JPH10339621A - 表面欠陥検査方法および表面欠陥検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被検査体の被検査面の表面欠陥の検査精度に
優れ、かつ高速で大量生産に適した表面欠陥検査方法お
よびその装置を提供する。 【解決手段】 回転プレート８上には該回転プレート８
の回転中心が光学素子１４の表面の任意の一点を通るよ
うに光学素子１４を載置し、検査カメラ２０の測定範囲
が前記回転中心を通り、かつ前記回転プレート８が回転
した際に光学素子１４の表面が描く軌跡の最外周が、検
査カメラ２０の測定範囲の最長長さを越えないように検
査カメラ２０の測定範囲を調整し、検査カメラ２０から
の光学素子１４の表面の状態に関わる信号を処理する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学素子のような
被検査体の表面欠陥検査方法およびその検査装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、被検査体として例えばレンズ、プ
リズム等の光学素子の表面欠陥の検査においては、その
欠陥の内容が一見してすぐに判別できる欠陥から、欠陥
に対して斜めの低い角度からでないと判別できない欠陥
まで検査が可能な条件およびその欠陥の項目が多種多様
であること、また、特に表面形状に曲率を持った光学素
子においては斜めの低い検査角度でないと判別が困難で
あるような欠陥については、その曲率ごとに検査角度を
変えなければいけないこと、などから表面欠陥の検査が
非常に難しい。そのため各種文献等を参照しても明らか
にされているが、こうした光学素子の表面欠陥の検査
は、人間による目視検査が今もって主流とされている。
また、外観検査装置においても平面状の物体についての
検査方式には、様々な方式が開示されてきている（特開
平７ー７６４５７号公報、特開平８ー１５２４１６号公
報等参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このように光学素子の
表面の欠陥検査における検査装置が人間の目視検査に取
って代わらない理由について説明する。

【０００４】一般的に光学素子の表面の欠陥を検査する
方法としては、あらかじめＣＣＤカメラで撮像しておい
た良品の光学素子の画像を基準画像として記憶してお
き、検査対象となる光学素子の画像を検査画像としたう
えで基準画像と検査画像とを比較し、検査画像が基準画
像と一致していれば検査画像にかかる光学素子が良品で
あると判別処理し、相違していれば欠陥品として判別処
理する方法であるとか、あるいは、光ビームを検査対象
たる光学素子に投光し、この光学素子の表面で反射され
て帰来してきた光ビームを電気信号に変換したうえで、
この電気信号を予め設定された敷居値と比較して光学素
子の表面欠陥の良否を判別処理する方法が知られてい
る。

【０００５】上述のＣＣＤカメラを用いた光学素子の表
面欠陥検査方法においては、図５を用いて説明するよう
に、ＣＣＤカメラ１００等を用いて光学素子２００の画
像を記憶する場合に、光学素子２００を静止状態におか
なければ画像を取り込むことができない。そのため、光
学素子２００の表面形状が曲率を有している場合では、
ＣＣＤカメラ１００を光学素子２００の真上ではその表
面欠陥の撮像ができず、したがって、ＣＣＤカメラ１０
０は光学素子２００に対して撮像角度を低くして撮像す
る必要がある。この場合、ＣＣＤカメラ１００で撮像さ
れている領域３０以外の領域については表面欠陥の検査
ができない。このため光学素子の検査項目の１つにしか
すぎない表面欠陥を検査するためだけでも数回から数十
回も光学素子２０の回転、停止、検出、処理を繰り返さ
なければならない。また、別の条件でしか検出できない
ような検査項目についても前述と同様な操作を繰り返さ
なければならず、したがって、光学素子の表面欠陥の検
査に要する時間が、別の表面欠陥検査と比較して多大な
ものとなっている。

【０００６】上述の光ビームを用いた光学素子の表面欠
陥検査方法においては、その検査に際して光ビームを光
学素子に投光する投光部を移動させても光学素子を移動
させても、そのいずれでも構わないのであるが、いずれ
にしても光学素子が曲率を有している場合には、光学素
子の表面で反射されて帰来してきた光ビームを受光して
これを電気信号に変換する受光部も光学素子の曲率に合
わせて移動させなければならないために、表面欠陥検査
に要する時間が非常に長くかかる。

