JP2012042254A - レンズ欠陥の検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 高感度に欠陥可視化が可能な照明遷移領域を利用し、レンズ全面に対して前記の照明遷移領域を利用した欠陥検査手法を提供する。
【解決手段】 明部及び暗部からなるパターン照明により被検査レンズを透過照明する。被検査レンズに対して照明とは反対側に撮像手段が設けられており、被検査レンズに焦点が合わせられている。投影されるパターン形状はレンズパワー中心軸もしくはパワー中心面に対して対称であり、少なくとも一つの明部及び暗部からなる。さらに被検査レンズに対して、前記の中心軸もしくは中心面に対して対象性を維持したまま異なる複数のパターンを投影することでレンズ全面に照明遷移領域が存在するようにし、投影された複数のパターンごとに画像を取得する。
【選択図】 図１

Description

本発明はレンズ欠陥の検査方法に関するものであり、特にパターン照明を用いた透過照明による検査方法に関するものである。

レンズの製造工程において発生するキズ・ワレ・異物付着などの欠陥に対しては、従来より人手での目視とともにカメラ等のセンシング手段を用いた自動検査装置が考案されてきている。このような検査装置としては特許文献１に記載されたものがある。

特許文献１の技術によれば、照明光を拡散させる拡散板により対象レンズを照明し、対象レンズを光軸周りに回転させる。この対象レンズをラインセンサにより撮像し、その際に拡散照明光がラインセンサ上に直接入射することがないように、拡散板上に帯状の遮光部材をライセンサ上での対象レンズ全幅が隠されるように配置している。このような従来技術の配置を取ることで、いわゆる暗視野照明状態を実現し、欠陥部で照明光が散乱する場合は背景に比べて明るく撮影され、またレンズを回転させることでレンズ全周の画像を取得することができる。

また、パターン照明を用いた検査方法としては特許文献２及び特許文献３に記載されたものがある。

特許文献２の技術によれば、照明光を拡散させる拡散板に対して主にストライプ状に透過性を有する部分と透過性を有しない部分とを持たせ、この拡散板からの拡散光を検査対象に照射する。この拡散板の位置を変化させることでパターン光の位相を変化させ、その都度カメラ等で画像を取得する。ここでパターンの明部及び暗部において欠陥が存在すれば、明部では暗く、暗部では明るく検出される。この信号をカメラ等を用いて取得し欠陥検査を行っている。

特許文献３の技術によれば、複数のＬＥＤアレイを用いて拡散光源を形成し、アレイごとの点灯・非点灯によりストライプ状のパターン照明を形成している。またこれらのＬＥＤアレイはブロックごとに回転可能であり、被検査対象の形状に応じて角度を変化させている。このようにして投射された照明は被検査面上で明部及び暗部とその遷移領域から構成され、このパターンを走査することで明部及び暗部とその遷移領域からの欠陥信号を検出し、それぞれの位置での信号強度を比較することで欠陥判定を高い精度で行っている。

特開平１０−２４６７０６号公報 特開２０００−１８９３２号公報 特開平１１−２８１５８１号公報

しかしながら前述した従来技術には以下の問題点がある。
すなわちレンズ検査に関する特許文献１では、欠陥に照明入射角度に対する依存性があった場合、補助照明が必要となる。またレンズ全域を検査するためには、被検査レンズを回転させる必要がある。これらは装置構成の複雑化を招くことになる。

またパターン照明による検査方法としての特許文献２、特許文献３では、欠陥に照明入射角度依存性があった場合、欠陥を見逃すこととなりやすい。またストライプ状のパターンをレンズ検査に適用した場合、レンズ全面に渡って照明状態を同一に保持することが困難である。

特に特許文献３では、照明遷移領域を利用しているものの、照明入射角度依存性のある欠陥に対して検出感度が十分ではなく見逃しが発生する怖れがある。
そこで本発明の目的は、欠陥検出感度の高い照明遷移領域を利用しレンズ全面の検査を行うと共に、照明入射角度に依存した欠陥に対しても検出感度を維持できるレンズ欠陥の検査方法を提供することにある。

