JP3417738B2

JP3417738B2 - 光学部材検査装置

Info

Publication number: JP3417738B2
Application number: JP22924295A
Authority: JP
Inventors: 正之杉浦; 正人原; 利宏中山; 敦木田
Original assignee: ペンタックス株式会社
Priority date: 1995-09-06
Filing date: 1995-09-06
Publication date: 2003-06-16
Anticipated expiration: 2015-09-06
Also published as: JPH0972823A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、レンズ等の光学部
材の屈折率異常等の光学的欠陥を検出するための光学部
材検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】レンズ，プリズム等の光学部材は、入射
した光束が規則正しく屈折して、平行に進行したり、一
点又は線状に収束したり発散するように設計されてい
る。しかしながら、光学部材の成形異常により屈折力が
不規則に変化していたり、形成後の人的取り扱いによっ
て光学部材の表面上にゴミ，キズ等が生じていると、入
射した光束が乱れてしまうので、所望の性能を得ること
ができなくなる。特に、樹脂を金型に注入して成形する
事によって作成されるレンズやプリズム等の光学部材で
は、成形異常によってヒケ（樹脂が金型表面から離間し
て生じる陥没），ジェッティング（光学部材内において
樹脂密度が部分的に変化している箇所），フローマーク
（樹脂の収縮に伴って光学部材表面に生じるＷ字状の
皺）が生じ易いので、このような欠陥を効率良く検出す
ることが必要となっている。

【０００３】そのため、従来より、これら光学的な欠陥
を検出するために、歪計やスライドプロジェクタ用光源
等を用いた人間の目による官能検査が行われていた。こ
の歪計は、偏光格子が交差して設けられたものであり、
その中に配置された試料（光学部材）の屈折率変化（異
常）に応じた偏光的な光線透過率の変化を、観察すると
いう装置である。また、スライドプロジェクタ用光源を
用いた検査とは、スライドプロジェクタ用光源から発せ
られた光に光学部材を翳すとともに、光路外から光学部
材の表面を観察して、光によって浮かび上げられたキ
ズ，汚れ，及びゴミを見つけるというものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
人間の目による官能検査では、良品と不良品との客観的
な判定基準がない。従って、複数の人間によって検査を
行う場合、検査する人毎に良否の判定基準がばらついて
しまうので、検査する人によっては、良品の中に不良品
を含めてしまって製品全体の品質を落としてしまった
り、良品を不良品として破棄して無駄を生じさせてしま
っていた。また、同一人が検査する場合であっても、慣
れが生じるにつれて判定基準が厳しくなる傾向があり、
良品を不良品と判定するしまうことが多々あった。

【０００５】そこで、本発明は、以上の問題に鑑み、客
観的基準に従って良品と不良品との合否判定を行うこと
ができる光学部材検査装置を提供することを、課題とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】各請求項記載の発明は、
上記課題を解決するためになされたものである。請求項
１記載の発明は、光学部材の光学的欠陥を検出する光学
部材検査装置であって、照明光によって照明される拡散
板と、前記光学部材を含む光学系の焦点位置に配置され
るとともに、前記拡散板によって拡散された光を部分的
に透過させるように前記拡散板に接している遮光手段
と、前記光学系を透過した光を撮像する撮像手段と、こ
の撮像手段によって撮像された画像中の前記光学部材の
光学的欠陥を示す部位を数値化する数値化手段と、この
数値化手段によって数値化された数値が所定の判定基準
値を超えたか否かを判定する判定手段とを備えたことを
特徴とする。

【０００７】光学部材とは、凸レンズ及び凹レンズ，プ
リズム，凹面鏡及び凸面鏡，並びに、平行平面板を含
む。また、ガラスからなる光学部材及び樹脂成形による
光学部材を含む。光学部材の光学的欠陥とは、屈折率や
屈折力の部分的異常や光学部材の表面の欠陥等を言う。
屈折率や屈折力の異常としては、樹脂成形の光学部材に
おけるヒケやジェッティングやフローマーク，ガラスか
らなる光学部材における面加工の不良，等が例示され
る。また、光学部材の表面の欠陥としては、表面のキズ
や汚れやゴミ，等が列挙される。

【０００８】拡散板は、背後から照明される透光部材で
あっても良いし、表面側から照明される反射部材であっ
ても良い。遮光手段は、拡散板の表面に直接印刷された
遮光パターンであっても良いし、板状の不透明部材を適
宜切り出して拡散板に貼り付けたものであっても良い
し、拡散板とは別個の透明部材表面上に遮光パターンを
印刷したものであっても良い。この遮光手段における光
を部分的に透過させる部分と遮光させる部分との境界線
は、直線状であっても良いし、曲線状であっても良い。
また、境界線は一本のみであっても良いし、縞状に複数
本あっても良い。さらに、境界線は、複数の方向を向い
ていても良い。この遮光手段は、境界線が複数の方向を
向いている場合には固定されていても良いが、境界線が
一本のみの場合又は境界線が全て同じ方向を向いている
場合にはこの境界線に接する回転軸を中心に回転するこ
とが望ましい。なお、遮光手段が回転する際、拡散板が
一体に回転しても良いし、拡散板が固定された状態で遮
光手段のみが回転しても良い。

