JP2005214803A - 表面拡大検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レンズなどの曲面における傷やコーティングむら等の検査を容易に行う。
【解決手段】左右方向に移動可能な移動ベース２の上にモータ３により回動可能にされた回動ベース４を設け、回動ベース上にレンズ５を載置する。レンズ表面に斜めから照明を照射する照明体１４と、レンズを介して斜めに対向する位置にカメラ１３とを互いの相対位置関係を維持するように傾動支持板７に固定する。写角Ｃｐの全範囲を照射するのに十分に広い平面光源を有する照明体をレンズにできるだけ近い位置に配設し、移動ベースや回動ベースによりレンズに対する照明位置を適宜移動し、カメラによる撮像をモニタ８上に拡大して映すことによりレンズの全面を検査する。検査位置の移動回数を大幅に減らすことができ、モニタ上で拡大して検査することができるため、傷などの検査を容易かつ確実に行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、表面拡大検査装置に関するものである。

従来、主として物体の曲面からな表面として例えばレンズの表面などに生じる極めて微細な傷や異常などを検査することなどを目的として、高倍率ルーペあるいは顕微鏡を用いて検査を行う場合には、その検査をする検査員が無理な姿勢になる場合があった。また、多くの場合、単眼でさらに接眼レンズを通して検査するという、本来人間の目の自然な見方とは異なる状態となるため、目の疲労が高まり、検査員が短期間で目を悪化させてしまい、長期間に亘って検査を担当することができないという問題があった。これは、さらに目の健康に直接被害をもたらすという重大な問題となっていた。

また、上記検査方法では、接眼レンズを通して検査することから、検査対象（被検査物）を同時に複数の者が見ることができず、複数の者が同時に同一の対象を検査し、その内容について互いに検討し合うということができないという不都合があった。これは、例えば同時に多人数で１つのものを対象にした検査を行うと共にその内容について討議検討を行うことができないという不都合がある。そのため、多人数を対象とした教育機材として採用できないという欠点がある。

それに対して、電子映像を通して被検査物の一部を拡大して検査するようにした表面拡大検査装置がある。（例えば、特許文献１参照。）。このような表面拡大検査装置によれば、モニタ上に映し出された映像を見ることができるため、接眼レンズを通して見る場合のような無理な姿勢とならず、適度な距離をおいて見ることから検査が楽になる。また、接眼レンズという光学系を通じての検査でないため、目の異常な酷使を強いることがなく、目の健康を害することを回避できる。それにより、そのような検査業務を長期に亘って継続して行うことが可能となる。さらに、多人数の者が同時に同一対象を検査して討議することができるため、判断基準の統一化および教育用としても好適である。
特開平２０００−８８７６５号公報（第３頁、図１）

上記したような曲面を有する物体であって特にレンズにあっては、表面での反射を軽減するべくその表面に所定の材料を蒸着処理して、レンズの透過率を増大させるようにしたものがある。そのようなコーティング（増透膜処理）レンズにあっては、その表面での反射を軽減することによって光学系の透過率を増大させることを主たる目的とし、コーティング処理された範囲ではその処理が均一な仕上がりでありかつ傷やむら等が無いことが要求される。同様に、コーティング処理前の研磨面においても傷が無いことが要求される。

これらの研磨状態やコーティング処理の仕上がり状態を検査し、それらの良否の判別、傷やむら等を見出すことは困難である。特に、コーティング処理されたものに対する検査にあっては、その処理の目的が反射の軽減にあるため、コーティング処理面に照明を照射してその反射光により処理状態を検査しようとしても、映像にて把握することが困難である。さらに、被検査物としてのレンズの多くにあってはその表面形状が凸または凹の曲面であり、通常の照明をその表面に照射した場合にはその照明範囲がレンズの表面にて狭い範囲となって表れるようになる。この傾向は、曲率半径の小さいすなわち曲がりが急な曲面を有するもの程より強くなる。

したがって、レンズのような曲面を有するものの表面を検査する場合には、その表面の一部のみ検査可能となり、全面を検査するためには照射位置を何回も変えなくてはならないという問題がある。

このような課題を解決して、レンズなどの曲面における傷やコーティングむら等の検査を容易に行うことを実現するために本発明に於いては、被検査物の曲面状態の表面を検査するべく、前記被検査物を照射する照明体と、前記被検査物の任意の位置を撮影するカメラと、前記カメラによる撮像を拡大して映し出すモニタとを有する表面拡大検査装置であって、前記カメラと前記照明体の前記平面光源とが前記被検査物に対して互いに相反する側から斜めに向き合うように配設されていると共に、前記照明体が、前記被検査物の表面に対する前記カメラの写角に対応する全範囲を照射するのに十分に広い平面光源を有するものとした。

