JP4608399B2 - 照明用光学素子の検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば顕微鏡などで使用される照明用光学素子の検査装置に関するものである。

近年、顕微鏡などの種々の光学機器が利用されており、これら光学機器の中には、例えば、光源部から発せられた光をファイバ束によって案内して、対象物に照射するようになっているものがある。
ここで、対象物に照射する照明光としては、なるべく明暗差の少ない均一な光が求められる。しかし、ファイバ束によって光を案内するような構成にすると、照明光に明暗差が生じてしまう。すなわち、ファイバ束による照明光において、ファイバにより案内された光が明部を形成するとともに、ファイバ束に内蔵されるファイバ同士の間の隙間や、ファイバの折れによる光の損失などにより、暗部が生じてしまうので、ファイバ束の出射端側では、照明光に明暗差が生じてしまう。そこで、これら明暗をぼかして、全体として均一な光を得るために、照明用光学素子を設けて、ファイバ束に案内された光を拡散照射するのが一般的である。

したがって、均一な照明光を得るためには、特に拡散性などの光学特性の優れた照明用光学素子が必要となるため、それら照明用光学素子を機器に組み込む前に、検査装置によって、その光学特性をあらかじめ検査しておく必要がある。
その検査装置は、光源部から発せられた検査用の光を、ファイバ束によって案内して、検査対象である照明用光学素子を介して、投影板に投影させるようになっているのが一般的である。そして、その投影板に投影された投影像を目視検査していた。

また、赤外線モジュールの特性の測定方法として、以下のものが周知となっている（例えば、特許文献１参照。）。すなわち、その測定方法は、赤外線発光素子からの赤外線を、レンズを介してスクリーンに投影して、その投影像を撮像手段によって撮像し、画像処理などの演算によって通常の配光特性を求めるものである。
特開２００２−５７８５号公報

しかしながら、上記のように目視による検査では、検査者によって誤判定やばらつきが生じてしまう。
また、特許文献１に記載の方法では、赤外線発光素子やレンズの通常の配光特性を測定することはできるものの、ファイバ束からの光を均一にするような拡散性などの検査を行うことはできない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、照明用光学素子の光学特性を迅速かつ高精度に検査することができる照明用光学素子の検査装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明に係る照明用光学素子の検査装置は、照明光を照射するため拡散性の光学特性を有する照明用光学素子の検査装置であって、光を発する光源部と、複数の光ファイバが束ねられたファイバ束に前記光源部から発せられた光を案内し、前記光ファイバにより案内される光による明部と、前記光ファイバ同士の間の隙間により形成される暗部と、により、明暗差がある光を形成し、前記照明用光学素子に照射する光ガイド部と、前記光ガイド部から照射された前記明暗差がある光のうち、前記照明用光学素子を透過した光が投影される投影部と、この投影部に投影された光を撮像する撮像手段と、この撮像手段により得られた投影像から映像信号を生成する映像信号生成手段と、を備え、前記映像信号生成手段によって生成された映像信号に基づいて前記投影像の明部と暗部との周波数を解析する周波数解析手段、または、前記映像信号生成手段によって生成された映像信号に基づいて前記投影像の明部と暗部とのテクスチャを解析するテクスチャ解析手段の少なくともいずれか一方を備えることを特徴とする

この発明に係る照明用光学素子の検査装置においては、光源部を駆動すると、光源部から光が発せられ、この光が、光ガイド部のファイバ束に案内されて、ファイバ束から照明用光学素子に照射される。その光は、ファイバにより案内される光による明部と、ファイバ同士の間の隙間により形成される暗部とにより、明暗差がある光であり、これら照射された光は、照明用光学素子を透過して投影部に投影される。そして、その投影された光が、撮像手段によって撮像され、これによって得られた投影像から、映像信号生成手段によって映像信号が生成される。さらに、この映像信号に基づいて、投影像の明部と暗部との周波数が、周波数解析手段によって解析され、または、投影像の明部と暗部とのテクスチャが、テクスチャ解析手段によって解析される。
これにより、照明用光学素子の拡散性などの光学特性を容易に求めることができる。

