JP3224859B2

JP3224859B2 - 凸レンズの表面形状検査装置

Info

Publication number: JP3224859B2
Application number: JP15667092A
Authority: JP
Inventors: 正自小林; 秀樹内田
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1992-06-16
Filing date: 1992-06-16
Publication date: 2001-11-05
Anticipated expiration: 2016-11-05
Also published as: JPH05346314A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は凸レンズの表面形状を検
査する装置に係り、特に単眼凸レンズの表面形状が適正
な形状となっているかどうかを検査する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】凸レンズの表面形状を検査する従来の方
法としては、三次元測定機を使う方法，偏光光を解析す
る方法，光の干渉を利用する方法などがある。しかし従
来の方法では、以下の様な問題点がある。

【０００３】

【発明の解決しようとする課題】即ち、三次元測定機で
検査する場合には、スタイラスペン等の接触子を測定対
象であるレンズの表面に沿って移動させる必要があり、
測定に時間がかかるという問題があった。また偏光光を
解析する方法では、レンズ内部の歪の検出は可能である
が、レンズの表面形状を測定することは困難である。ま
た光の干渉作用を利用する方法では、投射型ヘッドラン
プに用いられる投射レンズなどの表面形状の変化率が大
きいレンズには実質的に使用できなかった。

【０００４】本発明は前記従来技術の問題点に鑑みなさ
れたもので、その目的はレンズの表面形状が適正か否か
を簡単に判定することのできる凸レンズの表面形状検査
装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明に係る凸レンズの表面形状検査装置において
は、光源の前方に配置された検査対象である凸レンズ
と、前記光源の前方であって前記凸レンズの略後方焦点
位置に配置され、所定の光通過用の開口部の形成された
遮光板と、前記凸レンズの前方に配置された投映スクリ
ーンと、前記投映スクリーン上における遮光板の開口部
対応位置の光量を検出する光量検出手段と、を備えるよ
うに構成したものである。

【０００６】請求項２では、請求項１記載の凸レンズの
表面形状検査装置において、検査対象である凸レンズの
前方に、投映スクリーンに投映される配光パターンを鮮
明にするための結像用凸レンズを配置するようにしたも
のである。請求項３では、請求項１又は２記載の凸レン
ズの表面形状検査装置において、検査対象である凸レン
ズを自動車用投射レンズ等の表面湾曲度の高い単眼凸レ
ンズとし、投映スクリーンを、検査対象である凸レンズ
の焦平面形状又は検査対象である凸レンズと結像用凸レ
ンズを合成したレンズの焦平面形状に形成するようにし
たものである。

【０００７】

【作用】検査対象である凸レンズ前方の投映スクリーン
に遮光板の開口部に対応する配光パターンが拡大されて
投映され、この配光パターンの光量が光量検出手段によ
って検出される。そして検査対象である凸レンズ装着時
の光量検出手段が検出する光量を、適正な表面形状の凸
レンズモデル装着時の光量検出手段が検出した基準光量
と比較した場合に、検査対象である凸レンズの表面形状
が凸レンズモデルと同一形状であれば同一の光量とな
る。

【０００８】請求項２では、結像用凸レンズを光軸に沿
って前後させて、投映スクリーン上の投映像を鮮明にす
ることによって、遮光板開口部に対応する配光パターン
の光量を高め、光量検出手段による光量検出を容易にす
る。請求項３では、投映スクリーンが、検査対象である
凸レンズの焦平面形状又は検査対象である凸レンズと結
像用凸レンズを合成したレンズの焦平面形状に形成され
て、表面湾曲度の高い凸レンズの収差の配光パターンへ
の影響を少なくしている。

【０００９】

【実施例】次に、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１〜図３は本発明の一実施例を示すもので、図
１は投射型自動車用ヘッドランプに使用する単眼凸レン
ズの表面形状を検査する装置の全体構成を示す図、図２
は同装置の光投射ユニット内に配置されている遮光板の
正面図、図３は投映スクリーンの正面図である。

【００１０】これらの図において、同装置は、前面部に
検査対象である凸レンズ１８が装着されて、前方に所定
の配光パターンを形成する光投射ユニット１０と、光投
射ユニット１０の前方に所定距離離間して配置され、光
投射ユニット１０の投射する配光パターンが投映される
スクリーンユニット２０と、光投射ユニット１０の前方
で凸レンズ１８に接近した位置に配置され、スクリーン
ユニット２０に投映される配光パターンを鮮明にする結
像用フレネルレンズ３０と、スクリーンユニット２０の
投映スクリーン２２に投映された配光パターンの光量を
検出する光量検出手段であるフォトダイオード２４と、
から構成されている。

