JP3149338B2 - 光学部材検査方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、画像処理技術を用い
て透明な光学部材を検査する方法に関し、特に撮影画像
から部品領域を分離する方法に関する。

【０００２】

【従来技術】この種の画像処理技術を用いた検査装置で
は、テレビカメラにより撮影された原画像から被検物の
領域の画像を分離し、分離された画像に基づいて被検物
が検査される。従来の検査装置では、原画像からの部品
領域の分離が失敗したことをもって被検物が存在しない
こと、すなわち被検物の欠損を認識している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しなしながら、上記の
従来の検査装置における欠損認識では、欠損の場合にも
一連の分離処理が実行されるため、欠損認識にかかる時
間が長いという問題がある。この問題は、特に被検物の
形状が複雑で分離処理に時間がかかる場合に顕著とな
る。

【０００４】

【発明の目的】この発明は、上記の従来技術の課題に鑑
みてなされたものであり、画像処理技術を用いた検査装
置において、被検物の欠損を迅速に認識することがで
き、迅速な検査が可能な光学部材検査方法を提供するこ
とを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明にかかる光学部
材検査方法は、前提として、光源からの光束を被検物の
形状に合わせて設定された拡散透過率が低い中心領域
と、その周囲に設定された拡散透過率が高い周辺領域と
を有する拡散手段により拡散させて被検物に入射させ、
被検物を透過した光束が達する位置に設けられた撮影手
段により被検物を撮影して被検物の欠陥を検査する方法
に適用される。

【０００６】この発明の特徴は、上記の検査方法におい
て、入力された被検物の画像を２値化し、その投影分布
に基づいて部品領域を予備分離すると共に、予備分離が
成功した場合にのみ検査対象領域を本分離して被検物の
良否を判定し、予備分離が失敗した場合には部品の欠損
と判断して本分離と良否判定との処理を実行せずにスキ
ップするようにしたことにある。

【０００７】拡散手段の拡散透過率の分布を上記のよう
に設定することにより、被検物が存在する場合には部品
領域の像は主として低輝度の中心領域からの光束により
形成され、背景領域の像は主として高輝度の周辺領域か
らの光束により形成され、部品領域と背景領域とを輝度
の異なる領域として明確に区別することができる。一
方、部品の欠損により被検物が配置されない状態では、
撮影画像内の輝度分布はほぼ一様となる。

【０００８】したがって、輝度差があって部品領域を背
景領域から予備分離できた場合には被検物が存在するも
のと判断でき、逆に予備分離ができなかった場合には被
検物が存在しないものと判断することができる。

【０００９】部品領域は、Ｘ軸、Ｙ軸方向の直交する２
方向の投影分布に基づいて分離することにより、矩形に
切り出される。本分離では、予備分離された部品領域の
画像から検査対象領域が抽出され、抽出された領域の２
値画像に基づいて被検物の良否が判断される。

【００１０】

【実施例】以下、この発明にかかる光学部材検査方法の
実施例を説明する。実施例の方法は、プラスチック製の
光学部材を検査対象とする。まず、図１にしたがってこ
の発明にかかる光学部材検査方法が適用される検査装置
の原理について説明する。

【００１１】装置の光学系は、光源１０と、この光源１
０から発した光束を拡散させる第１、第２の拡散板２
１，２２から構成される拡散手段２０と、拡散手段２０
を透過して被検物である正レンズ１を透過した光束、お
よび被検レンズ１の周囲を通過した光束を取り込んで撮
影する撮影手段としてのＣＣＤカメラ３０とを備える。

【００１２】光源１０および被検レンズ１は、ＣＣＤカ
メラ３０の光軸上に配置されている。ＣＣＤカメラ３０
は、撮影レンズ３１とＣＣＤセンサ３２とから構成さ
れ、被検レンズ１の厚さ方向の中心付近をピント面Ｐと
するよう調整されている。すなわち、ピント面ＰとＣＣ
Ｄセンサ３２の受像面とは撮影レンズ３１を介して光学
的に共役であり、ピント面Ｐ上の被検レンズ１の像は、
ＣＣＤセンサ上の符号Ｏで示す範囲に形成される。

【００１３】なお、ＣＣＤカメラ３０に取り込まれる光
量を確保するために、拡散手段２０とＣＣＤカメラ３０
との間には、拡散する光束を集光させるコンデンサレン
ズを設けることが望ましい。この例では、被検物として
配置された正レンズ１がコンデンサレンズとしての機能
を果たしている。

【００１４】ＣＣＤカメラ３０の画像出力は、被検レン
ズの欠陥を判定する判定手段を備える画像処理装置４０
において処理され、測定された被検レンズ１の情報が表
示手段であるモニタディスプレイ５０に表示される。

