JP2003014578A

JP2003014578A - レンズ検査装置

Info

Publication number: JP2003014578A
Application number: JP2001198745A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Nishiwaki; 正行西脇
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-06-29
Filing date: 2001-06-29
Publication date: 2003-01-15

Abstract

(57)【要約】【課題】被検物に対する照明光の照度むらが軽減され
安定した検査が実現可能なレンズ検査装置を得ること。【解決手段】レーザ光源と、撮像素子を有し、被検物
であるレンズの検査を行うレンズ検査装置において、正
のパワーを有する回転対称なレンズ系と、入射する光の
反射方向を回転することにより可変可能とする偏向器を
有し、レンズ系はレーザ光源からの光を用いて偏向器の
反射面近傍に焦点を形成し、偏向器はレンズ系からの光
を回転させながら反射させて被検物に対して走査照明を
行い、被検物からの透過光をスクリーンに投影し、スク
リーンからの光を撮像素子で受光することを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レンズなどの透明
物体に存在する欠陥を光学的に検査するレンズ検査装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、レンズなどの透明物体の検査には
多くの場合、人間の目視検査で行われることが多かっ
た。近年には欠陥の状態に応じて光学的に反射光検査、
透過光検査などを用いることで自動検査装置が開発され
つつある。

【０００３】光学的な自動検査装置には大きく分けて２
つの流れがある。１つは光源から出た光を被検物に照射
し、その透過した光を画像計測することで欠陥判定する
方式。もう１つは被検物からの反射光を画像計測するこ
とで欠陥判定する方式である。どちらの場合でも、使う
デバイスは様々であり組み合わせの多いものである。

【０００４】例えば、特開平５−３２２６９４のよう
に、レーザを光源としてその反射光の、特に散乱成分を
検出することで表面欠陥を検出する方式、あるいはハロ
ゲンなどの干渉性の少ない光源を用いて透過光検査を行
っているケースがある。

【０００５】また、照明光の強度分布のムラも大きな問
題である。従来では光源自体の照度分布を小さくする
か、あるいは光束を波面分割して像面で重ね合わせるこ
とでムラを小さくしていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】レーザを透過光検出で
使用した場合、レーザの持つ干渉性のためスペックルノ
イズと呼ばれる干渉パターンが出る。スペックルは物体
の波長オーダーの凹凸によって生じる干渉パターンであ
る。そのため、このノイズを除去するために、異なる干
渉パターンを持つ画像を複数回積算して干渉パターンを
平滑化する方法が一般的である。

【０００７】２次元ＣＣＤを用いた検査では蓄積時間が
３０ｍｓｅｃと比較的長く、様々な手法で画像を積算す
ることは可能である。例えば、照明光を移動させて様々
な照明パターンを用いた背景光によりノイズを平滑化す
る、また、複数の光源から得られる独立した背景光を加
算平均することで平滑化する、などである。しかし、高
速化のため、一次元ＣＣＤを用いると蓄積時間は０．０
５〜２ｍｓｅｃと短くなり、積算のための手法は限られ
てくることになる。

【０００８】また、照明光の照度分布を小さくするため
に光源を波面分割して重ね合わせた場合、光源像は複数
存在することになる。欠陥で生じる影を検出する方式で
は検出するスクリーン上で各光源で発生する信号が積算
されるわけであるが、角度が異なるため欠陥信号のコン
トラスト劣化する可能性がある。特に、欠陥サイズの小
さいものでは欠陥自身の回折光が発生し、それらが重な
ることでより欠陥のコントラストが劣化するため、信号
検出が悪くなり、欠陥の見逃しが発生することになる。

【０００９】本発明は、被検物に対する照明光の照度む
らが軽減され安定した検査が実現可能なレンズ検査装置
を得ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本願発明は、レーザ光源と、撮像素子を有し、被検物
であるレンズの検査を行うレンズ検査装置において、正
のパワーを有する回転対称なレンズ系と、入射する光の
反射方向を回転することにより可変可能とする偏向器を
有し、レンズ系はレーザ光源からの光を用いて偏向器の
反射面近傍に焦点を形成し、偏向器は前記レンズ系から
の光を回転させながら反射させて被検物に対して走査照
明を行い、被検物からの透過光をスクリーンに投影し、
スクリーンからの光を撮像素子で受光することを特徴と
している。