【００１１】光投射ユニット１０は、光源１２の装着さ
れたリフレクター１４と、このリフレクター１４の前面
開口部に固定一体化されたシェード装着レンズホルダー
１５と、このレンズホルダー１５に取着された装着脱可
能な検査対象である凸レンズ１８とから主として構成さ
れている。レンズホルダー１５内には、取着される凸レ
ンズ１８の焦点対応位置にシェード１６が設けられてい
る。リフレクター１４は楕円反射面をもち、楕円の第１
焦点位置Ｆ₁に光源１２が配置され、光源光はリフレク
ター１４で反射されて楕円の第２焦点Ｆ₂（凸レンズ１
８の焦点に一致）を通り、凸レンズ１８によってリフレ
クター１４の光軸Ｌに平行な光とされて前方に出射す
る。シェード１６は、図１に示されるように、装着され
る凸レンズ１８のレンズ中心Ｃからの距離Ｒが一定とな
る球面形状に形成されるとともに、図２に示されるよう
に、光軸Ｌ位置に対応するシェード１６の中央部に１個
及び周辺の円周方向等間隔位置に８個の、計９個の光通
過用の小孔１６ａ（１６₁〜１６ａ₉）が穿設されてい
る。またシェード１６は、スクリーンユニット２０に鮮
明な小孔１６ａに対応するスポット光が投映される様に
薄厚とされている。

【００１２】結像用フレネルレンズ３０は、光投射ユニ
ット１０の前方において、光軸Ｌに沿ってスライドで
き、スクリーンユニット２０からのフレネルレンズ３０
の位置を調節することによって投映スクリーン２２上の
投映像を鮮明にし、投映スクリーン２２上のスポット光
の光度を高めて後述するフォトダイオード２４による光
量検出を容易にする。

【００１３】スクリーンユニット２０は、ユニットケー
ス２１の前面に形成された投映スクリーン２２と、ユニ
ットケース２１内に収容され、スクリーン２２上に投映
された小孔１６ａに対応するスポット光の光量を検出す
る光量検出手段であるフォトダイオード２４とから主と
して構成されている。スクリーンユニット２０は、光投
射ユニット１０配置位置から少なくともフレネルレンズ
３０の焦点距離以上隔てた位置に配置されている。フレ
ネルレンズ３０の焦平面形状３１に倣った形状に形成さ
れた投映スクリーン２２には、図３に示されるように、
光投射ユニット１０の投射配光するシェードの小孔１６
ａに対応した像がスポット状配光パターンＰＡ₁として
投映される。スクリーン２２上の小孔１６ａに対応する
配光パターン（スポット光）ＰＡ₁位置には、導光部材
である光ファイバー２３の光入射端部２３ａがスクリー
ン２２と面一に設けられ、光ファイバー２３に入射した
光は各フォトダイオード２４に導びかれ、フォトダイオ
ード２４は光ファイバー２３に入射する光の光量に比例
した大きさの信号を出力する。各フォトダイオード２４
はＡ／Ｄ変換器２５を介してマイクロコンピュータ２６
に出力される。マイクロコンピュータ２６には、表面形
状が適正な凸レンズモデル１８Ｍを装着した時に得られ
る各スポット光の光量（以下、これを基準光量という）
に対し各フォトダイオード２４が出力する基準出力値Ｖ
₀が予め入力設定されており、検査対象である凸レンズ
１８装着時のフォトダイオード２４の出力値Ｖをこの基
準出力値Ｖ₀と比較し、所定の許容値以内か否かを判定
する。

【００１４】検査対象である凸レンズ１８の表面形状が
凸レンズモデル１８Ｍの表面形状と同一であれば、各小
孔１６ａ通過光のつくるスポット光（配光パターンの小
孔１６ａに対応する部位）の光量（凸レンズ１８装着時
の光量と凸レンズモデル１８Ｍ装着時の光量）はそれぞ
れ同一であり、各フォトダイオード２４の出力もそれぞ
れ同一（Ｖ＝Ｖ₀）となる。一方、各小孔１６ａ位置に
対応するレンズ１８の表面形状（曲率）が凸レンズモデ
ル１８Ｍと異なる場合には、小孔１６ａに対応するスポ
ット光（配光パターンの小孔１６ａに対応する部位）の
光量にも差が生じ、各フォトダイオード２４における出
力にも差が生じる（Ｖ≠Ｖ₀）。この様に、凸レンズ１
８を装着した時のフォトダイオード２４の出力値Ｖが基
準出力値Ｖ₀の許容範囲内にあれば、適正形状であると
判定し、表示器２７にこれを表示する。表示器２７には
小孔１６ａ（１６ａ₁〜１６ａ₉）に対応するランプ２７
ａ（２７ａ₁〜２７ａ₉）が設けられ、適正であれば青色
に点灯し、不適正な場合はその不適正な小孔に対応する
ランプ２７ａが赤色に点灯する。

