JP2009074816A - レンズ欠陥検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】面照明とルーバー層からなる照明手段の使用により所定の角度を持った平行光源を多数形成できると共に、撮像手段のフォーカス位置を最適に設定し、レンズの外観上の欠陥を撮像手段で精度良く撮像して検査の自動化を図ることが可能なレンズ欠陥検査装置を提供する。
【解決手段】検査対象レンズの製造時に発生する傷、割れ、異物、気泡等の欠陥を検査するレンズ欠陥検査装置であって、面照明及び該面照明から照射される光を多数の平行光源とするルーバー層からなる照明手段と、該照明手段から照射されて検査対象レンズを透過した光を撮像する撮像手段と、該撮像手段の検査対象レンズに対するフォーカス位置を調整しつつ撮像データを処理して検査対象レンズの良否を判定する制御手段と、を備えることを特徴とする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、カメラレンズやメガネレンズ等の少量多品種レンズの外観上の欠陥を自動的に検査するためのレンズ欠陥検査装置に関する。

従来、少量多品種の例えば樹脂製レンズの製造時に発生する、レンズ表面の傷や割れ、レンズ内部の異物や気泡等の外観上の欠陥を検査する場合、図９に示すような検査装置が使用されている。この検査装置１０１は、単一の光源１０２から照射される光がレンズ１０３により平行光とされ、この平行光が集光レンズ１０４で集光されて検査対象レンズＷを透過し、この検査対象レンズＷを透過した光により該レンズＷの欠陥が結像レンズ１０５で結像されてその画像が結像スクリーン１０６に映し出される。そして、この結像スクリーン１０６に写し出された画像を検査員が目視で観察することにより、検査対象レンズＷの欠陥が検査されるようになっている。なお、この種の検査装置に関する公報としては、例えば特許文献１がある。
特開２００２−５８５３号公報

しかしながら、このような検査装置１０１においては、検査対象レンズＷの凹凸等の形態（曲率）に応じて屈折率が異なるため、個々の検査対象レンズＷに応じて集光レンズ１０４や結像レンズ１０５等を所定の曲率に設定したり、その位置を図の矢印ロ、ハの如く一々手動で動かして所定に設定する必要があり、この調整が面倒となる。また、検査時の各種レンズの設定や調整を検査員の経験と勘に頼っているため、検査効率や検査精度の面でも劣り、特に少量多品種のレンズの検査には好ましくなく、レンズのコストアップを招いているのが実情である。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、面照明とルーバー層からなる照明手段の使用により所定の角度を持った平行光源を多数形成できると共に、撮像手段のフォーカス位置を最適に設定し、レンズの外観上の欠陥を撮像手段で精度良く撮像して検査の自動化を図ることが可能なレンズ欠陥検査装置を提供することにある。

かかる目的を達成すべく、本発明のうち請求項１に記載の発明は、検査対象レンズの製造時に発生する傷、割れ、異物、気泡等の欠陥を検査するレンズ欠陥検査装置であって、面照明及び該面照明から照射される光を多数の平行光源とするルーバー層からなる照明手段と、該照明手段から照射されて検査対象レンズを透過した光を撮像する撮像手段と、該撮像手段の検査対象レンズに対するフォーカス位置を調整すると共に撮像データを処理して検査対象レンズの良否を判定する制御手段と、を備えることを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、前記制御手段が、予め設定した検査対象レンズの複数のゾーンに前記フォーカス位置を合わせた状態で前記撮像手段により撮像することを特徴とし、請求項３に記載の発明は、前記ゾーンが、検査対象レンズを正面から見た場合に円環状のゾーンを有することを特徴とする。さらに、請求項４に記載の発明は、前記制御手段が、各ゾーン内の欠陥に重み付けをして検査対象レンズの良否を判定することを特徴とする。

本発明のうち請求項１に記載の発明によれば、面照明とルーバー層からなる照明手段により多数の平行光源を形成し、この照明手段から照射されて検査対象レンズを透過した光がフォーカス位置が調整されて撮像手段で撮像されるため、照明手段で平行光源を多数形成でき、その光によりコントラストを低下させることなくかつフォーカス位置を最適に設定して、レンズの欠陥を撮像手段で精度良く撮像でき、少量多品種のレンズであってもその検査の自動化を図り、コスト安価なレンズを得ることができる。

