JP2007199016A - 光学部材検査装置における判定基準設定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】客観的かつ正確であって、しかも被検物が実装される光学製品に対応した良否判定を実現する判定基準を設定可能な光学部材検査装置における判定基準設定方法を提供すること。
【解決手段】判定基準設定方法は、光学部材を撮像した画像に基づき、該光学部材の良否判定を自動的に行う光学部材検査装置における判定基準設定方法であって、光学部材を含む光学製品において、点像を形成する光束の光学部材における光束径を算出する光束径算出工程と、光学製品を介して生成される画像に関する輝度情報と、光束径算出工程により算出された光束径を用いて、光学製品を構成する光学部材として許容される欠陥径を算出する欠陥径算出工程と、欠陥径算出工程により算出された欠陥径に対応する、光学部材検査装置における欠陥に関する計測値を判定基準として設定する判定基準設定工程を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、種々の光学部材の外観を撮像し、製品としての良否判定を行うための光学部材検査装置における判定基準の設定方法に関する。

従来、光学部材の製品としての良否判定を行う検査装置としては、例えば、以下の特許文献１に開示されるものが知られている。

特開平９−１５１５９号公報

上記特許文献１に開示される装置は、光源部からの光を入射させることにより照明されたレンズ等の被検物を撮像部によって撮像する。これにより得られた画像に基づいて被検物の外観検査が自動的に行われる。

より詳しくは、上記特許文献１に開示される装置では、所定の判定基準に基づき撮像画像を二値化処理することにより、良否判定を行う。従来、上記判定基準は、ユーザ自身が被検物である光学部材を目視観察し、長年培った経験と勘に基づき判定した結果と一致するような値に設定されていた。

また、本来、被検物である光学部材の良品としての判定基準は、製造、出荷された該光学部材が実際に搭載される装置等（以下、光学製品という）における他の部材（例えば撮像素子）との関係においてどのような位置に配設されるかによって変動するものである。従来は、ユーザが、光学部材を構成要素とする光学製品ごとに予め定められた欠陥サンプルを参照しつつ目視観察を行うことにより、該変動に対応した判定基準を設定しようとしていた。

しかし、目視観察による判定結果は、該観察を行うユーザの主観に大きく依存する。そのため、上記のような判定基準の設定方法では、ユーザによって、あるいは同一ユーザであっても設定時の体調等によって、設定される判定基準にバラツキが発生したり、判定基準の算出や設定に時間がかかるといったおそれがある。このような判定基準のバラツキは、客観的かつ正確な良否判定の妨げとなる。また該バラツキは、本来、光学製品によっては、被検物である光学部材が十分良品として機能するにも拘わらず、不良品として扱われるといった不都合を招きかねない。

以上の諸事情に鑑み、本発明は、ユーザの主観に依存しない、客観的かつ正確であって、かつ被検物が実装される光学製品に対応した良否判定を実現する判定基準を設定することができる、光学部材検査装置における判定基準設定方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本願発明に係る光学部材検査装置における判定基準設定方法は、光学部材を撮像した画像に基づき、該光学部材の良否判定を自動的に行う光学部材検査装置における判定基準設定方法であって、光学部材を構成要素とする光学製品において、点像を形成する光束の光学部材における光束径を算出する光束径算出工程と、光学製品を介して生成される画像に関する輝度情報と、光束径算出工程により算出された光束径を用いて、光学製品を構成する光学部材として許容される欠陥径を算出する欠陥径算出工程と、欠陥径算出工程により算出された欠陥径に対応する、光学部材検査装置における欠陥に関する計測値を判定基準として設定する判定基準設定工程を含むことを特徴とする。

以上の判定基準設定方法により、判定基準のバラツキを有効に回避し、客観的かつ正確な良否判定を実現することができるような判定基準を設定することができる。同時に、本発明により設定された判定基準は、被検物である光学部材が実装される光学製品の仕様に基づき算出されるため、良品を不良品として判定するおそれが低減され、歩留まりの無用な低下が防止される。