【００１５】次に本装置を使って実際に凸レンズの形状
を検査する方法について説明する。まず検査しようとす
る凸レンズについての適正な表面形状をもつ凸レンズモ
デル１８Ｍをレンズホルダー１５に装着して光投射ユニ
ット１０を点灯し、スクリーン２２上にシェード１６の
小孔１６ａ（１６ａ₁〜１６ａ₉）に対応する配光パター
ン（スポット光）を投映する。そしてこのときの各フォ
トダイオード２４の出力を基準出力値Ｖ₀としてマイク
ロコンピュータ２６に記憶させておく。次に凸レンズモ
デル１８Ｍを取り外し、検査対象である凸レンズ１８を
装着し、スクリーン２２上にシェード１６の小孔１６ａ
（１６ａ₁〜１６ａ₉）に対応する配光パターン（スポッ
ト光）を投映する。マイクロコンピュータ２６は各フォ
トダイオード２４の出力値Ｖを基準出力値Ｖ₀と比較
し、許容範囲の値か否かに基づいて凸レンズ１８の表面
形状が適正か否かを判定し、これを表示器２７に表示す
る。これにより凸レンズ１８の表面形状が適正か否か、
さらに不適正な場合には、どの部位が不適正な形状であ
るかがわかる。更に表面形状が適正と判定された凸レン
ズ１８を所定角度、例えば１５〜２０度回動させた状態
とし、同様の検査を行うことにより、隣接する小孔１６
ａ，１６ａ間部位の表面形状の適否検査もできる。

【００１６】図４〜図７は本発明の他の実施例を示すも
ので、図４は凸レンズの表面形状検査装置の全体構成を
示す図、図５は配光スクリーン上の光量検出点を示す
図、図６は光ファイバーとフォトダイオード間の光路の
詳細を説明する図、図７は凸レンズの色収差を説明する
図である。これらの図において、シェード４０は光軸Ｌ
の上半分の領域が開口された形状で、スクリーンユニッ
ト２０の投映スクリーン２２には水平位置Ｈに沿った水
平なクリアカットラインをもつシェード開口部に対応す
る配光パターンＰＡ₂が形成される。投映スクリーン２
２には、図５に示されるように、水平位置Ｈを挾んで上
下に隣接し、水平位置Ｈに沿って等間隔に光ファイバー
２３の光入射端部２３ａが配置されている。さらに光軸
Ｌに対応する位置及び周方向等分８箇所位置にも光ファ
イバーの光入射端部２３ａが配置されている。

【００１７】また光ファイバー２３の光出射端部２３ｂ
の前方には、図６に示されるように、光を赤色光と青色
光の２つに分離するビームスプリッタ４４が配置されて
おり、ビームスプリッタ４４で分離された光は補色フィ
ルター４６，４７を介してそれぞれフォトダイオード２
４，２４に導かれる。補色フィルター４６はビームスプ
リッタ４４で分離された赤色側の光の中からさらに所定
の赤色の波長域の光のみを選択減光する作用がある。ま
た補色フィルター４７はビームスプリッタ４４で分離さ
れた青色側の光の中からさらに所定の青色の波長域の光
のみを選択減光する作用がある。なお符号４３，４５は
コリメータレンズである。各フォトダイオード２４はＡ
／Ｄ変換器２５を介してマイクロコンピュータ２６に接
続されており、マイクロコンピュータ２６には適正な表
面形状をもつ凸レンズモデル１８Ｍを装着した時に得ら
れる各光量検出点における赤色光と青色光の光量即ち、
各フォトダイオード２４，２４の基準出力Ｖｒ₀，Ｖｂ₀
が予め入力設定されており、マイクロコンピュータ２６
は検査対象である凸レンズ１８を装着した時の各フォト
ダイオード２４，２４の出力Ｖｒ，Ｖｂをこの基準出力
Ｖｒ₀，Ｖｂ₀と比較し、所定の許容範囲か否かを判別す
る。

【００１８】即ち凸レンズでは、図６に示されるよう
に、光の屈折率が光の波長の大きさに比例するため、光
軸Ｌに近い方からレンズ周辺に向かって青色光から赤色
光に分かれるといういわゆる色収差の作用がある。そし
て比較する２つの凸レンズの表面形状が同一形状であれ
ば、投映スクリーン２２上の各光量検出点における色合
は略同一の色合となり、各フォトダイオード２４，２４
の出力（２つの凸レンズについての赤色光の出力Ｖｒと
青色光の出力Ｖｂ）がそれぞれ同一となる。一方、２つ
の凸レンズの表面形状（曲率）が異なる場合には、各光
量検出点における色合が同一とならず、各フォトダイオ
ード２４，２４の出力Ｖｒ，Ｖｂにもそれぞれ差が生じ
る。