また、本発明に係る照明用光学素子の検査装置は、前記周波数解析手段が、前記映像信号生成手段によって生成された映像信号をＦＦＴ演算するＦＦＴ演算部と、このＦＦＴ演算部による演算結果とあらかじめ設定された基準値とを比較して、前記照明用光学素子の合否の判定を行うＦＦＴ用判定部と、を備えることを特徴とする。

この発明に係る照明用光学素子の検査装置においては、ＦＦＴ演算部によって、映像信号がＦＦＴ演算され、ＦＦＴ用判定部によって、その演算結果とあらかじめ設定された基準値とが比較されて合否の判定が行われる。
これにより、迅速かつ確実に検査を行うことができる。

また、本発明に係る照明用光学素子の検査装置は、前記テクスチャ解析手段が、前記映像信号生成手段によって生成された映像信号に基づいて、前記投影像の明部と暗部とのテクスチャを算出するテクスチャ演算部と、このテクスチャ演算部による演算結果とあらかじめ設定された基準値とを比較して、前記照明用光学素子の合否の判定を行うテクスチャ用判定部と、を備えることを特徴とする。

この発明に係る照明用光学素子の検査装置においては、テクスチャ演算部によって、投影像の明部と暗部とのテクスチャが演算され、テクスチャ用判定部によって、その演算結果とあらかじめ設定された基準値とが比較されて合否の判定が行われる。
これにより、迅速かつ確実に検査を行うことができる。

また、本発明に係る照明用光学素子の検査装置は、前記映像信号生成手段によって生成された映像信号に基づいて、前記投影像の明部と暗部との光量を測定する光量測定手段を備えることを特徴とする。

この発明に係る照明用光学素子の検査装置においては、光量測定手段によって、映像信号に基づいて、投影像の明部と暗部との光量が測定される。
これにより、照明用光学素子の光学特性を多角的に検査することができる。

本発明によれば、照明用光学素子の拡散性などの光学特性を容易に求めることができることから、照明用光学素子の光学特性を迅速かつ高精度に検査することができる。

（実施形態１）
以下、本発明の第１の実施形態における照明用光学素子の検査装置について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態としての検査装置１を示したものである。
この検査装置１は、検査対象としてのワーク（照明用光学素子）Ｗを保持する保持部（保持手段）２と、ワークＷに光を照射するための光源装置３とを備えている。

ワークＷは、例えば顕微鏡などの光学機器に、照明用光学素子として組み込まれるものである。
光源装置３には、検査用の光を発する電球（光源部）６が設けられている。
保持部２には、ワークＷが設置される凹部８と、この凹部８と繋がる開口部１１とが形成されている。
これら光源装置３と保持部２と間には、複数の光ファイバ（光ガイドケーブル）を有し、これら複数の光ファイバが束ねられたファイバ束（光ガイド部）７が設けられている。すなわち、ファイバ束７の一端は、光源装置３に取り付けられ、他端は、保持部２の開口部１１に嵌合された状態で、固定具１２によって固定されている。
このような構成のもと、保持部２にワークＷを設置した状態で、光源装置３を駆動すると、電球６からの光がファイバ束７に案内されて、ワークＷに照射されるようになっている。

保持部２の前方、すなわちファイバ束７から照射された光の進行方向には、保持部２と所定の間隔を空けて投影板（投影部）１３が設けられている。投影板１３は、半透明な部材、例えば、磨りガラスなどからなっている。投影板１３の投影面１３ａは保持部２と対向している。投影板１３の背面１３ｂ側には、投影板１３と所定の間隔を空けて撮像装置（撮像手段）１６が設けられている。撮像装置１６は、投影板１３の背面１３ｂに対向して配された撮像レンズ１７と、投影板１３に投影された光を撮像する撮像素子１８とを備えている。
撮像レンズ１７は、投影板１３を透過した透過光を撮像素子１８に結像させるためのものである。撮像素子１８は、結像した透過光を電気信号に変換するようになっている。