請求項２に記載の光学部材検査装置における判定基準設定方法によれば、輝度情報は、光学製品を介して生成される画像において、光学部材が持つ欠陥に起因する輝度低下に関する情報である。

具体的には、輝度情報は、光学製品を介して生成された画像において、光学部材における欠陥を有しない部位を透過した光により生成される画像領域での輝度と、光学部材における欠陥を有する部位を透過した光により生成される画像領域での輝度の低下量との比である（請求項３）。

また上記輝度情報は、光学製品を介して生成された画像において、光学部材における欠陥を有しない部位を透過した光により生成される画像領域での輝度と、光学部材における欠陥を有する部位を透過した光により生成される画像領域での平均輝度の低下量との比であってもよい（請求項４）。

請求項５に記載の光学部材検査装置における判定基準設定方法によれば、光束径算出工程は、光学製品において、光学部材表面と結像面間の距離をＴ、ＦナンバをＦとすると、光束径Ｄを以下の式（１）、
Ｄ＝Ｔ／Ｆ・・・（１）
により算出することができる。

また請求項６に記載の光学部材検査装置における判定基準設定方法によれば、欠陥径算出工程は、輝度情報をＥとすると、欠陥径ｄを以下の式（２）、
ｄ＝Ｄ√Ｅ・・・（２）
により算出することができる。

また、請求項７に記載の光学部材検査装置における判定基準設定方法によれば、判定基準設定工程は、光学部材検査装置に固有の欠陥径−計測値特性に基づき、欠陥径に対応する光学部材検査装置における欠陥に関する計測値を求めることができる。

別の観点から本発明に係る判定基準設定プログラムは、上述した光学部材検査装置における判定基準設定方法をコンピュータに読み取らせて実行させることを特徴とする。

さらに別の観点から、本発明に係る光学部材検査装置は、被検物である光学部材を撮像する撮像手段と、撮像手段により撮像された光学部材の画像に少なくとも二値化処理を含む画像処理を施し、光学部材が有する欠陥に関する計測値を計測する画像処理手段と、計測値および制御手段により設定された判定基準に基づいて、光学部材の良否判定を行う判定手段と、を有することを特徴とする。

また、別の観点から、本発明に係る判定基準設定用記録媒体は、請求項８に記載の判定基準設定プログラムが記録され、該プログラムをコンピュータによって読み取り自在に構成されていることを特徴とする。

このように本発明にかかる光学部材検査装置における判定基準設定方法によれば、ユーザの主観に依存することなく、客観的に得られた各種情報に基づいて判定基準を算出する。これにより、光学部材検査装置ごとの個体差も考慮した、客観的かつ正確な良否判定を実現する判定基準が設定される。しかも、上記情報の中に、被検物である光学部材を構成要素とする光学製品の仕様に関する情報も含めることにより、光学製品ごとに変動する良品としての許容度にも精確に対応した判定基準が設定される。

以下、本発明に係る判定基準設定方法を使用する光学部材検査装置について説明する。図１は、実施形態の光学部材検査装置１００の全体図を模式的に示す図である。光学部材検査装置１００は、装置本体１０、撮像部３０、モニタ５０、キーボードやマウス等の入力部７０を有する。

装置本体１０は、制御部１、画像処理部２、判定部３、読み取り部４を有する。制御部１は、ＣＰＵ等を有し、装置本体１０のみならず光学部材検査装置１００全体を制御する。制御部１は装置の制御に必要な情報やプログラムが格納されるメモリ１ａを有する。画像処理部２は、後述の撮像部３０から送信される画像信号に所定の画像処理（例えば二値化処理等）を施す。判定部３は、画像処理部２により画像処理を施された画像を用いて、後述の判定基準設定方法により設定された判定基準に基づき被検物である光学部材９０の製品としての良否判定を行う。より詳しくは、判定部３は、被検物である光学部材９０が製品化された状態、例えば所定の装置に部品として実装され、実際にユーザに使用される状態に基づいた良否判定を行う。判定結果や上記画像はモニタ５０に表示される。