【００１９】さらに前記第１の実施例と同様、凸レンズ
１８を周方向に僅かに回動して、再びフォトダイオード
２４，２４の出力Ｖｒ，Ｖｂを基準出力Ｖｒ₀，Ｖｂ
₀（Ｖｒ ₀は赤色光の光量に対する基準出力，Ｖｂ₀は青
色光の光量に対する基準出力）と比較することにより、
表面形状の適否をさらに高精度に判定することができ
る。その他は前記第１の実施例と同一であり、同一の符
号を付すことによりその説明は省略する。この様に赤色
と青色の光量を分離して検出することによっても、凸レ
ンズの表面形状の適否を判定できる。

【００２０】なお前記した実施例では、投射型自動車用
ヘッドランプに使用する表面湾曲率の大きい単眼凸レン
ズ１８の表面形状を検査する場合について説明している
が、映写機等に使用する両面凸なる凸レンズについても
適用できる。また前記実施例では、光投射ユニット１０
の前方に結像用凸レンズ（フレネルレンズ）３０を設け
た構造となっているが、検査対象である凸レンズ１８が
前方焦点をもつレンズの場合には、あえてこの結像用凸
レンズ３０は必要ない。

【００２１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係る凸レンズの表面形状検査装置によれば、検査対象
である凸レンズ前方の投映スクリーンに遮光板の開口部
に対応する配光パターンを拡大して投映し、この配光パ
ターンの光量を光量検出手段によって検出することによ
って、誰でも簡単かつ正確に凸レンズの表面形状の適否
を検査できる。

【００２２】請求項２では、結像用凸レンズを光軸に沿
って前後させて、配光スクリーン上の投映像を鮮明にす
ることによって、光量検出手段による光量検出を容易に
できるので、検査作業も非常に容易である。請求項３で
は、投映スクリーンが、検査対象である凸レンズの焦平
面形状又は検査対象である凸レンズと結像用凸レンズの
合成レンズの焦平面形状に形成されているので、表面湾
曲度の高い凸レンズの投映スクリーン上の配光パターン
への収差の影響が少なくなって、正確な検査が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である凸レンズの表面形状検
査装置の全体構成図

【図２】同装置の一構成部品である光投射ユニット内に
配置されている遮光板の正面図

【図３】投映スクリーンの正面図

【図４】本発明の他の実施例である凸レンズの表面形状
検査装置の全体構成図

【図５】投映スクリーン上の光量検出点を示す図

【図６】光ファイバーとフォトダイオード間の光路の詳
細を説明する図

【図７】凸レンズの色収差を説明する図

【符号の説明】

１０光投射ユニット１２光源１４リフレクター１６遮光板（シェード）１６ａ（１６ａ₁〜１６ａ₉）遮光板（シェード）に形
成された開口部である小孔１８検査対象である凸レンズ１８Ｍ表面形状が適正な凸レンズモデル２０スクリーンユニット２２投映スクリーン２３導光部材である光ファイバー２３ａ光入射端部２４光量検出手段であるフォトダイオード２６マイクロコンピュータ２７表示器３０結像用凸レンズであるフレネルレンズ３１フレネルレンズの焦平面Ｌ光軸

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30 G01J 1/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光源の前方に配置された検査対象である
凸レンズと、前記光源の前方であって前記凸レンズの略
後方焦点位置に配置され、所定の光通過過用の開口部の
形成された遮光板と、前記凸レンズの前方に配置された
投映スクリーンと、前記投映スクリーン上における遮光
板の開口部対応位置の光量を検出する光量検出手段と、
を備えたことを特徴とする凸レンズの表面形状検査装
置。
【請求項２】前記検査対象である凸レンズの前方に
は、投映スクリーンに投映される配光パターンを鮮明に
するための結像用凸レンズが配置されたことを特徴とす
る請求項１記載の凸レンズの表面形状検査装置。
【請求項３】前記検査対象である凸レンズは自動車用
投射レンズ等の表面湾曲度の高い単眼凸レンズで、凸面
側を前方にして配置されるとともに、前記投映スクリー
ンは、検査対象である凸レンズの焦平面形状又は検査対
象である凸レンズと結像用凸レンズを合成したレンズの
焦平面形状に形成されたことを特徴とする請求項１又は
２記載の凸レンズの表面形状検査装置。