【０００９】「光学部材を含む光学系」とは、凸レンズ
又は凹面鏡である光学部材そのもの，若しくは、凹レン
ズ，凸面鏡，平行平面板，又はプリズムである光学部材
を含む正レンズ群のことである。この光学系の全体とし
ての焦点位置が遮光手段の位置に一致するように、各部
材が配置される。

【００１０】撮像手段は、固体撮像素子によって撮像す
るものであっても撮像管によって撮像するものであって
も良い。数値化手段は、画像中の光学部材の光学的欠陥
を示す部位を、画像中の輝度の大小で把握しても良い
し、濃淡（明暗）の変化量が大きい部位であるとして把
握しても良い。後者の場合には、画像に対して微分処理
を施すことによって濃淡の変化量が大きい部位を抽出す
ることができる。また、拡散板が回転する場合には、拡
散板が一回転する間に得られた全ての画像（又は微分処
理された画像）を合成すれば、光学的欠陥の生じている
方向如何に拘わらず光学的欠陥を示す全ての部位を数値
化することができる。この数値とは、光学的欠陥を示す
部位の面積であっても良いし、最大幅であっても良い。

【００１１】判定手段は、数値化手段によって数値化さ
れる数値が複数種類ある場合には、その全てを判定基準
値と比較しても良いし光学部材の種類に応じて定まる一
部の種類の数値のみを比較しても良い。

【００１２】請求項２記載の発明は、請求項１における
光学系が、凸レンズである前記光学部材のみからなるこ
とを特定したものである。請求項３記載の発明は、請求
項１における光学系が、凹レンズである前記光学部材と
凸レンズである補正レンズとからなり、全体として正レ
ンズ系であることを特定したものである。

【００１３】請求項４記載の発明は、請求項１の撮像手
段によって撮像された画像内における濃淡変化が大きい
部位を前記光学部材の光学欠陥を示す部位として強調す
る強調手段を更に備えたものである。このようにすれ
ば、数値化手段による数値化が明瞭に行い得る。

【００１４】請求項５記載の発明は、請求項４の遮光部
材が、直線状の境界線によって夫々分けられた前記光を
部分的に透過させる部分と前記光を部分的に遮光する部
分とからなることを特定したものである。

【００１５】請求項６記載の発明は、請求項５の遮光手
段を前記拡散板との接触面の面内において前記直線状の
境界線に接する回転軸を中心に回転させる回転手段を更
に備えたものである。

【００１６】請求項７記載の発明は、請求項６の光学部
材を含む光学系の光軸が、前記遮光部材の回転軸と一致
していることを特定したものである。請求項８記載の発
明は、請求項５の撮像手段が、前記回転手段により回転
させられた前記遮光手段の各回転位置において前記撮像
を行うとともに、前記遮光部材が一回転する間に前記撮
像手段によって撮像されて前記強調手段によって前記強
調がなされた画像を合成する合成手段を更に備えたもの
である。このようにすれば、上述したように、光学的欠
陥の生じている方向如何に拘わらず光学的欠陥を示す全
ての部位を数値化することができるので、良品又は不良
品の判定を誤ることがない。

【００１７】請求項９記載の発明は、請求項４又は８の
強調手段が、前記画像を多数の画素に分け、隣接する各
画素の輝度同士を比較して微分処理し、この微分処理の
結果得られた画像を前記強調がなされた画像とすること
を特定したものである。

【００１８】請求項１０記載の発明は、請求項１，４，
８，又は９の数値化手段が、前記光学部材の光学的欠陥
を示す部位の面積を計って前記数値とすることを特定し
たものである。

【００１９】請求項１１記載の発明は、請求項１，４，
８，又は９の数値化手段が、前記光学部材の光学的欠陥
を示す部位の最大幅を計って前記数値とすることを特定
したものである。

【００２０】請求項１２記載の発明は、請求項１の撮像
手段によって撮像された画像から前記光学部材に対応す
る箇所のみを抽出する抽出手段を更に備えたものであ
る。このようにすれば、光学部材の性能に無関係な画像
に基づいて良否判定を行うことが防止できる。

【００２１】

【本発明の実施の形態】以下、図面に基づいて、本発明
の実施の形態を説明する。

【００２２】

【実施形態１】＜光学部材検査装置の光学構成＞図１及び図２は、本発
明による光学部材検査装置の第１の実施の形態を示す光
学構成図である。図１及び図２に示すように、光学部材
検査装置を構成する照明ユニット４と撮像装置７とは、
同一の光軸ｌ上に、互いに向き合って配置されている。

【００２３】この撮像手段としての撮像装置７は、全体
として正レンズ系である撮像レンズ８と、この撮像レン
ズ８によって収束された光による像を撮像するＣＣＤエ
リアセンサからなる撮像素子９とから、構成されてい
る。この撮像素子９によって撮像された画像は、表示装
置１０及び画像処理部１４に入力される。