また、検査装置１は、各種演算・解析を行う検査用ＰＣ（パーソナルコンピュータ）２１を備えている。
検査用ＰＣ２１は、図２に示すように、撮像装置１６から出力された電気信号が入力される映像信号生成部（映像信号生成手段）２２を備えている。映像信号生成部２２からの出力は、画像メモリ部２３に入力されるようになっている。また、検査用ＰＣ２１は、各種画像解析を行う画像解析部（ＦＦＴ（高速フーリエ変換）による周波数解析手段、テクスチャ解析手段、及び光量測定手段）２６を備えている。画像解析部２６は、各種演算を行う演算部（ＦＦＴ演算部、テクスチャ演算部、及び光量演算部）２７と、演算部２７の演算結果に応じて各種制御を行う制御部（ＦＦＴ用判定部、テクスチャ用判定部、及び光量用判定部）２８とを備えている。本実施形態における演算部２７は、画像メモリ部２３に記憶されたデータに基づいて、ＦＦＴ演算やテクスチャを算出するための演算、及び光量を算出するための演算を行うようになっている。
また、検査用ＰＣ２１は、画像解析部２６の解析結果を表示する表示部３１を備えている。
なお、保持部２、投影板１３及び撮像装置１６は、ワークＷに応じて位置調整可能になっている。

次に、このように構成された本実施形態における検査装置１の作用について説明する。
まず、検査用ＰＣ２１に必要な情報を入力する。すなわち、ワークＷの特性に応じて、画像マスク、光量測定、ＦＦＴ解析またはテクスチャ解析などを行うか否かなどを、あらかじめ設定・入力する。
画像マスクは、後述する中心位置座標を元にした相対位置座標において、必要に応じて設定する。なお、画像マスクは、絶対位置座標での設定であってもよい。
また、光量測定、ＦＦＴ解析またはテクスチャ解析などを行う場合には、ワークＷの特性に応じた光量基準値、ＦＦＴ基準値またはテクスチャ基準値をあらかじめ設定・入力する。

必要な情報を入力した後、保持部２の凹部８にワークＷを設置する。そして、光源装置３を駆動すると、電球６からの光がファイバ束７に案内されて、ファイバ束７の出射端からワークＷに照射される。このファイバ束７の出射端から照射される光は、ファイバにより案内される光による明部と、ファイバ同士の間の隙間等により形成される暗部とにより、明暗差がある光である。これら照射された光は、ワークＷによって集光・拡散されて投影板１３の投影面１３ａに投影される。この投影された光は、投影板１３を透過して、撮像レンズ１７によって撮像素子１８の撮像面に結像する。結像した光は、撮像素子１８によって電気信号に変換されて、この電気信号が、映像信号生成部２２に入力される。映像信号生成部２２は、入力された電気信号から映像信号を生成し、画像メモリ部２３に向けて出力する。画像メモリ部２３は、その映像信号を取り込んで映像データとして記憶する。これら一連の作用が、図３に示す透過光像の取り込み（ステップＳ１）となる。

ここからは、図３のフローチャートに基づいて画像解析処理について説明する。
透過光像が取り込まれると（ステップＳ１）、制御部２８の制御のもと、画像メモリ部２３に記憶された映像データに基づいて、演算部２７によって、演算が行われる。すなわち、映像データの二値化後の面積重心、または光量ピーク中心を求め、これら光量ピーク中心などから撮像素子１８の使用領域の中心位置を算出する（ステップＳ２）。
それから、制御部２８によって、上述のように光量測定を行う設定がなされているか否かが判断される（ステップＳ３）。そして、設定がなされている場合（ステップＳ３；ＹＥＳ）、画像メモリ部２３に記憶された映像データに基づいて、図４に示す光量測定用の画像が作成され（ステップＳ４）、その画像が光量用画像データとして画像メモリ部２３に記憶される。このとき、元の映像データは残したままとする。なお、図４に示す符号Ｌは光像を示すものであり、俵積みしたファイバ束による光像のうちで、ファイバによる光像が明部として、ファイバ同士の間の隙間が暗部として示され、その中で符号Ｃは画像上における光像Ｌの光量の中心位置を示すものである。