【００１５】第１、第２の拡散板２１，２２は、共に被
検レンズ１の平面形状とほぼ相似形状であり、第２の拡
散板２２の方が第１の拡散板２１より面積が小さい。こ
れらの拡散板２１，２２は、光軸がそれぞれの中心を通
るように、光軸に対して垂直に設けられている。また、
これらの拡散板は、同一、あるいは互いに異なる拡散透
過率を有しており、したがって拡散手段２０を全体とし
て考えると、第１、第２の拡散板が重なる中心領域は拡
散透過率が低く、重ならない周辺領域は拡散透過率が相
対的に高くなる。

【００１６】第２の拡散板２２のサイズは、第２の拡散
板２２から垂直に射出する光の範囲が被検レンズ１にほ
ぼ一致するよう定められている。これにより、中心領域
からの垂直射出成分は全て被検レンズ１に入射し、第１
の拡散板２１を垂直に透過して第２の拡散板２２を通ら
ない成分、すなわち周辺領域からの垂直射出成分は被検
レンズ１に入射しない。また、第１拡散板２１の平面形
状を被検物の形状と相似に形成するのは、周辺領域から
の斜射出成分を被検物にあらゆる方向から均一に入射さ
せるためである。

【００１７】図２は、被検レンズと拡散板２１，２２と
の平面形状の例を示す。図２(A-1)に示されるように被
検レンズが平面形状が矩形であるファインダー用レンズ
１ａである場合には、第１、第２の拡散板２１ａ，２２
ａの平面形状は図２(A-2)に示す通りの矩形とすること
が望ましい。また、図２(B-1)に示されるように被検レ
ンズが一般的な円形レンズ１ｂである場合には、各拡散
板２１ｂ，２２ｂの平面形状は図２(B-2)に示される通
りの円形とすることが望ましい。

【００１８】なお、実施例の検査装置は、多数個取り金
型により成形されたプラスチックレンズをランナから切
り放さずに検査する構成であるため、被検レンズには図
２に示されるようにゲートＧを介してランナＲが連結し
ている。

【００１９】撮影された画像には、図３に示されるよう
に、第２の拡散板２２を透過せずに達する周辺領域の輝
度の高い成分により主として形成される高輝度の背景領
域Ｂと、２つの拡散板を透過した中心領域の輝度の低い
成分により主として形成される被検レンズの像(部品領
域)Ｓとが含まれる。

【００２０】第２の拡散板２２の形状を被検レンズ１の
平面形状とを相似形とすることにより、上記のように画
像内で被検レンズが配置された部品領域と背景領域とを
明瞭に区分することができ、後述の画像処理における対
象領域の分離処理がきわめて容易となる。

【００２１】ここで、被検レンズ１の表面または内部に
光を吸収する欠陥、例えば光学部材中に含まれる黒いゴ
ミが存在すると、レンズ像を形成する中心領域からの透
過光の一部が吸収されてＣＣＤセンサ３２に光が達しな
いため、図４に示されるように中間輝度の部品領域Ｓ内
に部品領域より輝度が低い欠陥像ＤLが発生する。

【００２２】また、被検レンズ１の表面に光を散乱させ
る欠陥、例えば光学部材の表面に白いゴミやキズが存在
すると、この欠陥により光が散乱し、欠陥がなければＣ
ＣＤセンサ３２上のレンズ像の範囲Ｏに達しない周辺領
域からの高輝度の斜射出成分の一部がレンズ像の範囲Ｏ
に達し、図５に示されるように中間輝度の部品領域Ｓ内
に部品領域より輝度が高い欠陥像ＤHが発生する。

【００２３】例えば、あるＸ軸方向の走査線上に吸収性
の欠陥に基づく低輝度像ＤLと散乱性の欠陥に基づく高
輝度像ＤHとが存在する場合、この走査線に沿った画素
列の出力は図６(A)に示すとおりとなる。画像処理装置
４０は、２つの閾値ＳＨ1，ＳＨ2を用いて２値化するこ
とにより、図６(B)(C)に示されるように性状の異なる２
種類の欠陥をそれぞれ独立して抽出することができる。

【００２４】レンズの検査をする場合、欠陥の性状、大
きさ、発生位置により良品、不良品を判別する際の判定
基準が相違するため、性状の判定は必要である。実施例
のように一回の検査で欠陥の性状が判断できれば、欠陥
を検出した後にさらにその性状を特性するために検査す
るより検査の手順を簡略化することができる。