【００２４】表示装置１０は、この光学部材検査装置の
初期調整時（即ち、後述する照明ユニット４の位置調整
時）に用いられる画像モニタ装置である。画像処理部１
４は、検査対象光学部材が良品であるか不良品であるか
の判定を行うプロセッサであり、撮像素子９から入力さ
れた画像データに対して所定の画像処理を行い、検査対
象光学部材の光学的欠陥の程度を数値化するとともに、
この数値を一定の判定基準値（許容値）と比較し、この
数値が判定基準値内に収まっているか超えているかの判
定を行う。即ち、この画像処理部１４は、強調手段，合
成手段，数値化手段，及び判定手段に相当する。この画
像処理部１４は、また、上述した判定処理を行うのに伴
い、ナイフエッジ回転制御部１５に対してモータ１３の
回転指示を行う。

【００２５】ナイフエッジ回転制御部１５は、画像処理
部１４からの回転指示に従い、モータ１３を２２．５度
づつ回転させる。一方、照明ユニット４は、全体とし
て、光軸ｌ上を撮像装置７に向けて進退移動することが
できる。この照明ユニット４の内部には、その中心を光
軸ｌと同軸にした円盤状の拡散板５が、光軸ｌに直交す
る面内において光軸ｌを中心に回転自在に保持されてい
る。この拡散板５の撮像装置７側の面には、遮光手段と
しての遮光板６が一体に貼り付けられている。この遮光
板６は、上面図である図３に示すように、不透明部材か
らなる半円形の板であり、拡散板５の中心を通る径方向
の直線を弦（ナイフエッジ）６ａとするとともに、拡散
板５と同一半径の円弧を有している。このような構成を
備えた結果、拡散板５によって拡散された光は、この遮
光板６により部分的に遮光されるとともに、遮光板６に
覆われていない部分により部分的に透過される。

【００２６】拡散板５の周縁部には、この拡散板５と同
軸の環状ギア１１が固着されている。この環状ギア１１
は、ピニオンギア１２と噛合しており、このピニオンギ
ア１２は、照明ユニット４内に固定されているモータ１
３の回転軸に取り付けられている。従って、モータ１３
がナイフエッジ回転制御部１５によって回転駆動される
と、遮光板６及び拡散板５は、両ギア１２，１１を介し
て回転駆動を受け、図４に示すように、光軸ｌに直交す
る面内（即ち、拡散板５と遮光板６との接触面の面内）
において回転駆動される。なお、この場合の回転方向
は、図３に示すように、撮像装置７側から見て時計方向
である。この回転の結果、遮光板６のナイフエッジ
（弦）６ａも、光軸ｌを中心に回転することになる。即
ち、これら画像処理部１４，ナイフエッジ回転制御部１
５，モータ１３，及びギア１１，１２により、回転手段
が構成される。

【００２７】拡散板５の裏面側において、照明ユニット
４には、光ファイバー束３の先端３ａが固着されてい
る。この光ファイバー束３の基端３ｂには、白色ランプ
１と集光レンズ２とからなる光源装置が配置されてい
る。そして、白色ランプ１から出射された白色光が、集
光レンズ２によって集光されて、その基端３ｂからこの
光ファイバー束３内に入射される。この白色光は、光フ
ァイバー束３内を伝送され、その先端３ａから拡散板５
に向けて照射される。即ち、遮光板６のナイフエッジ６
ａが背後から照明されるのである。なお、光ファイバー
束３の長さは、照明ユニット４の移動可能距離よりも十
分長くとってある。従って、照明ユニット４が移動して
も、この光ファイバー束３が追従して、常に遮光板６の
ナイフエッジ６ａを照明することができる。

【００２８】検査対象の光学部材は、光軸ｌと同軸に、
撮像装置７と照明ユニット４との間に配置される。具体
的に説明すると、図１に示すように検査対象光学部材が
凸レンズＡである場合には、凸レンズＡの焦点位置が遮
光板６のナイフエッジ６ａと一致する位置に、凸レンズ
Ａが配置される。また、図２に示すように検査対象光学
部材が凹レンズＢである場合には、凹レンズＢと照明ユ
ニット４との間に、この凹レンズＢのパワー（絶対値）
よりも大きいパワー（絶対値）を有する凸レンズである
補正レンズＣを配置する。この凹レンズＢ及び補正レン
ズＣからなるレンズ群は全体的に正レンズ群であり、そ
の合成焦点位置が遮光板６のエッジ６ａと一致するよう
にこれら凹レンズＢ及び補正レンズＣが配置されてい
る。即ち、検査対象光学部材を含む光学系の焦点位置を
遮光手段の位置と一致させているのである。

【００２９】なお、図示はしていないが、検査対象光学
部材が平板であった場合には、補正レンズＣ単体の焦点
位置が拡散板５と遮光板６との境界面に一致するよう
に、補正レンズＣを配置するとともに、この補正レンズ
Ｃと撮像装置７との間に検査対象光学部材を配置する。
また、検査対象光学部材がポロプリズムやダハプリズム
等の反射プリズムであった場合には、その単独での焦点
位置が拡散板５と遮光板６との境界面に一致するように
補正レンズＣを配置し、その補正レンズＣの背後にプリ
ズムを配置するとともに、このプリズムから出射される
光線の出射光軸上に、撮像装置７を配置する。さらに、
検査対象光学部材が反射鏡であった場合には、照明光学
系４と反射鏡（及び補正レンズＣ）との位置関係を上述
したのと同じにするとともに、この照明光学系４と反射
鏡との間にピームスプリッタ又はハーフミラーを配置し
て、これらビームスプリッタ又はハーフミラーによって
分離された反射光光路の先に撮像装置７を配置する。