また、請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、制御手段により、予め設定した検査対象レンズの複数のゾーンに撮像手段のフォーカス位置を合わせた状態で撮像するため、ゾーンを所定に設定することでレンズの全域を精度良く撮像できて、レンズの検査精度をより向上させることができる。

また、請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明の効果に加え、ゾーンが検査対象レンズを正面から見た場合に円環状のゾーンを有するため、例えばレンズの中心から外側に向けた円環状の撮像データにより各ゾーン内の欠陥を検出できて、レンズ全域の外観を高精度に検査することができる。

さらに、請求項４に記載の発明によれば、請求項２または３に記載の発明の効果に加え、制御手段が、各ゾーン内の欠陥に重み付けをして検査対象レンズの良否を判定するため、例えば致命的とならない外周部の軽い欠陥を不良品として判定すること等が防止されたり、最初にレンズの中央部を検査して不良が発生した場合に外周部の検査を中止して検査時間の短縮化を図る等、レンズに要求される品質に応じた適正な検査を行うことができて、レンズのコストを一層低減させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１〜図８は、本発明に係るレンズ欠陥検査装置の一実施形態を示し、図１がその正面図、図２が側面図、図３が概略構成図、図４が制御手段のブロック図、図５がルーバー層の分解斜視図、図６が動作の一例を示すフローチャート、図７及び図８がその説明図である。

図１及び図２に示すように、レンズ欠陥検査装置１（以下、検査装置１という）は、コラム２と、このコラム２上にＸＹＺ方向に移動可能に配置されると共に、内部の所定位置に面照明５及びルーバー層６からなる照明手段４が配置されて検査対象レンズＷ（以下、ワークＷという）がセットされるテーブル３と、このテーブル３の上方でＺ方向に移動可能に配置された撮像手段７等を備えている。また、テーブル３の上方の所定位置には、テーブル３上のワークＷをセットしたり検査済みのワークＷを取り出すためのワーク交換ロボット８（図１参照）が例えばＸＹＺ方向に移動可能に配置されている。

この検査装置１は、図３に示すように、照明手段４にＬＥＤ駆動部１０が接続され、撮像手段７にカメラ移動部１１が接続され、これらが制御手段９に接続されている。また、撮像手段７のＣＣＤからなる撮像部７ａも制御手段９に接続され、制御手段９にはディスプレイ１２等が接続されている。そして、面照明５で照射される光がルーバー層６で平行光となり、この平行光がワークＷを透過し、その透過光が図の矢印イ方向に移動可能な撮像手段７の撮像部７ａで撮像されるようになっている。

前記制御手段９は、図４に示すように、バスライン１３を介して接続されたタイマ等を有するＣＰＵ１４、ＲＯＭ１５、ＲＡＭ１６、入力インターフェース１７（入力Ｉ／Ｆ）、出力インターフェース１８（出力Ｉ／Ｆ）、ハードディスク１９（ＨＤ）と、入力Ｉ／Ｆ１７に接続されたキーボード２０及びマウス２１と、出力Ｉ／Ｆ１８に接続されたスピーカ２２等で構成されている。

そして、この制御手段９の前記入力Ｉ／Ｆ１７には、前記撮像手段７が接続されると共に、前記カメラ移動部１１からのフォーカス位置信号Ｓ１や検査位置に配置した図示しないセンサ等で検知されるワーク有無信号Ｓ２等の各種信号が入力されるようになっている。また、制御手段９の出力Ｉ／Ｆ１８には、前記ディスプレイ１２が接続されると共に、前記カメラ移動部１１とＬＥＤ駆動部１０がそれぞれ接続されている。

