组栅格图案偏离也可以是多个位置。在该情况下，可以顺序地分别用n1、n2、n3...表示各自的n，但各自的栅格数可以相同，也可以不同。
例如，可以如图10A所示的那样，考虑由n个栅格构成栅格图案的例子。在该情况下，存在在栅格图案整体上偏离±α个CCD像素程度的情况。在这样的偏离的情况下，如果取α为1，则相对于栅格图案整体的n个栅格将有4n±1个CCD像素与之对应。
另一方面，也可以如图10B所示的那样，是相对于栅格图案内的一部分连续的n个栅格偏离±1个CCD像素程度的情况。此时，相对栅格图案内的一部分的n个栅格有4n±1个CCD像素与之对应。进而，也可以是1个栅格图案内有多个偏离的情况。具体言之，就是如图10C所示的那样，在n1部分、n2部分、n3部分分别偏离了±1个CCD像素程度。因而，在该图中，相对栅格图案内的一部分的n1个栅格对应有4n1±1个CCD像素，相对栅格图案内的一部分的n2个栅格对应有4n2±1个CCD像素，相对栅格图案内的一部分的n3个栅格对应有4n3±1个CCD像素。如果从栅格图案整体来看它们，相对(n1+n2+n3)个栅格将有4(n1+n2+n3)±3个CCD像素与之对应。
在这样的CCD像素与栅格的对应关系(相对于n个栅格对应Xn±α个像素的关系)中，在作为一维的灰度数据显示了线路传感器摄像机的输出时，通过本发明人等确认产生了莫尔条纹。此外，根据本发明人等探讨的结果，可以确认CCD像素每偏离1个像素(每个α＝1)则出现1个莫尔的峰。下面具体说明该情况。
参照图11，图11给出使用5000像素的线路传感器摄像机拍摄了栅格图案时输出的灰度图像数据的1～1200像素的部分。曲线的X轴表示栅格图案的长度方向，Y轴表示光的强度。在该曲线中，可知产生了多个莫尔条纹(在图中的tn区间)。如上述这样，由于每偏离1个CCD像素便产生1个莫尔条纹峰，故曲线内的各个峰表示在对应该峰的栅格区间偏离了1个CCD像素。具体言之，就是在最初的栅格区间t1包含有32个栅格，相对该栅格对应有4n-1＝127个像素。以下同样地有栅格区间t2(34个栅格)对应有135个像素，栅格区间t3(31个栅格)对应有123个像素，栅格区间t4(36个栅格)对应有143个像素。另一方面，由于t5偏离2个CCD像素左右，所有产生了2个峰。t5的栅格是66个，对应的像素是4n-2＝262个像素。
这样，在灰度数据上，产生莫尔条纹的位置和其各自的莫尔条纹的宽度依存于栅格与CCD像素的偏离情况，具体讲就是依存于在哪个栅格位置产生偏离以及在哪几个栅格上偏离了1个CCD像素程度的情况。因而，产生莫尔条纹的位置和各个莫尔条纹的宽度随着栅格图案的精度、热膨胀的状态等而变化。即通过改变栅格图案、环境温度等改变莫尔条纹的位置、宽度、个数等。本发明的特征是即便在CCD像素与栅格的规律的对应关系产生偏离且其偏离情况各种各样而不恒定时也可以检测出包含在玻璃板中的缺陷。
在上述的说明中，考虑了因栅格图案的精度问题、热膨胀等导致CCD像素和栅格之间产生了偏离的情况，但是，在本发明中，也可以是有意地使之产生偏离。例如，也可以相对于由n个栅格形成的栅格图案整体，有意地使之对应Xn±α个CCD像素。此外，也可以相对于栅格图案中的部分的n个栅格，有意地使之对应Xn±α个CCD像素。例如，作为例子之一，在全部栅格数为1000时，也可以相对于1000个栅格整体，使之对应4000+1个CCD像素，产生1个莫尔条纹。另一方面，还可以相对于一部分的40个栅格使之对应160+1个CCD像素，产生1个莫尔条纹。进而，虽然在有意使之产生了偏离的情况和因热膨胀等造成的偏离的情况并存时，也有由各自的偏离导致产生了多个莫尔条纹峰的情况，但本发明也适用于这样的情况。
还可以这样有意地使之产生偏离的做法具有下面这样的优点。即，在上述的第1阶段，只要是相对规定的1个栅格使之对应X个CCD像素的情况，则可以不需要严密地吻合两者的对应关系地允许一定的偏离。在以极细微的间隔偏离的CCD像素拍摄用微细的间隔构成的栅格图案这样的情况下，要使X个CCD像素准确地对应各自的栅格的调整是很困难的，由于需要时间和成本，故允许这样的偏离是极为有益的。
这样，在本发明中，特征是在CCD像素的输出采用了灰度图像数据时，可以得到产生1个或者1个以上的莫尔条纹的状态。这样的状态可以通过相对栅格图案内的某一个连续的n个栅格使之对应Xn±α个CCD像素获得。例如，作为使之产生这样的莫尔条纹的方法，可以在使X个CCD像素对应1个栅格的位置附近配合摄像装置和栅格图案的位置关系，通过由此处开始边观察灰度数据图像边上下地微调摄像装置，也可以使之产生期望的莫尔条纹。本发明是允许相对n个栅格产生α个像素程度的偏离的发明。进而，这样的偏离既可以是由栅格图案的热膨胀等产生的偏离，也可以调整摄像装置和栅格图案的位置关系有意地使之产生的偏离。因而，可以在摄像装置(或者/以及栅格图案)的位置重合方面不要求高度的准确性地、容易地进行位置重合。此外，因为不对测量装置要求严密的精度，故可以降低装置的成本。
此外，在本发明中，虽然作为偏离程度的α(Xn±α中的α)可以取1或1以上的整数，但有关该α的上限则最好取α≤n/10。之所以这样，是因为如果超过该上限值则不能产生所需要的莫尔条纹的缘故。
(缺陷的检测)下面，基于如上述这样产生莫尔条纹的CCD像素的输出对检测缺陷的方法进行说明。本发明的特征之一是基于产生莫尔条纹的CCD像素的输出计算正弦波A和自该正弦波A偏移了90°相位的正弦波B。
特别地，根据本发明的形态之一，通过取X＝4，即相对n个栅格对应了4n±α个CCD像素的状态的CCD输出，可以提供计算正弦波A以及正弦波B的方法。下面，具体说明X＝4时求解正弦波A以及B的方法。图12、13是说明符号分配的概念图。
