JP5388467B2 - 光学デバイス欠陥検査方法及び光学デバイス欠陥検査装置 - Google Patents

Description

本発明は光学デバイスの欠陥部分を検出する光学デバイス欠陥検査方法及び光学デバイス欠陥検査装置に関する。

カメラ等の光学機器は様々な電子部品やレンズ等の光学デバイスにより構成される。光学デバイスとしてのレンズは、近年コスト削減のため略球形状をした一次加工品（以下、プリフォームと称する）を加熱し、成形型の対向した光学転写面で加熱したプリフォームを挟み込んで押圧することによりプリフォーム表面を成形型の光学転写面に密着させ、光学面形状を転写した後に冷却固化して成形している。このようなレンズの製造においては、入射した光がレンズの各部で正しく屈折して進行するように精度良く加工される必要があり、プリフォームの段階においても表面の凹凸、欠け、内部組成の不良による光学歪み、または変形等に起因する欠陥が検査される。

従来レンズの検査においては、基準となる参照レンズと検査が行われる被検査レンズとに同等の条件で光を透過させ、それぞれの光束を重ね合わせて干渉させることにより生じる干渉縞から欠陥の有無を検出する干渉式レンズ検査装置及び方法が用いられていた（例えば、特許文献１参照。）。

しかし、このような検査装置及び方法では、被検査レンズの曲率に合わせた参照レンズを必要とするため、多品種生産においては生産するレンズの種類が変わる毎に参照レンズを用意する必要があり、最終形状に達していないプリフォームの検査では曲率が一定とならないので使用することが出来ないという問題があった。

このような問題に対応するため、干渉縞を用いずに光学デバイスを検査する方法として、光源の白黒パターンの濃淡が無くなるまで撮像手段のピントをずらして光学デバイスの欠陥の有無を検出する欠陥検出方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

また、光源に備えられた遮光部材に焦点が合わせられたレンズを撮像手段で撮像することにより光学デバイスの欠陥の有無を検出する欠陥検出装置も提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
特開２００２−３５７５０５号公報 特開平８−２２００２１号公報 特開平９−６１２９１号公報

しかし、特許文献２に記載されるような発明は、連続した板状光学デバイスの検査用であって、レンズのような大きな曲率を有する光学デバイスや形状が一定でないプリフォームにおいては位置による見え方が異なるため検査には適さない。

また、特許文献３に記載されるような発明では、被検査レンズの位置を精度良く合わせなければならず、多品種かつ大量に検査が必要な場合には再調整に時間がかかり非常に効率の悪い。

本発明はこのような問題に対して成されたものであり、プリフォーム状態の光学デバイスの欠陥を容易に検出し、曲率の違いや光学デバイスの位置に影響されない高速かつ安価な光学デバイス欠陥検査方法及び光学デバイス欠陥検査装置を提供することを目的としている。

本願発明は前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、遮光部と透光部とにより形成された円形のドットからなるドットパターンを備えた光源装置より所定の曲率を有するプリフォームである光学デバイスの一方の面に光を照射し、前記光源装置により光が照射される面の反対側の面より前記光学デバイスを透過させて前記ドットパターンに撮像手段の焦点を合わせ、前記光学デバイスの中心部近傍については、前記撮像手段により撮像された画像内の前記光学デバイスに写る前記ドットパターンのドットの歪みにより前記光学デバイスの欠陥を検出し、前記光学デバイスの外周部近傍については、前記撮像手段により撮像された画像内の前記光学デバイスに写る前記ドットパターンのドットの主軸の方向と前記光学デバイスの半径方向の直線との成す角度より、前記光学デバイスの欠陥を検出することにより、前記撮像手段で撮像された１つの画像に基づいて、前記光学デバイスの中心部近傍と外周部近傍とで欠陥検出方法を変えることを特徴としている。

請求項１の発明によれば、測定対象となるプリフォーム工程を経た光学デバイスの一方の面から遮光部と透光部とにより形成されたドットパターンを備えた光源装置より光を照射し、光が照射される面の反対側の面より光学デバイスを透過させてドットパターンに撮像手段の焦点が合わせられる。この状態で撮像手段は光学デバイスの撮像を行う。撮像された画像内の光学デバイスには光源装置に備えられたドットパターンが写り、光学デバイスに表面の凹凸、欠け、内部組成の不良による光学歪み、または変形等に起因する欠陥がある場合は光が不規則に屈折するためドットパターンが不規則に歪む。これにより、光学デバイスに生じた欠陥を容易に検出し、曲率の違いや光学デバイスの位置に影響されない高速かつ安価な光学デバイス欠陥検査を可能とする。