【０００７】このようにしてＣＣＤカメラを用いた表面
欠陥検査方法でも、光ビームを用いた表面欠陥検査方法
でも、表面欠陥検査装置が人間に取って代われない。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の表面欠陥検査方
法は、回転体上には該回転体の回転中心が被検査体の被
検査面の任意の一点を通るように前記被検査体を載置す
る載置工程と、検査カメラの測定範囲が前記回転中心を
通り、かつ前記回転体が回転した際に前記被検査体の被
検査面が描く軌跡の最外周が、前記検査カメラの測定範
囲の最長長さを越えないように前記センサの測定範囲を
調整する調整工程と、前記検査カメラからの前記被検査
体の被検査面の状態に関わる信号を処理する処理工程と
を含むことを特徴として上述の課題を解決している。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１の表面欠陥検査
方法は、回転体上には該回転体の回転中心が被検査体の
被検査面の任意の一点を通るように前記被検査体を載置
する載置工程と、検査カメラの測定範囲が前記回転中心
を通り、かつ前記回転体が回転した際に前記被検査体の
被検査面が描く軌跡の最外周が、前記検査カメラの測定
範囲の最長長さを越えないように前記センサの測定範囲
を調整する調整工程と、前記検査カメラからの前記被検
査体の被検査面の状態に関わる信号を処理する処理工程
とを含むことを特徴としていることによって、被検査体
として例えば光学素子の検査項目の１つでしかすぎない
表面欠陥を検査する場合に回転体でもって光学素子の回
転を繰り返す必要がなくなり、かつ、別の条件でしか検
出できないような検査項目についても検査のための操作
を繰り返す必要もなくなり、その表面欠陥の検査に要す
る時間を大幅に短縮化できる。また、光学素子が曲率を
有している場合でも、従来の光ビーム方式のように光学
素子の表面で反射されて帰来してきた光ビームを受光し
てこれを電気信号に変換する受光部を光学素子の曲率に
合わせて移動させるといった時間と手間のかかる作業工
程が不要化し、この点からも表面欠陥検査に要する時間
の短縮化が可能となる。さらには、従来の表面欠陥に対
する目視検査に代われるものとなる。

【００１０】本発明の請求項２の表面欠陥検査方法は、
請求項１において前記載置工程は、前記被検査体の被検
査面が曲率を持っているときには、前記回転体の回転中
心と前記被検査体の被検査面の頂点とが合うように前記
被検査体を載置することを特徴としていることによっ
て、前記請求項１の作用効果に加えて、被検査体の表面
欠陥の検査をさらに正確に行うことができる。

【００１１】本発明の請求項３の表面欠陥検査方法は、
請求項１または２において前記検査カメラは、ライン読
み取り方式のカメラであることを特徴としていることに
よって、請求項１または２の作用効果に加えて、被検査
体を回転体によって適宜半周分程度回転させるだけでそ
の表面欠陥の検査が可能となり、それだけ表面欠陥の検
査時間の一層の短縮化が可能となる。

【００１２】本発明の請求項４の表面欠陥検査方法は、
請求項３において前記調整工程は、被検査体の被検査面
が曲率を持っているときには、前記検査カメラのシャッ
ターがオンしている間に前記被検査体の被検査面の少な
くとも１周分以上の被検査データを取り込めるように前
記回転体の回転速度と前記シャッターの速度とを調整す
ることを特徴としていることによって、請求項３の作用
効果に加えて、それだけ表面欠陥の検査の正確度の増大
が可能となる。

【００１３】本発明の請求項５の表面欠陥検査方法は、
請求項１ないし４いずれかにおいて前記被検査体の被検
査面が両面にあるときに、その検査項目に応じて前記被
検査体のいずれかの被検査面を選択的に照明する照明工
程を含むことを特徴としていることによって、請求項１
ないし４いずれかの作用効果に加えて、各検査項目に合
った表面欠陥の検査が可能となる。

【００１４】本発明の請求項６の表面欠陥検査方法は、
請求項２において前記調整工程は、前記検査カメラの焦
点深度の範囲を前記被検査面の曲率が入るように調整す
ることを特徴としていることによって、請求項２の作用
効果に加えて、被検査体の両面の表面欠陥の検査が該被
検査体を回転体上で載置された状態のまま、つまり被検
査体を裏返したたりすることなく、その表面欠陥の検査
ができ、それだけ、検査の一層の容易化と検査時間の一
層の短縮化が可能となる。