(步骤1)当计算正弦波A以及B时，首先按照规定的规则对各CCD像素的输出(Cn)分配正或负的符号。具体言之，就是将全部像素分成连续的每4个像素连续的组。进而，将各个组内的像素表示为C4i+1、C4i+2、C4i+3、C4i+4(0≤i)。如图12所示的那样，我们使用12个像素进行说明。取最初的4个像素为组1、接着的4个像素为组2、相连的4个像素为组3，在相连进一步存在像素时取以下组4、组5、组6...。在组1中，i＝0，因而组1内的各个像素可分别表示为C1、C2、C3、C4。同样地，组2中i＝1，组3中i＝2，以后的i值各增加1。
其次，对分别包含于各个组的4个像素用该顺序模式乘以由下面的表给出的那样的三角函数的符号。具体言之，就是对正弦波A使用sin的符号，对正弦波B使用cos的符号。这是因为正弦波B较A偏移90°，建立起了sinB＝cosA的关系。这里，在该表中，重要的是相对sin符号的顺序模式偏移1个cos符号的顺序模式。另一方面，I列的符号并不一定必须对应最初的像素。也可以从II列以后的某一个符号开始。
(表1)

例如，在求正弦波A时，如图13所示的那样，既可以对组内的各个像素乘以(+、+、-、-)，也可以乘以(-、+、+、-)。但是，在求正弦波B时，由于需要符号的顺序模式偏移一个顺序，故在前面的情况中，需要分别对组内的像素乘以(+、-、-、+)，在后面的情况中需要分别乘以(+、+、-、-)。这里，如用图13的变量i所示的那样，无论对包含于哪一组的像素，都需要用同一的顺序模式乘以±符号。
更详细地说，就是遵从以下的条件对1个组内的4个像素乘以4个±符号的顺序模式。第一，只要按+、+、-、-的顺序重复±符号即可。因而，乘以到组内的最初的像素的符号可以是+、-的任何一个。例如，在最初的像素为+的符号时，既可以是(+、+、-、-)，也可以是(+、-、-、+)。反之，在最初的像素为—的符号时，既可以是(-、-、+、+)，也可以是(-、+、+、-)。第二，在求正弦波B时，其变为相对于正弦波A为90°，即偏移了1个+、-符号的顺序模式。例如，在正弦波A的±符号是(-、+、+、-)时，正弦波B的±符号将是(+、+、-、-)或者(-、-、+、+)。采用这样的做法，可以对全部的像素输出值按照上述的规律乘以并附加上+或者-的符号，求出A波用、B波用两种带符号像素输出值(Ck)。这里，计算这样的A波用、B波用的两种带符号像素输出值的处理可以利用图像处理装置5的符号分配装置进行。
(步骤2)然后，计算正弦波A以及正弦波B。其可以按下面的关系式相对在上面求出的A波用以及B波用的两种带符号像素输出值求出。这里，计算这样的正弦波A以及正弦波B的处理可以利用图像处理装置5的正弦波生成装置进行。
有关正弦波A，可以按下面的关系式相对A波用的带符号像素输出值求出。
公式1An=Σk=nn+3ACk]]>(An表示A相，ACk表示第k个像素的带符号像素输出值)有关正弦波B，可以按下面的关系式相对B波用的带符号像素输出值求出。
公式2Bn=Σk=nn+3BCk]]>(Bn表示B相，BCk表示第k个像素的带符号像素输出值)进而，在X＝4时，也可以通过下面的关系式表达分组化及分配符号和求出A相以及B相的上述的处理。
公式3i＝0以上的整数A4i+1＝-C4i+1+C4i+2+C4i+3-C4i+4A4i+2＝+C4i+2+C4i+3-C4i+4-C4i+5A4i+3＝+C4i+3-C4i+4-C4i+5+C4i+6
A4i+4＝-C4i+4-C4i+5+C4i+6+C4i+7B4i+1＝+C4i+1+C4i+2-C4i+3-C4i+4B4i+2＝+C4i+2-C4i+3-C4i+4+C4i+5B4i+3＝-C4i+3-C4i+4+C4i+5+C4i+6B4i+4＝-C4i+4+C4i+5+C4i+6-C4i+7而后，根据如上述这样求得的A相、B相的正弦波求解各像素的相位角度。如果设各个像素的相位角度为Hi，则相位角度可以由Hi＝ATAN(Bi/Ai)求出。这里，计算这样的相位角度的处理可以利用图像处理装置5的相位角度计算装置进行。
接着，根据如上述这样求得的各像素的相位角度求出每个具体像素的相位角度的变化率即相位角速度。具体地讲，就是可以通过求相邻像素间的相位角度的差分来求出相位角速度。如果设相位角速度为Di，则可以通过Di＝Hi+1-Hi来求相位角速度。图14给出了一例这样求得的相位角速度的曲线。这里，计算这样的相位角速度的处理可以利用图像处理装置5的角速度计算装置进行。
下面对图14做说明。在作为测量对象的透明板状体不包含缺陷时，可以确认相位角速度Di在0附近为恒定。与之相反，当透明板状体包含有缺陷时，可以确认Di取得最大的值。在该图14中，示出透明板状体的无缺陷的区间相位角速度近似为0。同时可以看出，在k区间的附近包含有缺陷，其相位角速度急剧地发生变化。
为了根据这样的相位角速度的计算结果检测出伴随畸变的缺陷，最好对相位角速度的值设定一定的阈值来进行判别。即，可以相对超过该阈值的相位角速度，识别出在对应该部分像素的透明板状体的部分上存在着缺陷。这里，其阈值可以根据求出的透明板状体的质量等任意地设定。具体地讲就是，对质量不好也可以的情况较高地设定阈值，反之则较低地设定阈值。这里，这样判别超过预先设定的阈值的相位角速度进而检测对应该部分像素的透明板状体的缺陷的处理可以利用图像处理装置5的缺陷检测装置进行。
通过采用这样的方法，在栅格和CCD像素的规律的对应关系存在偏离时也可以高精度地检测出包含于作为检测对象的透明板状体上的缺陷。
(折射力的计算)下面，说明基于通过上述方面求得的相位角速度求解对应各个像素的透明板状体的折射力的方法。
首先，因栅格与CCD像素的间隔的偏离产生的莫尔条纹，通过上述方法求得的相位角速度将自0偏移作为其偏离程度的相位角度的角速度的部分Di。因而，适合于通过平均整体校正其偏离的部分，使之达到0的水平。
下面说明具体的校正方法。首先，求整体的平均。如果取整体的像素数为M、整体的平均为AVE，则整体的平均可以用AVE＝∑Di/M求出。如果取校正后的相位角速度为Ei，则校正后的相位角速度可由Ei＝Di-AVE求出。这里，这样的处理可以利用图像处理装置5的校正装置进行。