特に、前記照明体の前記被検査物に対する照射角度が変更自在であると良く、また、前記被検査物を載置するベースを有し、かつ前記ベースが水平方向に移動かつ回動自在であると良く、また、前記レンズの焦点面に中心を有する傾動自在な傾動支持板を有し、前記カメラ及び前記照明体が前記傾動支持板に固定されていると良い。

このように本発明によれば、曲面状態の表面を有する被検査物においてその表面を検査するべく、被検査物の表面に対するカメラの写角に対応する全範囲を照射するのに十分に広い平面光源を有する照明体により被検査物の表面を照射することから、カメラで映し出すことができる全範囲を照射することができ、それをカメラにより撮像してモニタ上に拡大表示することにより、曲面の表面に対して１回における検査範囲を広い状態にすることができる。そのため、従来のように狭い範囲の検査の場合には被検査物の全面を検査するのに何回も検査位置を変えなければならなかったのに対して、検査位置の移動回数を大幅に減らすことができる。また、モニタ上で拡大して検査することができるため、傷などの検査を容易かつ確実に行うことができる。

特に、照明体の被検査物に対する照射角度が変更自在であることにより、被検査物に対する照射角度を任意に変えることができるため、種々の形状の被検査物に対応し得る。また、被検査物を載置するベースが水平方向に移動かつ回動自在であることにより、上記被検査位置の変更を容易に行うことができる。さらに、レンズの焦点面に中心を有する傾動自在な傾動支持板にカメラ及び照明体を固定することにより、傾動支持板を傾動させるのみで、カメラ及び照明体の両者の相対位置関係を維持しつつ検査位置（照射位置であって撮像位置）を容易に変えることができ、検査作業を簡単に行うことができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明に基づく表面拡大検査装置の全体を示す正面図である。図に示されるように、固定ベース１上に平板状の移動ベース２が載置状態に設けられている。例えば固定ベース１にあり溝が設けられていると共に移動ベースにありが設けられており、固定ベース１に対して移動ベース２が紙面の左右方向に移動自在にガイドされるようになっている。なお、その移動構造は上記のものに限定されない。

移動ベースの上面にはモータ３が固設されており、モータ３における図の上に向いたモータ軸に同軸に回動ベース４が固着されている。その回動ベース４の上面に被検査物としてレンズ５が載置される。なお、図のレンズ５は、一方の面（下面）が平坦であって他方の面（上面）が曲面の凸レンズである。他の形状のレンズとして例えば両面が凸面となる凸レンズの場合には、上面に凹部を設けた回動ベースを用いる等すれば良い。

移動ベース２にあっては、図示されないガイドにより紙面の左右方向に移動自在にされていると共に、その移動可能及び任意の位置で固定可能にするための移動ベース固定用ノブ１２が設けられている。移動ベース固定用ノブ１２の操作による移動ベース２の固定／解除は特別な機構である必要はなく、例えば、移動ベース固定用ノブ１２にねじ部を一体に設けると共にガイドレールを両側から挟み込むブレーキシューを設け、ねじ部が一方のブレーキシューを貫通しかつ他方のブレーキシューにねじ込まれるようにして、移動ベース固定用ノブ１２を回動することにより固定／解除状態にすることができる。

固定ベース１には、図２に示されるように支柱６が立設されており、その支柱６の図における表側に扇形の傾動支持板７が配置され、かつ支柱６の基部側近傍に傾動支持板７の要部分が枢軸６ａにより枢支されている。これにより、傾動支持板６は、枢軸６ａを中心として図の矢印Ａに示されるように傾動し得る。支柱６の上部にはモニタ８が固定されており、支柱６の中間部には側方に延出された横バー９が設けられている。

傾動支持板７には枢軸６ａを中心とした円弧状のガイドスロット７ａが形成されており、そのガイドスロット７ａにはねじ付き傾動支持板固定用ノブ１１のねじ部が挿通されている。傾動支持板固定用ノブ１１は横バー９に設けられているねじ孔（図示せず）にねじ込まれており、その傾動支持板固定用ノブ１１と横バー９とにより傾動支持板７を挟持して、傾動支持板７が任意の傾動角度で固定されるようになっている。

傾動支持板７には、その傾動角度方向一端側にカメラ１３が固定されており、傾動角度方向他端側に照明体１４が取り付けられている。カメラ１３は、電子撮像素子を内蔵するものであって良く、その映像出力はモニタ８に送信され、カメラ１３による撮像をモニタ８の画面上に拡大映写できるようになっている。

なお、枢軸６ａの軸線に対してレンズ５の表面の位置が図示例では上側に少しずれており、そのようにすることにより、レンズ５の表面に焦点を合わせたカメラ１３が傾動支持板７の傾動に伴って移動した場合に、撮像位置がレンズ５の表面上を移動することができる。この場合に多少の焦点位置のずれが生じるが、被写界深度の深さなどの適切な設定により焦点位置の再調整をしなくて済むようにすることは容易である。レンズ５の表面の高さ違いに対しては、カメラ１３のピント調整機構により行うものであるが、さらに回動ベース４の高さ調節機構を設けても良く、例えばジャッキと同様のものを設けてモータ３を上下させるようにしても良い。