撮像部３０は、リング照明３１、撮像光学系３２、撮像素子３３、光学部材９０が載置されるテーブル３４を有する。本実施形態の撮像部３０は、リング照明３１から照射された発散光で光学部材９０を照明する。従って、光学部材９０において、ゴミやキズと言った欠陥が存在しない部位に入射した光は、撮像素子３３に入射しない。これに対し、光学部材９０において、上記欠陥が存在する部位に入射した光は、該欠陥によって散乱し、撮像光学系３２を介して撮像素子３３に入射する。従って、撮像素子３３により撮像された光学部材９０の画像は、欠陥が存在する部位のみが明るく表れる。つまり、本実施形態の撮像部３０は、いわゆる暗視野照明方式を採用している。但し、本発明に係る判定基準設定方法は、暗視野照明方式を採用する光学部材検査装置１００に限定されるものではなく、欠陥が存在する部位のみが暗く表れるいわゆる明視野照明方式や、両方式の併合方式であっても使用することができる。

本実施形態の光学部材検査装置１００では、良否判定の判定基準を設定する判定基準設定方法を制御部１に実行させるための判定基準設定プログラムが、予め、例えば初期調整時等に、セットアップされる。

セットアップは、上記判定基準設定プログラムが記録された記録媒体Ｍを読み取り部４に挿入することにより実行される。記録媒体Ｍを用いた判定基準設定プログラムのセットアップについては、コンピュータ等にソフトウェアをセットアップする周知の処理と同様であるためここでの詳説は省略する。読み取り部４により読み取られた判定基準設定プログラムは、メモリ１ａに格納され、判定基準設定方法を行う際に適宜読み出される。そして制御部１は、該プログラムに従って判定基準を設定する。

次に、実施形態の判定基準設定方法について詳述する。図２は、実施形態の判定基準設定方法を示すフローチャートである。本判定基準設定方法による判定基準の設定処理は、光学部材検査装置１００の被検物である光学部材９０そのものが変わった場合に実行される。さらに、被検物が同一の光学部材であっても該部材を構成要素とする光学製品における使用用途や配設位置が異なる場合や、該部材を構成要素とする光学製品自体が替わった場合にも実行される。

例えば、ユーザが入力部７０を操作して、判定基準設定処理を指示すると、制御部１は、メモリ１ａから判定基準設定プログラムを読み出す。そして、被検物である光学部材９０が搭載されることになる光学製品において、点像を形成する光束の、光学部材９０配設位置、換言すれば欠陥が存在する位置での光束径Ｄを算出する（Ｓ１）。

図３は、光学部材９０が搭載されることになる光学製品３００の模式図である。ステップ１（以下、Ｓ１と略記する。後述の各ステップにおいても同様とする）において、光束径Ｄは、光学製品３００の仕様に基づき以下のようにして算出される。ここでの光学製品３００は、撮影レンズ群３１０、絞り３２０、撮像素子３３０を有する撮像光学ユニットを想定する。また、光学部材９０は、撮像素子３３０の前段に配設される光学フィルタであると想定する。光学製品３００において、撮像素子３３０と光学部材９０間の距離（空気換算長）をＴ、撮影レンズ群の後側主点Ｈ’から像面つまり撮像素子３３０間の距離（空気換算長）をＡ、絞り３２０の径をＣとすると、光束径Ｄは、以下の式（α）によって求まる。
Ｄ＝ＴＣ／Ａ・・・（α）

ここで、光学製品３００のＦナンバをＦとすると、該ＦはＡ／Ｃである。よって、式（α）は、以下の式（１）に変換される。
Ｄ＝Ｔ／Ｆ・・・（１）

つまり、Ｓ１では、制御部１は、ユーザが入力部７０を介して入力した光学製品３００の仕様、具体的には距離ＴおよびＦナンバＦを用いて光束径Ｄを算出する。

次いで、制御部１は、光学製品３００において得られる画像における所定の輝度情報Ｅがユーザによって入力されるまで待機する（Ｓ３：ＮＯ）。一般に、ゴミやキズといった欠陥がある部位を介した光により生成される画像領域は、該欠陥によって光が散乱したり、遮られたりしてしまう。よって、該画像領域は、欠陥を介さない光により生成される画像領域よりも低輝度になる。そこで本実施形態では、所定の輝度情報Ｅとして、該画像において、光学部材９０における欠陥が存在しない部位を透過した光により生成された画像領域での輝度に対する、該欠陥が存在する部位を透過した光によって生成された画像領域での輝度の低下量の比（つまり欠陥に起因するコントラスト）を用いる。

