JP2006220498A

JP2006220498A - レンズ検査装置

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Publication number: JP2006220498A
Application number: JP2005033302A
Authority: JP
Inventors: Junji Miyake; 淳司三宅; Hirotaka Nishida; 洋隆西田
Original assignee: NANO SCOPE Ltd
Current assignee: NANO SCOPE Ltd
Priority date: 2005-02-09
Filing date: 2005-02-09
Publication date: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2025-02-09
Also published as: JP4550610B2

Abstract

【課題】光学的な歪を持った欠陥を含めて、レンズに関する種々の欠陥を検出することができるレンズ検査装置及びレンズ検査方法を提供する。
【解決手段】検査対象レンズ２５を挟んでその光軸ＯＡ方向の一方に面照明パネル２８を配置するとともに、他方に撮像用のＣＣＤカメラ３６を配置する。面照明パネル２８上と検査対象レンズ２５との間には、面照明パネル２８からの光の一部を検査対象レンズ２５に到達させるためのピンホール３４またはスリットを有する遮光板３３を配置する。遮光板３３のピンホール３４またはスリットの縁部の明暗境界部を介して到達した光が検査対象レンズ２５を介してほぼ平行光としてＣＣＤカメラ３６側へ投射される
【選択図】図１

Description

この発明は、レンズの製造工程等において、レンズの欠陥を外観検査するレンズ検査装置及びレンズ検査方法に関するものである。なお、ここで、レンズ内部の欠陥であっても、それが視認されるものもレンズの外観とする。

一般に、合成樹脂等によりレンズを成型するレンズの製造工程においては、成型後のレンズに光を照射して、レンズにキズ、異物、割れ等の欠陥があるかどうかを検査する必要があった。このようなレンズの外観検査に際して、検査対象レンズに光を照射する方法としては、明視野照明方法、暗視野照明方法及びエッジライト照明方法が従来から採用されている。

すなわち、明視野照明方法においては、検査対象レンズの下方からレンズ全体を均一に照らして、レンズの状態をカメラにより撮像している。この方法によれば、画像全体が明の状態になり、レンズに異物等の欠陥がある場合には、その欠陥部分が下方からの光を遮蔽または他に散乱させて、暗く落ち込んだ状態で撮像される。

また、暗視野照明方法においては、カメラの視野の外から検査対象レンズを照らして、レンズの状態をカメラにより撮像している。この方法によれば、画像全体が暗の状態になり、レンズに異物等の欠陥がある場合には、その欠陥部分が光を屈折させたり反射させたりして、明るく光った状態で撮像される。

さらに、エッジライト照明方法においては、検査対象レンズの側面から光を入れて、その光がレンズ中を導波路として伝わっていく状態をカメラにより撮像している。この方法によれば、レンズにキズ等の欠陥がある場合には、その欠陥部分から光が抜け出して、その状態がカメラで撮像される。

また、特許文献１には、円形光源と、検査対象レンズの外形より少し大きい径を持った遮光マスクとを用いてレンズ検査を行うようにした技術が開示されている。
特開２０００−２９２３０７号公報

ところが、これらの従来のレンズ検査における照明方法では、次のような問題があった。すなわち、明視野照明方法では、検査対象レンズに光学的な歪を持った欠陥や、キズ系の欠陥がある場合、それらの欠陥部分が画像全体の明の中に隠れてしまって、その欠陥を正確に検出することができなかった。

また、暗視野照明方法では、パーティクル等の欠陥以外のものも光ってしまうため、欠陥の判別が不明瞭になった。さらに、検査対象物がレンズの場合には、カメラから見た視線が大きく曲げられて、カメラの視野が大きくなり、暗視野にしている照明が視野に入って、欠陥の検出に支障を来たした。しかも、この暗視野照明方法では、脈利等の光学的な歪を持った欠陥については全く検出することができなかった。同様に、エッジライト照明方法においても、脈利等の光学的な歪を持った欠陥については全く検出することができなかった。