レンズ検査方法において、
パターン光を被検査レンズに照射することにより、生じる光を撮像手段にて検出する工程と、
検出した画像に基づきレンズを検査する工程と、
を有し、
前記パターン光は同心状であり、照射されたパターン光の明部及び暗部の境界近傍に形成される照明遷移領域に対応する画像のみから、レンズを検査することを特徴とするレンズ検査方法。

高い検出感度を有する照明遷移領域を効果的に利用するため、従来の検査方法では見落としがちだった被検査レンズ表面に生じたキズ等の照明の入射角度に依存性がある欠陥に対しても検出感度を維持できる。

本発明の全体構成図 本発明の投影パターンおよび位相シフトを示す図 本発明のパターン照明による照明入射角度を示す模式図 本発明のパターン照明による反射型の拡散板を用いた全体構成図 本発明の投影パターンにおいて、一定周期の投影パターンを示す図 本発明において、シリンドリカルレンズを対象とする際のパターンを示す図 欠陥からの散乱光強度分布を示す図 パターン間隔が広い場合の背景信号および欠陥信号を示す図 パターン間隔が適切な場合の背景信号および欠陥信号を示す図

（実施例１）
図１は本発明における欠陥検査装置の全体構成を示したものである。
本実施例においては被検査レンズ１０３を一般的な円形レンズとして述べる。
パターン投影光源１０１から照射された照明光は透過型拡散板１０２により拡散させられ、被検査レンズ１０３へと照射させられる。このように照明光が被検査レンズ１０３へ入射した状態において、撮像手段１０４の撮影レンズは被検査レンズ１０３に焦点を合わせており、パターン照明の照明光が照射された状態の被検査レンズの画像を取得できるようになっている。またパターン投影光源１０１は液晶プロジェクタにより構成されており、順次パターンの形状を変化させることができるようになっている。

このような構成において、投影されるパターンは図２に示すような被検査レンズのパワー中心軸（または光軸）に対して軸対象となる同心状のパターンである。またこのパターンは中心軸より直行方向の周期を変化させて形成されており、その暗部において被検査レンズを通過した撮像レンズの主光線に対する照明入射角度が「０°＜入射角度≦４°」となる成分が含まれるように構成されている。

図７に示すように、光散乱性を示す欠陥について、散乱光強度は光線入射方向に最も強い強度を示すことが一般的である。すなわち欠陥からの信号強度は、欠陥への照明入射角度７０５が小さいほど強い物となる。つまり投影される同心状パターンは欠陥への照明入射角度７０５を適切に設定することが肝要となる。

そこで、撮像レンズの主光線（図中の破線）を基準に投影パターンについて考える。主光線とは、ある物点から出てレンズ系の開口中心を通る光線のことである。

なお以降の説明では便宜上逆光線追跡状態にて説明を行う。また被検査レンズ１０３に対する照明光の入射方向は主光線と成す角とする。

図３は本発明のパターン照明による照明入射角度を示す模式図である。図中、拡散板に投影された同心状の明暗パターンの一部を切り出して描いている。

図３の撮像手段１０４における撮像素子の受光面である撮像レンズ像面３０５上の点Ｐから出射した主光線は、撮像レンズ３０２に対して共役な被検査レンズ１０３上の物体面Ｐ’へと入射することとなる。

そして被検査レンズ１０３へ入射した主光線は、被検査レンズ１０３のパワーに応じた出射角度にて透過型拡散板１０２へと結ばれることとなる。もちろんこの主光線はある仮想的な光路を示しているもので、実際の光の進行路を表わすものではない。ここでは説明のために、仮に被検査レンズ１０３上の位置Ｐ’に欠陥が存在した場合について説明する。欠陥からの信号強度が最大となる照明入射角度０°の方向は、点Ｐ’’から点Ｐ’へと向かう方向（主光線の方向）となることが分かる。

次にこの点Ｐ’’を基準に投影すべき同心状パターンを決定してゆく。前述したように欠陥からの信号強度は照明入射角度が小さいほど強くなる。このことから被検査レンズ１０３上の位置Ｐ’を検査することを考えると、欠陥からの信号強度を最大にするためには拡散板１０２上の点Ｐ’’において投影されるパターンは明部である必要がある。しかしながら、点Ｐ’’を明部にすると欠陥からの信号強度は最大となるが、同時に欠陥以外の背景信号も信号強度が最大となる。このような場合、欠陥信号は背景信号に比べて極めて小さいため、背景信号と欠陥信号を分離することは不可能であり検査には適さない。そこで照明入射角度３０４として最適な角度について説明する。