前記照明手段４の面照明５は、ＬＥＤ素子を使用して面発光させる所定面積の面発光ＬＥＤ照明で構成されている。また、照明手段４の前記ルーバー層６は、図５に示すように、ＸＹ平面に広がる第１ルーバー層６ａと第２ルーバー層６ｂにより薄板状に形成されている。第１ルーバー層６ａは、光透過帯２４ａと遮光帯２４ｂとが交互に配置されて、遮光帯２４ｂが例えばＸ方向に延びる壁状に形成されて遮光帯２４ｂで区切られた部分が光透過帯２４ａとなっている。この第１ルーバー層６ａの表裏面には透明保護層２４ｃが設けられている。

また、第２ルーバー層６ｂは、光透過帯２５ａと遮光帯２５ｂとが交互に配置されて、遮光帯２５ｂが例えばＹ方向に延びる壁状に形成されて遮光帯２５ｂで区切られた部分が光透過帯２５ａとなっており、これにより、遮光帯２５ｂの方向が第１ルーバー層６ａの遮光帯２４ａに対して直交するように設定されている。この第２ルーバー層６ｂの表裏面にも透明保護層２５ｃが設けられている。なお、各ルーバー層６ａ、６ｂの光透過帯２４ａ、２５ａと遮光帯２４ｂ、２５ｂのＺ方向の厚さは、０．１〜２．５ｍｍ程度が好ましく、また、光透過帯２４ａのＹ方向の幅と光透過帯２５ａのＸ方向の幅は、５０μｍ〜０．３ｍｍの範囲が好ましく、さらに、遮光帯２４ｂのＹ方向の幅と遮光帯２５ｂのＸ方向の幅は、５〜５０μｍが好ましい。

また、各ルーバー層６ａ、６ｂの光透過帯２４ａ、２５ａは、その材料として透明性の高い樹脂が好ましく、Ｚ方向の光透過率が７５％以上（より好ましくは８５％以上）が好ましく、遮光帯２４ｂ、２５ｂとしては、その色調が黒、赤、黄、緑、青、水色で、その光透過率が４０％以下（より好ましくは１０％以下）が好ましい。さらに、各ルーバー層６ａ、６ｂの透明保護層２４ｃ、２５ｃは、光透過率が７５％以上（より好ましくは８５％以上）が好ましい。

次に、このように構成された検査装置１の動作の一例を、図６のフローチャートに基づいて説明する。なお、図６に示すフローチャートは、制御手段９のＲＯＭ１５に記憶されているプログラムに従って自動的に実行される。先ず、検査装置１の電源が投入されるとプログラムがスタート（Ｓ１０１）し、キャリブレーションレンズ２６がセットされたか否かが判断（Ｓ１０２）され、この判断Ｓ１０２は「ＹＥＳ」になるまで繰返される。

このキャリブレーションレンズ２６は、図７に示すように、ワークＷと同一形態のレンズに直径方向に４本のライン２６ａを入れたものが使用され、このキャリブレーションレンズ２６がテーブル３上にセットされて検査位置まで移動すると、判断Ｓ１０２で「ＹＥＳ」となり、撮像手段７が作動してキャリブレーションレンズ２６が撮像（Ｓ１０３）される。このリャリブレーションレンズ２６の撮像は、次のようにして行われる。

すなわち、制御手段９からＬＥＤ駆動部１０に駆動信号（点灯信号）が出力されると、図３に示すように、面照明５が点灯して所定色の光がルーバー層６に照射され、このルーバー層６を透過することにより多数の平行光となってワークＷに照射される。これにより、ルーバー層６に多数の光源が存在する状態となり、この光源から多数の平行光がキャリブレーションレンズ２６に照射されて該レンズ２６の全域を透過し、その透過光が撮像手段７で撮像されることになる。

そして、ステップＳ１０３でキャリブレーションレンズ２６が撮像されると、各ライン２６ａのエッジ部のコントラスが合う部分がフォーカス位置として定義（Ｓ１０４）され、次にワークＷがセットされたか否かが判断（Ｓ１０５）され、この判断Ｓ１０５も「ＹＥＳ」になるまで繰返される。判断Ｓ１０５で「ＹＥＳ」になると、すなわちテーブル３上のキャリブレーションレンズ２６がワーク交換ロボット８により取り外されてワークＷがセットされると、カメラ移動部１１により撮像手段７が所定量移動（上下動）してフォーカス位置ｉに設定（Ｓ１０６）される。