ユーザによって所定の輝度情報Ｅが入力されると（Ｓ３：ＹＥＳ）、次いで制御部１は、光学製品３００において許容される光学部材９０の欠陥径ｄを算出する。なお、ユーザにより入力される所定の輝度情報（ここでは輝度比）が小さければ小さいほど、光学製品３００を使用するに際して、光学部材９０に要求される良品としての判定基準は高くなる。つまり、Ｓ５により算出される欠陥径ｄはより小さな値になる。

Ｓ５において、欠陥径ｄは、Ｓ１により算出された光束径ＤおよびＳ３により入力された輝度情報Ｅを用いて以下の式（２）により算出される。
ｄ＝Ｄ√Ｅ・・・（２）

式（２）について詳説する。図４は、式（２）の導出に関する説明図である。図４（Ａ）は、径ｄの欠陥ｑを持つ光学部材９０が実装された光学製品３００において、該光学部材９０表面９０ａにおけるスポット径がＤとなるように光束を入射させた状態を示す。図４において、３３０ａは、撮像素子３３０の撮像面つまりピント面である。撮像面３３０ａに入射した光束により生成された画像は、図４（Ｂ）に示される。具体的には、欠陥ｑは、図４（Ｂ）に示すような暗転領域Ｑ（像Ｑ）として表れる。なお、説明の便宜上、欠陥ｑは略円形状であると仮定する。仮に、撮像面３３０ａの直前に表面９０ａが位置している場合、暗転領域Ｑの径は欠陥ｑの径ｄに略等しくなる。

図４（Ｂ）に示す画像における、暗転領域Ｑの略中心を通る仮想線Ｐ−Ｐ’（なお、Ｐ、Ｐ’はそれぞれ画像の端部を表す）での輝度断面を表したのが図４（Ｃ）である。図４（Ｃ）に示すように、欠陥を有しない部位を透過した光により生成される画像領域での輝度Ｂよりも、暗転領域Ｑでの輝度はΔＢだけ低下している。ここで、輝度Ｂに対する輝度低下量ΔＢの比は、表面９０ａにおける入射光束のスポットと欠陥ｑの面積比に等しいという特徴がある。つまり、以下の式（β）が成立する。
ΔＢ／Ｂ＝（πｄ^２）／（πＤ^２）・・・（β）

ΔＢ／Ｂが上述した輝度情報Ｅであることを踏まえつつ式（β）を変換することにより、式（２）が導出される。

欠陥径ｄが算出されると、次いで制御部１は、メモリ１ａから欠陥径−計測値特性に関する情報を読み出す（Ｓ７）。本実施形態では、計測値とは、光学部材検査装置１００で撮像された画像における画素ごとの輝度の総和を意味する。光学部材検査装置１００には、光学的あるいは機械的な個体差があるため、同一の欠陥を持つ光学部材を複数の装置１００で検査した場合であっても、該欠陥に対する計測値は常に同一とは限らない。そこで、光学部材検査装置１００は、出荷当初の初期調整時において、欠陥径−計測値特性に関する情報を生成し、メモリ１ａに記録しておく。

