JP2012042254A - Method for inspecting lens defect - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はレンズ欠陥の検査方法に関するものであり、特にパターン照明を用いた透過照明による検査方法に関するものである。 The present invention relates to a lens defect inspection method, and more particularly to an inspection method using transmitted illumination using pattern illumination.
レンズの製造工程において発生するキズ・ワレ・異物付着などの欠陥に対しては、従来より人手での目視とともにカメラ等のセンシング手段を用いた自動検査装置が考案されてきている。このような検査装置としては特許文献1に記載されたものがある。 For defects such as scratches, cracks, and foreign matter adhering in the lens manufacturing process, an automatic inspection device using a sensing means such as a camera has been devised. There exists what was described in patent document 1 as such an inspection apparatus.
特許文献1の技術によれば、照明光を拡散させる拡散板により対象レンズを照明し、対象レンズを光軸周りに回転させる。この対象レンズをラインセンサにより撮像し、その際に拡散照明光がラインセンサ上に直接入射することがないように、拡散板上に帯状の遮光部材をライセンサ上での対象レンズ全幅が隠されるように配置している。このような従来技術の配置を取ることで、いわゆる暗視野照明状態を実現し、欠陥部で照明光が散乱する場合は背景に比べて明るく撮影され、またレンズを回転させることでレンズ全周の画像を取得することができる。 According to the technique of Patent Document 1, the target lens is illuminated by the diffusion plate that diffuses the illumination light, and the target lens is rotated around the optical axis. The target lens is imaged by the line sensor, and at that time, the entire width of the target lens on the licensor is hidden with a strip-shaped light shielding member on the diffusion plate so that the diffuse illumination light does not directly enter the line sensor. Is arranged. By adopting such a prior art arrangement, a so-called dark field illumination state is realized, and when the illumination light is scattered at the defect portion, the image is photographed brighter than the background, and the lens is rotated around the entire circumference of the lens. Images can be acquired.
また、パターン照明を用いた検査方法としては特許文献2及び特許文献3に記載されたものがある。 In addition, there are methods described in Patent Document 2 and Patent Document 3 as inspection methods using pattern illumination.
特許文献2の技術によれば、照明光を拡散させる拡散板に対して主にストライプ状に透過性を有する部分と透過性を有しない部分とを持たせ、この拡散板からの拡散光を検査対象に照射する。この拡散板の位置を変化させることでパターン光の位相を変化させ、その都度カメラ等で画像を取得する。ここでパターンの明部及び暗部において欠陥が存在すれば、明部では暗く、暗部では明るく検出される。この信号をカメラ等を用いて取得し欠陥検査を行っている。 According to the technique of Patent Document 2, a diffuser plate that diffuses illumination light is provided with a portion that is mainly transparent in a stripe shape and a portion that is not transparent, and the diffused light from this diffuser plate is inspected. Irradiate the subject. The phase of the pattern light is changed by changing the position of the diffusion plate, and an image is acquired with a camera or the like each time. Here, if there is a defect in the bright part and dark part of the pattern, it is detected dark in the bright part and bright in the dark part. This signal is acquired using a camera or the like to perform defect inspection.
特許文献3の技術によれば、複数のLEDアレイを用いて拡散光源を形成し、アレイごとの点灯・非点灯によりストライプ状のパターン照明を形成している。またこれらのLEDアレイはブロックごとに回転可能であり、被検査対象の形状に応じて角度を変化させている。このようにして投射された照明は被検査面上で明部及び暗部とその遷移領域から構成され、このパターンを走査することで明部及び暗部とその遷移領域からの欠陥信号を検出し、それぞれの位置での信号強度を比較することで欠陥判定を高い精度で行っている。 According to the technique of Patent Document 3, a diffused light source is formed using a plurality of LED arrays, and striped pattern illumination is formed by lighting / non-lighting of each array. These LED arrays can be rotated for each block, and the angle is changed according to the shape of the object to be inspected. The illumination projected in this way is composed of a bright part and a dark part and its transition area on the surface to be inspected, and the defect signal from the bright part and the dark part and its transition area is detected by scanning this pattern, respectively. The defect determination is performed with high accuracy by comparing the signal intensities at the positions.
しかしながら前述した従来技術には以下の問題点がある。
すなわちレンズ検査に関する特許文献1では、欠陥に照明入射角度に対する依存性があった場合、補助照明が必要となる。またレンズ全域を検査するためには、被検査レンズを回転させる必要がある。これらは装置構成の複雑化を招くことになる。
However, the above-described prior art has the following problems.