また、特許文献１に記載の技術も、単純な透過暗視野，透過明視野，反射案視野になるとともに、レンズ面内にも映り込みが出るため、キズ，異物，面割りのどれにも十分に検出することが難しく、脈利等の工学的な歪みを検出することも難しい。

この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的は、光学的な歪を持った欠陥を含めて、レンズに関する種々の欠陥を検出することができるレンズ検査装置及びレンズ検査方法を提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明においては、検査対象レンズを挟んでその光軸方向の一方に光源を配置するとともに、他方に撮像手段を配置し、光源からの光が検査対象レンズを介してほぼ平行光として撮像手段側へ発生されるように、光軸方向への位置を調整するための調整手段を設け、前記撮像手段が明暗の境界部を撮像できるように、光源からの光の一部を遮光するための遮光手段を配置したことを特徴とするものである。

請求項２に記載の発明においては、請求項１に記載の発明において、前記遮光手段は、光源上に配置されることを特徴とするものである。
（作用）
この発明においては、検査対象レンズからの光がほぼ平行光になるように設定する。この状態で、カメラにより検査対象レンズからの平行光を撮像すると、明暗の境界部を含む画像が、ほぼ均一なグレ−画像になる。そして、検査対象レンズに何らかの欠陥があった場合、すなわち、キズや汚れ等の遮光性の欠陥があった場合には、その欠陥部分の画像信号が暗に落ち、脈利等の光学的な歪を持った欠陥があった場合には、その欠陥部分の画像信号がレンズ作用により明暗に変化する。よって、光学的な歪を持った欠陥を含めて、レンズに関する種々の欠陥を明確に検出することができる。特に、この発明においては、明暗の境目を見ることになり、言い換えれば、明暗の境目からの光が主として撮像手段に入ることになり、このため、光学的な歪み欠点をより明確に検出することが可能となる。

以上のように、この発明によれば、光学的な歪を持った欠陥を含めて、レンズに関する種々の欠陥を簡単かつ適切に検出することができる。

（第１実施形態）
以下に、この発明の第１実施形態を、図１〜図３に基づいて説明する。
図１に示すように、この実施形態のレンズ検査装置においては、パレット受け台２１がＸ方向移動ステージ２２及びＹ方向移動ステージ２３を介して、水平面内でＸ方向及びＹ方向へ移動可能に配設されている。パレット受け台２１上にはレンズ支持パレット２４が着脱可能に載置され、そのレンズ支持パレット２４には検査対象レンズ２５をセットするための複数のセット孔２４ａが貫通形成されている。なお、この実施形態では、検査対象レンズ２５として凸レンズが用いられる。そして、Ｘ方向移動ステージ２２及びＹ方向移動ステージ２３がＸ方向移動用モータ２６及びＹ方向移動用モータ２７にて移動調整されることにより、レンズ支持パレット２４上の１つの検査対象レンズ２５が検査位置に移動配置されるようになっている。

図１〜図３に示すように、前記検査位置の検査対象レンズ２５の下方側に位置するように、パレット受け台２１の下部には光源としての面照明パネル２８が調整手段としての調整機構２９を介して、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向へ移動可能に配設されている。この調整機構２９は、Ｘ方向手動ステージ３０、Ｙ方向手動ステージ３１及びＺ方向手動ステージ３２から構成されている。面照明パネル２８と検査位置の検査対象レンズ２５との間に位置するように、面照明パネル２８上には遮光手段としての遮光板３３が配設されている。遮光板３３の上面中央には、面照明パネル２８からの光を部分的に遮蔽して、点光源として発光させるためのピンホール３４が形成されている。このピンホール３４の直径は、５０〜１０００μｍの範囲内で設定されている。