照明体１４は、図示例では箱形の本体内に光源が配設されたものであり、その下向きの開口面に平板状のディフューザ１４ａが取り付けられている。これにより、ディフューザ１４ａの全面から被検査物（レンズ５）に面光源となる照明を照射することができる。なお、傾動支持板７には支持アーム１５を介して照明体１４が支持されている。支持アーム１５の基端部（図における上端部）が傾動支持板７にねじ１７により固定され、支持アーム１５の遊端部（図における下端部）に照明体１４が揺動自在かつ任意の揺動角度で固定可能に取り付けられている。なお、支持アーム１５に対する照明体１４の上記揺動自在かつ固定可能な構造としては種々考えられるが、例えば支持アーム１５に一体に枢軸を設け、その枢軸に対してハンドル１６の回動により挟持／解放となるカム機構を照明体１４に設けることにより可能である。

次に、このようにして構成された表面拡大検査装置における被検査物としてレンズ５の表面の検査要領について示す。まず、回動テーブル４の上に検査したい面を上に向けてレンズ５を載置し、照明体１４を図示されない操作盤または照明体１４自身に設けたスイッチにより発光させ、例えばモニタ８を見ながらレンズ５の検査したい部分が画面上に表れるように、上記ハンドル１６を操作して照明体１４の向きを決める。これにより、カメラ１３と照明体１４のディフューザ１４ａとがレンズ５に対して互いに相反する側から斜めに向き合うようになる。

なお、支持アーム１５における傾動支持板７への連結部のねじ１７を緩めて支持アーム１５すなわち照明体１４の角度を変え、ねじ１７を締め直して照明体１４を任意の角度にした状態で固定することができる。また、移動ベース固定用ノブ１２を操作して移動ベース２のブレーキを緩め、移動ベースを移動してレンズ５に対する検査位置を決めることができ、その場合には再び移動ベース固定用ノブ１２を操作してブレーキを掛けて移動ベース２を固定する。

レンズ５の表面を検査する場合に照明を当てるのは、従来例で述べたようにレンズ表面にコーティング（増透膜処理）したレンズでは光学系の透過率を増大させることにより反射率が低く、明るい照明を当てなければ表面の状態を明確に検査することが困難なためである。また、照明体１４の面光源としてのディフューザ１４ａの広さは被検査物（レンズ５）の表面よりも十分大きなものとする。したがって、照明体１４としては、その照射面（１４ａ）の全面で強力かつ均一な光量を有するものが良い。

また、カメラ１３により撮像可能な写角Ｃｐが図１のような場合には、その写角Ｃｐの全範囲をカバーする照明を照射することになる。なお、その照射範囲Ｉｒはレンズ５の表面の曲率に関係する。図１に示されるように曲率の小さな（曲率半径が大きな）レンズの場合には、照射範囲Ｉｒの拡がり角度は図に示されるように小さくて良い。

そのようなレンズだけを扱うのであれば図示例のような広い平面光源を有する照明体１４は必要ないが、図３に示されるような曲率の大きな（曲率半径が小さな）レンズ２１の場合には、写角Ｃｐの全範囲をカバーするのに十分な照射範囲Ｉｒの拡がり角度は図に示されるように大きくなる。そのため、例えば顕微鏡に用いられるような曲率の大きなレンズ２１にも対応し得るように、広い平面光源を有する照明体１４を用いることにより、曲率の異なる種々のレンズに対して対応可能になる。

また、照明体１４をレンズ５により近づけることにより、同一面積の面光源の場合には照射範囲Ｉｒの拡がり角度を大きくすることができる。また、レンズ５からの距離が同一の場合には、レンズ５の表面をより広く照射するには照射範囲Ｉｒの拡がり角度を大きくする必要があるため、面光源の面積をより大きくすることになる。これらの組み合わせにより、すなわち装置やレンズの大きさに合わせて可能な限り照明体１４をレンズ５に近づけかつ面光源の面積を広くすることにより、より拡がり角度の大きな照射が可能になり、それによりより一層曲率の大きなレンズにも対応することができる。

レンズ５の曲面からなる表面に対しては一度に全面を検査することは困難（特に曲率の大きなレンズ）でありるが、その場合には撮像位置を変えることで対応し得る。上記したようにレンズ５の曲率半径の中心と枢軸６ａの軸心とを合わせて、図３に示されるレンズ５の中央部分に対する検査をした後に傾動支持板７を左右いずれかの方向に傾動させる。それにより、撮像位置が焦点位置がずれることなくレンズ５の端の方に移動し得る。なお、種々の曲率の異なるレンズに対して必ず曲率半径の中心と枢軸６ａの軸心とを合わせる必要はなく、検査対象の平均的な位置に予め設定してずれた分を被写界深度によりカバーするようにすれば、ピントがずれるようなことはない。