欠陥径−計測値特性に関する情報は例えば以下のようにして生成する。まず、それぞれ径が異なる欠陥を持つ複数の光学部材をサンプルとして用意しておく。各サンプルが持つ欠陥径は、実測することにより得られる。また、各欠陥の計測値は、各サンプルを初期調整対象の光学部材検査装置１００で順次検査し、各画素からの出力を全て合算することにより得られる。そして座標系上に欠陥径及び計測値により定義される各欠陥情報をプロットする。そして、各プロット間を周知の手法（例えば最小二乗法）等によって補間することにより、欠陥径−計測値特性に関する情報を生成する。図５に、生成された欠陥径−計測値特性に関するグラフを示す。図５において、縦軸が欠陥径、横軸が検査装置１００で計測された計測値である。また、塗りつぶしのひし形が実測された欠陥情報に基づくプロットであり、曲線Ｌが補間の結果得られた欠陥径−計測値特性曲線である。

メモリ１ａに格納される欠陥径−計測値特性に関する情報は、図５に示すグラフそのものであってもよいがこれに限定されるものではない。例えば、図５に示す特性曲線に対応する関数であってもよいし、図５に示すグラフを変換したテーブルであってもよい。

Ｓ７において、欠陥径−計測値特性に関する情報を読み出すと、次いで制御部１は、Ｓ５で求めた欠陥径ｄと該特性に関する情報とに基づいて判定基準を設定する。例えば、図５に示すように、欠陥径がｄ１であった場合、光学部材検査装置１００における判定基準はＲ１となる。制御部１は、該判定基準（ここではＲ１）を判定部３に設定する。

以上が、実施形態の判定基準設定方法の説明である。以上のように実施形態の判定基準設定方法により設定された判定基準は、被検物である光学部材９０が実装される光学製品３００の仕様及び光学部材検査装置１００の特性に基づいて生成される。従って、実施形態の判定基準設定方法によれば、極めて客観的かつ被検物が製品として使用される状況にも対応しており、さらには光学部材検査装置１００の個体差による検査結果のバラツキも補償した良否判定が行われるような判定基準が設定される。なお、判定部３は、上述した設定方法により設定された判定基準に従って光学部材９０の良否判定を行う。

以上が本発明の実施形態の説明である。なお、上述した実施形態の光学部材検査装置１００および判定基準設定方法は、本発明の一例に過ぎず、以下のような変形を行っても上記と同等の効果を奏する。

例えば、上記実施形態の光学部材検査装置１００では、読み取り部４に記録媒体Ｍを挿入することにより、判断基準設定プログラムがセットアップ可能な構成であるが、予め該プログラムがプリインストールされたメモリ１ａを使用する構成であれば、読み取り部４は不要である。

また、図２を参照しつつ説明した判断基準設定方法の処理の流れはあくまで一例である。少なくともＳ５の処理に先だってＳ１、Ｓ３の処理が行われていれば良く、またＳ９の処理に先だって、Ｓ５、Ｓ７の処理が行われていれば良い。

さらに、図３に示した光学製品３００はあくまで一例である。つまり、本発明に係る光学部材検査装置１００で検査される光学部材９０は必ずしも図３に示すような光学製品３００、つまり撮像光学ユニットに備えられるものである必要はない。また、光学部材９０は、上記実施形態で想定している光学フィルタに限らず、レンズ等であってもよい。

また、上記実施形態では図２のＳ３で入力される輝度情報は、欠陥が存在しない部位を透過した光により生成された画像領域での輝度に対する、該欠陥が存在する部位を透過した光によって生成された画像領域での輝度の低下量の比であると説明したが、光学部材９０が持つ欠陥に起因する輝度低下に関する情報であればこれに限定されるものではない。例えば、輝度低下量の代替として、光学製品３００を介して生成された画像において、光学部材９０における欠陥を有する部位を透過した光により生成される画像領域での平均輝度の低下量（図４（Ｃ）中、ΔＢ_Ａ参照）を用いてもよい。また、欠陥が存在しない部位を透過した光により生成された画像領域での輝度に対する、該欠陥が存在する部位を透過した光によって生成された画像領域での輝度の比であってもよい。

本発明の実施形態の光学部材検査装置の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態の判定基準設定方法に関するフローチャートである。 光学部材検査装置で検査される光学部材を備える光学製品の一例を示す模式図である。 式（２）の導出に関する説明図である。 実施形態の光学部材検査装置の欠陥径−計測値特性曲線を示す図である。