【００３０】以上のように被検査光学部材（及び補正レ
ンズＣ）を配置すると、検査対象光学部材から出射され
る光は、この検査対象光学部材が良品である限り、平行
光となる。従って、撮像装置７側から見ると、遮光板６
のナイフエッジ６ａが無限遠上に位置しているのと等価
になる。

【００３１】ところで、仮に、検査対象光学部材Ａの焦
点位置（検査対象光学部材Ｂと補正レンズＣとからなる
レンズ群の合成焦点位置）がナイフエッジ６ａの位置よ
りも撮像装置７側にずれると、検査対象光学部材Ａ（検
査対象光学部材Ｂ）と撮像装置７の撮像レンズ８との間
の空間に、ナイフエッジ６ａの倒立像（実像）が形成さ
れる。このナイフエッジ６ａの倒立像（実像）は撮像レ
ンズ８によってリレーされ、撮像レンズ８の撮像素子９
側の空間に、ナイフエッジ６ａの正立像（実像）が形成
される。逆に、検査対象光学部材Ａの焦点位置（検査対
象光学部材Ｂと補正レンズＣとからなるレンズ群の合成
焦点位置）がナイフエッジ６ａの位置よりも光ファイバ
ー束３側にずれると、遮光板６の光ファイバー束８側の
空間に、ナイフエッジ６ａの正立像（虚像）が形成され
る。このナイフエッジ６ａの正立像（虚像）は撮像レン
ズ８によってリレーされ、撮像レンズ８の撮像素子９側
の空間に、ナイフエッジ６ａの倒立像（実像）が形成さ
れる。即ち、検査対象光学部材Ａの焦点位置（検査対象
光学部材Ｂと補正レンズＣとからなるレンズ群の合成焦
点位置）とは、この位置に存在する物体（ナイフエッジ
６ａ）の像が、撮像レンズ８の撮像素子９側の空間にお
いて正立像として結像されるか倒立像として結像される
かの境界点であり、光学的に不安定な状態となる位置で
ある。

【００３２】なお、検査対象光学部材と撮像レンズ８と
の間隔は、検査対象光学部材Ａの焦点位置（検査対象光
学部材Ｂと補正レンズＣとからなるレンズ群の合成焦点
位置）がナイフエッジ６ａの位置よりも撮像装置７側に
僅かにずれただけであってもそれらの間（正確には、両
者の焦点位置同士の間）にナイフエッジ６ａの倒立像
（実像）が形成されるように、可能な限り長くとってあ
る。また、撮像素子９は、撮像レンズ８によって正立像
が形成されても倒立像が形成されてもこれらの像をある
程度明瞭に撮像できるように、正立像の形成位置（平均
位置）と倒立像の形成位置（平均位置）との中間点に配
置される。この位置とは、撮像レンズ８に関して検査対
象光学部材Ａ，Ｂの表面と光学的に等価な位置である。

【００３３】従って、撮像素子９上には、常に、検査対
象光学部材の外縁の実像（倒立像）αが結像されるとと
もに、この検査対象光学部材の外縁の実像αの周囲に
は、検査対象光学部材を通さずに直接見えるナイフエッ
ジ６ａの実像（倒立像）がややぼけて結像される（図５
（ａ）〜（ｅ）参照）。

【００３４】そして、この検査対象光学部材の外縁の実
像αの内側には、検査対象光学部材Ａの焦点位置（検査
対象光学部材Ｂと補正レンズＣとからなるレンズ群の合
成焦点位置）がナイフエッジ６ａの位置よりも撮像装置
７側にずれている場合には、ナイフエッジ６ａの実像
（正立像）が、ややぼけて結像される（図５（ｄ），図
５（ｅ）参照）。このナイフエッジ６ａの実像（正立
像）は、焦点位置のずれ量が少なくなる程ぼけ量が大き
くなり（図５（ｄ）参照）、ずれ量が大きくなる程ぼけ
量が少なくなって明確になる（図５（ｅ）参照）。

【００３５】これとは逆に、検査対象光学部材Ａの焦点
位置（検査対象光学部材Ｂと補正レンズＣとからなるレ
ンズ群の合成焦点位置）がナイフエッジ６ａの位置より
も光ファイバー束３側にずれている場合には、検査対象
光学部材の外縁の実像αの内側には、ナイフエッジ６ａ
の実像（倒立像）が、ややぼけて結像される（図５
（ｂ），図５（ａ）参照）。ナイフエッジ６ａの実像
（倒立像）は、焦点位置のずれ量が少なくなる程ぼけ量
が大きくなり（図５（ｂ）参照）、ずれ量が大きくなる
程ぼけ量が少なくなって明確になる（図５（ａ）参
照）。