然后，基于上述这样求得的校正后的相位角速度Ei求各个像素处的透明板状体的折射力。
下面做具体的说明。首先设Lp折射力(单位dpt(屈光度))；f焦距；P栅格的间隔；L玻璃～栅格的距离；θ玻璃造成的折射角度。
在第i个像素处的1个像素程度的偏移量＝(Ei/2π)×P在第i个像素处的1个像素程度的偏离角度θi＝tanθi＝(Ei/2π)×P×(1/L)(由于θi很小)一个像素的间隔G＝P/4与在该部分的透镜作用的焦距fi的关系为tanθi＝G/fi因而，如果设在第i个像素处的折射力为Lpi，则其可以表示为Lpi＝1/fi＝tanθi/G＝
(Ei/2π)×P×(1/L)×(4/P)＝2Ei/(π×L)(dpt)。另外，该值的1000倍为mdpt。
利用这样的方法可以求出各个像素处的折射力。此外，可以求出对应各个像素的透明板状体的部分的折射力。因而，即便在栅格和CCD像素的规律的对应关系存在偏离时也可以高精度地检测出作为检测对象的透明板状体的期望位置处的折射力。这里，这样的折射力的计算可以利用图像处理装置5的折射力计算装置进行。
下面，求解各像素处的偏移量(相位的角度)的积分值。这里，通过积分上述的Ei，可以求出各像素处的相位角度的偏离积分量。
具体地，可以利用F1＝0Fi+1＝Fi+Ei求出偏离的积分量。这里，这样的偏移量的积分可以通过图像处理装置5的偏离积分装置进行。
进而，还可以根据该Fi求各像素处的光的弯折的角度。采用这样的方法，即便是在栅格和CCD像素的规律的对应关系存在偏离时也可以求出各像素处的偏离积分量，求出各像素处的光的弯折的角度。
(实施例1)下面，说明本发明的实施例。在该实施例中，以Z1～Z5000输入使用具有5000像素的线路传感器摄像机拍摄的图像的灰度数据，用Ci＝Zi(i＝1～5000)表示所输入的图像输出值。这里，由图15给出使一个栅格对应4个CCD像素进行拍摄时的、灰度数据的1～1200像素的部分，图16给出了图15的Q区间的放大图。
使用图17～图19的流程图说明图像处理的过程。首先，如图17所示的那样，作为步骤1生成±符号。如果设每一个栅格(一个间隔)的像素数为h，则±符号的生成以h/2为基础的数字进行。具体地就是，交互地生成h/2个+符号和h/2个-符号。进而，顺序地用fugo(k)识别所产生的符号，将所生成的符号保存在寄存器、超高速缓存储存器、主存储装置等存储装置中。在此，该处理可以利用符号生成装置进行。
此外，在图17的流程中，给出的是h＝8，即使每个栅格对应了8个CCD像素的例子。但是，在该流程中，只要h是4的整数倍的值则可以适用于任何的值。例如，h既可以是4也可以是12。具体言之，就是如本例这样，在h＝8时，交互地生成4个+符号和4个-符号。另一方面，在h＝4时，交互地生成2个+符号和2个-符号，在h＝12时，交互地生成6个+符号和6个-符号。
这样一来，可以通过增加(以4的整数倍)h的数来增加每个栅格的CCD像素数，提高测量精度。
其次，如图18所示的那样，作为步骤2生成A相、B相的正弦波。具体地就是，顺序地对各个像素输出值(data(i))分配在步骤1生成的±符号(fugo(k))，计算A相用的带符号像素输出值。进而，利用Ai以后的h个像素的带符号像素输出值的和计算求得的A相的Ai的值。
接着，计算B相。即，在偏移了h/4之后，顺序地对各个像素输出值(data(i))分配在步骤1生成的±符号(fugo(k))，计算B相用的带符号像素输出值。进而，利用Bi以后的h个像素的带符号像素输出值的和计算求得的B相的Bi的值。下一步，将计算出来的A相、B相的正弦波保存到存储装置。图20给出了这样生成的A相、B相的正弦波的曲线。在此，可以利用正弦波生成装置进行这样的处理。另一方面，也可以综合上述符号的生成以及A相、B相正弦波的生成，利用下面的关系式进行处理。
公式4i＝0或者其以上的整数k＝0～5000/hFORi＝0 To kA8i+1＝-C8i+1-C8i+2+C8i+3+C8i+4+C8i+5+C8i+6-C8i+7-C8i+8A8i+2＝-C8i+2+C8i+3+C8i+4+C8i+5+C8i+6-C8i+7-C8i+8-C8i+9A8i+3＝+C8i+3+C8i+4+C8i+5+C8i+6-C8i+7-C8i+8-C8i+9-C8i+10A8i+4＝+C8i+4+C8i+5+C8i+6-C8i+7-C8i+8-C8i+9-C8i+10+C8i+11A8i+5＝+C8i+5+C8i+6-C8i+7-C8i+8-C8i+9-C8i+10+C8i+11+C8i+12A8i+6＝+C8i+6-C8i+7-C8i+8-C8i+9-C8i+10+C8i+11-C8i+12+C8i+13A8i+7＝-C8i+7-C8i+8-C8i+9-C8i+10+C8i+11+C8i+12+C8i+13+C8i+14A8i+8＝-C8i+8-C8i+9-C8i+10+C8i+11+C8i+12+C8i+13+C8i+14-C8i+15B8i+1＝+C8i+1+C8i+2+C8i+3+C8i+4-C8i+5-C8i+6-C8i+7-C8i+8B8i+2＝+C8i+2+C8i+3+C8i+4-C8i+5-C8i+6-C8i+7-C8i+8+C8i+9B8i+3＝+C8i+3+C8i+4-C8i+5-C8i+6-C8i+7-C8i+8+C8i+9+C8i+10B8i+4＝+C8i+4-C8i+5-C8i+6-C8i+7-C8i+8+C8i+9-C8i+10+C8i+11B8i+5＝-C8i+5-C8i+6-C8i+7-C8i+8+C8i+9+C8i+10+C8i+11+C8i+12B8i+6＝-C8i+6-C8i+7-C8i+8+C8i+9+C8i+10+C8i+11+C8i+12-C8i+13B8i+7＝-C8i+7-C8i+8+C8i+9+C8i+10+C8i+11+C8i+12-C8i+13-C8i+14B8i+8＝-C8i+8+C8i+9+C8i+10+C8i+11+C8i+12-C8i+13-C8i+14-C8i+15