さらに、制御部２８によって、上述のように画像マスクの設定がなされているか否かが判断される（ステップＳ５）。設定がなされている場合（ステップＳ５；ＹＥＳ）、ステップＳ４で作成された光量測定用の画像に、あらかじめ設定された画像マスクを適用する（ステップＳ６）。具体的には、測定を行わない部位、すなわち光像Ｌ以外の周辺部全体と中心位置Ｃとをマスキングする。そして、画像マスクの設定後、またはステップＳ５で画像マスクの設定がなされていないと判断された場合（ステップＳ５；ＮＯ）、光量の測定が行われる（ステップＳ７）。すなわち、演算部２７によって、画像メモリ部２３に記憶された光量用画像データについて光量測定用の所定の演算が行われる。さらに、制御部２８によって、その演算結果と上述のあらかじめ設定された光量基準値とが比較され、ワークＷの合否の判定が行われる。このとき、演算結果が光量基準値以上であれば合格となり、未満であれば否となる。つまり、演算部２７は、光像Ｌの光量を算出する光量演算部として機能し、制御部２８は、光量用判定部として機能するものである。
そして、制御部２８の判定結果が、表示部３１に表示される。例えば、演算部２７の演算結果が、合否ごとに色を変えて、数値で表示される。

次いで、光量測定終了後、または、ステップＳ３において光量測定の設定がなされていない場合（ステップＳ３；ＮＯ）には、制御部２８によって、上述のようにＦＦＴ解析の設定がなされているか否かが判断される（ステップＳ８）。設定がなされている場合（ステップＳ８；ＹＥＳ）、画像メモリ部２３に記憶された映像データに基づいて、図４に示すＦＦＴ解析用の画像が作成され（ステップＳ９）、この画像がＦＦＴ用画像データとして画像メモリ部２３に記憶される。このときも、元の映像データは残したままとする。さらに、制御部２８によって、上述のように画像マスクの設定がなされているか否かが判断される（ステップＳ１０）。設定がなされている場合（ステップＳ１０；ＹＥＳ）、ステップＳ９で作成されたＦＦＴ解析用の画像に、あらかじめ設定された画像マスクを適用する（ステップＳ６）。これらステップＳ１０及びステップＳ１１の処理は、上記ステップＳ５及びステップＳ６と同様の処理となる。

それから画像マスクの設定後、またはステップＳ１０で画像マスクの設定がなされていないと判断された場合（ステップＳ１０；ＮＯ）、ＦＦＴ解析が行われる（ステップＳ１２）。すなわち、演算部２７によって、画像メモリ部２３に記憶されたＦＦＴ用画像データについてＦＦＴ演算が行われる。さらに、制御部２８によって、その演算結果と上述のあらかじめ設定されたＦＦＴ基準値とが比較され、ワークＷの合否の判定が行われる。このとき、演算結果がＦＦＴ基準値以下であれば合格となり、ＦＦＴ基準値を越えると否となる。すなわち、このとき画像解析部２６は、ＦＦＴ解析手段として機能する。
そして、その判定結果が、上記と同様にして、合否ごとに色を変えて演算部２７の演算結果の数値として表示部３１に表示される。

さらに、ＦＦＴ解析終了後、または、ステップＳ８においてＦＦＴ解析の設定がなされていない場合（ステップＳ８；ＮＯ）には、制御部２８によって、上述のようにテクスチャ解析の設定がなされているか否かが判断される（ステップＳ１３）。設定がなされている場合（ステップＳ１３；ＹＥＳ）、画像メモリ部２３に記憶された映像データに基づいて、図４に示すテクスチャ解析用の画像が作成され（ステップＳ１４）、この画像がテクスチャ用画像データとして画像メモリ部２３に記憶される。さらに、制御部２８によって、上述のように画像マスクの設定がなされているか否かが判断される（ステップＳ１５）。設定がなされている場合（ステップＳ１５；ＹＥＳ）、ステップＳ１４で作成されたテクスチャ解析用の画像に、あらかじめ設定された画像マスクを適用する（ステップＳ１６）。これらステップＳ１５及びステップＳ１６の処理は、上記ステップＳ５及びステップＳ６と同様の処理となる。