【００３６】また、検査対象光学部材Ａの焦点位置（検
査対象光学部材Ｂと補正レンズＣとからなるレンズ群の
合成焦点位置）がナイフエッジ６ａの位置と一致する
と、検査対象光学部材の外縁の実像αの内側におけるぼ
け量が最大となり、全体に均一な明度で光線が照射され
るようになる（図５（ｃ）参照）。

【００３７】表示装置１０及び画像処理部１４に入力さ
れる画像データ中において、検査対象光学部材の外縁α
の内側部分は、検査対象光学部材Ａの焦点位置（検査対
象光学部材Ｂと補正レンズＣとからなるレンズ群の合成
焦点位置）がナイフエッジ６ａの位置と一致した時に
は、検査対象光学部材Ａ，Ｂに光学的欠陥がない限り、
ナイフエッジ６ａの黒色部分（白色光が遮られている部
分）と白色部分（白色光が透過する部分）とが完全に混
合して、均一濃度の灰色の平面として表示される（球面
レンズの場合）。なお、検査対象光学部材Ａ，Ｂとして
非球面レンズを検査する場合には、焦点位置が一点のみ
ではなく緩やかに変化しているので、輝度変化が非常に
穏やかな画像となる。

【００３８】これに対して、検査対象光学部材Ａ，Ｂ内
に屈折率異常が生じている部分やその表面の形状欠陥に
よって屈折力異常が生じている部分がある場合には、そ
の異常部分のみ、正常な部分の焦点距離と異なる焦点距
離を有することと等価になっている。従って、図６に示
すように、その異常部分にだけ、ナイフエッジの像γが
現れる。この異常部分の屈折率（屈折力）異常の程度
（焦点距離のずれ量）は、ナイフエッジの像γの現れ方
に反映される。即ち、ナイフエッジの像の濃淡が明確に
現れれば現れるほど、屈折率（屈折力）異常の程度（焦
点距離のずれ量）が大きくなる。

【００３９】なお、検査対象光学部材Ａの表面にゴミや
汚れが付着していたり、キズがついている場合には、画
像データ中における検査対象光学部材の外縁αの内側部
分に、これらゴミ，汚れ，又はキズの像が撮像レンズ８
によって形成される。即ち、ゴミや汚れによって光が遮
断されている場合には周囲より暗い影が形成され、キズ
によって光線の発散が生じている場合には輝点が形成さ
れる。＜画像処理＞次に、検査対象光学部材が良品であるか不
良品であるかの判定を行うために画像処理部１４におい
て実行される画像処理の内容を、図７のフローチャート
を用いて説明する。

【００４０】この画像処理は、画像処理部１４に接続さ
れた図示せぬ検査開始ボタンを押下されることによりス
タートする。そして、Ｓ０１乃至Ｓ０５のループ処理が
実行される。

【００４１】このループ処理に入って最初のＳ０１で
は、撮像素子９から入力された画像データを構成する各
画素（ピクセル）の輝度を２５６階調の数値情報に変換
し、夫々第１メモリ１４ａに書き込む。

【００４２】次のＳ０２では、メモリ１４ａに書き込ま
れた各数値情報を順番に走査して、微分処理を行う。即
ち、画像中における左上の画素から右下の画素に向けて
順番に各画素の数値をチェックする。そして、チェック
対象画素の数値とこれの左隣の画素の数値及び上側に隣
接する画素の数値とを比較し、それら数値の差の絶対値
を、このチェック対象画素の微分値［０〜２５５］とす
る。このように得られた微分値に変換された画像データ
では、検査対象光学部材の光学的欠陥がある部分の輪
郭，及びナイフエッジ６ａの縁だけが濃度の高い画像と
なる（画像内における濃淡変化が大きい部位を光学部材
の光学欠陥を示す部位として強調する強調手段に相
当）。

【００４３】次のＳ０３では、画像合成処理を実行す
る。即ち、Ｓ０２において得られた各微分値を、第２メ
モリ１４ｂに書き込む。この際、前回のループ処理での
Ｓ０３の結果として前回の画像の微分値が第２メモリ１
４ｂに書き込まれている場合には、第２メモリ１４ｂに
既に書き込まれている各微分値を取り出し、今回のルー
プ処理でのＳ０２において得られた各微分値を加算した
後に、第２メモリ１４ｂに上書きする（遮光手段が一回
転する間に撮像手段によって撮像されて強調手段によっ
て強調がなされた画像を合成する合成手段に相当）。

【００４４】次のＳ０４では、処理を開始した後にナイ
フエッジ６ａが一回転したか否かをチェックする。そし
て、未だ一回転していない場合には、Ｓ０５において、
ナイフエッジ回転制御部１５に対してナイフエッジ６ａ
を２２．５度回転させる命令をする。この回転後の画像
データが撮像素子９から入力された場合には、処理をＳ
０１に戻し、この新たな画像データに対する処理を実行
する。