そして、前記Ｘ方向手動ステージ３０及びＹ方向手動ステージ３１を手動調整して、面照明パネル２８及び遮光板３３をＸ方向及びＹ方向に移動させることにより、図２に示すように、遮光板３３のピンホール３４全体の縁部を含むその周辺部，すなわち、明暗の境界部が検査対象レンズ２５の光軸ＯＡ上に配置される。この状態で、Ｚ方向手動ステージ３２を手動調整して、面照明パネル２８及び遮光板３３をＺ方向に移動させることにより、遮光板３３のピンホール３４全周の縁部を含む明暗の境界部が検査対象レンズ２５の焦点距離ＦＤの位置に配置される。なお、この焦点距離は、ある程度のズレが許容される（通常、最大２００μｍ程度）。これにより、遮光板３３のピンホール３４からの発光に基づいて、検査対象レンズ２５からほぼ平行をなす平行光が発生されるようになっている。

図１及び図２に示すように、前記検査位置の検査対象レンズ２５の光軸ＯＡ上で、遮光板３３と反対の上方側に位置するように、レンズ支持パレット２４の上方には、撮像手段としての撮像レンズ３５及びＣＣＤ（固体撮像素子）カメラ３６がＺ方向調節ステージ３７を介してＺ方向へ移動調節可能に配設されている。そして、Ｚ方向調節ステージ３７を手動調節して、撮像レンズ３５及びＣＣＤカメラ３６がＺ方向に移動されることにより、撮像レンズ３５のピントが検査対象レンズ２５の位置と合うように調節される。この状態で、検査対象レンズ２５からの平行光が撮像レンズ３５を介してＣＣＤカメラ３６に入って、ピンホール３４とその全周縁部を含む周辺部よりなる明暗境界部の画像が検査対象レンズ２５のレンズ作用により、ほぼ均一なグレ−画像として撮像されるようになっている。

前記ＣＣＤカメラは、画像を処理するためのコンピュータ３８に画像入力ポート３９を介して接続されている。コンピュータ３８には、画像を表示するためのモニタ・ディスプレイ４０が接続されている。そして、ＣＣＤカメラ３６にて撮像されたグレ−画像が、コンピュータ３８において画像処理されるとともに、モニタ・ディスプレイ４０で表示されるようになっている。

次に、前記のように構成されたレンズ検査装置を使用して、レンズの外観を検査する検査方法について説明する。
さて、このレンズ検査装置により、製造工程で製造されたレンズを検査する場合には、レンズ支持パレット２４のセット孔２４ａに複数の検査対象レンズ２５をセットして、そのレンズ支持パレット２４をパレット受け台２１上に装着する。この状態で、Ｘ方向移動ステージ２２及びＹ方向移動ステージ２３を移動調整して、レンズ支持パレット２４上の１つの検査対象レンズ２５を検査位置に移動配置する。この状態で、Ｘ方向移動ステージ２２、Ｙ方向移動ステージ２３、Ｘ方向手動ステージ３０及びＹ方向手動ステージ３１を移動調整して、遮光板３３のピンホール３４、撮像レンズ３５及びＣＣＤカメラ３６の中心が検査対象レンズ２５の光軸ＯＡ上に位置するように調整する。

その後、Ｚ方向調節ステージ３７を手動調節して、撮像レンズ３５及びＣＣＤカメラ３６をＺ方向に移動させ、撮像レンズ３５のピントが検査対象レンズ２５の位置と合うように調節する。この状態で、Ｚ方向手動ステージ３２を手動調整して、面照明パネル２８及び遮光板３３をＺ方向に移動させ、遮光板３３上のピンホール３４が検査対象レンズ２５の焦点距離ＦＤの位置に配置されるように調整する。このようにすれば、遮光板３３のピンホール３４からの発光により、検査対象レンズ２５からほぼ平行光が発生され、ピンホール３４及びその全周縁部の明暗境界部の画像が検査対象レンズ２５のレンズ作用により、ほぼ均一なグレ−画像としてＣＣＤカメラ３６で撮像される。以上のように、モニタ・ディスプレイ４０に表示された画像が均一なグレ−画像として広がるように、Ｚ方向手動ステージ３２を手動調整すれば、ピンホール３４を検査対象レンズ２５の焦点距離ＦＤの位置付近に配置することができる。

