JPH0587739A - 透明体欠陥検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 透明体の欠陥検査を自動的に、またきわめて
高精度かつ客観的に行なえる透明体欠陥検査装置を提供
する。 【構成】 被検査レンズ１の端面から内部に入射した光
は、透明体の内部を上下に多重反射を繰り返しながら伝
搬する（５２）。透明体内部を伝搬する光は、透明体の
表面または内部のキズ５５や気泡５４などがあると、そ
こで光線の伝搬方向が変わり、表面に垂直方向の光が発
生する。表面に垂直な角度で入射する光は透過率が高い
ため、外部に出る。したがって、内部や表面に欠陥があ
ると、外部に光が漏れ出るため、欠陥だけが明るく光っ
て見え、表面や内部に存在する欠陥が容易に観察でき
る。一方、透明体の表面に付着している異物５３は、透
明体の内部の光の伝搬を変えることがないため、透明体
に垂直方向な光線は生じず、欠陥のみを観察できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は透明体欠陥検査装置、特
に透明体内外の構造的欠陥を光学的に検出する透明体欠
陥検査装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】透明物体の表面または内部に存在するキ
ズや気泡などの欠陥を観察することは、光学製品、たと
えば、光学レンズ、液晶パネル用板ガラス、光ディスク
板の透明基板、光受光素子のガード用板ガラスなど、様
々な透明体のキズや内部気泡の検査に有効であり、これ
らの製品の品質管理上きわめて重要である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、たとえばレン
ズなどの欠陥検査は、現在ほとんど全て目視に頼ってい
るのが現状である。検査者は、白色灯で透明体を照明
し、内部や表面に存在するキズや気泡などの欠陥を目視
で探し、その散乱光強度から欠陥の大きさを判別し、良
否判定を行なっている。

【０００４】しかしながら、これにはいくつかの点で問
題がある。欠陥を見つけるためにはかなりの熟練を必要
とする点、検査者の疲労が激しく苦痛を伴う点、小さい
欠陥は見落とすことがある点、また欠陥の大きさを判別
する際、個人差がある点が問題であった。

【０００５】本発明の課題は、以上の問題を解決し、透
明体の欠陥検査を自動的に、またきわめて高精度かつ客
観的に行なえる透明体欠陥検査装置を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに、本発明においては、透明体内外の構造的欠陥を光
学的に検出する透明体欠陥検査装置において、透明体の
端面から内部に光を入射する照明手段と、透明体の異な
る面より透明体の内部で生じる拡散光を観察する観察手
段からなる構成を採用した。

【０００７】

【作用】以上の構成において、透明体を照明した場合、
透明体の表面または内部に存在するキズや気泡などがあ
るとそこで拡散される。この透明体の内部で生じる拡散
光を透明体の異なる面より観察することにより、欠陥の
有無を検査できる。その場合、透明体の表面に付着して
いる異物は、透明体の内部の光の伝搬を変えないため、
異物はほとんど拡散反射されず、正確な欠陥検査が可能
となる。

【０００８】

【実施例】以下、図面に示す実施例に基づき、本発明を
詳細に説明する。

【０００９】図１（ａ）、（ｂ）に本発明を採用した透
明体欠陥検査装置の構造を示す。図１（ａ）は、装置の
光学系を側面から、また図１（ｂ）は、装置の光学系を
斜め方向より示している。

【００１０】図１（ａ）のように、装置は、被検体とし
ての被検査レンズ１を照明するための照明系（レーザー
光源１１〜１３）、被検査レンズ１の欠陥から漏れ出た
拡散光を受光するための受光系（３面ミラー１４、平面
ミラー１５〜１７および撮像カメラ１８）、受光系から
出た画像信号を処理する画像処理部２１、処理された信
号をディスプレイ２３に出力するための画像出力制御部
２２から構成されている。

【００１１】なお、原理的には、受光系および画像処理
部２１、画像出力制御部２２、ディスプレイ２３は必ず
しも必要なものではないので、ここでは、まず照明系の
作用につき説明する。

【００１２】図１において、３つのレーザー光源１１〜
１３から出射したビーム光は、モーター１９により回転
駆動される３面ミラー１４で反射される。

【００１３】３面ミラー１４の中心軸は、被検査レンズ
１の光軸と一致している。３面ミラー１４で反射された
ビーム光は、被検査レンズ１の周囲に配置された３つの
平面ミラー１５〜１７によって反射され、被検査レンズ
１の端面に入射する。