図８および図９はそれぞれ、照明入射角度が大きい場合と最適な場合とを比較した模式図である。ただし、本実施例では本来同心状パターンを用いているが、図８および図９は説明簡略化のためにその一部を切りだしたストライプ状パターンにて説明している。

図８は、明暗パターンのピッチを大きくとり、すなわち図３における照明入射角度３０４が、０°を含み、または４°を超えて大きい場合に相当する模式図である。透過型拡散板１０２上にパターン明部１０７およびパターン暗部１０８が形成されている。また撮像レンズ像面上にはパターン明部および暗部に相当する背景信号８０１が存在し、像面位置における欠陥信号強度８０２が示されている。パターン明部に相当する像面上位置では背景信号が大きいため欠陥信号は確認できない。一方で明部と暗部の境界近傍に形成される照明遷移領域８０３では、照明入射角度が小さいために欠陥信号は強くなる。さらに照明遷移領域８０３からパターン暗部側へと移ると、照明入射角度が大きくなるため、欠陥信号は弱くなる。このため図３の照明入射角度３０４を大きく設定した場合、欠陥検出能力の弱い領域も検査領域に含まれることになる。

一方、図９は明暗パターンのピッチを適切に定め、図３における照明入射角度３０４が適切に与えられた場合に相当する模式図である。なお本実施例の場合、照明入射角度３０４は被検査レンズ上の位置Ｐ’に対して２°となるように設定しており、像面上の暗部に対応する被検査レンズ上の点に対しては「０°＜入射角度≦４°」の入射角度となるようにしている。このような構成とすることで、撮像レンズ像面３０５において欠陥信号が強くなる、欠陥検出能力の高い照明遷移領域８０３にて検査を行うことが出来る。

このように本実施例において投影されるパターンは、被検査レンズ１０３のパワー中心軸に対して軸対称であり、照明入射角度３０４が前述の条件を満たすように中心軸から直径方向に周期を変化させている。このような構成およびパターン形状とすることでレンズ全面における照明遷移領域の割合を最大にすることができる。

次に本実施例における検査方法について説明する。
前述の構成において、被検査レンズの欠陥検査の際は、照明遷移領域をレンズ全面に発生させるために同心状のパターン光の位相を変化させることで、照明遷移領域を被検査レンズの表面に対して走査させる。本実施例ではこの位相変化が０〜２πとなる間を３分割となるように撮像しているが、前述の照明遷移領域への照明入射角度が満足できれば何分割であってもかまわないし、連続的にパターンをスキャン走査してもかまわない。

図２（ａ）〜図２（ｃ）は同心状パターンを拡散板に対してステップ走査した様子を示している。まず図２（ａ）に示すような同心状パターンをパターン制御装置１０６及びパターン投影光源１０１を用いて拡散板へと投影する。このパターンの周期を示したものが図２（ｂ）である。この状態の画像を撮像手段１０４で取得し、処理装置１０５に保持しておく。次にパターン制御装置１０６により前述の同心状パターンの位相を図２（ｃ）に示すように変化させ、同様に画像を取得し保持する。さらにパターン制御装置は同心状パターンの位相を図２（ｄ）に示すように変化させ、同様に画像を取得し保持する。図２に描かれた同心状パターンの場合、“明”と“明”の間の領域に対応する、被検査レンズの表面に照明遷移領域が写しだされる。その照明遷移領域は撮像手段によって、このようにして得られた一連の画像により、画像処理によって照明遷移領域のみを切り出すもしくは各画素の代表値を算出することでレンズ全面に渡る検査用画像を取得することができる。

このように取得した画像において、レンズ上に欠陥が存在すればその欠陥により照明光が散乱されるため画像上では欠陥部が背景とは異なる画素値となるため、これを検出することで欠陥検査を行うことが可能となる。以上のように従来の欠陥検査方法と異なり、検出感度の高い照明遷移領域のみを用いて欠陥検査するため、被検査レンズなどの測定物表面に生じたキズ等の照明入射角度に依存した欠陥に対しても検出感度を維持できる。