【００２５】なお、被検レンズがセットされていない場
合には、ＣＣＤセンサ３２上での光量分布に規則性は生
じず、巨視的に見るとほぼ一様な光量分布が得られる。

【００２６】続いて、上記の装置を利用した検査の手順
を図７、および図８に示したフローチャートにしたがっ
て説明する。検査前の準備として、検査対象となる光学
部材に応じた部品に関する情報をデータテーブルとして
ロードする。また、情報にしたがって部品形状に適した
拡散板を選択すると共に、撮影倍率を設定する。

【００２７】検査全体の流れは図７のフローチャートに
示される。ＣＣＤカメラから画像を入力し(ステップA-
1)、輝度の分布に基づいて被検レンズの像に対応する部
品領域を分離する(ステップA-2、サブルーチンは図
８)。

【００２８】部品領域の分離処理中に部品が所定の検査
位置になく欠損していると判断された場合には、部品領
域分離処理中で欠損フラグがセットされ、検査ループで
はこの欠損フラグがセットされているか否かにより検査
を続行するか否かを選択する(ステップA-3)。

【００２９】部品が所定の検査位置に存在している場合
には、実際の検査処理が実行される。まず、本分離され
た検査対象領域の画像は、動的２値化処理により２値化
され(ステップA-4)、この２値画像から欠陥等の特徴量
が抽出される(ステップA-5)。画像処理装置４０は、抽
出された結果に基づいて被検レンズの良否を判定(ステ
ップA-6)すると共に、判定結果をモニタディスプレイ５
０に表示する(ステップA-7)。

【００３０】欠損フラグがセットされている場合には、
ステップA-4〜A-7の処理がスキップされる。ステップA-
8では、検査対象となる部品があるか否かを判断し、部
品があれば部品を交換して(ステップA-9)ステップA-1か
らの処理を繰り返し、部品がなければ検査を終了する。

【００３１】続いて、上記検査フロー中に含まれる領域
分離処理のサブルーチンを図８に基づいて説明する。領
域分離処理は、入力された原画像を２値化して部品領域
を予備分離すると共に、予備分離が成功した場合に部品
領域から検査対象領域を本分離する処理である。入力デ
ータは、原画像、ｘ，ｙ各軸の走査の閾値、背景と部品
領域とを分離するための閾値、部品サイズ、有効径設定
値、判定エリア設定値である。

【００３２】図９に示されるように、まず、原画像を高
輝度の背景領域と中間輝度の部品領域との間の閾値を用
いて２値化する(ステップB-1)。

【００３３】続いて、２値化画像を互いに直交するｘ軸
方向とｙ軸方向とに順に走査して、各軸の投影分布を求
め、これに基づいて部品外形の境界点を検出すると共
に、検査によって外形が検出されたか否かを判断する
(ステップB-2〜B-7)。

【００３４】投影分布は、同一のｙまたはｘ座標を持つ
画素の明るさの総和である。実施例の装置の場合、被検
レンズがセットされていれば、図９(A)に示されるよう
に高輝度の背景領域Ｂの中にハッチングで示した中輝度
の部品領域Ｓが１つ含まれる画像が得られるため、それ
ぞれ方向における２値化画像の投影分布は図９(B)(C)に
示されるようになり、分布の境界位置を検出することに
より、部品領域を図中破線で示すような矩形に切り出す
ことができる。

【００３５】これに対して、被検レンズがセットされて
いない場合には、撮影画像およびその投影分布は図１０
(A)(B)(C)に示されるようにほぼ一様となるため、分布
の境界位置を検出することができない。したがって、境
界位置が求められたか否かを判断することにより、部品
がセットされているのか、欠損によりセットされていな
いのかを判断することができる。

【００３６】以上のステップB-1〜B-7の処理が、部品領
域の予備分離であり、これによりいずれか一方の検査で
境界点が検出されない場合には、欠損フラグをセットし
て検査ループに戻り(ステップB-8)、ｘ，ｙ軸の境界点
が共に検出された場合には、次の段階の本分離処理に入
る。

【００３７】本分離処理では、予備分離で得られた各境
界点のデータとあらかじめ入力された被検レンズの形状
のデータとに基づき、予備分離された矩形領域から部品
形状に合致した実際の検査対象となる領域を分離する。
予備分離の段階で既に処理対象領域がほぼ部品領域のみ
を含む狭い領域に絞られているため、本分離を高速、高
精度で実行することが可能となる。

【００３８】この本分離処理では、最初にステップＢ−
９ａで予備分離で得られた境界内の矩形領域のみを対象
として部品形状を本分離し、続けて実効部品外径、重心
を求めると共に、予め入力されていた部品サイズ、基準
有効径、基準判定エリーアに基づいて倍率、実効有効
径、実効判定エリアを求める（ステップＢ−９ｂ−Ｂ−
１３）。