このフォーカス位置ｉとは、図８（ａ）に示すワークＷの厚さ方向のＡ〜Ｈの８つの位置と、図８（ｂ）に示すワークＷの平面状で円形のａ〜ｄの４つの位置が使用、すなわち合計３２カ所のフォーカス位置が使用される。これにより、各フォーカス位置のうち隣り合うフォーカス位置により所定幅の複数のゾーンがそれぞれ形成され、ワークを正面側から見た場合の各ゾーンは、円環状を呈していることになる。

そして、例えば最初のフォーカス位置である平面位置がａで厚さ方向位置がＡの位置に、制御手段９の制御信号によりカメラ移動部１１を介して撮像手段７が上下動して設定されると、該位置でワークＷが撮像手段７により撮像（Ｓ１０７）される。このワークＷの撮像も、前述したキャリブレーションレンズ２６の撮像時と同様に、照明手段４のルーバー層６で形成される多数の光源から照射される平行光がワークＷの全域を透過し、その透過光が撮像手段７で撮像されることにより行われる。

ワークＷが撮像されると、その撮像データが適宜に処理されて記憶（Ｓ１０８）される。このとき、撮像手段７の撮像部７ａに撮像された撮像データは、制御手段９のＣＰＵ１４により二値化処理等の画像処理がなされ、この処理データ中に例えば予め記憶してある欠陥に関する基準値を超えた部位がある場合に、該部位が欠陥として検出されその個数や大きさ等が欠陥データとしてＨＤ１９やＲＡＭ１６に一時記憶される。

ステップＳ１０８で最初のフォーカス位置の撮像データが記憶されたら、全フォーカス位置が撮像されたか否かが判断（Ｓ１０９）され、この判断Ｓ１０９で「ＮＯ」の場合は、ステップＳ１０６に戻り、撮像手段７が次のフォーカス位置、例えば平面位置がａで厚さ方向位置がＢに設定され、該位置でワークＷが撮像（Ｓ１０７）されてその撮像データが記憶（Ｓ１０８）される。

この動作が全てのフォーカス位置である３２カ所について実行されると、判断Ｓ１０９で「ＹＥＳ」となり、欠陥度が算出（Ｓ１１０）される。この欠陥度とは、欠陥がある場合はステップＳ１０８で記憶した欠陥データに基づいて算出され、欠陥がない場合は欠陥度ゼロとして算出される。なお、欠陥度は、例えば平面方向の各フォーカス位置で欠陥が検出された場合、ワークを正面から見た場合の中心であるａ位置に向かうに従い欠陥度合いが高くなるように設定、すなわち各フォーカス位置に重み付けがなされている。また、例えばａ位置とｂ位置からなるゾーン間に存在する欠陥は、両位置にファーカスを合わせた撮像データ上で共に検出されるが、このような欠陥はその位置データにより重複してカウントしないようになっている。

そして、ステップＳ１１０で欠陥度が算出されると、この欠陥度と予めワークＷに対応してＲＯＭ１５等に記憶されている基準値とが比較され、欠陥度が所定値内か否かが判断（Ｓ１１１）される。この判断Ｓ１１１で「ＹＥＳ」の場合、すなわち算出した欠陥度が所定値内の場合は、ワークＷを良品と判定（Ｓ１１２）し、判断Ｓ１１１で「ＮＯ」の場合、すなわち算出した欠陥度が所定値を超える場合は、ワークＷを不良品と判定（Ｓ１１３）し、これらのデータはＨＤ１９等に記憶される。