【００１１】さらに、レーザ光源はシャッター機能を有
し、レーザ光源を用いて、偏向器の被検物に対する非線
形領域で光束を出射しない制御を行ってもよい。

【００１２】また、スクリーンは回転対称な拡散面で、
ガラスを用いて形成てもよい。

【００１３】また、スクリーンの位置は、被検物である
レンズによって発生するレーザ光源の共役像近傍あるい
は被検物であるレンズ側である。

【００１４】また、偏向器は撮像素子の蓄積時間内に最
低２回以上の走査を行う。

【００１５】

【発明の実施の形態】本実施例では、レーザを光源とし
て正のパワーを有する回転対称なレンズ系での点光源を
偏向器の反射面近傍に生成してその反射光を照明光とし
て物体を照明し、物体内で生じる欠陥による陰影をスク
リーン上に映し出し、それを画像計測して検出してい
る。高速な画像計測を行うため、一次元ＣＣＤカメラを
使用し、背景光に平滑化のために光束偏向器を高速に回
転させて照明光を動かしている。以下に詳しく説明す
る。

【００１６】図１は本発明の実施例を表した図である。

【００１７】１は光源であるレーザ、２は照明光のＯＮ
／ＯＦＦを行うためのシャッター、３はレーザ強度を安
定化する装置（強度安定化装置）、４は光源の波長に対
応したλ／４波長板、５は光学フィルター、６はビーム
拡大系、７はマスク、８はレンズ、９は光束偏向器、１
０はマスク、１１は本発明のレンズ検査装置で検査され
る被検レンズ、１２はスクリーン、１３は一次元ＣＣＤ
カメラ、１４はステージ、１５は処理装置、１６は角度
検出センサー用光源、１７は受光センサー、１８は処理
回路である。

【００１８】レーザ１は可視光を発する可視光レーザで
ある。レーザ１から出た光束は、シャッター２によっ
て、必要以外のときは被検レンズ１１を照明しないよう
に制御される。これは、検査時以外の調整あるいは緊急
時に備えたものであり、安全上必要なものである。半導
体レーザなどの発振を容易に制御可能なレーザでは、シ
ャッター２をレーザに内蔵するようなものもあり得る。

【００１９】シャッター２を通過した光束は、強度安定
化装置３に至る。本実施例のレンズ検査装置は、レーザ
１のレーザ強度が変化するようなものであれば、レーザ
１はなるべく偏光面が一定の直線偏光レーザを使用し、
より精密に行うためにはレーザ１にプラスして更に強度
安定化装置３を使用するのが好ましい。

【００２０】強度安定化装置３を通過した光束はλ／４
波長板４を通り、円偏光光となる。被検物がプラスチッ
クの場合のような複屈折があるものでは、偏光面によっ
て信号レベルが異なってしまう。そのため本実施例で
は、信号レベルの差がないように照明光の偏光を円偏光
としている。

【００２１】光学フィルター５は照明光の強度を調整す
るもので、必要に応じて切り換える。

【００２２】光学フィルター５から出た光束は、ビーム
拡大系６で光束の大きさを変えられる。被検レンズ１１
は必ずしも回転対称な構造ではない。そのため、照明光
も被検レンズ１１の構造に即して変える必要がある。

【００２３】マスク７は照明光サイズを変えるものであ
る。マスク７から出射された光束はレンズ８へ入射す
る。

【００２４】レンズ８は光束を光束偏向器９の反射面近
傍で焦点を結ぶように正のパワーを持つ。レンズ８のＦ
ｎｏは必ずしも光束偏向器９が静止した状態で光束偏向
器９の偏向方向において、被検レンズ１１全体を照明す
る必要はない。これは光束偏向器９で照明光を走査する
ためである。しかし、偏向方向と垂直な方向では、走査
による加算平均が行われないので、照明光は被検レンズ
１１に対して十分大きな光束とする。例えば、被検レン
ズ１１の測定長をｗ、光束偏向器９の偏向点から被検レ
ンズ１１までの距離をＬ、被検レンズ１１での照明範囲
をａ、レンズ８の焦点距離をｆ、レンズ８の光束の大き
さをｄとすると、レンズ８のＦｎｏ：Ｌ／ａ＝ｆ／ｄ光束偏向器９の偏向面の回転角：（ａ＋ｗ）／（４＊
Ｌ）で与えられる。実際には被検レンズ１１の焦点距離が与
えられ、それがＬとほぼ等しく、また測定長ｗ、光束の
大きさｄは一義的に決定されている。つまり、レンズ８
の焦点距離を与えることですべての条件が決まることに
なる。