【００１５】本発明の請求項７の表面欠陥検査方法は、
請求項６において前記調整工程は、前記被検査体の被検
査面に対する検査カメラの角度と、前記被検査面と検査
カメラとの離間距離とを調整することで前記焦点深度の
範囲を設定することを特徴としていることによって、請
求項６の作用効果に加えて、被検査体の厚さに合わせて
の表面欠陥の検査が可能とされ、表面欠陥の汎用化が図
れる。

【００１６】本発明の請求項８の表面欠陥検査方法は、
請求項１ないし７いずれかにおいて前記被検査体が回転
対称な構造の光学素子であることを特徴としていること
によって、請求項１ないし７いずれかの作用効果に加え
て、回転対称な構造であればいかなる光学素子について
もその表面欠陥の検査が可能となり、表面欠陥の検査の
汎用化を図れる。

【００１７】本発明の請求項９の表面欠陥検査装置は、
被検査体を載置する回転可能な回転体と、前記回転体に
載置された前記被検査体の被検査面に合焦するようにセ
ットされて前記被検査体を撮影する検査カメラと、前記
検査カメラからの出力信号を処理する処理装置とを具備
したことを特徴としていることによって、表面欠陥の検
査装置として、表面欠陥の検査時間の短縮化と検査の容
易化が可能となるものとなる。

【００１８】本発明の請求項１０の表面欠陥検査装置
は、請求項９において前記検査カメラは、ライン読み取
り方式のカメラであることを特徴としていることによっ
て、請求項９の作用効果に加えて、被検査体を回転体に
よって適宜半周分程度回転させるだけでその表面欠陥の
検査が可能となり、それだけ表面欠陥の検査時間の一層
の短縮化が可能となるものとなる。

【００１９】以下、本発明の実施の形態について、図１
から図４を用いて説明する。

【００２０】図１（ａ）、（ｂ）に本実施の形態に係る
表面欠陥検査装置の概略図を示す。図１（ａ）は表面欠
陥検査装置を側面から見た図で、図１（ｂ）は表面欠陥
検査装置を上面から見た図である。本実施の形態で表面
欠陥が検査される被検査体は被検査面を両面に有してお
り、それぞれの被検査面の曲率半径が１４．９と３８．
６とを有した両面共凸のレンズの光学素子である。

【００２１】本実施の形態の表面欠陥検査装置は、ベー
スプレート２を有している。このベースプレート２には
支軸４がその一端側で立設されている。この支軸４の他
端側には平面視円形の載置プレート６が固定されてい
る。載置プレート６上面には該載置プレート６と同心円
状に回転体としての平面視円形の回転プレート８が埋設
載置されている。この回転プレート８は、載置プレート
６下面に固定された回転モータ１０で回転駆動可能に構
成されている。回転プレート８の回転中心には光学素子
固定穴１２が設けられている。光学素子１４はこの光学
素子固定穴１２に配置されることで回転プレート８と共
に回転可能になっている。回転プレート８の上下方向に
はそれぞれ光学素子１４を上下方向から照明するため
の、白色蛍光灯もしくはハロゲンランプからなる照明用
光源１６，１８が図示していない設置手段で設置されて
いる。回転プレート８の上方位置には光学素子１４を撮
像するためにライン読み取り方式のデジタルカメラで構
成された検査カメラ２０が配置されている。検査カメラ
２０には撮像に係る検出信号を処理する処理装置２２が
接続されている。なお、図解の明瞭化のため図１（ａ）
では固定穴１２、また図１（ｂ）では光学素子１４はそ
れぞれ図示されていない。また、図１（ａ）では図示さ
れている一対の光源１６，１８は図１（ｂ）では光源１
８のみが図示されている。

【００２２】以上のように構成された表面欠陥検査装置
を用いて光学素子１４の表面欠陥を検査する表面欠陥検
査方法について詳しく説明する。

【００２３】まず、光学素子１４を回転プレート８の固
定穴１２に配置する。また検査カメラ２０と照明用光源
１６，１８を光学素子１４の表面上の欠陥が検査カメラ
２０のモニタで最も良く検出できるように、該検査カメ
ラ２０のフォーカスと位置とを調整後、検査カメラ２０
の読み取りラインが光学素子１４の中心を正確に通るよ
うに検査カメラ２０の位置を微調整する。この場合、光
学素子１４は曲率を有しているから、回転体である回転
プレート８の回転中心と光学素子１４の被検査面の頂点
とが合うように光学素子１４は載置されることになる。