That is, in Patent Document 1 relating to lens inspection, auxiliary illumination is required when the defect has a dependency on the illumination incident angle. Further, in order to inspect the entire lens area, it is necessary to rotate the inspected lens. These lead to complication of the apparatus configuration.
またパターン照明による検査方法としての特許文献2、特許文献3では、欠陥に照明入射角度依存性があった場合、欠陥を見逃すこととなりやすい。またストライプ状のパターンをレンズ検査に適用した場合、レンズ全面に渡って照明状態を同一に保持することが困難である。 Further, in Patent Documents 2 and 3 as inspection methods using pattern illumination, when a defect has an illumination incident angle dependency, the defect is likely to be overlooked. In addition, when a stripe pattern is applied to the lens inspection, it is difficult to maintain the same illumination state over the entire lens surface.
特に特許文献3では、照明遷移領域を利用しているものの、照明入射角度依存性のある欠陥に対して検出感度が十分ではなく見逃しが発生する怖れがある。
そこで本発明の目的は、欠陥検出感度の高い照明遷移領域を利用しレンズ全面の検査を行うと共に、照明入射角度に依存した欠陥に対しても検出感度を維持できるレンズ欠陥の検査方法を提供することにある。
In particular, in Patent Document 3, although the illumination transition region is used, the detection sensitivity is not sufficient with respect to a defect having an illumination incident angle dependency, and there is a fear of overlooking.
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a lens defect inspection method capable of inspecting the entire lens surface using an illumination transition region with high defect detection sensitivity and maintaining detection sensitivity even for a defect depending on the illumination incident angle. There is.
レンズ検査方法において、
パターン光を被検査レンズに照射することにより、生じる光を撮像手段にて検出する工程と、
検出した画像に基づきレンズを検査する工程と、
を有し、
前記パターン光は同心状であり、照射されたパターン光の明部及び暗部の境界近傍に形成される照明遷移領域に対応する画像のみから、レンズを検査することを特徴とするレンズ検査方法。
In the lens inspection method,
Irradiating the lens to be inspected with light, and detecting the generated light with an imaging means;
Inspecting the lens based on the detected image;
Have
A lens inspection method, wherein the pattern light is concentric, and the lens is inspected only from an image corresponding to an illumination transition region formed in the vicinity of a boundary between a bright part and a dark part of the irradiated pattern light.
高い検出感度を有する照明遷移領域を効果的に利用するため、従来の検査方法では見落としがちだった被検査レンズ表面に生じたキズ等の照明の入射角度に依存性がある欠陥に対しても検出感度を維持できる。 In order to effectively use the illumination transition area with high detection sensitivity, it is possible to detect defects that depend on the incident angle of illumination such as scratches on the surface of the inspected lens, which were often overlooked by conventional inspection methods. Sensitivity can be maintained.
(実施例1)
図1は本発明における欠陥検査装置の全体構成を示したものである。
本実施例においては被検査レンズ103を一般的な円形レンズとして述べる。
パターン投影光源101から照射された照明光は透過型拡散板102により拡散させられ、被検査レンズ103へと照射させられる。このように照明光が被検査レンズ103へ入射した状態において、撮像手段104の撮影レンズは被検査レンズ103に焦点を合わせており、パターン照明の照明光が照射された状態の被検査レンズの画像を取得できるようになっている。またパターン投影光源101は液晶プロジェクタにより構成されており、順次パターンの形状を変化させることができるようになっている。
Example 1
FIG. 1 shows the overall configuration of a defect inspection apparatus according to the present invention.
In this embodiment, the inspected
Illumination light emitted from the pattern
このような構成において、投影されるパターンは図2に示すような被検査レンズのパワー中心軸(または光軸)に対して軸対象となる同心状のパターンである。またこのパターンは中心軸より直行方向の周期を変化させて形成されており、その暗部において被検査レンズを通過した撮像レンズの主光線に対する照明入射角度が「0°<入射角度≦4°」となる成分が含まれるように構成されている。 In such a configuration, the pattern to be projected is a concentric pattern as an axis object with respect to the power center axis (or optical axis) of the lens to be inspected as shown in FIG. This pattern is formed by changing the period in the orthogonal direction from the central axis, and the illumination incident angle with respect to the principal ray of the imaging lens that has passed through the lens to be inspected in the dark portion is “0 ° <incident angle ≦ 4 °”. It is comprised so that the component which becomes may be included.
