JP2004012239A

JP2004012239A - 欠陥検査方法及び装置

Info

Publication number: JP2004012239A
Application number: JP2002164648A
Authority: JP
Inventors: Jiro Funakura; 船倉　治朗; Toshiyuki Mizuno; 水野　利幸
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-06-05
Filing date: 2002-06-05
Publication date: 2004-01-15

Abstract

【課題】従来の光学部品欠陥検査法では、被検物の表面欠陥と内部欠陥との区別がつきにくい。
【解決手段】直線偏光軸が互いに直交するように配置された偏光子３と検光子９との間に透明な被検物５を設置し、直線偏光光束を被検物に対して２方向から入射させ、上記被検物の２方向から撮像した画像１２，１５に基づいて被検物の欠陥１３，１４，１６を検出する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学部品等の透明物体の欠陥の検査を行う方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
透明な光学部品の泡等の欠陥を検査する際、以前では被検物の背後に暗視野を設け、更に被検物の斜め横側から照明し、目視等によって欠陥からの散乱光を観察することにより欠陥を検出する手法が用いられてきた。
【０００３】
但し、この手法では、欠陥が微細な場合には十分なコントラストが得られないため、散乱光を発見することができないという問題点がある。
【０００４】
そこで、改善された方法として、直線偏光を作り出す偏光子と、この偏光子を通る直線偏光の振動面が上記偏光子を通る光の振動方向と直交するように配置された検光子との間に被検物を設置し、ある特定の１方向のみから被検物を目視することにより欠陥を検出する手法が採られている。
【０００５】
以下に、従来の透明な光学部品（被検物）の欠陥検出方法を図３を用いて説明する。従来の欠陥検査装置は、照明光源１と、観測者の眼球１７とを結ぶ光軸１０上に、照明光源１側から順に、拡散板２、偏光子３、検光子９を光軸１０に対して垂直に配置することによって構成されており、被検物５は偏光子３と検光子９との間に配置される。
【０００６】
照明光源１は、眼球１７に十分な光が入射するように被検物５を照明する作用を持つ。
【０００７】
拡散板２は、被検物５が一様に照明されるよう照明光源１からの光を拡散する作用を持つ。
【０００８】
偏光子３と検光子９は、直線偏光板であり、それぞれの直線偏光軸が互いに直交するように配置されている。これにより、通常は偏光子３を通過した直線偏光光束が検光子９を通過することができず、被検物５に内部欠陥５や表面欠陥６が存在した場合にのみ、偏光子３を通過した直線偏光光束の偏光方向が欠陥によって変化し、検光子９を通過する。
【０００９】
このような従来の欠陥検査法は、被検物５を任意の方向で偏光子３と検光子９との間に配置し、被検物５を照明光源１と拡散板２によって一様に照明して眼球１７を通じて目視を行い、目視像１８で欠陥の像１９，２０を確認することができれば、被検物５に欠陥が存在すると判断し、欠陥の像を確認することができなければ被検物５には欠陥が存在しないと判断する方法である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来の光学部品欠陥検査法において、ある任意の１方向のみからの画像からの判断では、被検物の表面にあるゴミ・キズ等の表面欠陥と、被検物の内部にある泡・歪み等の内部欠陥とが同様に見えるため、これらを区別するには熟練を要した。また、これら欠陥の三次元空間的位置を検出するには長時間を要するという問題があった。このため、このような従来の手法では、光学部品に対する十分な欠陥検査を行うことができない。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明では、直線偏光軸が互いに直交するように配置された偏光子と検光子との間に透明な被検物を設置し、直線偏光光束を前記被検物に対して２方向から入射させ、上記被検物の２方向から撮像した画像に基づいて被検物の欠陥を検出するようにしている。
【００１２】
すなわち、直線偏光を作り出す偏光子と、偏光子を通る直線偏光の振動面が偏光子を通る光の振動方向と直交するように配置された検光子との間に透明な被検物を設置し、ある特定の１方向のみではなく直交する２方向から、目視ではなく撮像装置によって画像を得て、得られた画像から光学部品の欠陥の３次元空間的位置の情報を得ることにより、透明な光学部品に対する欠陥検査を行う。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１には、本発明の第１実施形態である欠陥検査装置の構成を示している。この装置は、照明光源１と、この照明光源１とデジタルカメラ等の撮像装置１１とを結ぶ光軸１０上に光源１側から順に、光軸１０に対して垂直に配置された、拡散板２、偏光子３、回転台４および検光子９とから構成されている。なお、撮像装置１１は本装置に含ませてもよいし、本装置とは別途、設けても用意してもよい。
【００１４】
測定の際には、透明な光学部品等の被検物５は、偏光子３と検光子９との間に設けられた回転台４の上にセットされる。
【００１５】