このようにして、所定のワークＷが撮像されて「良品」もしくは「不良品」と判定されたら、ワークＷの対象ロットの検査が終了したか否かが判断（Ｓ１１４）され、この判断Ｓ１１４で「ＮＯ」の場合は、判断Ｓ１０５に戻り、同一ロットの次のワークＷに対して判断Ｓ１０５以降を繰返す。一方、判断Ｓ１１４で「ＹＥＳ」の場合、すなわち対象ロットの全てのワークＷの検査が終了したら、一連のプログラムがエンド（Ｓ１１５）となる。なお、ステップＳ１１２、Ｓ１１３で良品もしくは不良品と判定されたワークＷは、ワーク交換ロボット８等により、良品箱もしくは不良箱に明確に区別されて保管されたり、ディスプレイ１２に判定結果や欠陥箇所（部位）が表示されるようになっている。

つまり、このフローチャートによれば、テーブル３上にワークＷと同一形態のキャリブレーションレンズ２６をセットしてフォーカス位置を定義し、この定義に基づいて、撮像手段７をワークＷの平面方向や厚さ方向の複数のゾーンを形成する各フォーカス位置にフォーカスしてワークＷの画像が撮像され、その撮像データに基づいて欠陥が検出記憶され、その欠陥度が所定値を超える場合にワークＷが不良品と判定されることになる。そして、キャリブレーションレンズ２６のセット及び取り外し、ワークＷのセット及び取り外しから良否の判定までが制御手段９による各部の制御等で自動的に実行される。

なお、以上のフローチャートにおいては、ワークＷの３２カ所の全てのフォーカス位置について順に検査するようにしたが、例えば最初にワークＷの中心部分のフォーカス位置について検査し、この検査で不良が検出された場合に、外周部等の他の部分の検査を省略して検査時間の短縮化を図るフローチャートとすることもできる。また、上記フローチャートにおいては、キャリブレーション２６を使用して３２カ所のフォーカス位置を設定したが、例えばワークＷの形状データから所定数のフォーカス位置を計算で求め、この計算値を入力することにより、フォーカス位置を設定するようにしても良い。

このように、上記実施形態の検査装置１にあっては、照明手段４に面照明５から照射される光を多数の平行光源とするルーバー層６が配置され、このルーバー層６から照射されてワークＷを透過した光が撮像手段７で撮像されるため、面照明５とルーバー層６の効果的な使用により、平行光源を多数形成することができて、その光によりコントラストを低下させることなくワークＷの状態を撮像手段７で精度良く撮像することができる。

特に、撮像手段７が上下動可能に配置されて、制御手段９によりフォーカス位置が調整可能に構成されると共に、キャリブレーションレンズ２６の使用でフォーカス位置を高精度に設定できることから、一つの撮像手段７を使用しつつその焦点をワークＷの所定位置に容易に設定できて、ワークＷの全域を撮像することができる。また、制御手段９により、予め設定したワークＷの３２カ所のフォーカス位置で形成されるゾーンに撮像手段７のフォーカス位置を合わせた状態で撮像されることから、ワークＷの全域を精度良く撮像することができると共に、ワークＷを正面から見た場合にフォーカス位置ａ〜ｄで形成されるゾーンが円環状を呈することから、例えばワークＷの中心から外側に向けた円環状の撮像データにより各ゾーン内の欠陥を検出することができ、これらのことから、ワークＷ全域の外観を高精度に検査することができる。

また、制御手段９により、各ゾーン内の欠陥が重み付けされてワークＷの良否が判定されるため、例えば致命的となり易いワークＷの中心部にある軽い欠陥は不良品と判定し、メガネレンズのようにフレーム装着時にカットされて致命的となり難い外周部の軽い欠陥は良品として判定したり、例えば最初にレンズの中央部を検査するようにして、この検査で不良が発生した場合に外周部の検査を中止して検査時間の短縮化を図ることができ、これらにより、レンズに要求される品質に応じた適正な検査を行うことができて、レンズのコストを一層低減させることができる。

またさらに、ルーバー層６が、第１ルーバー層６ａとこの第１ルーバー層６ａと直交する状態で配置された第２ルーバー層６ｂとを備えるため、ルーバー層６として例えばマイクロルーバー等を使用できて、多数の平行光源を容易に形成でき、一層良好な撮像データを得ることができると共に、照明手段４の面照明５が所定色の面発光ＬＥＤ照明であるため、安定かつ省エネ的に優れた平行光が得られると共に、検査装置１の信頼性を向上させることができる。