【００２４】次に回転モータ１０を制御して回転プレー
ト８を所定回転速度例えば毎分３３０回転で回転させて
おき、検査カメラ２０の電子シャッターを０．１秒間オ
ンにする。これによって、処理装置２２には検査カメラ
２０からの撮像に係る検出信号を取り込む。この光学素
子１４の回転速度と検査カメラ２０の検出信号の取り込
み時間とでその検出信号は、検査カメラ２０の読み取り
ラインが光学素子１４の直径以上の測定範囲があるた
め、光学素子１４の１周分以上の検査データが取り込め
たことになる。この検出信号を処理装置２２に送り、処
理装置２２においては検出信号から光学素子１４の撮像
に係る輝度レベルを処理することにより光学素子１４の
良否判定を行う。この良否判定は周知の技法を採用して
構わない。こうして光学素子１４の表面欠陥の全項目を
検出するのに必要な検出条件だけ上記の検査方法を繰り
返す。

【００２５】具体的に光学素子１４の欠陥項目として、
光学素子１４の表面にある蒸着膜剥がれ、傷および曇り
の表面欠陥を検出する場合について図２と図３とを参照
して説明する。蒸着膜剥がれとは光学素子１４は一般に
その表面に反射防止膜を蒸着させるが、このような反射
防止膜などが剥がれているかどうかを検査することであ
る。図２は蒸着膜剥がれの表面欠陥の説明に供し、図３
は傷および曇りの表面欠陥の説明に供する。

【００２６】（蒸着膜剥がれ）光学素子１４の表面にお
ける反射防止膜のような蒸着膜の剥がれ欠陥は光学素子
１４の表面を一方の照明用光源１６で照明させて該表面
からの光の反射を見なければならないため、一方の照明
用光源１６は回転プレート８の固定穴１２に配置された
光学素子１４を上方向から照明する。検査カメラ２０は
光学素子１４を斜めの角度から見るように光学素子１４
の光軸に対して所定角度例えば４０度傾けたうえで、か
つ光学素子１４からの離間距離を約４００ｍｍ程度とし
てセットする。こうして光学素子１４との距離を離すこ
とによって検査カメラ２０の焦点深度が深く取れるた
め、光学素子１４の表面曲率がこの焦点深度の範囲であ
れば検査カメラ２０による検出角度を変えることなく光
学素子１４の全表面にわたってその表面欠陥である蒸着
膜剥がれを検出することができる。また、光学素子１４
が回転等によって多少振動しても検出に影響することは
なく、表面の反射により検出するような不良であっても
光学素子１４を裏返すことなくそのまま一方の表面の欠
陥のみならず、他方の反対側の表面にある欠陥も同時に
検出することができる。

【００２７】このような検出条件にセットした後、上述
した順に光学素子１４の回転、検査カメラ２０による検
出信号取り込み、処理装置２２での処理を行った結果の
概略が図４に示されている。図４において横軸は検査カ
メラ２０の測定範囲を示し、中央部が光学素子１４の直
径に当たる範囲である。縦軸は時間軸で、回転の場合回
転角度を示す。今回の場合、光学素子１４の回転速度毎
分３３０回転で検出信号の取り込み時間が０．１秒であ
るので、光学素子１４の任意の角度から半周分（０゜〜
１８０゜）プラス１８度分（１８０゜〜１９８゜）のデ
ータを示していることになる。取り込みはじめに検出さ
れた欠陥２４は、取り込み終了直前で再度検出され、光
学素子１４は回転しているので同じ欠陥２４であっても
反対側で検出されている。

【００２８】（傷、曇り）傷、曇りといった表面欠陥は
光学素子１４を透過するように見なければならないた
め、図３で示すように他方の照明用光源１８でもって回
転プレート８にセットされている光学素子１４の下方向
から照らす。検査カメラ２０は光学素子１４を真上の角
度から見るように光学素子１４の光軸上に、光学素子１
４との距離を約４００ｍｍ程度離した位置にセットす
る。