照明光源１は、撮像の際に撮像装置１１に対して十分な光量が確保できるように被検物５を照明する作用を持つ。
【００１６】
また、拡散板２は、被検物５が一様に照明されるよう照明光源１からの光を拡散する作用を持つ。
【００１７】
偏光子３と検光子９はいずれも直線偏光板であり、それぞれの直線偏光軸が互いに直交するように配置されている。これにより、通常は、偏光子３を通過した直線偏光光束は検光子９を通過することができず、被検物５に内部欠陥５や表面欠陥６が存在した場合にのみ、偏光子３を通過した直線偏光光束の偏光方向が欠陥によって変化して検光子９を通過する。
【００１８】
回転台４は、被検物５を支持し、撮像装置１１による撮像方向を決定するための台であり、被検物５を載せた状態で回転する。これにより、撮像装置１１を図示の位置に固定した状態で、被検物５を互いに直交する２方向からの撮像を可能とする。
【００１９】
次に、光学部品の欠陥検査の手順を説明する。
【００２０】
まず、被検物５に対して、検査する方向をｘ方向として任意に決定し、このｘ方向と直交する任意の方向をｙ方向とし、さらに、このｘ方向とｙ方向の両方向と直交する方向をｚ方向とする。
【００２１】
また、被検物５に対して基準点を設け、この点を原点としてｘｙｚ方向を各座標方向として持つｘｙｚ直交座標系を定義する。なお、基準点は被検物５の頂点などに設けるのが好ましい。
【００２２】
そして、図１（ａ）に示すように、被検物５を、そのｘ方向と光軸１０とが同方向となる向きに偏光子３と検光子９の間に配置し、被検物５を照明光源１と拡散板２によって一様に照明し、被検物５に焦点を合わせた撮像装置１１によって被検物５を撮像し、被検物５のｘｚ方向の画像（第１の画像）１２を得る。
【００２３】
同様に、図１（ｂ）に示すように、被検物５を、そのｙ方向と光軸１０とが同方向となる向きに偏光子３と検光子９の間に配置し、被検物５を照明光源１と拡散板２によって一様に照明し、被検物５に焦点を合わせた撮像装置１１によって被検物５を撮像し、被検物のｙｚ方向の画像（第２の画像）１５を得る。
【００２４】
そして撮像された第１およひ第２の画像１２，１５中の欠陥の像１３，１４，１６について、被検物５の基準点の像からの変位量（すなわち、各画像中における欠陥のｘｚ座標位置とｙｚ座標位置）を計測する。
【００２５】
計測された像の座標位置について、２枚の画像それぞれのｚ座標の値が同一のものがあれば、被検物５の内部の座標位置（ｘ，ｙ，ｚ）に存在する欠陥、すなわち内部欠陥であると判断することができる。また、ｚ座標の値が同一のものがなければ、それは被検物５の表面であるｘｚ平面あるいはｘｙ平面上の座標位置（ｘ，ｚ）あるいは（ｙ，ｚ）に存在する表面欠陥であると判断することができる。このような判断は、検査員が行ってもよいし、演算機により行わせて結果を表示させてもよい。
【００２６】
（第２実施形態）
上記第１実施形態では、被検物５を９０゜回転させることによって直交する２方向からの撮像画像を得る場合について説明したが、本実施形態では、図２に示すように、照明光源１、拡散板２、偏光子３、検光子９および撮像装置１１のセットを２セット用意し、互いに直交方向に配置して第１実施形態と同様に撮像を行うことにより、直交する２方向の画像を得る。
【００２７】
これにより、直交する２方向の画像をほぼ同時に得ることができるとともに、回転台を回転させて被検物の向きを変える場合に比べて、回転台のガタつき等による測定誤差が発生しないというメリットがある。なお、各光学素子の作用および検査手順は第１実施形態と同様である。
【００２８】
なお、上記実施形態では、光学部品の欠陥検査について説明したが、本発明は光学部品以外の部品（透明部品）の欠陥検査にも適用することができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、透明な被検物における表面欠陥と内部欠陥の区別が可能となり、さらに、被検物の欠陥の三次元空間的位置を検出することも可能となる。そして表面欠陥と内部欠陥の区別が可能となることにより、表面欠陥のみであれば再研磨等によって被検物の再利用も可能とすることができ、省資源化や低コスト化および作業効率の向上に繋がると考えられる。
【００３０】
また、欠陥の三次元空間的位置を検出することが可能となることにより、その欠陥が被検物を切削した際に部品の内部に含まれるのか含まれないのかを判断することも可能となるため、同様の効果に繋がると考えられる。
【００３１】
さらに、本発明では、人の目視ではなく撮像された画像情報を用いるので、検査労力の低減や作業効率の向上はもとより、検出精度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態である光学部品欠陥検査装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第２実施形態である光学部品欠陥検査装置の概略構成図である。
【図３】従来の光学部品欠陥検査装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１　照明光源
２　拡散板
３　偏光子
４　回転台
５　被検物
６　内部欠陥
７　表面欠陥
８　基準点
９　検光子
１０　光軸
１１　撮像装置
１２　被検物の画像（ｙｚ方向）
１３　内部欠陥の画像（ｙｚ方向）
１４　表面欠陥の画像（ｙｚ方向）
１５　被検物の画像（ｘｚ方向）
１６　内部欠陥の画像（ｘｚ方向）
１７　眼球
１８　被検物の目視画像（ｙｚ方向）
１９　内部欠陥の目視画像
２０　表面欠陥の目視画像