【００２５】光束偏向器９は一方向に照明光を走査する
もので、本実施例ではガルバノミラーを用いている。光
束偏向器というとポリゴンミラーなどの多面体反射鏡な
どがあるが、本実施例のような連続照明に使用する場合
にはガルバノミラーの方がより好ましい。これは、ポリ
ゴンミラーではレンズ８で形成される焦点が多面体反射
鏡の稜線付近にくると、反射光束が消滅する可能性があ
るためである。連続照明には、一面の反射面を有する方
式の偏向器である必要がある。しかし、上記欠点を解決
できるようなポリゴンミラーであれば、ガルバノミラー
の代わりであっても、十分使用に耐え得る。このように
光束偏向器９を用いることにより、被検物の照明光の照
度むらが軽減されることになる。

【００２６】光束偏向器９の偏向角度は照明光の中心が
被検レンズ１１の端の位置にくる程度の角度である。こ
の値は被検レンズ１１の焦点距離、および開口サイズに
依存して決定される。

【００２７】光束偏向器９の周波数は一次元ＣＣＤ１３
の画素、駆動クロックで制約される。例えば、画素数を
２０４８、クロックを５ＭＨｚとした場合、一次元ＣＣ
Ｄの周期は４００μｓ＝１／（２．５ＫＨｚ）である。
光束偏向器９は一次元ＣＣＤの蓄積時間内に最低２回以
上走査を行うことが必要であり、光束偏向器９の周波数
は、これ以上の速さで動かすことが必要となってくる。

【００２８】もう一つ注意しなくてはならないのは、測
定内でこのような揺動運動が一定な状態を保っているか
どうかである。もし、往復運動のように変化点で速度が
変化するものでは、その状態での照明パターンは異な
り、得られた画像に周期的なムラを作り出してしまう。
そのため、変化点は照明光が被検レンズ１１を照明しな
い状態で向きを変える必要がある。これは、光束偏向器
９として駆動周波数の高いガルバノミラーを使用した場
合、あるいはポリゴンミラーを使用した場合、いずれに
ついても言える。本実施例ではそのようなことを考慮し
つつ、ガルバノミラーを使用し、回転方向が変わる変更
点から等速度性が１％以内で被検レンズ１１を照明でき
るような条件で行っている。また、変更点付近では光源
１の発振を止め、測定系に不用意な散乱光を入射させな
いようにしてもよい。これにより、光束偏向器９の被検
レンズ１１に対する非線形領域の影響を排除することが
でき、均一な照明が可能となる。

【００２９】光束偏向器９の偏向面の角度は、本実施例
では角度検出センサー光源１６と受光センサー１７を用
いて検出している。レンズ８から出射する光束はあるＦ
ｎｏに対応した角度で偏向面に入射する。角度検出セン
サー光源１６からの光はこのＦｎｏに対応した角度範囲
にかからない入射角でコリメートされて平行光束で偏向
面へ入射する。また、偏向面の製造方法によっては、レ
ーザなどの干渉性がよい光源では回折光が発生する。そ
のため、光源１６から出射された光束の入射角はその回
折光を想定したものである必要がある。その後、光束は
偏光面で反射して受光センサー１７へ入射する。受光セ
ンサー１７は入射した光束の重心位置をアナログ出力で
きるもので、いわゆるＰＣＤセンサーと呼ばれるもので
ある。

【００３０】この受光センサー１７のアナログ出力を処
理回路１８で回転角に変換し所定の角度範囲に入ると処
理装置１５へ信号を出し、処理装置１５かシャッター２
を制御して照明光をＯＦＦにする。

【００３１】被検レンズ１１から出射した光束はスクリ
ーン１２に到達する。スクリーン１２は回転対称な拡散
面であって通称青板ガラスと呼ばれているガラスを素材
として片側の表面だけを荒らしたものである。アクリル
などの透明プラスチック材料では素材が柔らかいため表
面形成時どうしても透過率のムラを発生しやすい。その
ため、高速処理を行う際の入力を高速化するところのム
ラが検出画像にのってくるため、検出角度の問題を引き
起こすことになる。実際には透過率を考えて表面は、８
００から２０００番程度の研磨材料で形成している。な
お、青板ガラス以外のガラスであっても、透過率、表面
性状の条件が満足されれば、これに限られるものではな
い。