図7に示すように、光散乱性を示す欠陥について、散乱光強度は光線入射方向に最も強い強度を示すことが一般的である。すなわち欠陥からの信号強度は、欠陥への照明入射角度705が小さいほど強い物となる。つまり投影される同心状パターンは欠陥への照明入射角度705を適切に設定することが肝要となる。
As shown in FIG. 7, with respect to defects that exhibit light scattering properties, the scattered light intensity is generally the strongest in the light incident direction. That is, the signal intensity from the defect becomes stronger as the
そこで、撮像レンズの主光線(図中の破線)を基準に投影パターンについて考える。主光線とは、ある物点から出てレンズ系の開口中心を通る光線のことである。 Therefore, the projection pattern is considered with reference to the principal ray of the imaging lens (broken line in the figure). The chief ray is a ray that comes out of an object point and passes through the aperture center of the lens system.
なお以降の説明では便宜上逆光線追跡状態にて説明を行う。また被検査レンズ103に対する照明光の入射方向は主光線と成す角とする。
In the following description, the description will be made in the reverse ray tracing state for convenience. The incident direction of the illumination light with respect to the
図3は本発明のパターン照明による照明入射角度を示す模式図である。図中、拡散板に投影された同心状の明暗パターンの一部を切り出して描いている。 FIG. 3 is a schematic view showing an illumination incident angle by the pattern illumination of the present invention. In the figure, a part of a concentric light and dark pattern projected on the diffusion plate is cut out and drawn.
図3の撮像手段104における撮像素子の受光面である撮像レンズ像面305上の点Pから出射した主光線は、撮像レンズ302に対して共役な被検査レンズ103上の物体面P’へと入射することとなる。
The principal ray emitted from the point P on the imaging
そして被検査レンズ103へ入射した主光線は、被検査レンズ103のパワーに応じた出射角度にて透過型拡散板102へと結ばれることとなる。もちろんこの主光線はある仮想的な光路を示しているもので、実際の光の進行路を表わすものではない。ここでは説明のために、仮に被検査レンズ103上の位置P’に欠陥が存在した場合について説明する。欠陥からの信号強度が最大となる照明入射角度0°の方向は、点P’’から点P’へと向かう方向(主光線の方向)となることが分かる。
Then, the principal ray incident on the
次にこの点P’’を基準に投影すべき同心状パターンを決定してゆく。前述したように欠陥からの信号強度は照明入射角度が小さいほど強くなる。このことから被検査レンズ103上の位置P’を検査することを考えると、欠陥からの信号強度を最大にするためには拡散板102上の点P’’において投影されるパターンは明部である必要がある。しかしながら、点P’’を明部にすると欠陥からの信号強度は最大となるが、同時に欠陥以外の背景信号も信号強度が最大となる。このような場合、欠陥信号は背景信号に比べて極めて小さいため、背景信号と欠陥信号を分離することは不可能であり検査には適さない。そこで照明入射角度304として最適な角度について説明する。
Next, a concentric pattern to be projected is determined based on this point P ″. As described above, the signal intensity from the defect increases as the illumination incident angle decreases. Therefore, considering that the position P ′ on the inspected
図8および図9はそれぞれ、照明入射角度が大きい場合と最適な場合とを比較した模式図である。ただし、本実施例では本来同心状パターンを用いているが、図8および図9は説明簡略化のためにその一部を切りだしたストライプ状パターンにて説明している。 FIG. 8 and FIG. 9 are schematic diagrams comparing the case where the illumination incident angle is large and the optimum case, respectively. However, although a concentric pattern is originally used in this embodiment, FIG. 8 and FIG. 9 are described in a striped pattern in which a part thereof is cut out for simplification of description.