【００４５】このようにナイフエッジ６ａを若干量づつ
回転させて（Ｓ０５）得られた画像データを累積する
（Ｓ０３）ようにしたのは、次の理由による。即ち、直
線状のナイフエッジ６ａを光路に挿入すると、ナイフエ
ッジ６ａの方向と平行な方向における異常成分は最も良
く検出され得るが、ナイフエッジ６ａの方向と直交する
方向における異常成分はあまり良く検出されない。その
ため、ナイフエッジ６ａ自体を光軸ｌに直交する面内で
回転させて、あらゆる方向における異常成分を全て検出
して、同一の画像上に合成しているのである。また、こ
の結果、次の効果も得られる。即ち、ナイフエッジ６ａ
を停止させた場合の画像では、図６に示すように、光学
的欠陥部分の縁（図６中央の円弧部分）の他にナイフエ
ッジ６ａの縁（図６中央の左右に延びる白黒の境界線）
も、濃淡が急激に変化している箇所として映し出され
る。このナイフエッジ６ａの縁は、本来検出が求められ
ている光学的欠陥部分の縁自体ではないので、検出され
ないことが望ましい。そこで、ナイフエッジ６ａを回転
させると、光学的欠陥部分の縁の位置が不動であるのに
対して、ナイフエッジ６ａの縁は回転する。従って、画
像合成処理をすると、光学的欠陥部分の縁が益々強調さ
れるのに対して、ナイフエッジ６ａの縁は光学的欠陥部
分の閉領域（縁によって囲まれている部分）内において
面状に平均化されるので、境界線としては認識されなく
なるのである。

【００４６】以上のようにループ処理を繰り返した結果
ナイフエッジが１回転すると（即ち、ナイフエッジ６ａ
の２２．５度づつの回転を１６回繰り返すと）、Ｓ０４
からこのループ処理を抜けて、処理はＳ０６に進む。

【００４７】図８は、このＳ０６において実行される検
査対象領域抽出処理サブルーチンの内容を示すフローチ
ャートである。このサブルーチンに入って最初のＳ１１
では、二値化処理を行う。この二値化処理とは、第２メ
モリ内の画像データの各画素に対応する数値情報が所定
の閾値を超えていればその数値情報を２５５（白）に置
き換え、超えていなければ０（黒）に置き換える処理で
ある。この閾値は、検査対象光学部材の外縁αが途切れ
ることなく白（２５５）の閉曲線として残し得るような
値に、設定されている。この二値化処理の結果得られる
画像データを図９（ａ）に示す。図９におけるδは光学
部材の樹脂成形時におけるゲートの像であり、εはゲー
ト上の模様の像であり、ηはジェッティング等の屈折率
異常部分であり、σは光学部材表面に付着したゴミの像
である。なお、図９では、描画の都合上、白／黒を反転
して描いている。

【００４８】次のＳ１２では、閉領域抽出処理が実行さ
れる。この閉領域抽出処理とは、閉じた白線によって囲
まれている領域のみを抽出する処理である。具体的に
は、Ｓ１１により二値化された画像データを構成する黒
い画素［０］のうち、白い画素［２５５］によって取り
囲まれているものを閉領域内の画素とみなす。そして、
この閉領域内のものと見なされた全画素の数値を２５５
とし、それ以外の全画素の数値を０とする。この閉領域
抽出処理の結果得られる画像データを図９（ｂ）に示
す。図９（ｂ）に示すように、この閉領域抽出処理の結
果、端部が開いている線δは消去されるが、閉曲線であ
る光学部材の外縁α内では白／黒の逆転が生じるだけな
ので、内部の閉曲線η及び点σは残ってしまう。

【００４９】次のＳ１３では、穴埋め処理が実行され
る。この穴埋め処理とは、白い画素［２５５］の中に残
された黒い画素［０］を消去するための処理である。具
体的には、Ｓ１２によって得られた画像データを構成す
る黒い画素［０］のうち、白い画素［２５５］によって
取り囲まれているものの数値を２５５とする。この穴埋
め処理の結果得られる画像データを図９（ｃ）に示す。
図９（ｃ）に示すように、この穴埋め処理の結果、光学
部材外縁α内の閉曲線η及び点σは消去され、大小二つ
の領域α，εのみが残る。

【００５０】次のＳ１４では、領域選択処理が実行され
る。この領域選択処理とは、本来必要とされる領域のみ
を有効とするとともに、ゲートの一部等に基づいて抽出
されたそれ以外の閉領域を削除するための処理である。
具体的には、Ｓ１３によって得られた画像データに含ま
れる各閉領域のうち、画面中央に位置する閉領域はその
ままとし、それ以外の全閉領域を構成する全画素の数値
を０とする。この領域選択処理の結果得られる画像デー
タを図９（ｄ）に示す。図９（ｄ）に示すように、この
画像における白い画素［２５５］の領域は検査対象光学
部材の画像の領域に対応しているので、この画像のこと
を以下「マスク画像」という。

【００５１】次のＳ１５では、マスク画像を構成する各
画素の値（８ビットパラレルのデジタル値）と第２メモ
リ１４ｂに書き込まれている各画素の値（８ビットパラ
レルのデジタル値）とをＡＮＤ演算する。このＡＮＤ演
算処理の結果、第２メモリ１４ｂに書き込まれた画像デ
ータのうち、マスク画像の白い画素［２５５］の領域に
対応する部分のみがそのまま残され、他の部分の画素の
数値は全て０となる。