また、レンズ５の中心からずれた部分を検査している状態では、モータ３により回動ベース４を回転させることにより、回転軸回りにレンズ５が回転するため、検査範囲が相対的に周回方向に移動することになり、それによりレンズ中心からずれた位置における周方向の全範囲を少ない移動回数で検査することができ、レンズ５の全面に対する傷やコーティングむら等の検査を容易に行うことができる。

特に、その検査をモニタ８に拡大して映し出して検査することができるため、その作業が容易であり、同一対象に対して多人数が同時に検査可能であり、熟練度を有しない者による判断ミスを防止できる。

また、図４に示されるように凹レンズ２２に対しても同様に検査することができる。この図４の場合には、上記凸レンズ５の代わりに凹レンズ２２を回動ベース４の上に載置したものであり、図３と同様の部分については同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。凹レンズの場合における曲率の違いも凸レンズと同様である。

いずれにしても、レンズ５・２１・２５の表面の曲率の違いにかかわらず、一度に検査できる範囲をカメラ１３の写角Ｃｐの全範囲とすることができ、その写角Ｃｐの全範囲を照射するのに十分な照射範囲Ｉｒを確保し得る広い面光源を有しかつレンズの近くに位置する照明体１４を設けることにより、カメラ１３の写角Ｃｐの全範囲に対して一度に検査可能になる。そして、レンズ５・２１・２２に対して、照明体１４のディフューザ１４ａの向き及びカメラ１３の向きを維持（傾動支持板７に対する固定状態の維持）したまま傾動支持板７傾動させることにより、照明位置すなわち撮像位置をレンズ５・２１・２２の端から端まで移動させることができる。

例えば図１の状態から傾動支持板７を右方に傾動させることにより、図５に示されるように写角Ｃｐの範囲及び照射範囲Ｉｒの位置が図１の位置から図の矢印Ｂに示されるように移動する。このように、レンズ５の中央部分を撮像した後に撮像位置をレンズ５の端の部分に移動することができ、その状態で回転ベース４をその回転中心Ｃｒ回りに回転させることにより、レンズ５の中央部分の外周側の全範囲に渡って撮像することができる。なお、被検査物の形状の態様により、より好適に対応可能とするために、カメラ１３及び照明体１４の角度を変えることに留まらず、大型の被検査物に対しても対応を容易にするため、移動ベース２を左右方向のみならず水平面上で全方向に移動可能にすると良い。

さらに、焦点位置をレンズ５の表面に合わせたままズーム変更させることも可能（例えば同一出願人による特願２００２−１７１７６９号）であり、それにより、検査位置に焦点を合わせたままで倍率を変更可能になり、より一層使い勝手が向上する。

なお、上記図示例では被検査物としてレンズについて示したが、本発明にあっては、被検査物をレンズに限定するものではなく、曲面になっている表面に対する傷などの検査を行う検査として種々の物体の表面検査に適用し得るものである。

本発明に基づく表面拡大検査装置の全体を示す正面図である。 傾動支持板を示す要部正面図である。 凸レンズの検査要領を示す要部説明図である。 凹レンズの検査要領を示す要部説明図である。 写角及び照射範囲を移動させた状態を示す説明図である。

符号の説明

２ 移動ベース
３ モータ
４ 回動ベース
５ レンズ
７ 傾動支持板
８ モニタ
１３ カメラ
１４ 照明体、１４ａ ディフューザ
Ｃｐ 写角
Ｉｒ 照射範囲

Claims (4)

1. 被検査物の曲面状態の表面を検査するべく、前記被検査物を照射する照明体と、前記被検査物の任意の位置を撮影するカメラと、前記カメラによる撮像を拡大して映し出すモニタとを有する表面拡大検査装置であって、
   前記カメラと前記照明体の前記平面光源とが前記被検査物に対して互いに相反する側から斜めに向き合うように配設されていると共に、
   前記照明体が、前記被検査物の表面に対する前記カメラの写角に対応する全範囲を照射するのに十分に広い平面光源を有することを特徴とする表面拡大検査装置。
2. 前記照明体の前記被検査物に対する照射角度が変更自在であることを特徴とする請求項１に記載の表面拡大検査装置。
3. 前記被検査物を載置するベースを有し、かつ前記ベースが水平方向に移動かつ回動自在であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の表面拡大検査装置。
4. 前記レンズの焦点面に中心を有する傾動自在な傾動支持板を有し、
   前記カメラ及び前記照明体が前記傾動支持板に固定されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の表面拡大検査装置。

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