図8は、明暗パターンのピッチを大きくとり、すなわち図3における照明入射角度304が、0°を含み、または4°を超えて大きい場合に相当する模式図である。透過型拡散板102上にパターン明部107およびパターン暗部108が形成されている。また撮像レンズ像面上にはパターン明部および暗部に相当する背景信号801が存在し、像面位置における欠陥信号強度802が示されている。パターン明部に相当する像面上位置では背景信号が大きいため欠陥信号は確認できない。一方で明部と暗部の境界近傍に形成される照明遷移領域803では、照明入射角度が小さいために欠陥信号は強くなる。さらに照明遷移領域803からパターン暗部側へと移ると、照明入射角度が大きくなるため、欠陥信号は弱くなる。このため図3の照明入射角度304を大きく設定した場合、欠陥検出能力の弱い領域も検査領域に含まれることになる。
FIG. 8 is a schematic diagram corresponding to a case where the pitch of the light / dark pattern is increased, that is, the
一方、図9は明暗パターンのピッチを適切に定め、図3における照明入射角度304が適切に与えられた場合に相当する模式図である。なお本実施例の場合、照明入射角度304は被検査レンズ上の位置P’に対して2°となるように設定しており、像面上の暗部に対応する被検査レンズ上の点に対しては「0°<入射角度≦4°」の入射角度となるようにしている。このような構成とすることで、撮像レンズ像面305において欠陥信号が強くなる、欠陥検出能力の高い照明遷移領域803にて検査を行うことが出来る。
On the other hand, FIG. 9 is a schematic view corresponding to the case where the pitch of the light / dark pattern is appropriately determined and the
このように本実施例において投影されるパターンは、被検査レンズ103のパワー中心軸に対して軸対称であり、照明入射角度304が前述の条件を満たすように中心軸から直径方向に周期を変化させている。このような構成およびパターン形状とすることでレンズ全面における照明遷移領域の割合を最大にすることができる。
Thus, the pattern projected in the present embodiment is axially symmetric with respect to the power central axis of the
次に本実施例における検査方法について説明する。
前述の構成において、被検査レンズの欠陥検査の際は、照明遷移領域をレンズ全面に発生させるために同心状のパターン光の位相を変化させることで、照明遷移領域を被検査レンズの表面に対して走査させる。本実施例ではこの位相変化が0〜2πとなる間を3分割となるように撮像しているが、前述の照明遷移領域への照明入射角度が満足できれば何分割であってもかまわないし、連続的にパターンをスキャン走査してもかまわない。
Next, the inspection method in the present embodiment will be described.
In the above-described configuration, when inspecting the defect of the lens to be inspected, the illumination transition region is changed with respect to the surface of the lens to be inspected by changing the phase of the concentric pattern light in order to generate the illumination transition region over the entire surface of the lens. To scan. In this embodiment, imaging is performed so that the phase change is 0 to 2π so as to be divided into three. However, any number of divisions may be used as long as the illumination incident angle to the illumination transition region described above can be satisfied. Alternatively, the pattern may be scanned and scanned.
図2(a)〜図2(c)は同心状パターンを拡散板に対してステップ走査した様子を示している。まず図2(a)に示すような同心状パターンをパターン制御装置106及びパターン投影光源101を用いて拡散板へと投影する。このパターンの周期を示したものが図2(b)である。この状態の画像を撮像手段104で取得し、処理装置105に保持しておく。次にパターン制御装置106により前述の同心状パターンの位相を図2(c)に示すように変化させ、同様に画像を取得し保持する。さらにパターン制御装置は同心状パターンの位相を図2(d)に示すように変化させ、同様に画像を取得し保持する。図2に描かれた同心状パターンの場合、“明”と“明”の間の領域に対応する、被検査レンズの表面に照明遷移領域が写しだされる。その照明遷移領域は撮像手段によって、このようにして得られた一連の画像により、画像処理によって照明遷移領域のみを切り出すもしくは各画素の代表値を算出することでレンズ全面に渡る検査用画像を取得することができる。
FIGS. 2A to 2C show a state in which the concentric pattern is step-scanned with respect to the diffusion plate. First, a concentric pattern as shown in FIG. 2A is projected onto the diffusion plate using the
このように取得した画像において、レンズ上に欠陥が存在すればその欠陥により照明光が散乱されるため画像上では欠陥部が背景とは異なる画素値となるため、これを検出することで欠陥検査を行うことが可能となる。以上のように従来の欠陥検査方法と異なり、検出感度の高い照明遷移領域のみを用いて欠陥検査するため、被検査レンズなどの測定物表面に生じたキズ等の照明入射角度に依存した欠陥に対しても検出感度を維持できる。 In the image acquired in this way, if there is a defect on the lens, the illumination light is scattered by the defect, so the defective part has a pixel value different from the background on the image, so detecting this will detect the defect. Can be performed. As described above, unlike conventional defect inspection methods, defects are inspected using only the illumination transition region with high detection sensitivity, so defects that depend on the illumination incident angle such as scratches on the surface of the object to be inspected, etc. In contrast, detection sensitivity can be maintained.
上記の実施例においては、パターン投影光源101として液晶プロジェクタを示しているが、明暗のパターンが形成できればよいため特に上記構成に限定されない。このため透過・不透過部が配置されたマスク等を投影するマスク投影光源でも良く、位相シフトに応じてこれらのマスクを入れ替える構成でも良い。
In the above embodiment, a liquid crystal projector is shown as the pattern projection
以上のことから、従来の欠陥検査方法では見落としがちだったレンズ表面に生じたキズ・ワレ等を、照明遷移領域を被検査レンズの表面を走査することで、キズ・ワレに対しても検出感度の高い照明遷移領域を撮像して得られた画像に基づき欠陥検査することができる。 From the above, detection sensitivity to scratches and cracks by scanning the surface of the lens to be inspected in the illumination transition area, such as scratches and cracks that occurred on the lens surface, which was often overlooked by conventional defect inspection methods A defect inspection can be performed based on an image obtained by imaging a high illumination transition region.