【００５２】以上により、良品又は不良品の判定に用い
られる画像データが得られるので、このサブルーチンを
終了して、図７のメインルーチンに処理を戻す。図７に
おいてＳ０６の次に実行されるＳ０７では、Ｓ０６の結
果抽出された画像データを構成する各画素の数値を、引
き目ノイズが抽出されないレベルに設定された閾値と比
較し、二値化（２５５：白，又は、０：黒）する。即
ち、画像データを構成する各画素の数値が閾値よりも大
きければ（明るければ）その数値を２５５に置き換え、
画像データを構成する各画素の数値が閾値よりも小さけ
れば（暗ければ）数値を０に置き換える。そして、二値
化後の画像の図形的特徴量（白い部分の面積，最大幅，
重心，フィレ径，等）を算出する。例えば、白い［２５
５の］画素の数を数えて面積量とする（撮像手段によっ
て撮像された画像中の光学部材の光学的欠陥を示す部位
を数値化する数値化手段に相当）。

【００５３】次のＳ０８では、合否判定処理を実行す
る。即ち、Ｓ０７において算出された各図形的特徴量
を、予め設定されている各合否判定基準値と比較する。
そして、対応する合否判定基準値を超過している図形的
特徴量が一つでもあれば不合格（不良品）と判定する
が、全ての図形的特徴量が夫々に対応する合否判定基準
値内に収まっていれば合格（良品）と判定する（数値化
手段によって数値化された数値が所定の判定基準値を超
えたか否かを判定する判定手段に相当）。なお、判定に
用いられる図形的特徴量のうちどれを合否判定に用いる
かは、検査対象光学部材の種類に依って定まる。この合
否判定処理が完了すると、この画像処理を終了する。

【００５４】なお、上述の画像処理におけるＳ０３で実
行される画像合成処理としては、ＭＡＸ演算を行っても
良い。上述の加算処理においては合成対象画像データ間
の対応する画素の数値（輝度）同士を加算するのに対
し、ＭＡＸ演算では、合成対象画像データ間の対応する
画素の数値（輝度）のうち、大きい方の値を演算結果と
して採用する。このようなＭＡＸ演算では、合成される
各画像データの輝度が高い場合でも、合成された画像の
輝度が飽和することがない。よって、このような場合で
も正確な検査ができるという利点を生じる。＜光学部材検査装置による検査手順＞本実施形態による
光学部材検査装置によって光学部材を検査する時には、
検査者は、検査対象光学部材Ａ，Ｂを、図示せぬホルダ
に固着して光軸ｌと同軸に配置する。なお、検査対象光
学部材が凸レンズＡ以外である場合には、検査対象光学
部材Ｂと照明ユニット４との間に、補正レンズＣを挿入
する。このように、本実施形態では、凸レンズで構成さ
れる補正レンズＣを装着することで、検査対象光学部材
が凹レンズＢでも検査することができる。なお、検査対
象光学部材としての凸レンズＡの焦点距離が長い場合に
は、この凸レンズＡと照明ユニット４との間の距離を短
くすることができる。

【００５５】検査者は、次に、白色ランプ１を点灯し
て、遮光板６のナイフエッジ６ａを照明させる。する
と、表示装置１０上に、撮像素子９によって撮像された
映像が映し出される。

【００５６】検査者は、表示装置１０に映し出される映
像を見ながら、照明ユニット４を移動させる。そして、
図５（ａ）又は（ｂ）のように、検査対象光学部材の外
縁αの内側において、検査対象光学部材の外縁αの外側
に見えるナイフエッジβと同じ方向にナイフエッジγが
見える時には、照明ユニット４が検査対象光学部材に近
過ぎる場合であるので、照明ユニット４を検査対象光学
部材から遠ざける。逆に、図５（ｄ）又は（ｅ）のよう
に、検査対象光学部材の外縁αの内側において、検査対
象光学部材の外縁αの外側に見えるナイフエッジβと逆
の方向にナイフエッジγが見える時には、照明ユニット
４が検査対象光学部材から遠すぎる場合であるので、照
明ユニット４を検査対象光学部材に近付ける。このよう
な照明ユニット４の進退調整を行った結果、図５（ｃ）
のように、ナイフエッジγが検査対象光学部材の外縁α
内の大部分において消えた時には、照明ユニット４が適
正位置にある場合であるので、調整を停止する。このよ
うに、本実施形態では、照明ユニット４が光軸方向に移
動可能となっているので、焦点距離の違う複数種類の光
学部材を検査することができる。

【００５７】次に、検査者は、図示せぬ検査開始ボタン
を押下して、図７の画像処理を開始させる。すると、ナ
イフエッジ回転制御部１５によってナイフエッジ６ａが
２２．５度づつ回転駆動されるとともに（Ｓ０５）、各
回転位置において検査対象光学素子Ａ，Ｂを通過した光
によって形成される画像が、撮像装置７によって撮像さ
れる（Ｓ０１）。画像処理部１４は、撮像した各画像の
濃淡変化箇所を微分処理によって強調し（Ｓ０２）、一
回転分にわたって加算する（Ｓ０３，Ｓ０４）。その結
果、検査対象光学部材のいかなる方向における欠陥成分
（屈折率［屈折力］異常，表面欠陥）に関しても、それ
を有している領域が抽出され、それらが一つの画像デー
タにまとめ上げられる。即ち、この画像データでは、欠
陥の方向如何に拘わらず、欠陥を有している部位が白く
浮き上がっている画像となっている。なお、このように
得られた画像データには、本来光学部材として機能して
いる部分以外の箇所についてのデータも含まれている
が、Ｓ０６の検査対象領域抽出処理によって、その箇所
についてのデータは削除される。そして、異常部分の面
積や最大幅等が数値化され、一定の判断基準値と比較さ
れ、この比較結果に応じて良品であるか不良品であるか
の判定が客観的になされるのである。