また請求項１の発明によれば、撮像手段により撮像された画像内の光学デバイスには光源装置に備えられたドットパターンが写り、光学デバイスの曲率によりドットパターンが楕円形に変形する。

光学デバイスに表面の凹凸、欠け、内部組成の不良による光学歪み、または変形等に起因する欠陥がある場合は、光が不規則に屈折するため楕円形の主軸が光学デバイスの中心に向かず、光学デバイスの半径方向の直線に対して欠陥の程度により傾く。これにより、光学デバイスに生じた欠陥を容易に検出し、曲率の違いや光学デバイスの位置に影響されない高速かつ安価な光学デバイス欠陥検査を可能とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載される発明において、前記光学デバイスはプリフォーム工程後の単一の非球面凸レンズであることを特徴としている。

請求項２の発明によれば、光学デバイスはプリフォーム工程後の単一の非球面凸レンズであるので所定の曲率を有する。これにより、撮像手段により撮像されるドットパターンは中心部近傍では円形に近い状態となり、外周部近傍では楕円形に伸びる。

請求項１の発明によれば、光学デバイスは中心部近傍と外周部近傍とに分けて欠陥検査が行われ、それぞれの領域に適した欠陥検査方法により検査されるため欠陥が容易に検出される。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記ドットパターンは格子状に配列されていることを特徴としている。

請求項３の発明によれば、格子状に配列されたドットパターンが撮像された画像内の光学デバイス中心部近傍では円形に近い状態となり、外周部近傍では楕円形に伸びる。これにより、曲率の違いや光学デバイスの位置に影響されない高速かつ安価な光学デバイス欠陥検査を可能とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記ドットパターンは放射状に配列され、前記撮像手段により前記光学デバイスが撮像される際に放射状配列の中心位置が前記光学デバイスの光学中心位置と等しい位置に撮像されるように位置づけられることを特徴としている。

請求項４の発明によれば、放射状に配列されたドットパターンは、撮像手段により光学デバイスが撮像される際に放射状配列の中心位置が光学デバイスの光学中心位置と等しい位置に撮像されるように位置づけられる。これにより、ドットパターンが光学デバイスの曲面に沿って広がり、欠陥による歪みの検出が容易になり、曲率の違いや光学デバイスの位置に影響されない高速かつ安価な光学デバイス欠陥検査を可能とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項の発明において、前記光源装置は前記ドットパターンの表示装置を備え、前記表示装置は前記ドットパターンの位置及び形状を変更させることが可能であることを特徴としている。
請求項５の発明によれば、光源装置に備えられた表示装置によりドットパターンの表示位置及び形状が光学デバイスの曲率、中心位置等に合わせて容易に変更可能となる。

請求項６は前記目的を達成するために、遮光部と透光部とにより形成された円形のドットからなるドットパターンを備え、所定の曲率を有するプリフォームである光学デバイスの一方の面から光を照射する光源装置と、前記光源装置により光が照射される面の反対側の面より前記光学デバイスを透過させて前記ドットパターンに焦点を合わせて前記ドットパターンを撮像する撮像手段と、前記撮像手段と前記光源装置との間に位置し、前記光学デバイスが載置されるトレイと、前記撮像手段により撮像された画像を表示する表示手段が設けられた制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記光学デバイスの中心部近傍については、前記撮像手段により撮像された画像内の前記光学デバイスに写る前記ドットパターンのドットの歪みにより前記光学デバイスの欠陥を検出し、前記光学デバイスの外周部近傍については、前記撮像手段により撮像された画像内の前記光学デバイスに写る前記ドットパターンのドットの主軸の方向と前記光学デバイスの半径方向の直線との成す角度より、前記光学デバイスの欠陥を検出することにより、前記撮像手段で撮像された１つの画像に基づいて、前記光学デバイスの中心部近傍と外周部近傍とで欠陥検出方法を変えることを特徴とする。

以上説明したように、本発明の光学デバイス欠陥検査方法及び光学デバイス欠陥検査装置によれば、光学デバイスを透過して撮像されたドットパターンの歪みにより光学デバイスの欠陥を容易に検出することが可能となる。