下面，如图19所示的那样，作为步骤3计算相位角度、计算角速度。首先，通过图21给出通过上述生成的A相、B相的正弦波求得的李萨如图形。这里，李萨如图形是为了便于说明而使用的，由于可以通过计算求得李萨如图形上的相位角度，故也可以不必一定要进行描绘这样的李萨如图形的处理。而后，利用下面的关系式计算根据A相、B相的正弦波求得的各个像素的李萨如图形上的相位角度。进而，将计算结果存储到存储装置。该处理可以利用相位角度计算装置进行。李萨如图形上的相位角度示于图22中。
公式5计算根据A、B相的sin曲线求得的李萨如图形上的相位角度IF(A1＞0)THEN C1＝ATAN(B1/A1)第1象限、第4象限ELSE IF(A1＜0)THENIF(B1＞0)THEN C1＝ATAN(B1/A1)+π第2象限ELSE C1＝ATAN(B1/A1)-π 第3象限ELSE IF(B1＞0)THEN C1＝π/2 第2象限(A1＝0时的例外处理)ELSE IF(B1＜0)THEN C1＝-π/2第4象限(A1＝0时的例外处理)ELSE C1＝0i＝2～4996IF(Ai＞0)THEN Ci＝ATAN(Bi/Ai)第1象限、第4象限ELSE IF(Ai＞0)THENIF(Bi＞0)THEN Ci＝ATAN(Bi/Ai)+π 第2象限ELSE Ci＝ATAN(Bi/Ai)-π第3象限ELSE IF(Bi＞0)THEN Ci＝π/2 第2象限(Ai＝0时的例外处理)ELSE IF(Bi＜0)THEN Ci＝-π/2第4象限(Ai＝0时的例外处理)ELSE Ci＝Ci-1(Ai＝0、Bi＝0的例外处理)
接着，利用求得的各个像素的李萨如图形上的相位角度，按照下面的关系式计算每个像素的相位角度的变化率即相位角速度。进而，将计算结果存储到存储装置。该处理可以利用角速度计算装置进行。求得的相位角速度示于图23中。
公式6计算每个像素的相位角度的变化率，即相位角速度Di-1＝Ci-Ci-1每个像素的相位变化率IF(Di＞π)THEN Di-1＝Di-1-2π 一个周期-方向校正IF(Di＜-π＝THEN Di-1＝Di-1+2π一个周期+方向校正接着，利用下面的关系式平均处理以及0校正求得的每个像素的相位角速度。进而，将计算结果存储到存储装置。该处理可以利用校正装置进行。
公式7平均处理以及0校正因栅格与CCD像素的间隔的偏离产生莫尔条纹，故其相位角速度将自0偏移作为其偏离程度的相位角度的角速度的部分Di，因而，需要平均全体校正其偏离的部分，使之达到0的水平。
AVE＝∑Di/4995i＝1～4995Ei＝Di-AVE 校正后的每个像素的相位变化率接着，使用经过了校正的相位角速度，按照下面的关系式计算各个像素处的折射力。进而，将计算结果存储到存储装置。该处理可以利用折射力计算装置进行。
公式8计算透镜光焦度如果设Lp折射力(单位dpt(屈光度))；f焦距；P栅格的间隔；
L玻璃～栅格的距离；θ玻璃造成的折射角度。则在第i个像素处的1个像素程度的偏移量＝(Ei/2π)×P在第i个像素处的1个像素程度的偏离角度θi＝tanθi＝(Ei/2π)×P×(1/L)(由于θi很小)由于一个像素的间隔G＝P/4与在该部分的透镜作用的焦距fi的关系为tanθi＝G/fi，故Lpi＝1/fi＝tanθi/G＝(Ei/2π)×P×(1/L)×(4/P)＝2Ei/(π×L)其1000倍的单位就成为mdpt。
接着，使用经过了校正的相位角速度按照下面的关系式计算各个像素处的偏移量的积分值。进而，将计算结果存储到存储装置。该处理可以利用偏离积分装置进行。
公式9计算各像素的偏移量(相位上的角度)的积分值如果积分上述的Ei，则可以在各像素的李萨如图形上求出相位角度的偏离积分量。
此外，也可以根据该Fi求出各像素的光的弯曲的角度。
F1＝0i＝2～4992Fi+1＝Fi+Ei此外，在该例中，如图17的流所示的那样，交互地生成生成h/2个+符号和h/2个-符号，如图18的流所示的那样，在偏移了h/4之后，顺序地对各个像素输出值分配生成的±符号，求B相用的带符号像素输出值。通过分配这样的符号和进行处理，即使是增加了对应一个栅格的CCD像素的个数时，只要其是4的整数倍的数，便可以求A相、B相的2个正弦波、进行缺陷检测、折射力的计算等。因而，可以增加对应一个栅格的像素个数，提高测量精度。此外，也可以不对硬件增加改进地提高测量的精度。
另外，表示对应一个栅格的像素的个数X在X＝4p(p为1或1以上的整数)时，其根据正弦波A用的带符号像素输出值ACk求A相(An)的关系式也可以如下式这样普适化。
公式10An=Σk=nn+(X-1)ACk]]>同样地，在X＝4p时，还可以如下式这样地普适化根据正弦波B用的带符号像素输出值BCk求B相(Bn)的关系式。
公式11Bn=Σk=nn+(X-1)BCk]]>(第2实施形态)作为本发明的第2实施形态，下面说明通过相对n个栅格对应了4n±α个CCD像素状态的CCD输出求解各个像素处的相位角度的其他方法。
在该第2实施形态中，基于产生了莫尔条纹的CCD像素的输出，求解由A相、B相、C相、D相构成的4种正弦波。进而，使用这4种正弦波求出相位角度。这里，该4种正弦波是按照A相→B相→C相→D相的顺序各偏移了90°相位的正弦波。即，由A相偏离90°相位求B相，由B相偏离90°相位求C相，由C相偏离90°相位求D相。
其次，说明根据CCD像素的输出求各偏移了90°相位的4种正弦波的方法。
(步骤1)首先，按照规定的规则对各CCD像素的输出(Vn)分配正或负的符号。具体言之，就是与第1实施形态同样地将全部像素分成每连续的4个像素连续的组。进而，将各个组内的像素表示为V4i+1、V4i+2、V4i+3、V4i+4(0≤i)。