上記の実施例においては、パターン投影光源１０１として液晶プロジェクタを示しているが、明暗のパターンが形成できればよいため特に上記構成に限定されない。このため透過・不透過部が配置されたマスク等を投影するマスク投影光源でも良く、位相シフトに応じてこれらのマスクを入れ替える構成でも良い。

以上のことから、従来の欠陥検査方法では見落としがちだったレンズ表面に生じたキズ・ワレ等を、照明遷移領域を被検査レンズの表面を走査することで、キズ・ワレに対しても検出感度の高い照明遷移領域を撮像して得られた画像に基づき欠陥検査することができる。

さらに、撮像された被検査レンズの画像に対して、画像処理を施し照明遷移領域に対応した画像を切り出した画像データに基づき欠陥検査すれば、さらに検出感度を高めることができる。

（実施例２）
本発明の第二の実施例としては、図４に示すように拡散板からの透過光ではなく反射光を利用したものである。

このような構成をとることで、透過型の拡散板で発生する吸収による照明効率低下が発生せず、照明の利用効率を向上させることができる。

（実施例３）
本発明の第三の実施例として図５に示すように投影されるパターンが被検査レンズのレンズパワー中心軸に対して直交方向に一定周期の同心状のパターンを利用したものを説明する。

このような一定周期の同心状パターンは、簡便な近軸光線理論を用いて算出することが可能なため多品種のレンズ検査において、パラメータ設定が容易となる。

このような同心状パターンを被検査レンズとしてシリンドリカルレンズの検査に対して好適に適用できる。装置構成は実施例１と共通である。図６（ａ）、（ｂ）に示すようなシリンドリカルレンズ６０２に対しても、そのパワー中心面６０１に対して対象となる同心状のパターン照明図６（ｃ）からの拡散光を透過させる。

このような構成により、前述した円形レンズと同様にシリンドリカルレンズに対しても照明遷移領域からの強い欠陥信号を検出することが可能となる。このように、被検査レンズの形状に合わせて、同心状パターンを適切に設定し、欠陥検査するとより高感度かつ簡易なレンズ検査が実現できる。

円形レンズやシリンドリカルレンズなどの光学素子の自動検査工程等に好適に適用できる。

１０１ パターン投影光源
１０２ 透過型拡散板
１０３ 被検査レンズ
１０４ 撮像手段
１０５ 処理装置
１０６ パターン制御装置
１０７ パターン明部
１０８ パターン暗部
３０１ 撮像レンズ主光線
３０２ 撮像レンズ
３０３ 撮像レンズ主平面
３０４ 照明入射角度
３０５ 撮増レンズ像面
６０１ シリンドリカルレンズパワー中心
６０２ シリンドリカルレンズ
７０１ ワーク
７０２ 照明入射方向
７０３ 欠陥
７０４ 散乱光強度分布
７０５ 照明入射角度
８０１ 背景信号
８０２ 欠陥信号
８０３ 照明遷移領域

Claims (6)

1. レンズ検査方法において、
   パターン光を被検査レンズに照射することにより、生じる光を撮像手段にて検出する工程と、
   検出した画像に基づきレンズを検査する工程と、
   を有し、
   前記パターン光は同心状であり、照射されたパターン光の明部及び暗部の境界近傍に形成される照明遷移領域を走査し、前記照明遷移領域に対応する画像から、レンズを検査することを特徴とするレンズ検査方法。
2. 前記パターン光が、レンズパワー中心軸もしくはパワー中心面に対して直交方向に一定の周期を持った同心状の明部及び暗部からなることを特徴とする請求項１記載のレンズ検査方法。
3. 前記パターン光を拡散板に対して投影し、拡散板からの反射光を被検査レンズに照射することを特徴とする請求項１または２記載のレンズ検査方法。
4. 被検査レンズに照射された前記パターン光が、明部と照明遷移領域のみからなるように明部および暗部のパターンの周期が構成されていることを特徴とする請求項１記載のレンズ検査方法。
5. 同心状の明部及び暗部の位相を変化させることでレンズ全面に照明遷移領域を走査して被検査レンズを撮像し、取得した画像に基づき検査を行うことを特徴とする請求項１記載のレンズ検査方法。
6. 前記パターンは前記撮像手段における撮像レンズの主光線に対する照明入射角度が０°＜入射角度≦４°となる成分が含まれるように構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のレンズ検査方法。

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