【００３９】上記のように、実施例の部品領域分離処理
では、処理の負荷が本分離より低い予備分離の段階で部
品の欠損を判別することができるため、部品領域分離を
全て実行した後に欠損を判断する場合と比較して、欠損
を迅速に判定することができ、多数の被検レンズを検査
する場合の検査スピードを向上させることができる。

【００４０】なお、請求項１の被検物の画像を入力する
第１のステップは図７のステップA-1、入力画像を２値
化して部品領域を予備分離する第２のステップは図８の
ステップB-1〜B-3、B-5,B-6、部品領域の予備分離が成
功したか失敗したかを判定する第３のステップは図８の
ステップB-4,B-7、予備分離された部品領域から検査対
象領域を本分離する第４のステップは図８のステップB-
12,B-13、本分離された検査対象領域の画像を２値化し
て被検物の良否を判定する第５のステップは図７のステ
ップA-4〜A-6に、それぞれ該当する。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、部品領域の分離を処理負荷が軽く精度が低い予備分
離と、処理負荷が重く精度が高い本分離との２段階にす
ると共に、部品の欠損を予備分離の段階で判断すること
により、部品が欠損している場合の判定が迅速になり、
検査の流れをスピードアップすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施例にかかる光学部材検査方法
を適用する装置を示す光学系の概略と処理系のブロック
とを含む説明図である。

【図２】 図１の装置における被検物の形状と拡散手段
の形状とを対比して示す説明図である。

【図３】 図１の装置により撮影される被検レンズに欠
陥がない場合の画像を示す説明図である。

【図４】 図１の装置により撮影される被検レンズに吸
収性の欠陥がある場合の画像を示す説明図である。

【図５】 図１の装置により撮影される被検レンズに散
乱性の欠陥がある場合の画像を示す説明図である。

【図６】 図１の装置により撮影された画像の１走査線
上の輝度分布の例を示し、(A)が原画像の信号、(B)が低
輝度成分を２値化した信号、(C)が高輝度成分を２値化
した信号である。

【図７】 実施例の検査方法を示すフローチャートであ
る。

【図８】 検査フロー中の領域分離のサブルーチンを示
すフローチャートである。

【図９】 被検レンズがセットされた状態での画像とそ
の投影分布とを示す説明図である。

【図１０】 被検レンズがセットされない状態での画像
とその投影分布とを示す説明図である。

【符号の説明】

１ 被検レンズ １０ 光源 ２０ 拡散手段 ２１ 第１拡散板 ２２ 第２拡散板 ３０ ＣＣＤカメラ ３１ 撮影レンズ ３２ ＣＣＤセンサ ４０ 画像処理装置 ５０ モニタディスプレイ

フロントページの続き (72)発明者 木田 敦 東京都板橋区前野町２丁目36番９号 旭 光学工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平８−334470（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 21/84 - 21/958 G01M 11/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源からの光束を被検物の形状に合わせて
   設定された拡散透過率が低い中心領域と、その周囲に設
   定された拡散透過率が高い周辺領域とを有する拡散手段
   により拡散させて被検物に入射させ、該被検物を透過し
   た光束が達する位置に設けられた撮影手段により前記被
   検物を撮影して被検物の欠陥を検査する光学部材検査方
   法であって、 前記被検物の画像を入力する第１のステップと、 入力画像を２値化してその投影分布に基づいて部品領域
   を予備分離する第２のステップと、 部品領域の予備分離が成功したか失敗したかを判定する
   第３のステップと、 予備分離された部品領域から検査対象領域を本分離する
   第４のステップと、 本分離された検査対象領域の画像を２値化して前記被検
   物の良否を判定する第５のステップとを有し、 前記第４、第５のステップは、前記第３のステップにお
   いて予備分離が成功したと判定された際にのみ実行され
   ることを特徴とする光学部材検査方法。
2. 【請求項２】前記第２のステップは、Ｘ軸方向とＹ軸方
   向との直交する２方向についての投影分布に基づいて前
   記部品領域を矩形に予備分離することを特徴とする請求
   項１に記載の光学部材検査方法。
3. 【請求項３】前記第４のステップは、本分離された検査
   対象領域の画像を該領域のベース輝度より低い第１の閾
   値を用いて２値化するステップと、前記ベース輝度より
   高い第２の閾値を用いて２値化するステップと、前記２
   つの２値化ステップで得られた信号をそれぞれ性状の異
   なる欠陥として前記被検物の良否を判定することを特徴
   とする請求項１に記載の光学部材検査方法。