それから画像マスクの設定後、またはステップＳ１５で画像マスクの設定がなされていないと判断された場合（ステップＳ１５；ＮＯ）、テクスチャ解析が行われる（ステップＳ１７）。すなわち、演算部２７によって、画像メモリ部２３に記憶されたテクスチャ用画像データについて、光像Ｌの粒の粗さを表わすテクスチャを算出する所定の演算が行われる。さらに、制御部２８によって、その演算結果と上述のあらかじめ設定されたテクスチャ基準値とが比較され、ワークＷの合否の判定が行われる。このとき、演算結果がテクスチャ基準値以下であれば合格となり、テクスチャ基準値を越えると否となる。
そして、その判定結果が、上記と同様にして、合否ごとに色を変えて演算部２７の演算結果の数値として表示部３１に表示される。
さらに、テクスチャ解析終了後、またはステップＳ１３においてテクスチャ解析の設定がなされていない場合（ステップＳ１３；ＮＯ）に、一連の処理が終了し、ワークＷの拡散性能が解析される。

以上より、本実施形態における検査装置１によれば、演算によってワークＷの拡散性能などを容易に求めることができることから、ワークＷの光学特性を迅速かつ高精度に検査することができる。
また、投影板１３に投影された光の光量をも迅速かつ容易に測定することができる。ここで、一般的に、照明用光学素子は、拡散性が良くなればなるほど光を通し難くなる。そのため、照明用光学素子には、拡散性と透過性とのバランスが求められる。本実施形態における検査装置１によれば、ＦＦＴ解析やテクスチャ解析によって、拡散性を調べるだけでなく、光量測定によって光の透過性能をも調べることができ、ワークＷの光学特性を多角的に検査することができる。
また、ワークＷと撮像レンズ１７とが同軸上に配されているため、より高精度な検査を行うことができる。

（実施形態２）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図５は、本発明の第２の実施形態を示したものである。
図５において、図１から図４に記載の構成要素と同一部分については同一符号を付し、その説明を省略する。
この実施形態と上記第１の実施形態とは基本的構成は同一であり、ここでは異なる点についてのみ説明する。

本実施形態における検査装置１は、投影板１３の投影面１３ａ側であって、保持部２の近傍（ワークＷの光軸の近傍）に、撮像装置１６が設置されている。また、投影板１３は、白板からなっている。すなわち、撮像装置１６は、投影板１３に投影された光の反射光を撮像して、その光を電気信号に変換するようになっている。
これにより、保持部２と撮像装置１６とを近接させることができ、検査装置１の小型化を図ることができる。また、投影板１３として、半透明部材を使用しなくてもよいため、廉価な投影板を使用することができ、コストを抑制することができる。

なお、上記第１及び第２の実施形態においては、検査装置１が、ＦＦＴ解析手段とテクスチャ解析手段とを備えるとしたが、これに限ることはなく、少なくともいずれか一方の解析手段を備えていればよい。
また、ＦＦＴ解析処理の後、テクスチャ解析処理を行っているが、これに限ることはなく、それら処理の順番は適宜変更可能である。さらに、ＦＦＴ解析処理とテクスチャ解析処理とを並列に行うようにしてもよい。
また、光量測定手段を備えるとしたが、この手段は無くてもよい。ただし、光量測定手段を設けた方が、多角的な検査を行うことができる点で好ましいのは上述の通りである。さらに、光量測定処理、ＦＦＴ解析処理及びテクスチャ解析処理の順番は、適宜変更可能である。