以下添付図面に従って本発明に係る光学デバイス欠陥検査方法及び光学デバイス欠陥検査装置の好ましい実施の形態について詳説する。

まず、本発明に係わる光学デバイス欠陥検査装置の構成を説明する。図１は欠陥検査装置の構成を示した斜視図、図２は光学デバイスを撮像して検査を行う様子を模式的に示した側面図、図３は格子状に配列されたドットパターンがプリフォームに写る画像を示した図、図４は放射状に配列されたドットパターンがプリフォームに写る画像を示した図、図５は中心部近傍に欠陥のあるプリフォームを撮像した画像を示した図、図６は外周部近傍に欠陥のあるプリフォームを撮像した画像を示した図である。

欠陥検査装置１は、図１に示すように、カメラ等に使用される光学デバイスである非球面凸レンズに加工されるプリフォーム２を一方から撮像する撮像手段３と、遮光部と透光部とにより形成されたドットパターン４を備えた光源装置５と、撮像手段３と光源装置５との間に設けられ複数のプリフォーム２を載置して不図示の移動手段によりＸ及びＹ方向に移動するトレイ６を備えている。

更に欠陥検査装置１には、撮像手段３により撮像された画像を表示する表示手段を備え、撮像手段３や光源装置５等の欠陥検査装置１の各部の制御及び撮像された画像の画像処理を行う制御手段７が備えられている。

撮像手段３はＣＣＤ等を使用したカメラであって、不図示の支持部材により支持されてトレイ６に載置されたプリフォーム２のいずれか１つを上方から撮像する。撮像手段３により撮像された画像は制御手段７に備えられた表示手段であるモニター７Ａに表示される。撮像手段３より制御手段７へ送られてモニター７Ａに表示された画像は、目視により確認されるか、または制御手段７に記憶され既知の様々な画像処理手法により画像処理される。

光源装置５は、遮光部と透光部とにより形成されるドットパターン４を表示する表示装置８を備え、撮像手段３がプリフォーム２を撮像する面の反対側の面からプリフォーム２へ光を照射する。ドットパターン４は格子状または放射状に配列されている。

表示装置８としては、液晶モニター等の表示手段、またはフラット照明上にドットパターン４が描かれたフィルム等の部材を交換可能に載置する構成などが好適に利用可能である。これにより、光を照射するプリフォーム２の光学的中心位置にドットパターン４の中心位置を合わせる、またはプリフォーム２の曲率や大きさに合わせてドットパターン４の形状、ピッチ、サイズ等を変更することが容易に可能となる。

このような構成の欠陥検査装置１によりプリフォーム２を検査する際には、まず図２のように撮像手段３の焦点が光源装置５に備えられたドットパターン４に合わせられ、プリフォーム２に写されるドットパターン４の画像が撮像手段３により撮像される。

撮像された画像は、ドットパターン４が格子状に配列されている場合、図３に示す画像１０Ａのように中心部近傍の領域Ａではドットパターン４の形状のままの格子状に配列された円形に写り、外周部近傍の領域Ｂではプリフォーム２の曲率により円形のドットパターン４がプリフォーム２の光学中心位置に向って主軸が伸びる楕円形に変形する。

ドットパターン４が放射状に配列されている場合は、図４に示す画像１１Ａように中心部近傍の領域Ａでは放射状の円形のままのドットパターン４となり、外周部近傍の領域Ｂではプリフォーム２の光学中心位置に主軸が向う楕円形にドットパターン４が変形する。このとき、放射状に配列されたドットパターン４の放射配列の中心位置とプリフォーム２の光学中心位置は等しい位置に位置づけられている。

このように撮像されたプリフォーム２に表面の凹凸、欠け、内部組成の不良による光学歪み、または変形等に起因する欠陥がある場合、正しく光が屈折して進行しないため撮像された画像に写るドットパターン４が変形する。例えば、プリフォーム２の中心部近傍に欠陥が有る場合、図５に示す画像１０Ｂのように領域Ａ内のドットパターン４が欠陥１２Ａのように変形する。プリフォーム２の外周部近傍に欠陥が有る場合は、図６に示す画像１１Ｂように領域Ｂ内のドットパターン４が欠陥１２Ｂのように変形する。

これにより、欠陥検査装置１はプリフォーム２に生じた欠陥を容易に検出し、曲率の違いやプリフォーム２の位置に影響されない高速かつ安価な光学デバイス欠陥検査を可能とする。