また、制御手段９の制御により、キャリブリレーションレンズ２６やワークＷのセット及び取り外しから撮像手段７による撮像等の一連の作業がワーク交換ロボット８等により機械的に行われるため、従来の検査装置１０１のようにワークＷの形態に応じて集光レンズ１０４等して一々交換したり各レンズの位置を手動で調整する必要がなくなる。また、撮像した撮像データに基づき制御手段９により欠陥が機械的に検出されて良品か不良品かが判定されるため、従来のような検査員の勘や経験に頼る作業が少なくなり、検査精度を向上させることができ、その結果、少量多品種のワークＷの検査に容易に対応できて、ワークＷの製造コストの大幅な低減化を図ること等が可能となる。

なお、上記実施形態においては、ワークＷのフォーカス位置を厚さ方向に８カ所で平面方向に４カ所の合計３２カ所としたが、本発明はこれに限定されず、ワークＷの形態や要求される品質に応じてフォーカス位置を適宜に増減することができるし、ワークＷ自体も凸レンズに限らず凹レンズでも適用できる。また、上記実施形態においては、面照明５として面発光ＬＥＤ照明を使用したが、例えばハロゲンランプと光ファイバーを用いて面照明５と略同等の機能を有する照明を形成して使用することもできる。さらに、上記実施形態における、制御手段９の構成図やコラム２に対する照明手段４と撮像手段７の配置位置等も一例であって、例えば画像処理部を撮像手段７に内蔵したり、撮像手段７を下方で照明手段４を上方に配置する等、本発明に係る各発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜に変更することができる。

本発明は、メガネレンズやカメラレンズへの利用に限らず、他の全てのレンズの外観上の欠陥検査にも利用できる。

本発明に係るレンズ欠陥検査装置の一実施形態を示す正面図 同その側面図 同概略構成図 同制御手段のブロック図 同ルーバー層の分解斜視図 同動作の一例を示すフローチャート 同その説明図 同他の説明図 従来のレンズ欠陥検査装置の概略構成図

符号の説明

１・・・レンズ欠陥検査装置、２・・・コラム、３・・・テーブル、４・・・照明手段、５・・・面照明、６・・・ルーバー層、６ａ・・・第１ルーバー層、６ｂ・・・第２ルーバー層、７・・・撮像手段、７ａ・・・撮像部、８・・・ワーク交換ロボット、９・・・制御手段、１０・・・ＬＥＤ駆動部、１１・・・カメラ移動部、１２・・・ディスプレイ、１４・・・ＣＰＵ、１５・・・ＲＯＭ、１６・・・ＲＡＭ、２４ａ、２５ａ・・・光透過帯、２４ｂ、２５ｂ・・・遮光帯、２４ｃ、２５ｃ・・・透明保護層、２６・・・キャリブーションレンズ、２６ａ・・・ライン、Ｗ・・・ワーク（検査対象レンズ）。

Claims (4)

1. 検査対象レンズの製造時に発生する傷、割れ、異物、気泡等の欠陥を検査するレンズ欠陥検査装置であって、
   面照明及び該面照明から照射される光を多数の平行光源とするルーバー層からなる照明手段と、該照明手段から照射されて検査対象レンズを透過した光を撮像する撮像手段と、該撮像手段の検査対象レンズに対するフォーカス位置を調整すると共に撮像データを処理して検査対象レンズの良否を判定する制御手段と、を備えることを特徴とするレンズ欠陥検査装置。
2. 前記制御手段は、予め設定した検査対象レンズの複数のゾーンに前記フォーカス位置を合わせた状態で前記撮像手段により撮像することを特徴とする請求項１に記載のレンズ欠陥検査装置。
3. 前記ゾーンは、検査対象レンズを正面から見た場合に円環状のゾーンを有することを特徴とする請求項２に記載のレンズ欠陥検査装置。
4. 前記制御手段は、各ゾーン内の欠陥に重み付けをして検査対象レンズの良否を判定することを特徴とする請求項２または３に記載のレンズ欠陥検査装置。

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