【００３２】このスクリーン１２はモータを用いて回転
でき、検査中は常に回転している。本実施例では１００
から７００ｒｐｍの回転数で回転させている。ここで
は、スクリーン１２の回転は他の制御系とは非同期とし
ているが同期させても構わない。出射光束はスクリーン
１２に対して照射し、欠陥の影を映し出し、この像を一
次元ラインセンサー１３でとらえる。スクリーン１２の
位置は光源と共役な場所かあるいは被検レンズ１１側に
する。共役な位置では被検レンズ１１の局所的な屈折率
異常を検査するのに適しており、像としては黒点のよう
に検出される。また、スクリーン１２を被検レンズ１１
側にすると、開口周辺で発生する回折光が抑制され、干
渉縞パターン除去を考慮する必要がなく、高速に処理で
きる。

【００３３】一次元ラインセンサー１３はステージ１４
上にあり、光束偏向器９の偏向方向に対して平行な方向
に移動して画像計測を行う。ステージ１４は常に、測定
開始時にはステージ１４の原点あるいは測定開始原点に
いて、処理装置１５からの信号に従って移動開始する。

【００３４】また、一次元ラインセンサー１３の駆動ク
ロックも処理装置１５から供給されることで、実際に測
定すべき位置からある範囲を測定するだけ測定できる。
一次元ラインセンサー１３の駆動周波数（ｆ１）は光束
偏向器９の駆動周波数（ｆ２）と密接な関係がある。そ
れはｆ２／ｆ１の比が整数になると検出した画像に周期
的な濃淡分布が発生するからである。ある意味、ビート
を起こしていると考えられて、検出画像ではノイズの原
因となる。そのため、本実施例では、ｆ２／ｆ１は整数
にならないように設定し、特にｆ２に分布があるような
ことを想定して十分ずれた値に設定している。このた
め、光束偏向器９の制御系はきわめて安定度の高いもの
が必要となっている。被検レンズ１１に欠陥がある場
合、検出された画像には輝点、黒点などの信号があり、
これを処理装置１５にて検出する。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明により、被
検物であるレンズの画像信号を高速に得る場合であって
も、照明光の照度むらが軽減され安定したレンズ検査装
置の実現が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のレンズ検査装置の一つの実施例であ
る。

【符号の説明】

１光源２シャッター３強度安定化装置４ λ／４波長板５光学フィルター６ビーム拡大系７マスク８レンズ９光束偏向器１０マスク１１被検レンズ１２拡散スクリーン１３ラインセンサー１４ステージ１５処理装置１６角度検出センサー用光源１７受光センサー１８処理回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2F065 AA49 BB22 CC22 DD04 FF04 GG04 GG12 HH13 JJ03 JJ09 JJ25 LL04 LL13 LL30 MM16 QQ31 UU01 UU02 2G051 AA90 AB06 BA10 BC07 CA03 CB02 CC20 CD06 EA23 2G086 FF05 2H041 AA04 AB01 AC01 AZ05 2H045 AB44 DA31

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光源と、撮像素子を有し、被検物
であるレンズの検査を行うレンズ検査装置において、正のパワーを有する回転対称なレンズ系と、入射する光
の反射方向を回転することにより可変可能とする偏向器
を有し、前記レンズ系は前記レーザ光源からの光を用いて前記偏
向器の反射面近傍に焦点を形成し、前記偏向器は前記レ
ンズ系からの光を回転させながら反射させて前記被検物
に対して走査照明を行い、前記被検物からの透過光をス
クリーンに投影し、前記スクリーンからの光を前記撮像
素子で受光することを特徴とするレンズ検査装置。
【請求項２】前記レーザ光源はシャッター機能を有
し、前記レーザ光源を用いて、前記偏向器の前記被検物
に対する非線形領域で光束を出射しない制御を行うこと
を特徴とする請求項１に記載のレンズ検査装置。
【請求項３】前記スクリーンは回転対称な拡散面で、
ガラスを用いて形成したことを特徴とする請求項１また
は２に記載のレンズ検査装置。
【請求項４】前記スクリーンの位置は、前記被検物で
あるレンズによって発生する前記レーザ光源の共役像近
傍あるいは前記被検物であるレンズ側であることを特徴
とする請求項１に記載のレンズ検査装置。
【請求項５】前記偏向器は前記撮像素子の蓄積時間内
に最低２回以上の走査を行うことを特徴とする請求項１
から５のいずれか一項に記載のレンズ検査装置。