次に、本発明に係わる光学デバイス欠陥検査方法について説明する。図７はプリフォームの中心部近傍の欠陥を画像処理する際の方法を示した図、図８はプリフォームの外周部近傍の欠陥を画像処理する際の方法を示した図である。

図１に示す欠陥検査装置１により光学デバイスであるプリフォーム２の欠陥の検査を行う際には、まず図２に示されるように、トレイ６がＸＹ方向に移動してトレイ６上に載置された複数のプリフォーム２のうちの一つを撮像手段３の下に位置づける。撮像手段３は、プリフォーム２が直下に位置づけられた後にプリフォーム２を透過して光源装置５に備えられたドットパターン４に焦点を合わせてプリフォーム２を撮像する。

このとき、ドットパターン４は格子状または放射状に配列され、図１に示す光源装置５に設けられた表示装置８によりプリフォーム２の曲率や大きさに合わせてドットパターン４の形状、ピッチ、サイズ等が変更される。ドットパターン４が放射状に配列される場合は、プリフォーム２の光学的中心位置にドットパターン４の中心位置が合うように表示位置が変更される。

撮像手段３により撮像されたプリフォーム２の画像は制御手段７へ送られ、モニター７Ａに表示されて目視で確認されるとともに制御手段７に記憶され既知の様々な画像処理方法により画像処理されてドットパターン４の変形状態が検査される。これにより、プリフォーム２の表面の凹凸、欠け、内部組成の不良による光学歪み、または変形等に起因する欠陥を検出する。

制御手段７によるドットパターン４の変形状態の検査では、図５または図６に示すプリフォーム２の中心部近傍の領域Ａと外周部近傍の領域Ｂにそれぞれ分けてドットパターン４の変形が検出される。

中心部近傍の領域Ａでのドットパターン４の変形の検出では、領域Ａ内に複数写るドットパターン４の各箇所において図７（ａ）に示すように、フィレ径Ｒａ、Ｒｂを算出する、または図７（ｂ）に示すようにＲｍａｘを求めＳ／（Ｒｍａｘ＾２π）の計算式より真円度が求められる。フィレ径及び真円度の値が制御手段７に予め設定された所望の値を超える、または所望の値以下の場合は所望の値を満たさないドットパターン４の写る場所を欠陥箇所とし、欠陥箇所のプリフォーム２上の座標位置を制御手段７に記録してモニター７Ａ上に表示する。

外周部近傍の領域Ｂでのドットパターン４の変形の検出では、領域Ｂ内に複数写るドットパターン４の各箇所において、図８に示すように、まずプリフォーム２の中心Ｃと楕円形状に変形したドットパターン４の中心とを結んだ直線Ｌ１を引き、直線Ｌとプリフォーム２の半径方向の直線Ｌ２との成す角である角度θ１が求められる。続いて、楕円形状に変形したドットパターン４の主軸方向の直線Ｌ３と直線Ｌ２との成す角であるθ２が求められる。この角度θ１と角度θ２とを求めた後に、角度θ１と角度θ２との差の絶対値を角度θｄとする。角度θｄの値が制御手段７に予め設定された所望の値を超える場合は、所望の値を超えるドットパターン４の写る場所を欠陥箇所とし、欠陥箇所のプリフォーム２上の座標位置を制御手段７に記録してモニター７Ａ上に表示する。

これらにより、欠陥検査装置１はプリフォーム２に生じた欠陥を容易に検出し、曲率の違いやプリフォーム２の位置に影響されない高速かつ安価な光学デバイス欠陥検査を可能とする。１つのプリフォーム２の欠陥の有無が確認された後、トレイ６が不図示の移動手段によりＸ，Ｙ方向へ移動して新たなプリフォーム２が撮像手段３の下に位置づけられる。

以上説明したように、本発明の光学デバイス欠陥検査方法及び光学デバイス欠陥検査装置によれば、光学デバイスを透過して撮像されたドットパターンの歪みと楕円形に変形した主軸の方向とにより光学デバイスの欠陥を容易に検出することが可能となる。これにより、曲率の違いや光学デバイスの位置に影響されない高速かつ安価な光学デバイス欠陥検査を可能とする。