そして、検査対象レンズ２５に何らかの欠陥があった場合には、前記グレ−画像中に部分的な画像変化が現れる。すなわち、検査対象レンズ２５にキズや汚れ等の遮光性の欠陥がある場合には、その欠陥部分の画像が暗に落ちた状態で撮像される。また、検査対象レンズ２５に脈利等の光学的な歪を持った欠陥がある場合には、その欠陥部分の画像がレンズ作用により明暗に変化した状態で撮像される。そして、この撮像された画像がコンピュータ３８内でデータ処理されて、検査対象レンズ２５の欠陥の有無が判別され、欠陥が発生した場合には、必要に応じてレンズの成型工程にフィードバックされて、成型後のレンズの冷却時間等を変更するように制御される。

このように、１つの検査対象レンズ２５の検査が終了した後、Ｘ方向移動ステージ２２及びＹ方向移動ステージ２３を移動調整して、レンズ支持パレット２４上の別の検査対象レンズ２５を検査位置に移動配置する。そして、この検査対象レンズ２５について、前記の場合と同様の手順で検査を行うことができる。このとき、レンズ支持パレット２４のセット孔２４ａにセットされている複数の検査対象レンズ２５が同一のレンズである場合には、複数の検査対象レンズ２５の検査を順次連続的に行うことができる。

以上のように、このレンズ検査装置においては、ピンホール３４からの点光源状の発光に基づいて、検査対象レンズ２５からほぼ平行光が発生され、ピンホール３４及びその縁部を含む明暗境界部の画像が検査対象レンズ２５のレンズ作用により、ほぼ均一なグレ−画像としてＣＣＤカメラ３６で撮像される。よって、検査対象レンズ２５にキズ、汚れ、脈利等の欠陥がある場合には、グレ−画像中に部分的な画像変化が明暗変化として現れる。従って、光学的な歪を持った欠陥を含めて、レンズに関する種々の欠陥を明確に検出することができる。

（第２実施形態）
次に、この発明の第２実施形態を、前記第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。
さて、この第２実施形態においては、図４及び図５に示すように、前記第１実施形態のピンホール３４を有する遮光板３３に代えて、面照明パネル２８の上面中央に遮光手段としての黒点４３が設けられている。この黒点４３の直径は、第１実施形態のピンホール３４の直径と同様に、５０〜１０００μｍの範囲内で設定されている。そして、黒点４３及びその全周縁部を含む周辺部を検査対象レンズ２５の光軸ＯＡ上で、検査対象レンズ２５の焦点距離ＦＤの位置に調整配置した状態で、検査対象レンズ２５の検査を行うようになっている。

従って、この第２実施形態においても、前記第１実施形態の場合とほぼ同様に、黒点４３及びその全周縁部の明暗境界部の画像が検査対象レンズ２５のレンズ作用により、ほぼ均一なグレ−画像としてＣＣＤカメラ３６で撮像される。よって、レンズに関するキズ、汚れ、脈利等の種々の欠陥を明確に検出することができる。

（第３実施形態）
次に、この発明の第３実施形態を、前記各実施形態と異なる部分を中心に説明する。
さて、この第３実施形態においては、図６に示すように、前記第１実施形態のピンホール３４に代えて、遮光板３３の中央にスリット４４が形成されている。そして、スリット４４の縁部の明暗境界部を検査対象レンズ２５の光軸ＯＡ上で、検査対象レンズ２５の焦点距離ＦＤの位置に調整配置した状態で、検査対象レンズ２５の検査を行うようになっている。

従って、この第３実施形態においても、前記各実施形態の場合とほぼ同様に、スリット４４の縁部の明暗境界部の画像が検査対象レンズ２５のレンズ作用により、ほぼ均一なグレ−画像としてＣＣＤカメラ３６で撮像される。よって、レンズに関するキズ、汚れ、脈利等の種々の欠陥を明確に検出することができる。

（第４実施形態）
次に、この発明の第４実施形態を、前記各実施形態と異なる部分を中心に説明する。
さて、この第４実施形態においては、図７に示すように、前記第２実施形態の黒点４３に代えて、面照明パネル２８の上面中央に遮光手段としての黒線４５が設けられている。そして、黒線４５の縁部の明暗境界部を検査対象レンズ２５の光軸ＯＡ上で、検査対象レンズ２５の焦点距離ＦＤの位置に調整配置した状態で、検査対象レンズ２５の検査を行うようになっている。