【００１４】モーター１９を駆動すると、３面ミラー１
４が回転し、３面ミラー１４で反射されたビーム光が走
査される。

【００１５】レーザー光源１１〜１３および平面ミラー
１５〜１７の位置関係は固定されており、ビーム光は平
面ミラー１５〜１７で再度反射され、被検査レンズ１の
端面に入射する。この反射の様子を図３に詳細に示す。
また、３面ミラー１４の一面だけに注目した様子を図４
に示す。図４において符号Ｐ0〜Ｐ2およびＰ0´〜Ｐ2´
は、３面ミラー１４の回転位置の変化により、レーザー
光の反射経路が変化することを示す。

【００１６】３面ミラー１４が回転すると、ビーム光は
被検査レンズ１の端面の異なった位置に入射される。

【００１７】そのため、３面ミラー１４の回転によっ
て、被検査レンズ１の全体に内部伝搬光が行き渡る。内
部を伝搬する光は、被検査レンズ１内部の気泡などの欠
陥で拡散され、被検査レンズの外部に出射する。

【００１８】以上のような照明系により、図２上段のよ
うに、被検査レンズ１の端面から内部に光を入射した場
合、被検査レンズ１の端面は通常、粗面であるため、入
射光は端面で幾らか拡散し、内部に入射する。端面から
内部に入射した光は、透明体の内部を導波管のように上
下に反射を繰り返しながら伝搬する。

【００１９】透明体は浅い角度で入射した光に対して
は、かなり反射率が高い。そのため、符号５２のよう
に、内部を伝搬する光のほとんどは、透明体の外に出る
ことは無く、内部で多重反射を繰り返すことになる。

【００２０】透明体内部を伝搬する光は、透明体の表面
または内部のキズ５５や気泡５４などがあると、そこで
光線の伝搬方向が変わる。すなわち、図２上段のよう
に、表面に垂直方向の光が発生する。表面に垂直な角度
で入射する光は透過率が高いため、外部に出る。

【００２１】したがって、内部や表面に欠陥があると、
外部に光が漏れ出るため、欠陥だけが明るく光って見え
る。

【００２２】一方、透明体の表面に付着している異物５
３は、透明体の内部の光の伝搬を変えることがないた
め、図２下段のように、透明体に垂直方向な光線は生じ
ない。したがって、透明体の表面に付着している異物は
光らない。

【００２３】上記のような現象を利用すると、通常眼で
は分かりにくい小さな欠陥も明るく光って見えるため、
表面や内部に存在する欠陥が容易に観察できる。

【００２４】一方、通常、異物と欠陥の判別は目視では
難しいが、本発明の方法では異物は見えないため、欠陥
だけを明確に見ることができる。

【００２５】図５は、透明体の端面の１カ所にレーザー
ビーム光を照射した時、透明体を正面からカメラで撮影
した結果を示している。図示のように、中央部に小さな
キズ５５があることが分かる。なお、図５において符号
５８で示した明部は被検査レンズ１の端面において生じ
た拡散光を示す。また、符号５９は実験的に用いたレー
ザー光源の対物レンズである。

【００２６】このキズ５５の太さは、約１０μｍで、通
常目視では見つけにくい大きさであるが本発明を使う
と、このキズだけが明るく光って見えるため、容易にキ
ズの存在を知ることができる。

【００２７】図５に示すように、通常のカメラで、ある
いは、肉眼で観察することによっても、以上のような理
由から、欠陥の有無を容易に判断できるが、図１に示し
た受光系を用いることによって、より客観的な検査を行
なえる。

【００２８】たとえば、被検査レンズ１から漏れ出た欠
陥の拡散光を、撮像素子で画像入力する。欠陥からの拡
散光強度の大きさによって、欠陥の大きさをランク付け
し、ランクによって色分けするなどして、ディスプレイ
２３に欠陥の様子を画像出力することが可能となる。

【００２９】図１の構成において、被検査レンズ１の端
面をレーザービーム光で照射して、被検査レンズ１の欠
陥から出射する拡散光を撮像カメラ１８の撮像素子を使
って撮影する。図１において、撮像カメラ１８の撮像素
子と被検査レンズ１の検査面は撮像カメラ１８の結像レ
ンズを介して光学的に共役な位置に配置されている。撮
像カメラ１８の撮像素子の出力画像は画像処理部２１に
出力される。

【００３０】被検査レンズ１端面のレーザー光照射は位
置を変える毎に、撮像カメラ１８の撮像素子の出力画像
を累積し、その結果が画像処理部２１の画像メモリに格
納される。この一連の処理を各検査面に対して行なう。

【００３１】また、受光系（撮像素子と結像レンズ）と
被検査レンズ１を、被検査レンズ１の光軸方向に相対的
に移動させることにより、透明体の検査面を被検査レン
ズ１の厚さ方向に変えることができる。

