JPH0933342A

JPH0933342A - 照明輝度管理方法および光学部材検査装置

Info

Publication number: JPH0933342A
Application number: JP20840095A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Nakayama; 利宏中山; Masato Hara; 正人原; Masayuki Sugiura; 正之杉浦; Atsushi Kida; 敦木田
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1995-07-24
Filing date: 1995-07-24
Publication date: 1997-02-07

Abstract

(57)【要約】【課題】Ｐタイル法、モード法を単独で用いた場合は
もとより、これらを組み合せたとしても適切に照明輝度
を管理できない場合がある。【解決手段】画像処理装置４０は、ＣＣＤカメラ３０
から出力される入力画像のヒストグラムをとり、これを
閾値決定手段４１へ出力する。閾値決定手段４１は、入
力されるヒストグラムに基づいて判別分析法により閾値
を決定し、照明輝度管理手段４２は、この閾値が所定の
範囲に入るよう光源１０の照明輝度を管理する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、画像処理の手法
を用いた装置の照明輝度管理方法、およびこの方法を利
用した光学部材検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の検査装置では、照明光源からの
光束を検査対象であるレンズ等の光学部材に入射させ、
光学部材を透過した光束をＣＣＤカメラ等で撮影して画
像処理装置に入力し、画像解析をすることにより光学部
材の性能等を検査する。

【０００３】検査における判断基準のバラツキを少なく
して検査の安定性を保つためには、装置の設定状態はで
きるたけ一定であることが望ましく、照明輝度の変動も
所定の許容範囲内に収める必要がある。

【０００４】したがって、この種の検査装置では、照明
輝度の管理は必須となる。例えば、特開平６−１３９３
４１号公報には、画像のヒストグラムに基づいてＰタイ
ル法、およびモード法により求めた閾値に基づいて照明
輝度を管理する装置が開示されている。ヒストグラム
は、照明輝度の変化によっても、また、被検物の状態の
変化によっても変化するため、ヒストグラムのピークを
監視するのみでは照明輝度を管理することができない。
このため、上記公報の装置では閾値に基づいて照明輝度
を管理している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
Ｐタイル法、モード法により検出される閾値に基づいて
照明輝度を管理する場合には、それぞれ以下に述べるよ
うな問題点がある。

【０００６】まず、Ｐタイル法による場合には、撮影画
像の輝度ムラが非常に小さく、背景領域と図形領域との
輝度が小数の輝度にそれぞれ集中するときに閾値が不安
定になるという問題がある。すなわち、Ｐタイル法は、
輝度が高い画素から数えて画素数が全画素数に対してＰ
の比率になる画素の輝度を閾値とするため、上記のよう
に輝度ムラが小さい場合には、検査部品の欠陥により背
景領域と図形領域との輝度以外の輝度の画素が発生する
と、その影響により閾値が大きくシフトする可能性があ
る。

【０００７】また、モード法は、背景領域と図形領域と
の輝度がヒストグラム中で明確に２つのピークを形成す
る場合にのみ有効であり、これらのピークが明確でない
場合には適用することができない。

【０００８】したがって、Ｐタイル法、モード法を単独
で用いた場合はもとより、これらを組み合せたとしても
ヒストグラムの分布形状によっては適切に照明輝度を管
理できない場合がある。

【０００９】この発明は、上述した従来技術の課題に鑑
みてなされたものであり、撮影画像のヒストグラムに基
づいて照明輝度を適正に管理することができる方法、お
よびこの方法を利用した光学部材検査装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明にかかる照明輝
度管理方法は、上記の目的を達成させるため、撮像手段
から出力される対象画像の輝度分布を画素数で表現した
ヒストグラムを形成し、このヒストグラムに基づいて判
別分析法により閾値を求め、求められた閾値に基づいて
照明輝度を管理することを特徴とする。照明輝度が適正
か否かは、閾値が所定の許容範囲内にあるか否かにより
判断される。

【００１１】判別分析法によって得た閾値は、他の閾値
決定方法によるより被検物の状態の変化に影響を受け難
く、かつ、照明輝度が変化した場合にはこれに伴って変
化するため、照明輝度の管理の指標として用いるのに適
している。

【００１２】さらに、この発明にかかる光学部材検査装
置は、上記の方法を利用して被検物である光学部材を照
明する照明手段を管理するものであり、照明手段により
照明された光学部材を撮影する撮像手段と、撮像手段の
出力を画像処理することにより光学部材の性状を検査す
る画像処理手段と、撮像手段の出力から対象画像の輝度
分布を画素数で表現したヒストグラムを形成する解析手
段と、ヒストグラムに基づいて判別分析法により閾値を
求め、この閾値に基づいて照明輝度を管理する管理手段
とを有することを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、この発明にかかる照明輝度
管理方法を適用した装置の実施の形態を説明する。ま
ず、図１にしたがってこの発明にかかる光学部材検査装
置の光学系と制御系について説明する。