其次，对分别包含于各组的4个像素用该顺序模式乘以每个包含于下面的表2的行的符号。具体言之，就是对A相使用行1，使上述各组内的4个像素的每个像素分别对应并乘以行1的I～IV的各个符号。而后，对B相使上述各组内的4个像素的每个像素分别对应并乘以行2的各个符号。接着，对C相同样地使之分别对应并乘以行3的各个符号。最后，对D相同样地使之分别对应并乘以行4的各个符号。
(表2)

在上述的表2中，包含于各行的符号模式逐行而不同，从行1到行4，使符号模式内的符号的配置分别偏移一个符号。因而，通过顺序地对A相～D相分配行1到行4，可以使乘以的符号模式各偏移一个符号。这里，重要的是从A相到D相使之各偏移一个符号，并非是必须一定要对A相分配行1。因而，可以对A相分配行1～行4的任意一行。对A相～D相的符号模式分配例示于表3。
(表3)

这样，可以按照上述的规则乘以+或者-的符号来附加符号，求出A相用、B相用、C相用、D相用的4种带符号像素输出值(AVk、BVk、CVk、DVk)。这里，计算这样的A相用～D相用的4种带符号像素输出值的处理可以利用图像处理装置5的符号分配装置进行。
(步骤2)接着，计算A相、B相、C相、D相4种正弦波。其可以按下面的关系式相对在上面求得的A相用～D相用的4种带符号像素输出值求出。这里，计算这样的A相、B相、C相、D相4种正弦波的处理可以利用图像处理装置5的正弦波生成装置进行。
关于A相，可以按下面的关系式相对A相用的带符号像素输出值求出。
公式12An=Σk=nn+3AVk]]>(An表示A相，AVk表示第k个像素的带符号像素输出值)关于B相，可以按下面的关系式相对B相用的带符号像素输出值求出。
公式13Bn=Σk=nn+3BVk]]>(Bn表示B相，BVk表示第k个像素的带符号像素输出值)关于C相，可以按下面的关系式相对C相用的带符号像素输出值求出。
公式14Cn=Σk=nn+3CVk]]>(Cn表示C相，CVk表示第k个像素的带符号像素输出值)关于D相，可以按下面的关系式相对D相用的带符号像素输出值求出。
公式15Dn=Σk=nn+3DVk]]>(Dn表示D相，DVk表示第k个像素的带符号像素输出值)进而，在X＝4时，也可以用下面的关系式表示进行分组化、分配符号以及求A相～D相的上述的处理。
公式16i＝0或其以上的整数A4i+1＝-V4i+1+V4i+2+V4i+3-V4i+4A4i+2＝+V4i+2+V4i+3-V4i+4-V4i+5A4i+3＝+V4i+3-V4i+4-V4i+5+V4i+6A4i+4＝-V4i+4-V4i+5+V4i+6+V4i+7B4i+1＝+V4i+1+V4i+2-V4i+3-V4i+4
B4i+2＝+V4i+2-V4i+3-V4i+4+V4i+5B4i+3＝-V4i+3-V4i+4+V4i+5+V4i+6B4i+4＝-V4i+4+V4i+5+V4i+6-V4i+7C4i+1＝+V4i+1-V4i+2-V4i+3+V4i+4C4i+2＝-V4i+2-V4i+3+V4i+4+V4i+5C4i+3＝-V4i+3+V4i+4+V4i+5-V4i+6C4i+4＝+V4i+4+V4i+5-V4i+6-V4i+7D4i+1＝-V4i+1-V4i+2+V4i+3+V4i+4D4i+2＝-V4i+2+V4i+3+V4i+4-V4i+5D4i+3＝+V4i+3+V4i+4-V4i+5-V4i+6D4i+4＝+V4i+4-V4i+5-V4i+6+V4i+7而后，根据如上述这样求得的A相～D相的正弦波求解各像素的相位角度。如果设各个像素的相位角度为Hi，则相位角度可以由Hi＝ATAN((Bi-Di)/(Ai-Ci))求出。这里，计算这样的相位角度的处理可以利用图像处理装置5的相位角度计算装置进行。
(实施例2)接着，说明使用了A相～D相4种正弦波的本发明的第2实施例。在该实施例中，说明的是处理使用具有5000像素的线路传感器摄像机拍摄的图像的灰度数据的例子。
使用图24～图29的流程图说明图像处理的过程。图24～29是表示图像处理的顺序的流程图。首先，如图24所示的那样，作为步骤1生成±符号。如果设每个栅格(一个间隔)的像素数为h，则±符号的生成以h/2为基础的数字进行。具体地就是，交互地生成h/2个+符号和h/2个-符号。进而，顺序地用fugo(k)识别所产生的符号，将所生成的符号保存在寄存器、超高速缓存存储器、主存储装置等存储装置中。在此，该处理可以通过符号生成装置进行。
此外，在图24的流程中，给出的是h＝4，即，使每个栅格对应了4个CCD像素的例子。但是，在该流程中，只要h是4的整数倍的值则可以适用于任何的值。例如，h既可以是8也可以是12。具体言之，就是如本例这样，在h＝4时，交互地生成2个+符号和2个-符号。另一方面，在h＝8时，交互地生成4个+符号和4个-符号，在h＝12时，交互地生成6个+符号和6个-符号。
这样一来，可以通过增加(以4的整数倍)h的数来增加每个栅格的CCD像素数，提高测量精度。
其次，如图25～28所示的那样，作为步骤2生成A相～D相的正弦波。具体地就是，顺序地对各个像素输出值(data(i))分配在步骤1生成的±符号(fugo(k))，计算A相用的带符号像素输出值。进而，利用第i个以后的h个像素的带符号像素输出值的和计算求得的A相(phase_a(i))的值。
接着，计算B相。即，在偏移了h/4之后顺序地对各个像素输出值(data(i))分配在步骤1生成的±符号(fugo(k))，计算B相用的带符号像素输出值。进而，利用第i个以后的h个像素的带符号像素输出值的和计算求得的B相(phase_b(i))的值。同样地，计算C相(phase_c(i))，下一步，计算D相(phase_d(i))。接着，将计算出来的A相～D相的正弦波保存到存储装置。图30给出了如此生成的A相～D相的正弦波的曲线。在此，可以利用正弦波生成装置进行这样的处理。