さらに、撮像された被検査レンズの画像に対して、画像処理を施し照明遷移領域に対応した画像を切り出した画像データに基づき欠陥検査すれば、さらに検出感度を高めることができる。 Furthermore, detection sensitivity can be further improved by performing image processing on the captured image of the lens to be inspected and performing defect inspection based on image data obtained by cutting out an image corresponding to the illumination transition region.
(実施例2)
本発明の第二の実施例としては、図4に示すように拡散板からの透過光ではなく反射光を利用したものである。
(Example 2)
As a second embodiment of the present invention, as shown in FIG. 4, reflected light is used instead of transmitted light from a diffuser.
このような構成をとることで、透過型の拡散板で発生する吸収による照明効率低下が発生せず、照明の利用効率を向上させることができる。 By adopting such a configuration, a reduction in illumination efficiency due to absorption generated in the transmission type diffusion plate does not occur, and the use efficiency of illumination can be improved.
(実施例3)
本発明の第三の実施例として図5に示すように投影されるパターンが被検査レンズのレンズパワー中心軸に対して直交方向に一定周期の同心状のパターンを利用したものを説明する。
(Example 3)
A third embodiment of the present invention will be described in which a pattern projected as shown in FIG. 5 uses a concentric pattern having a fixed period in a direction orthogonal to the lens power central axis of the lens to be inspected.
このような一定周期の同心状パターンは、簡便な近軸光線理論を用いて算出することが可能なため多品種のレンズ検査において、パラメータ設定が容易となる。 Such a concentric pattern having a constant period can be calculated using a simple paraxial ray theory, and therefore, parameter setting is facilitated in a variety of lens inspection.
このような同心状パターンを被検査レンズとしてシリンドリカルレンズの検査に対して好適に適用できる。装置構成は実施例1と共通である。図6(a)、(b)に示すようなシリンドリカルレンズ602に対しても、そのパワー中心面601に対して対象となる同心状のパターン照明図6(c)からの拡散光を透過させる。
Such a concentric pattern can be suitably applied to inspection of a cylindrical lens as a lens to be inspected. The apparatus configuration is the same as in the first embodiment. Also for the
このような構成により、前述した円形レンズと同様にシリンドリカルレンズに対しても照明遷移領域からの強い欠陥信号を検出することが可能となる。このように、被検査レンズの形状に合わせて、同心状パターンを適切に設定し、欠陥検査するとより高感度かつ簡易なレンズ検査が実現できる。 With such a configuration, it is possible to detect a strong defect signal from the illumination transition region for the cylindrical lens as well as the circular lens described above. As described above, when a concentric pattern is appropriately set in accordance with the shape of the lens to be inspected and defect inspection is performed, a more sensitive and simple lens inspection can be realized.
円形レンズやシリンドリカルレンズなどの光学素子の自動検査工程等に好適に適用できる。 It can be suitably applied to an automatic inspection process of optical elements such as a circular lens and a cylindrical lens.
101 パターン投影光源
102 透過型拡散板
103 被検査レンズ
104 撮像手段
105 処理装置
106 パターン制御装置
107 パターン明部
108 パターン暗部
301 撮像レンズ主光線
302 撮像レンズ
303 撮像レンズ主平面
304 照明入射角度
305 撮増レンズ像面
601 シリンドリカルレンズパワー中心
602 シリンドリカルレンズ
701 ワーク
702 照明入射方向
703 欠陥
704 散乱光強度分布
705 照明入射角度
801 背景信号
802 欠陥信号
803 照明遷移領域
DESCRIPTION OF
Claims (6)
パターン光を被検査レンズに照射することにより、生じる光を撮像手段にて検出する工程と、
検出した画像に基づきレンズを検査する工程と、
を有し、
前記パターン光は同心状であり、照射されたパターン光の明部及び暗部の境界近傍に形成される照明遷移領域を走査し、前記照明遷移領域に対応する画像から、レンズを検査することを特徴とするレンズ検査方法。 In the lens inspection method,
Irradiating the lens to be inspected with light, and detecting the generated light with an imaging means;
Inspecting the lens based on the detected image;
Have
The pattern light is concentric, scans an illumination transition area formed in the vicinity of a boundary between a bright part and a dark part of the irradiated pattern light, and inspects a lens from an image corresponding to the illumination transition area. Lens inspection method.
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