従って、この第４実施形態においても、前記各実施形態の場合とほぼ同様に、黒線４５の縁部の明暗境界部の画像が検査対象レンズ２５のレンズ作用により、ほぼ均一なグレ−画像としてＣＣＤカメラ３６で撮像される。よって、レンズに関する種々の欠陥を明確に検出することができる。

（第５実施形態）
次に、この発明の第５実施形態を、前記各実施形態と異なる部分を中心に説明する。
さて、この第５実施形態においては、図８に示すように、前記第１実施形態のピンホール３４を有する遮光板３３に代えて、ピンホール３４のない遮光板３３が設けられている。そして、遮光板３３の端縁部３３ａの明暗境界部を検査対象レンズ２５の光軸ＯＡ上で、検査対象レンズ２５の焦点距離ＦＤの位置に調整配置した状態で、検査対象レンズ２５の検査を行うようになっている。

従って、この第５実施形態においても、前記各実施形態の場合とほぼ同様に、端縁部３３ａの縁部の明暗境界部の画像が検査対象レンズ２５のレンズ作用により、ほぼ均一なグレ−画像としてＣＣＤカメラ３６で撮像される。よって、レンズに関する種々の欠陥を明確に検出することができる。

（第６実施形態）
次に、この発明の第６実施形態を、前記各実施形態と異なる部分を中心に説明する。
さて、この第６実施形態においては、図９及び図１０に示すように、前記第１実施形態のピンホール３４を有する遮光板３３に代えて、遮光手段としてのグリッド板４６が設けられている。このグリッド板４６には、複数のスリット状の透光部４６ａと、複数の細幅状の遮光部４６ｂとが交互に形成されている。そして、グリッド板４６の透光部４６ａと遮光部４６ｂとの境界部を検査対象レンズ２５の光軸ＯＡ上で、検査対象レンズ２５の焦点距離ＦＤの位置に調整配置した状態で、検査対象レンズ２５の検査を行うようになっている。

従って、この第６実施形態においても、前記各実施形態の場合とほぼ同様に、透光部４６ａと遮光部４６ｂとの境界部（明暗境界部）の画像が検査対象レンズ２５のレンズ作用により、ほぼ均一なグレ−画像としてＣＣＤカメラ３６で撮像される。よって、レンズに関する種々の欠陥を明確に検出することができる。

（第７実施形態）
次に、この発明の第７実施形態を、前記各実施形態と異なる部分を中心に説明する。
さて、この第７実施形態においては、図１１に示すように、検査対象レンズ２５が凹レンズとなっている。検査対象レンズ２５の光軸ＯＡ上に位置するように、その遮光板３３側には検査対象レンズ２５の光軸上において凸レンズ４７が近接配置されている。そして、この凸レンズ４７により撮像レンズ３５に向かう平行光が補正されるようになっている。

従って、この第７実施形態においても、前記各実施形態の場合とほぼ同様に、検査対象レンズ２５から撮像レンズ３５に対して平行光が発生されて、明暗境界部の均一なグレ−画像の撮像により、レンズに関する種々の欠陥を明確に検出することができる。

（変更例）
なお、前記各実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・前記第７実施形態において、遮光手段として第２〜第６実施形態の構成を用いること。

・図１においては、レンズ支持パレット２４が移動して、複数の検査対象レンズ２５に対して検査が順次行われるように構成したが、逆にレンズ支持パレット２４に対して撮像レンズ３５及び光源が移動して複数の検査対象レンズ２５に対して検査が行われるように構成すること。

（別の技術的思想）
さらに、上記実施形態により把握される技術的思想について以下に記載する。
（イ）前記遮光手段がピンホールまたはスリットを有する遮光板からなり、そのピンホールまたはスリットの縁部の明暗境界部が検査対象レンズの光軸上に配置されることを特徴とする請求項１または２に記載のレンズ検査装置。