下面，如图29所示的那样，作为步骤3计算相位角度、计算角速度。首先，基于在上面生成的A相～D相4种正弦波按照下面的关系式计算相位角度。计算出的相位角度示于图31中。
公式17计算相位角度Ci＝ATAN((PBi-PDi)/(PAi-PCi))其中，如果(PAi-PCi)为0则为Ci＝Ci-1。
在该计算中，Ci分布在-π/2到π/2之间。
与上述的第1实施例相比，由于利用该第2实施例的相位角度的计算方法可以减少IF语句，故可以加快计算处理。
而后，按照下面的关系式，使用求得的相位角度计算每个像素的相位角度的变化率即相位角速度。进而，将计算结果存储到存储装置。该处理可以利用角速度计算装置进行。求得的相位角速度的曲线示于图32中。
公式18Di-1＝Ci-Ci-1 每个像素的相位变化率IF(Di-1＞π/2)THEN Di-1＝Di-1-π半个周期的-方向校正IF(Di-1＜-π/2＝THEN Di-1＝Di-1+π半个周期的+方向校正此后，利用下面的关系式平均处理以及0校正求得的每个像素的相位角速度。进而，将计算结果存储到存储装置。该处理可以利用校正装置进行。
公式19平均计算由于在栅格与CCD像素的间隔不一致发生了偏离时可以产生莫尔条纹，故该D为相位角速度自0偏移了作为其偏离程度的相位角度的角速度的部分，因而，需要进行平均使之达到0的水平。
AVE＝∑Di/4995i＝1～4995Ei＝Di-AVE每个像素的相位变化率接着，使用经过了校正的相位角速度，按照下面的关系式计算各个像素处的折射力。因具体的计算处理与上述第1实施例相同，故这里略去其详细说明。
而后，按照下面的关系式，使用经过了校正的相位角速度计算各个像素处的偏移量的积分值。进而，将计算结果存储到存储装置。该处理可以利用偏离积分装置进行。图33示出了按照下面的关系式求得的Fi的曲线。这里，该Fi的曲线是积分了角速度(透镜光焦度)的曲线，Fi为由透镜作用导致的光的折射角度。
公式20)
利用4像素的平均i＝1～4992Fi+1＝(Ei+Ei+1+Ei+2+Ei+3)/4(也可以不用4除地一直原样相加到进行后面的计算)(第3实施形态)如上述的第1以及第2实施形态所示的那样，在利用莫尔条纹的检测缺陷的光学畸变的方法中，为了使之产生莫尔条纹需要使用栅格图案。进而，检测栅格排列方向的缺陷的光学畸变。因此，可以检测的缺陷的尺寸近似由栅格图案的间隔以及进行摄像的摄像机的分辨力决定。
为了检测出缺陷尺寸微小的部位，可以变窄栅格图案的间隔、提高摄像机的分辨力。但是，由于这样做每台摄像机的视场将变窄，故需要增加摄像机的台数，但这将加大检测机构本身，也增大了成本。
因而，在检测存在于板状体的微小缺陷的方法中，期望能够提供在与上述的第1以及第2实施形态相同条件(栅格图案的间隔、摄像机的分辨力)下得到较第1以及第2实施形态的方法更高的检测灵敏度的检测机构。
在第3实施形态中，其要点是在利用上述的第1以及第2实施形态的栅格图案的检测的基础上，增加使用栅格图案和狭缝检测存在于板状体的缺陷的环节。
图34是说明涉及本发明第3实施形态的检测装置的构成的概略侧面图。具体地讲，就是如图34所示的那样，具有拍摄作为检测对象物的板状体3的摄像装置4和照明1，在检测对象物3和照明1之间配置栅格图案2。图中，用箭头给出了检测对象物的输送方向。进而，经由检测对象物3对向地配置摄像装置4和栅格图案2以及照明1。此外，配备用于提高检测灵敏度的狭缝体10。这里，需要将狭缝体10配置于照明1和摄像装置4之间。
狭缝体10如图34所示的那样，由一对遮光部11以及12和处于这一对遮光部之间的狭缝构成。例如，可以通过在其间置有一定的间隔d地配置一对黑色的遮光板来实现。
图35是在图34的检测装置中从摄像装置4的位置观察照明1侧的平面图。作为配置狭缝体10的位置，如图35所示的那样，重合于狭缝的长度方向和栅格图案2的排列方向。进而，如图34所示的那样，应使摄像装置4的线路传感器的光轴7通过狭缝。最好是使光轴7与狭缝宽度方向的中心近于一致。
图36～38是说明狭缝体10的配置例的概略侧面图。在图34中，给出的是重叠于栅格图案2的上侧配置了狭缝体10的例子。但是，狭缝体10的配置并非一定限于此。在本发明中，可以将狭缝体10配置在照明1和摄像装置4之间。因而，可以如图36所示的那样，在狭缝体10的上侧重叠配置栅格图案2。即，也可以将狭缝体10配置在栅格图案2的下侧。
进而，如图37(A)以及图37(B)所示的那样，也可以离开狭缝体10和栅格图案2进行配置。此外，还可以如图38所示的那样，挟持检测对象物3地将狭缝体10配置在与栅格图案2对向的一侧。
接着，对通过调整狭缝的间隔d提高检测灵敏度的方法进行说明。
如果考虑狭缝的间隔d造成的光的衍射，则在离开狭缝距离L的地点的光的宽度W为狭缝的宽度d与衍射造成的宽度Lθ之和(θ衍射角)，可以用下面的关系式表示。
公式21W＝d+Lθ≈d+λL/d(λ光的波长)此时，W成为最小就是d＝(λ·L)1/2时。此时W也为W＝(λ·L)1/2。
因而，狭缝的间隔d最好能够配置成d＝(λ·L)1/2。(λ照明光的波长；L从摄像机到狭缝的距离)这样，通过使用设定在某适当程度的狭缝间隔的狭缝，可以抑制来自照明的光线的扩展，以较接近于平行光的状态进行检测。由于可以由此遮断杂散光，故可以提高检测灵敏度。
(实施例3)下面对使用了与图34同样的检测装置的第3实施例进行说明。该检测装置由照明器1和CCD摄像机和栅格图案2以及狭缝体10构成，通过获取栅格图案的变化来检测由存在于被检测物体3的缺陷产生的光学畸变的折射力。
具体而言就是，在该第3实施例中，使用这样的缺陷检测装置检测使狭缝的间隔d变化了时的对光学畸变的折射力的影响。
例如，利用来自位于作为被检测物体3(厚度1mm的浮法玻璃板)的下部的照明器1的光照射厚度1mm的浮法玻璃板并用CCD摄像机4进行了摄像。在照明器1上使用直管式荧光灯，自玻璃板的背面离开一定距离配置，采用透过型照明。进而，在玻璃板3和照明器1之间配置用于检测由存在于玻璃板3上的缺陷产生的光学畸变的栅格图案2和将来自照明器1的光线变成平行光以及用于遮挡杂散光的狭缝体10。配置该狭缝体10的狭缝的间隔d并使其间隔分别成为d1～d5进行检测。此时，取自CCD摄像机4到狭缝体10的距离为1000mm，照明光使用了绿光(波长约为500nm)以及白光。