符号の説明

１ 制御部
１ａ メモリ
２ 判定部
３ 画像処理部
１０ 装置本体
３０ 撮像部
９０ 光学部材（被検物）
１００ 光学部材検査装置
３００ 光学製品
Ｍ 記録媒体

Claims (10)

1. 光学部材を撮像した画像に基づき、該光学部材の良否判定を自動的に行う光学部材検査装置における判定基準設定方法であって、
   前記光学部材を構成要素とする光学製品において、点像を形成する光束の前記光学部材における光束径を算出する光束径算出工程と、
   前記光学製品を介して生成される画像に関する輝度情報と、前記光束径算出工程により算出された前記光束径を用いて、前記光学製品を構成する光学部材として許容される欠陥径を算出する欠陥径算出工程と、
   前記欠陥径算出工程により算出された前記欠陥径に対応する、前記光学部材検査装置における欠陥に関する計測値を前記判定基準として設定する判定基準設定工程
   を含むことを特徴とする光学部材検査装置における判定基準設定方法。
2. 請求項１に記載の光学部材検査装置における判定基準設定方法において、
   前記輝度情報は、前記光学製品を介して生成される画像において、前記光学部材が持つ欠陥に起因する輝度低下に関する情報であることを特徴とする光学部材検査装置における判定基準設定方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の光学部材検査装置における判定基準設定方法において、
   前記輝度情報は、前記光学製品を介して生成された画像において、前記光学部材における欠陥を有しない部位を透過した光により生成される画像領域での輝度と、前記光学部材における欠陥を有する部位を透過した光により生成される画像領域での輝度の低下量との比であることを特徴とする光学部材検査装置における判定基準設定方法。
4. 請求項１または請求項２に記載の光学部材検査装置における判定基準設定方法において、
   前記輝度情報は、前記光学製品を介して生成された画像において、前記光学部材における欠陥を有しない部位を透過した光により生成される画像領域での輝度と、前記光学部材における欠陥を有する部位を透過した光により生成される画像領域での平均輝度の低下量との比であることを特徴とする光学部材検査装置における判定基準設定方法。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の光学部材検査装置における判定基準設定方法において、
   前記光束径算出工程は、前記光学製品において、前記光学部材表面と結像面間の距離をＴ、ＦナンバをＦとすると、前記光束径Ｄを以下の式（１）、
   Ｄ＝Ｔ／Ｆ・・・（１）
   により算出することを特徴とする光学部材検査装置における判定基準設定方法。
6. 請求項５に記載の光学部材検査装置における判定基準設定方法において、
   前記欠陥径算出工程は、前記輝度情報をＥとすると、前記欠陥径ｄを以下の式（２）、
   ｄ＝Ｄ√Ｅ・・・（２）
   により算出することを特徴とする光学部材検査装置における判定基準設定方法。
7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の光学部材検査装置における判定基準設定方法において、
   前記判定基準設定工程は、光学部材検査装置に固有の欠陥径−計測値特性に基づき、前記欠陥径に対応する、前記光学部材検査装置における欠陥に関する計測値を求めることを特徴とする光学部材検査装置における判定基準設定方法。
8. 請求項１から請求項７のいずれかに記載の光学部材検査装置における判定基準設定方法をコンピュータに読み取らせて実行させる判定基準設定プログラム。
9. 請求項８に記載の判定基準設定プログラムを実行する制御手段と、
   被検物である光学部材を撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段により撮像された前記光学部材の画像に少なくとも二値化処理を含む画像処理を施し、前記光学部材が有する欠陥に関する計測値を計測する画像処理手段と、
   前記計測値および前記制御手段により設定された判定基準に基づいて、前記光学部材の良否判定を行う判定手段と、を有することを特徴とする光学部材検査装置。
10. 請求項８に記載の判定基準設定プログラムが記録され、該プログラムをコンピュータによって読み取り自在な判定基準設定用記録媒体。

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