従って、遮光板のピンホールまたはスリットの明暗境界部を検査対象レンズの光軸上で、検査対象レンズの焦点距離の位置付近に調整配置することにより、検査対象レンズからほぼ平行光を発生させて、ほぼ均一なグレ−画像を得ることができる。

（ロ）前記遮光手段が黒点または黒線なり、その黒点または黒線の縁部の明暗境界部が検査対象レンズの光軸上に配置されることを特徴とする請求項１，２，前記技術的思想（イ）項のうちのいずれか一項に記載レンズ検査装置。

従って、黒点または黒線の縁部の明暗境界部を検査対象レンズの光軸上で、検査対象レンズの焦点距離の位置付近に調整配置することにより、検査対象レンズからほぼ平行光を発生させて、ほぼ均一なグレ−画像を得ることができる。

（ハ）前記検査対象レンズが凹レンズである場合に、撮像手段に向かう平行光を得るために、凹レンズの光軸上に凸レンズを配置したことを特徴とする請求項１，２，前記技術的思想（イ）項、（ロ）項のうちのいずれか一項に記載のレンズ検査装置。

従って、検査対象レンズが凹レンズである場合に、撮像手段に対してほぼ平行光を発生させることができ、凹レンズの検査を適切に実行できる。
（ニ）前記遮光手段が遮光板からなり、その遮光板の端縁部が検査対象レンズの光軸上に配置されることを特徴とする請求項１，２，前記技術的思想（イ）項〜（ハ）項のうちのいずれか一項に記載のレンズ検査装置。

（ホ）前記遮光手段がグリッド板からなり、そのグリッド板の透光部と遮光部との境界部が検査対象レンズの光軸上に配置されることを特徴とする請求項１，２，前記技術的思想（イ）項〜（ニ）項のうちのいずれか一項に記載のレンズ検査装置。

（ヘ）明暗境界部からの光を検査対象レンズに到達させて、その検査対象レンズからほぼ平行光を発生させ、その平行光を撮像手段により撮像することにより、検査対象レンズの外観を検査することを特徴とするレンズ検査方法。

従って、請求項１に記載の作用と同様の作用を得ることができる。

第１実施形態のレンズ検査装置を示す斜視図。図１のレンズ検査装置の要部拡大断面図。図１のレンズ検査装置の遮光板を拡大して示す斜視図。第２実施形態のレンズ検査装置を示す要部正面図。図２のレンズ検査装置の面照明パネルを示す斜視図。第３実施形態のレンズ検査装置の遮光板を示す斜視図。第４実施形態のレンズ検査装置の面照明パネルを示す斜視図。第５実施形態のレンズ検査装置を示す要部断面図。第６実施形態のレンズ検査装置を示す要部断面図。図９のレンズ検査装置のグリッド板を示す斜視図。第７実施形態のレンズ検査装置を示す要部断面図。

符号の説明

２４…レンズ支持パレット、２５…検査対象レンズ、２８…光源としての面照明パネル、２９…調整手段としての調整機構、３２…Ｚ方向手動ステージ、３３…遮光手段としての遮光板、３４…ピンホール、３５…撮像手段を構成する撮像レンズ、３６…撮像手段を構成するＣＣＤカメラ、３８…コンピュータ、４０…モニタ・ディスプレイ、４３…遮光手段としての黒点、４４…スリット、４５…遮光手段としての黒線、４６…遮光手段としてのグリッド板、４６ａ…透光部、４６ｂ…遮光部、４７…凸レンズ、ＯＡ…光軸、ＦＤ…焦点距離。

Claims

検査対象レンズを挟んでその光軸方向の一方に光源を配置するとともに、他方に撮像手段を配置し、光源からの光が検査対象レンズを介してほぼ平行光として撮像手段側へ発生されるように、光軸方向への位置を調整するための調整手段を設け、前記撮像手段が明暗の境界部を撮像できるように、光源からの光の一部を遮光するための遮光手段を配置したことを特徴とするレンズ検査装置。
前記遮光手段は、光源上に配置されることを特徴とする請求項１に記載のレンズ検査装置。