利用图像处理装置处理了用CCD摄像机4拍摄的图像。通过图像处理计算分别自用CCD摄像机4拍摄的图像数据偏移了90°相位的多种正弦波，根据这多种正弦波求各像素处的相位角度，根据各像素间的相位角度之差计算出了光学畸变的折射力。
图39给出了本实施例的结果。图39给出的是因在实施例进行的光学畸变的折射力的狭缝造成的影响的曲线。在图39中，用256灰阶表示了通过图像处理装置计算出来的光学畸变的折射力。这里，横轴为狭缝的间隔，纵轴是畸变的折射力(单位mdpt微屈光度)。狭缝的间隔为0.5mm、1mm、2mm、3mm、5mm，分别对应着d1～d5。
根据图39所示的结果可知，光学畸变的折射力因狭缝间隔的不同而存在变化。根据这一情况，确认了通过使用狭缝对光学畸变的折射力以影响的事实。在实施结果中，狭缝的间隔为0.5mm时最有效果。
由实施结果可知，狭缝的间隔越窄越可以遮挡杂散光，从而可以更强地检测出畸变的折射力。
这里，如果考虑狭缝的间隔造成的光的折射，则在离开狭缝距离L的地点的光的宽度W为狭缝的宽度d与衍射造成的宽度Lθ之和(θ衍射角)，可以W＝d+Lθ≈d+λL/d(λ光的波长)。此时，W为最小时的d是d＝(λ·L)1/2时。此时，W也是W＝(λ·L)1/2。利用该式计算了实施例中的最佳的狭缝宽度，在绿光时其为W≈0.7mm。
因此，狭缝的间隔最好设定于靠近利用上式计算出来的宽度的值。但是，还必须考虑CCD摄像机的视场、设置状态。例如，也必须考虑使之处于不给CCD摄像机的视场范围以影响的程度。为此，最好以狭缝间隔为100μm或其以上这样的条件进行。
(第4实施形态)在上述的第3实施形态中，说明了在栅格图案的基础上使用狭缝体的构成。另一方面，也可以作为替代栅格图案加狭缝，使用预先缩窄栅格宽度并以黑色狭缝状遮掩了其栅格以外的部分的栅格图案。
图40所示是涉及本发明第4实施形态的栅格图案的概略平面图。该栅格图案2包含一对遮掩部21以及22和配置在遮掩部21和22之间的栅格。这样的栅格图案2可以通过从与栅格的排列方向(长度方向)正交的栅格的宽度方向挟持栅格地设置这一对遮掩部21以及22来实现。
在这里，遮掩部21和22的间隔是狭缝的间隔d。因而，可以通过将狭缝的间隔d设置成适当的值来提高检测灵敏度。
(第5实施形态)图41、42是说明涉及本发明的第5实施形态的检测装置的构成的概略侧面图。也可以代替用狭缝抑制光线的弥散，使用带状地照射激光光这样的窄宽度的平行光的光源。此外，也可以使用透镜等会聚照明光以缩窄照射宽度，进而使之成为平行光进行照射的方法。
具体地讲，就是也可以如图41所示的那样，作为光源1使用激光光，经由栅格图案2对检测对象物3照射窄宽度的带状的平行光。或者，还可以如图42所示的那样，使用会聚透镜25会聚照明光以缩窄照射宽度，进而利用平行光透镜26使之变为平行光进行照射。
在上述的说明中，是以玻璃板作为检测对象物说明的本发明，但本发明并非只限于此。除了玻璃板外，本发明也可以适用树脂等其他的透明板状体或者有光泽的板状体。
另外，涉及本发明的评价装置以及评价方法可适用的透明板状体并非一定只限于平板，也可以如(控制、操纵)面板等那样，是具有平缓的曲率的板。另外，透明板状体或者有光泽的板状体既可以是适当地进行了切断的板材，也可以是连续地供给的板材。进而，只要是具有透光性，涉及本发明的评价装置以及评价方法也可以适用于半透明的板状体。
另一方面，在上述的实施形态以及实施例中，是使用由线路传感器摄像机拍摄的图像数据说明的本发明，但本发明也可以适用于利用矩阵摄像机拍摄的图像数据的处理。
产业上的可利用性如以上所说明的那样，利用本发明，在像素的排列图案与栅格图案像的规则的对应关系产生了偏离时也可以求得包含于透明板状体的缺陷以及折射力，进而乃至有光泽板状体的表面平整度的不均匀性。
此外，由于不要求高精度的间隔以及微小宽度栅格乃至远心光路透镜，故可以以廉价的系统来构筑装置整体。
权利要求
1.一种评价光学畸变的装置，对因透明板状体具有的折射力的不均匀性而导致透过透明板状体的光在光学上畸变的量进行评价，其特征在于，包括照射排列了一定间距、一定宽度的明部和暗部的栅格图案的装置；使用摄像装置拍摄上述栅格图案的装置；将来自上述摄像装置的信号作为灰度图像数据进行输入的装置；在从上述栅格图案到上述摄像装置的光路内支撑并输送上述透明板状体的装置；以及处理从上述摄像装置输入的灰度图像数据的图像处理装置，其中，每当在上述摄像装置上拍摄上述栅格图案，就相对于n个栅格使Xn±α个CCD像素与之对应由此而产生α个莫尔条纹，上述图像处理装置具有，根据上述莫尔条纹的图像数据计算各偏移了90°相位的多种正弦波的装置；由上述多种正弦波求解各像素上的相位角度的装置；和根据各像素间的相位角度之差计算光学畸变的折射力的装置。
2.一种评价光学畸变的装置，对因具有光泽的板状体表面平整度的不均匀性而导致用上述板状体反射的光的在光学上畸变的量进行评价，其特征在于，包括照射排列了一定间距、一定宽度的明部和暗部的栅格图案的装置；使用摄像装置拍摄上述栅格图案的反射像的装置；将来自上述摄像装置的信号作为灰度图像数据进行输入的装置；支撑并输送上述板状体以使来自上述栅格图案的光用上述具有光泽的板状体进行反射后进入到上述摄像装置的装置；以及处理从上述摄像装置输入的灰度图像数据的图像处理装置，其中，每当在上述摄像装置上拍摄上述栅格图案，就相对于n个栅格使Xn±α个CCD像素与之对应由此而产生α个莫尔条纹，上述图像处理装置具有，根据上述莫尔条纹的图像数据计算各偏移了90°相位的多种正弦波的装置；由上述多种正弦波求解各像素上的相位角度的装置；和根据各像素间的相位角度之差计算反射光的偏移量的装置。