また、保持部２を設けるとしたが、その形状などは適宜変更可能である。例えば、保持部２が、複数のワークＷを同時に保持することができるようなパレット状の固定治具を備えるようにする。そして、固定治具に保持された複数のワークＷの検査対象を選択的に切り替えることができるように、固定治具を移動させる移動機構を設ける。さらに、移動機構に設けられた駆動部を制御部２８と電気的に接続する。このような構成のもと、一のワークＷの検査が終了した後、制御部２８から駆動信号が出力され、駆動部が駆動させられる。そして、駆動部によって固定治具が移動し、検査対象が他のワークＷに切り替えられる。これにより、複数のワークＷを迅速かつ高精度に検査することができる。

また、検査前に入力する情報として、配光の上下左右のバランスや拡がり角を測定項目に追加することもできる。
さらに、投影板１３を設けるとしたが、この形状なども適宜変更可能である。例えば、平板形状だけでなく、椀状曲面型であってもよい。
また、ワークＷを顕微鏡などに組み込まれる照明用光学素子としたが、顕微鏡に限ることはなく、照明光を発する種々の光学機器に適用することができる。
また、ワークＷは、照明用光学素子として用いる単体のレンズに限らず、照明用光学素子として用いる複数個のレンズからなるレンズ群であっても良い。
なお、本発明の技術範囲は上記第１及び第２の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。

本発明に係る照明用光学素子の検査装置の第１の実施形態を示す全体構成図である。 図１の検査用ＰＣの構成の要部を示すブロック図である。 図１の検査装置の処理の様子を示すフローチャートである。 図３のフローチャートに示す処理内で作成される画像を示す説明図である。 本発明に係る照明用光学素子の検査装置の第２の実施形態を示す全体構成図である。

符号の説明

１ 検査装置
２ 保持部（保持手段）
６ 電球（光源部）
７ ファイバ束（光ガイド部）
１３ 投影板（投影部）
１６ 撮像装置（撮像手段）
２２ 映像信号生成部（映像信号生成手段）
２６ 画像解析部（周波数解析手段、テクスチャ解析手段、光量測定手段）
２７ 演算部（ＦＦＴ演算部、テクスチャ演算部）
２８ 制御部（ＦＦＴ用判定部、テクスチャ用判定部）
Ｗ ワーク（照明用光学素子）

Claims (4)

1. 照明光を照射するため拡散性の光学特性を有する照明用光学素子の検査装置であって、
   光を発する光源部と、
   複数の光ファイバが束ねられたファイバ束に前記光源部から発せられた光を案内し、前記光ファイバにより案内される光による明部と、前記光ファイバ同士の間の隙間により形成される暗部と、により、明暗差がある光を形成し、前記照明用光学素子に照射する光ガイド部と、
   前記光ガイド部から照射された前記明暗差がある光のうち、前記照明用光学素子を透過した光が投影される投影部と、
   この投影部に投影された光を撮像する撮像手段と、
   この撮像手段により得られた投影像から映像信号を生成する映像信号生成手段と、
   を備え、
   前記映像信号生成手段によって生成された映像信号に基づいて前記投影像の明部と暗部との周波数を解析する周波数解析手段、または、前記映像信号生成手段によって生成された映像信号に基づいて前記投影像の明部と暗部とのテクスチャを解析するテクスチャ解析手段の少なくともいずれか一方を備えることを特徴とする照明用光学素子の検査装置。
2. 前記周波数解析手段が、
   前記映像信号生成手段によって生成された映像信号をＦＦＴ演算するＦＦＴ演算部と、
   このＦＦＴ演算部による演算結果とあらかじめ設定された基準値とを比較して、前記照明用光学素子の合否の判定を行うＦＦＴ用判定部と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の照明用光学素子の検査装置。
3. 前記テクスチャ解析手段が、
   前記映像信号生成手段によって生成された映像信号に基づいて、前記投影像の明部と暗部とのテクスチャを算出するテクスチャ演算部と、
   このテクスチャ演算部による演算結果とあらかじめ設定された基準値とを比較して、前記照明用光学素子の合否の判定を行うテクスチャ用判定部と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の照明用光学素子の検査装置。
4. 前記映像信号生成手段によって生成された映像信号に基づいて、前記投影像の明部と暗部との光量を測定する光量測定手段を備える
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の照明用光学素子の検査装置。

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