Claims

直線偏光軸が互いに直交するように配置された偏光子と検光子との間に透明な被検物を設置し、直線偏光光束を前記被検物に対して２方向から入射させ、前記被検物の２方向から撮像した画像に基づいて前記被検物の欠陥を検出することを特徴とする欠陥検査方法。
前記被検物の２方向から撮像された画像は、前記偏光子と前記検光子により構成される光路を前記被検物に対して直交する２方向に設けることにより取得することを特徴とする請求項１に記載の光学部品欠陥検査方法。
前記被検物の２方向から撮像された画像は、前記偏光子と前記検光子により構成される光路中で、前記偏光子と前記検光子の間に配置された前記被検物を直交する方向に回転させることにより取得することを特徴とする請求項１に記載の欠陥検査方法。
前記被検物に基準点を設けてこれを原点とし、前記被検物の前記２方向から撮像した画像のうち第１の画像の直交する２方向を任意にｘ方向とｙ方向とし、さらに前記第１の画像に対して前記ｘ方向とｙ方向の両方と直交する方向をｚ方向としてｘｙｚ直交座標系を定義し、前記被検物における欠陥の前記基準点からの変位量を計測することにより前記欠陥の三次元空間的位置および形状の情報を検出することを特徴とする請求項１に記載の欠陥検査方法。
前記基準点は、前記被検物の表面の任意位置にマークすることによって決定されることを特徴とする請求項１に記載の光学部品欠陥検査方法。
直線偏光軸が互いに直交するように配置された偏光子および検光子と、
これら偏光子と検光子との間に設置した透明な被検物に直線偏光光束を前記被検物に対して２方向から入射させ、前記被検物の２方向から撮像した画像に基づいて前記被検物の欠陥を検出する欠陥検出手段とを有することを特徴とする欠陥検査装置。
前記欠陥検出手段は、前記被検物の２方向から撮像された画像を、前記偏光子と前記検光子により構成される光路を前記被検物に対して直交する２方向に設けることにより取得することを特徴とする請求項６に記載の欠陥検査装置。
前記欠陥検出手段は、前記被検物の２方向から撮像された画像を、前記偏光子と前記検光子により構成される光路中で、前記偏光子と前記検光子の間に配置された前記被検物を直交する方向に回転させることにより取得することを特徴とする請求項６に記載の欠陥検査装置。
前記欠陥検出手段は、前記被検物に基準点を設けてこれを原点とし、前記被検物の前記２方向から撮像した画像のうち第１の画像の直交する２方向を任意にｘ方向とｙ方向とし、さらに前記第１の画像に対して前記ｘ方向とｙ方向の両方と直交する方向をｚ方向としてｘｙｚ直交座標系を定義し、前記被検物における欠陥の前記基準点からの変位量を計測することにより前記欠陥の三次元空間的位置および形状の情報を検出することを特徴とする請求項６に記載の欠陥検査装置。
前記基準点は、前記被検物の表面の任意位置にマークすることによって決定されることを特徴とする請求項６に記載の欠陥検査装置。