【００５８】

【発明の効果】以上のように構成された本発明の光学部
材検査装置によれば、客観的基準に従って良品と不良品
との合否判定を行うことができる。従って、良品として
用いる製品の品質を安定させることができるとともに、
良品を誤判定により廃棄してしまうといった無駄を防止
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態による光学部材検査
装置の構成図

【図２】図１の光学部材検査装置を凹レンズに適用し
た場合における構成図

【図３】図１における遮光板の正面図

【図４】遮光板の回転状態を示す斜視図

【図５】図１における照明ユニットの移動調整時にお
ける表示装置上の画像を示す図

【図６】ヒケを有する光学部材を検査した場合におけ
る表示装置上の画像を示す図

【図７】図１の画像処理部１４において実行される画
像処理の内容を示すフローチャート

【図８】図７のＳ０６にて実行される検査対象領域抽
出処理サブルーチンの内容を示すフローチャート

【図９】図８の検査対象領域抽出処理の説明図

【符号の説明】

４照明ユニット５拡散板６遮光板７撮像装置８撮像レンズ９撮像素子１３モータ１４画像処理部１５ナイフエッジ回転制御部Ａ凸レンズＢ凹レンズＣ補正レンズ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者木田敦東京都板橋区前野町２丁目36番９号旭光学工業株式会社内 (56)参考文献特開平７−110302（ＪＰ，Ａ) 特開平８−304052（ＪＰ，Ａ) 特開平５−346368（ＪＰ，Ａ) 特開平６−109582（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01M 11/00 - 11/08 G11N 21/84 - 21/958

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光学部材の光学的欠陥を検出する光学部材
検査装置であって、照明光によって照明される拡散板と、前記光学部材を含む光学系の焦点位置に配置されるとと
もに、前記拡散板によって拡散された光を部分的に透過
させるように前記拡散板に接している遮光手段と、前記光学系を透過した光を撮像する撮像手段と、この撮像手段によって撮像された画像中の前記光学部材
の光学的欠陥を示す部位を数値化する数値化手段と、この数値化手段によって数値化された数値が所定の判定
基準値を超えたか否かを判定する判定手段とを備えたこ
とを特徴とする光学部材検査装置。
【請求項２】前記光学系は、凸レンズである前記光学部
材のみからなることを特徴とする請求項１記載の光学部
材検査装置。
【請求項３】前記光学系は、凹レンズである前記光学部
材と凸レンズである補正レンズとからなり、全体として
正レンズ系であることを特徴とする請求項１記載の光学
部材検査装置。
【請求項４】前記撮像手段によって撮像された画像内に
おける濃淡変化が大きい部位を、前記光学部材の光学欠
陥を示す部位として強調する強調手段を更に備えたこと
を特徴とする請求項１記載の光学部材検査装置。
【請求項５】前記遮光部材は、直線状の境界線によって
夫々分けられた前記光を部分的に透過させる部分と前記
光を部分的に遮光する部分とからなることを特徴とする
請求項４記載の光学部材検査装置。
【請求項６】前記遮光手段を前記拡散板との接触面の面
内において前記直線状の境界線に接する回転軸を中心に
回転させる回転手段を更に備えることを特徴とする請求
項５記載の光学部材検査装置。
【請求項７】前記光学部材を含む光学系の光軸は、前記
遮光部材の回転軸と一致していることを特徴とする請求
項６記載の光学部材検査装置。
【請求項８】前記撮像手段は、前記回転手段により回転
させられた前記遮光部材の各回転位置において前記撮像
を行うとともに、前記遮光手段が一回転する間に前記撮像手段によって撮
像されて前記強調手段によって前記強調がなされた画像
を合成する合成手段を更に備えたことを特徴する請求項
５記載の光学部材検査装置。
【請求項９】前記強調手段は、前記画像を多数の画素に
分け、隣接する各画素の輝度同士を比較して微分処理
し、この微分処理の結果得られた画像を前記強調がなさ
れた画像とすることを特徴とする請求項４又は８記載の
光学部材検査装置。
【請求項１０】前記数値化手段は、前記光学部材の光学
的欠陥を示す部位の面積を計って前記数値とすることを
特徴とする請求項１，４，８，又は９記載の光学部材検
査装置。
【請求項１１】前記数値化手段は、前記光学部材の光学
的欠陥を示す部位の最大幅を計って前記数値とすること
を特徴とする請求項１，４，８，又は９記載の光学部材
検査装置。
【請求項１２】前記撮像手段によって撮像された画像か
ら前記光学部材に対応する箇所のみを抽出する抽出手段
を更に備えたことを特徴とする請求項１記載の光学部材
検査装置。