【００２９】このような検出条件にセットした後、上述
した順に回転、検出信号取り込み、処理を行い欠陥の検
出を完了する。このように表面欠陥の内容が違うもので
あっても、同じ検出条件で検出可能なものは１度で良
い。

【００３０】なお、ここでは光学素子１４としては両凸
の球面レンズについて述べたが、これに限定されるもの
でなく両凹レンズ、メニスカスレンズ、また非球面形状
を持ったレンズはもちろん矩形の形状をした光学素子で
あっても回転対称のもので有れば全て同様の方法で欠陥
が検出できる。

【００３１】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば曲率を持
った光学素子の表面の欠陥であっても従来よりも簡単に
短時間で検出するですることができ、作業能率を著しく
向上し、生産性の向上や歩留まりの向上をもたらすこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態による表面欠陥検査装置の
概略図

【図２】図１の表面欠陥検査装置による光学素子の検査
条件概略図

【図３】図１の表面欠陥検査装置による光学素子の検査
条件概略図

【図４】図１の表面欠陥検査装置による光学素子の表面
欠陥検出データ概略図

【図５】従来の課題の説明に供する図

【符号の説明】

２ ベースプレート ４ 支軸 ６ 載置プレート ８ 回転プレート １０ 回転モータ １２ 固定穴 １４ 光学素子 １６，１８ 照明用光源 ２０ 検査カメラ ２２ 処理装置

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転体上には該回転体の回転中心が被検査
   体の被検査面の任意の一点を通るように前記被検査体を
   載置する載置工程と、 検査カメラの測定範囲が前記回転中心を通り、かつ前記
   回転体が回転した際に前記被検査体の被検査面が描く軌
   跡の最外周が、前記検査カメラの測定範囲の最長長さを
   越えないように前記センサの測定範囲を調整する調整工
   程と、 前記検査カメラからの前記被検査体の被検査面の状態に
   関わる信号を処理する処理工程と、 を含むことを特徴とする表面欠陥検査方法。
2. 【請求項２】前記載置工程は、前記被検査体の被検査面
   が曲率を持っているときには、前記回転体の回転中心と
   前記被検査体の被検査面の頂点とが合うように前記被検
   査体を載置することを特徴とする請求項１記載の表面欠
   陥検査方法。
3. 【請求項３】前記検査カメラは、ライン読み取り方式の
   カメラであることを特徴とする請求項１または２記載の
   表面欠陥検査方法。
4. 【請求項４】前記調整工程は、被検査体の被検査面が曲
   率を持っているときには、前記検査カメラのシャッター
   がオンしている間に前記被検査体の被検査面の少なくと
   も１周分以上の被検査データを取り込めるように前記回
   転体の回転速度と前記シャッターの速度とを調整するこ
   とを特徴とする請求項３に記載の表面欠陥検査方法。
5. 【請求項５】前記被検査体の被検査面が両面にあるとき
   に、その検査項目に応じて前記被検査体のいずれかの被
   検査面を選択的に照明する照明工程を含むことを特徴と
   する請求項１ないし４いずれかに記載の表面欠陥検査方
   法。
6. 【請求項６】前記調整工程は、前記検査カメラの焦点深
   度の範囲を前記被検査面の曲率が入るように調整するこ
   とを特徴とする請求項２に記載の表面欠陥検査方法。
7. 【請求項７】前記調整工程は、前記被検査体の被検査面
   に対する検査カメラの角度と、前記被検査面と検査カメ
   ラとの離間距離とを調整することで前記焦点深度の範囲
   を設定することを特徴とする請求項６に記載の表面欠陥
   検査方法。
8. 【請求項８】前記被検査体が回転対称な構造の光学素子
   であることを特徴とする請求項１ないし７いずれかに記
   載の表面欠陥検査方法。
9. 【請求項９】被検査体を載置する回転可能な回転体と、
   前記回転体に載置された前記被検査体の被検査面に合焦
   するようにセットされて前記被検査体を撮影する検査カ
   メラと、前記検査カメラからの出力信号を処理する処理
   装置とを具備したことを特徴とする表面欠陥検査装置。
10. 【請求項１０】前記検査カメラは、ライン読み取り方式
    のカメラであることを特徴とする請求項９記載の表面欠
    陥検査装置。