なお、本実施の形態では１つの撮像手段３によりプリフォーム２の上部からプリフォーム２を撮像しているが、本発明はそれに限らず、複数の撮像手段３によりプリフォーム２を多方向から撮像し、その撮像された複数のプリフォームの画像に写るドットパターン４の変形からプリフォーム２の欠陥を検査してもよい。

本発明に係わる欠陥検査装置の構成を示した斜視図。 光学デバイスを撮像して検査を行う様子を模式的に示した側面図。 格子状に配列されたドットパターンがプリフォームに写る画像を示した図。 放射状に配列されたドットパターンがプリフォームに写る画像を示した図。 中心部近傍に欠陥のあるプリフォームを撮像した画像を示した図。 外周部近傍に欠陥のあるプリフォームを撮像した画像を示した図。 プリフォームの中心部近傍の欠陥を画像処理する際の方法を示した図。 プリフォームの外周部近傍の欠陥を画像処理する際の方法を示した図

符号の説明

１…欠陥検査装置，２…プリフォーム（光学デバイス），３…撮像手段，４…ドットパターン，５…光源装置，６…トレイ，７…制御手段，７Ａ…モニター（表示手段），８…表示装置，１０Ａ、１０Ｂ、１１Ａ，１１Ｂ…画像，１２Ａ，１２Ｂ…欠陥、Ａ，Ｂ…領域

Claims (7)

1. 遮光部と透光部とにより形成された円形のドットからなるドットパターンを備えた光源装置より所定の曲率を有するプリフォームである光学デバイスの一方の面に光を照射し、
   前記光源装置により光が照射される面の反対側の面より前記光学デバイスを透過させて前記ドットパターンに撮像手段の焦点を合わせ、
   前記光学デバイスの中心部近傍については、前記撮像手段により撮像された画像内の前記光学デバイスに写る前記ドットパターンのドットの歪みにより前記光学デバイスの欠陥を検出し、前記光学デバイスの外周部近傍については、前記撮像手段により撮像された画像内の前記光学デバイスに写る前記ドットパターンのドットの主軸の方向と前記光学デバイスの半径方向の直線との成す角度より、前記光学デバイスの欠陥を検出することにより、前記撮像手段で撮像された１つの画像に基づいて、前記光学デバイスの中心部近傍と外周部近傍とで欠陥検出方法を変えることを特徴とする光学デバイス欠陥検査方法。
2. 前記光学デバイスはプリフォーム工程後の単一の非球面凸レンズであることを特徴とする請求項１に記載の光学デバイス欠陥検査方法。
3. 前記ドットパターンは格子状に配列されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学デバイス欠陥検査方法。
4. 前記ドットパターンは放射状に配列され、前記撮像手段により前記光学デバイスが撮像される際に放射状配列の中心位置が前記光学デバイスの光学中心位置と等しい位置に撮像されるように位置づけられることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学デバイス欠陥検査方法。
5. 前記光源装置は前記ドットパターンの表示装置を備え、前記表示装置は前記ドットパターンの位置及び形状を変更させることが可能であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光学デバイス欠陥検査方法。
6. 遮光部と透光部とにより形成された円形のドットからなるドットパターンを備え、所定の曲率を有するプリフォームである光学デバイスの一方の面から光を照射する光源装置と、
   前記光源装置により光が照射される面の反対側の面より前記光学デバイスを透過させて前記ドットパターンに焦点を合わせて前記ドットパターンを撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段と前記光源装置との間に位置し、前記光学デバイスが載置されるトレイと、
   前記撮像手段により撮像された画像を表示する表示手段が設けられた制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記光学デバイスの中心部近傍については、前記撮像手段により撮像された画像内の前記光学デバイスに写る前記ドットパターンのドットの歪みにより前記光学デバイスの欠陥を検出し、前記光学デバイスの外周部近傍については、前記撮像手段により撮像された画像内の前記光学デバイスに写る前記ドットパターンのドットの主軸の方向と前記光学デバイスの半径方向の直線との成す角度より、前記光学デバイスの欠陥を検出することにより、前記撮像手段で撮像された１つの画像に基づいて、前記光学デバイスの中心部近傍と外周部近傍とで欠陥検出方法を変えることを特徴とする光学デバイス欠陥検査装置。
7. 前記光源装置は、前記ドットパターンの表示装置を備え、前記表示装置は前記ドットパターンの位置及び形状を変更させることが可能であることを特徴とする請求項６に記載の光学デバイス欠陥検査装置。

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