【００３２】このようにして得た被検査レンズ１内の各
３次元座標に対応する位置の各画素の出力信号を、検査
面ごとに比較し、大きいものだけを画像処理部２１の画
像メモリに残す。

【００３３】次に、画像処理部２１の画像メモリに残っ
た各画素の値のうち、図６上段のように、あるしきい値
以上の値を持つものだけを残し、しきい値以下の値はす
べて０として、図６下段のように画像処理部２１の画像
メモリの内容を書き換える。

【００３４】その結果を画像出力制御部２２に送り、デ
ィスプレイ２３に出力する。このような処理を行なうこ
とによって、透明体の内部や表面に存在する欠陥だけを
ディスプレイ２３を介して容易に観察することができ
る。

【００３５】また、別の出力方法としては、拡散光強度
の大きさをユーザーが選択したしきい値と比較し、しき
い値を超える拡散光強度だけをディスプレイ２３に出力
表示することもできる。これにより、熟練者で無くと
も、透明体に存在している欠陥を容易に観察することが
可能になる。

【００３６】さらに、画像として検査結果を出力するだ
けでなく、しきい値と拡散光強度の比較のみに基づき、
欠陥の有無を判定し、その判定結果のみを出力するよう
な方式も考えられる。

【００３７】上記構成は、光学レンズのみならず、液晶
パネル用板ガラス、光ディスク板の透明基板、光受光素
子のガード用板ガラスなど、種々の透明体の検査に利用
できるのはもちろんである。

【００３８】

【発明の効果】以上から明らかなように、本発明によれ
ば、透明体内外の構造的欠陥を光学的に検出する透明体
欠陥検査装置において、透明体の端面から内部に光を入
射する照明手段と、透明体の異なる面より透明体の内部
で生じる拡散光を観察する観察手段からなる構成を採用
している。

【００３９】したがって、透明体を照明した場合、透明
体の表面または内部に存在するキズや気泡などがあると
そこで拡散される。この透明体の内部で生じる拡散光を
透明体の異なる面より観察することにより、欠陥の有無
を検査できる。その場合、透明体の表面に付着している
異物は、透明体の内部の光の伝搬を変えないため、異物
はほとんど拡散反射されず、正確な欠陥検査が可能とな
り、透明体の欠陥検査を自動的に、またきわめて高精度
かつ客観的に行なえる優れた透明体欠陥検査装置を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を採用した透明体欠陥検査装置の構成を
示した説明図である。

【図２】本発明を採用した透明体欠陥検査装置における
透明体中の光の電搬状態を示した説明図である。

【図３】本発明を採用した透明体欠陥検査装置における
透明体の走査の様子を示した上面図である。

【図４】本発明を採用した透明体欠陥検査装置における
透明体の走査の様子を示した側面図である。

【図５】本発明を採用した透明体欠陥検査装置における
透明体検査時の観察結果を示した側面図である。

【図６】本発明を採用した透明体欠陥検査装置における
画像信号処理を示した線図である。

【符号の説明】

１ 被検査レンズ １１ レーザー光源 １２ レーザー光源 １３ レーザー光源 １４ ３面ミラー １５ 平面ミラー １６ 平面ミラー １７ 平面ミラー １８ 撮像カメラ ２１ 画像処理部 ２２ 画像出力制御部 ２３ ディスプレイ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明体内外の構造的欠陥を光学的に検出
   する透明体欠陥検査装置において、 透明体の端面から内部に光を入射する照明手段と、 透明体の異なる面より透明体の内部で生じる拡散光を観
   察する観察手段からなることを特徴とする透明体欠陥検
   査装置。
2. 【請求項２】 前記照明手段は、透明体中の所定の３次
   元的な測定領域を光走査する走査手段を含むことを特徴
   とする請求項１に記載の透明体欠陥検査装置。
3. 【請求項３】 透明体の検査面と撮像面を光学的に共役
   な位置に配置する結像光学系を有する撮像カメラを有
   し、この結像光軸上における透明体、および撮像カメラ
   ないしその結像光学系の相対移動により、透明体の奥行
   き方向に関する光走査を行なうことを特徴とする請求項
   ２に記載の透明体欠陥検査装置。
4. 【請求項４】 前記撮像面に配置された撮像素子を有
   し、前記３次元的な測定領域の光走査を行ない、透明体
   の欠陥の有無を反映した拡散光強度データを得ることを
   特徴とする請求項３に記載の透明体欠陥検査装置。
5. 【請求項５】 前記拡散光強度データを画像データとし
   て出力表示する手段を有することを特徴とする請求項４
   に記載の透明体欠陥検査装置。
6. 【請求項６】 前記拡散光強度データを評価し、その結
   果を出力表示する手段を有することを特徴とする請求項
   ４に記載の透明体欠陥検査装置。