3.按照权利要求1或2所述的评价光学畸变的装置，其特征在于上述X为X＝4p，其中p是大于等于1的整数。
4.一种评价光学畸变的方法，对因透明板状体具有的折射力的不均匀性而导致透过透明板状体的光在光学上畸变的量进行评价，其特征在于，包括每当使用摄像装置拍摄排列了一定间距、一定宽度的明部和暗部的栅格图案并在上述摄像装置上拍摄上述栅格图案，就相对于n个栅格使Xn±α个CCD像素与之对应由此而产生α个莫尔条纹的步骤；以及图像处理装置处理将上述透明板状体介于中间由上述摄像装置拍摄的上述栅格图案的灰度图像数据的步骤，其中，上述图像处理装置进行处理的步骤具有，根据上述莫尔条纹的图像数据计算各偏移了90°相位的多种正弦波的步骤；由上述多种正弦波求各像素上的相位角度的步骤；和根据各像素间的相位角度之差计算光学畸变的折射力的步骤。
5.一种评价光学畸变的方法，对因具有光泽的板状体表面平整度的不均匀性而导致上述板状体反射的光在光学上畸变量进行评价，其特征在于，包括每当使用摄像装置拍摄排列了一定间距、一定宽度的明部和暗部的栅格图案在上述具有光泽的板状体上的反射像并在上述摄像装置上拍摄上述栅格图案的反射像，就相对于n个栅格使Xn±α个CCD像素与之对应由此而产生α个莫尔条纹的步骤；以及图像处理装置处理由上述摄像装置拍摄的上述栅格图案的反射像的灰度图像数据的步骤，其中，上述图像处理装置进行处理的步骤具有，根据上述莫尔条纹的图像数据计算各偏移了90°相位的多种正弦波的步骤；由上述多种正弦波求各像素上的相位角度的步骤；和根据各像素间的相位角度之差计算反射光的偏移量的步骤。
6.按照权利要求4或5所述的评价光学畸变的方法，其特征在于上述X为X＝4p，其中p是大于等于1的整数。
7.一种检测具有光学畸变的缺陷的装置，对透明板状体的具有光学畸变的缺陷进行检测，其特征在于，包括照射排列了一定间距、一定宽度的明部和暗部的栅格图案的装置；使用摄像装置拍摄上述栅格图案的装置；将来自上述摄像装置的信号作为灰度图像数据进行输入的装置；在从上述栅格图案到上述摄像装置的光路内支撑并输送上述透明板状体的装置；以及处理从上述摄像装置输入的灰度图像数据的图像处理装置，其中，每当在上述摄像装置上拍摄上述栅格图案，就相对于n个栅格使Xn±α个CCD像素与之对应由此而产生α个莫尔条纹，上述图像处理装置具有，根据上述莫尔条纹的图像数据计算各偏移了90°相位的多种正弦波的装置；由上述多种正弦波求解各像素上的相位角度的装置；和根据各像素间的相位角度之差检测具有光学畸变的缺陷的装置。
8.一种检测具有光学畸变的缺陷的装置，对具有光泽的板状体表面的具有光学畸变的缺陷进行检测，其特征在于，包括照射排列了一定间距、一定宽度的明部和暗部的栅格图案的装置；使用摄像装置拍摄上述栅格图案的反射像的装置；将来自上述摄像装置的信号作为灰度图像数据进行输入的装置；支撑并输送上述板状体以使来自上述栅格图案的光用上述具有光泽的板状体进行反射后进入到上述摄像装置的装置；以及处理从上述摄像装置输入的灰度图像数据的图像处理装置，其中，每当在上述摄像装置上拍摄上述栅格图案，就相对于n个栅格使Xn±α个CCD像素与之对应由此而产生α个莫尔条纹，上述图像处理装置具有，根据上述莫尔条纹的图像数据计算各偏移了90°相位的多种正弦波的装置；由上述多种正弦波求解各像素上的相位角度的装置；和根据各像素间的相位角度之差检测具有光学畸变的缺陷的装置。
9.按照权利要求7或8所述的检测具有光学畸变的缺陷的装置，其特征在于上述X为X＝4p，其中p是大于等于1的整数。
10.一种检测具有光学畸变的缺陷的方法，对透明板状体的具有光学畸变的缺陷进行检测，其特征在于，包括每当使用摄像装置拍摄排列了一定间距、一定宽度的明部和暗部的栅格图案并在上述摄像装置上拍摄上述栅格图案，就相对于n个栅格使Xn±α个CCD像素与之对应由此而产生α个莫尔条纹的步骤；以及图像处理装置处理将上述透明板状体介于中间由上述摄像装置拍摄的上述栅格图案的灰度图像数据的步骤，其中，上述图像处理装置进行处理的步骤具有，根据上述莫尔条纹的图像数据计算各偏移了90°相位的多种正弦波的步骤；由上述多种正弦波求各像素上的相位角度的步骤；和根据各像素间的相位角度之差检测具有光学畸变的缺陷的步骤。
11.一种检测具有光学畸变的缺陷的方法，对具有光泽的板状体表面的具有光学畸变的缺陷进行检测，其特征在于，包括每当使用摄像装置拍摄排列了一定间距、一定宽度的明部和暗部的栅格图案在上述具有光泽的板状体上的反射像并在上述摄像装置上拍摄上述栅格图案的反射像，就相对于n个栅格使Xn±α个CCD像素与之对应由此而产生α个莫尔条纹的步骤；以及图像处理装置处理由上述摄像装置拍摄的上述栅格图案的反射像的灰度图像数据的步骤，其中，上述图像处理装置进行处理的步骤具有，根据上述莫尔条纹的图像数据计算各偏移了90°相位的多种正弦波的步骤；由上述多种正弦波求各像素上的相位角度的步骤；和根据各像素间的相位角度之差检测具有光学畸变的缺陷的步骤。
12.按照权利要求10或11所述的检测具有光学畸变的缺陷的方法，其特征在于上述X为X＝4p，其中p是大于等于1的整数。
全文摘要
提供一种透过透明板状体的光的光学畸变的评价装置及方法。每当利用摄像装置(4)通过玻璃板(3)拍摄栅格图案2，就相对于n个栅格(明部和暗部的对)使4n±α个CCD像素与之对应来发生α个莫尔条纹。基于在该状态下拍摄的图像的灰度数据，生成A相正弦波和自该A相偏移了90°相位的B相正弦波，由该A相以及B相正弦波计算在李萨如图形上的各像素的相位角度，基于作为各自像素的相位角度之差分的相位角速度计算出折射力。
文档编号G01N21/896GK1720444SQ20038010501
公开日2006年1月11日 申请日期2003年12月15日 优先权日2002年12月27日
发明者三宅淳司, 吉村勇气, 平冈邦广 申请人:日本板硝子株式会社, 纳诺斯考普株式会社