【００１４】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
光学系としてのＣＣＤカメラ３０とを備える。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】ＣＣＤカメラ３０の画像出力は、画像処理
装置４０において特徴量が抽出され、この抽出された情
報に基づいて被検レンズ１が良品であるか不良品である
かが判定手段４３により判定され、その判定結果がモニ
タディスプレイ５０に表示される。

【００１８】また、画像処理装置４０は、ＣＣＤカメラ
３０から出力される入力画像のヒストグラムをとり、こ
れを閾値決定手段４１へ出力する。閾値決定手段４１
は、入力されるヒストグラムに基づいて判別分析法によ
り閾値を決定し、照明輝度管理手段４２は、この閾値が
所定の範囲に入るよう光源１０の照明輝度を管理する。

【００１９】照明輝度の管理は、光源に印加される電
圧、パルス幅の調整により発光量自体を調整してもよい
が、光源１０と拡散手段２０との間に絞りやフィルター
を介在させてこれらを調整してもよいし、さらには、拡
散手段２０の拡散透過率を調整できるようにしてもよ
い。

【００２０】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。

【００２１】第２の拡散板２２のサイズは、中心領域か
らの低輝度の射出成分が被検レンズ１に垂直に入射し、
高輝度の周辺領域からの射出成分が被検レンズ１に斜め
に入射するよう定められている。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。

【００２２】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２１，２２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２
１，２２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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】上記のように入力画像が高輝度の背景領域
と中輝度の部品領域とを含む場合、そのヒストグラムは
例えば図７に示すとおりとなる。照明輝度を管理する指
標として用いらる閾値は、判別分析法により決定され
る。判別分析法は、画像の２値化処理の際の閾値の決定
方法であり、画像中の画素を閾値でクラス分けした際
に、クラス分けが適正であれば各クラス内の輝度のバラ
ツキ(クラス内分散σw)が小さく、クラス間の輝度のバ
ラツキ(クラス間分散σb)が大きくなることに着目し、
これらの比であるＦo＝σb／σwが最大になるよう閾値
を決定する方法である。

【００３０】照明輝度が変化すると、画像のヒストグラ
ムはほぼその形状を保ったまま図８に示すように低輝度
側、あるいは図９に示すように高輝度側にシフトし、判
別分析法による閾値もまた、照明器度の変化に応じて変
化する。したがって、この閾値を監視することにより、
照明輝度を管理することができる。

【００３１】なお、照明輝度の管理ために利用される閾
値は、背景領域と部品領域とを含む画像全体のヒストグ
ラムに基づいて決定され、部品領域内の輝度分布に基づ
いて吸収性、発散性の欠陥を検出するために利用される
閾値ＳＨ1，ＳＨ2とは異なる。

【００３２】次に、実施例の装置の構成で判別分析法以
外の方法により求められた閾値に基づいて照明輝度を管
理した場合の問題点について説明する。一般に、２値画
像を得るための閾値の決定方法としては、判別分析法の
他に、Ｐタイル法、モード法、ピーク法等が知られてい
るが、これらの方法で得られる閾値は、判別分析法によ
る閾値と比較すると、被検物の状態の変化による影響を
受けやすい。

【００３３】Ｐタイル法では、部品領域Ｓと背景領域Ｂ
との輝度が非常に安定しており、図１０に示すように欠
損がない場合と図１１に示すように散乱性の欠損がある
場合とでヒストグラムの形状が変化すると、照明輝度に
変化がなくとも閾値が変化する。

【００３４】モード法では、吸収性、散乱性の欠陥が存
在してヒストグラム上で複数の極小値が存在する場合
に、閾値の決定が困難となる。特に、発散性の欠陥が大
きく、図１２に示すように部品領域と背景領域のヒスト
グラムの分布が近接した場合には、閾値を決定できない
場合がある。

【００３５】ピーク法は、輝度の微分値の和のヒストグ
ラムをとり、画素数が最大となる輝度を閾値とする方法
である。この方法では、部品領域と背景領域との境界付
近に、レンズ周面の汚れ等による輝度の複雑な変化があ
った場合に、これらの変化がノイズとなって閾値を決定
できない場合がある。

【００３６】判別分析法による閾値は、図１０、図１１
に示すように輝度分布が極端に偏っている場合の僅かな
分布の変化には影響を受け難く、かつ、図１２に示すよ
うに部品領域と背景領域とのピークが近接した場合、そ
して境界領域に輝度の複雑な変化がある場合にも閾値を
決定することができる。

【００３７】続いて、上記の装置を利用した検査の手順
を図１３に示したフローチャートにしたがって説明す
る。ステップ１(図中「S.1」で示す。以下同様。)でＣ
ＣＤカメラ３０から画像が入力され、画像処理装置４０
内で輝度の分布に基づいてヒストグラムが形成される
(ステップ２)。

【００３８】閾値決定手段４１は、ヒストグラムに基づ
いて判別分析法による閾値ＳＨを求め(ステップ３)、こ
れが下限を下回る場合には警告を発して上方修正し、上
限を上回る場合には警告を発して下方修正する(ステッ
プ４〜７)。輝度が所定の範囲にない場合には、修正後
にステップ８で検査を継続するか否かが判断され、継続
する場合にはステップ１に戻って画像が入力される。例
えば複数回の修正によっても輝度が所定の範囲に達しな
い場合等には、ステップ８で検査を断念して検査を終了
する。

【００３９】輝度が所定の範囲に入る場合には、入力さ
れた画像から被検レンズの像に対応する部品領域が分離
され(ステップ９)、部品領域の画像が動的２値化処理に
より２値化されて欠陥等の特徴量が抽出される(ステッ
プ１０)。

【００４０】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すると共に、判定結果を
モニタディスプレイ５０に表示する(ステップ１１，１
２)。ステップ１３では、次に検査対象となる部品があ
るか否かが判断され、部品があれば部品を交換し(ステ
ップ１４)、ステップ１からの処理を繰り返す。部品が
なければ検査を終了する。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、照明輝度の変化以外の要因によるヒストグラムの変
化に影響を受け難い判別分析法の閾値を指標として照明
輝度を管理することにより、照明輝度を正確に管理する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施形態として説明した光学部材
検査装置の光学系と処理系のブロックとを示す複合図で
ある。

【図２】実施形態として説明した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】実施形態として説明したに装置より撮影され
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】実施形態として説明した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】実施形態として説明した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】実施形態として説明した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】実施形態として説明した装置により撮影され
た画像のヒストグラムの一例を示すグラフである。

【図８】図７のヒストグラムが低輝度側にシフトした
際のグラフである。

【図９】図７のヒストグラムが高輝度側にシフトした
際のグラフである。

【図１０】実施形態として説明した装置により撮影さ
れた画像のヒストグラムの他の例を示すグラフである。

【図１１】図１０のヒストグラムで散乱性の欠陥が生
じた際のグラフである。

【図１２】実施形態として説明した装置により撮影さ
れた画像のヒストグラムのさらに他の例を示すグラフで
ある。

【図１３】実施形態として説明した装置の検査処理を
示すフローチャートである。

【符号の説明】

１被検レンズ１０光源２０拡散手段３０ＣＣＤカメラ４０画像処理装置４１閾値決定手段４２照明輝度管理手段４３判定手段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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】照明光源からの光束を被検物である光学部
材を介して撮像手段に導き、該撮像手段の出力を画像処
理することにより前記被検物の検査する検査装置の照明
輝度管理方法において、前記撮像手段から出力される対象画像の輝度分布を画素
数で表現したヒストグラムを形成し、該ヒストグラムに
基づいて判別分析法による閾値を求め、該閾値に基づい
て照明輝度を管理することを特徴とする照明輝度管理方
法。
【請求項２】前記閾値が所定の許容範囲内にあるか否か
により照明輝度が適正か否かを判断することを特徴とす
る請求項１に記載の照明輝度管理方法。
【請求項３】被検物の画像のヒストグラムに基づいて判
別分析法により閾値を求め、求められた閾値に基づいて
前記被検物を照明する照明光の輝度を管理することを特
徴とする照明輝度管理方法。
【請求項４】被検物である光学部材を照明する照明手段
と、前記照明手段により照明された前記光学部材を撮影する
撮像手段と、該撮像手段の出力を画像処理することにより前記光学部
材を検査する画像処理手段と、前記撮像手段の出力から対象画像の輝度分布を画素数で
表現したヒストグラムを形成する解析手段と、該ヒストグラムに基づいて閾値を求め、該閾値に基づい
て照明輝度を管理する管理手段とを有することを特徴と
する光学部材検査装置。
【請求項５】前記照明手段は、光源と、拡散透過率の高
い周辺領域および拡散透過率の低い中心領域を有する拡
散手段とを備え、前記撮影手段は、前記拡散手段を透過
して被検物を透過した光束を受光する位置に設けられて
いることを特徴とする請求項４に記載の光学部材検査装
置。
【請求項６】照明手段により照明された被検物を撮影
し、撮影された画像に基づいて前記被検物の欠陥を判定
する光学部材検査装置において、前記照明手段は、前記撮影画像中で部品領域と背景領域
との輝度差が明確に分離されるような輝度分布を有し、
前記撮影画像の判別分析法による閾値に基づいて照明輝
度が管理されることを特徴とする光学部材検査装置。
【請求項７】前記照明手段は、被検物に垂直に入射する
光束の輝度と、斜めに入射する光束の輝度とが異なるよ
う設定されていることを特徴とする請求項６に記載の光
学部材検査装置。
【請求項８】前記照明手段は、前記被検物に光軸と平行
に入射する光束の輝度を、斜めに入射する光束の輝度よ
り低く設定したことを特徴とする請求項７に記載の光学
部材検査装置。