JP3661546B2 - Lens array inspection apparatus and lens array inspection method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のレンズをマトリックス状に配列して構成されるレンズアレイの光学特性を検査するレンズアレイの検査装置および検査方法に関し、例えば、プロジェクタ等の照明装置に採用されるレンズアレイの検査装置および検査方法として利用することができる。
【0002】
【背景技術】
従来より、光源と、この光源から射出された光束を画像情報に応じて変調する電気光学装置と、この電気光学装置で変調された光束を拡大投写する投写光学系とを備えたプロジェクタがプレゼンテーション等に利用されている。
【0003】
このようなプロジェクタでは、点光源から射出された光束により、電気光学装置の画像形成領域をムラなく均一に照明するために、光源および電気光学装置の間にインテグレータ照明光学系が配置されることが多い。
【0004】
このインテグレータ照明光学系として、複数の小レンズを光の射出方向に直交する面内でマトリックス状に配列して構成されるレンズアレイを用いるものが知られている。インテグレータ照明光学系は、光源から射出された光束を、レンズアレイを構成する複数の小レンズにより複数の部分光束に分割し、各部分光束を電気光学装置の画像形成領域で重畳し、画像形成領域を均一に照明する機能を有しており、このようなインテグレータ照明光学系を用いることにより、輝度ムラのない鮮明な投写画像を得ることができる。
【0005】
ところで、このようなレンズアレイは、レンズアレイを構成する複数の小レンズの形状に応じた型に、溶解したガラスや樹脂材料を流し込んで成形したり、柔らかくしたガラスを型でプレス成形することにより製造される。従って、レンズアレイを構成する各小レンズが熱処理により変形したり、熱膨張、収縮の相違等により小レンズの位置ずれを生じる可能性があるため、光学的に設定したレンズアレイの光学特性が実製品で得られているか否かを検査する必要がある。
【0006】
そして、従来は表面形状測定装置等を用い、小レンズのレンズ表面の形状を測定することにより、レンズアレイの検査を行っていた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のレンズアレイの検査方法では、レンズアレイを構成する小レンズの光学特性はある程度把握できるものの、レンズアレイ全体としての光学特性を把握することはできない。従って、最終的なレンズアレイの検査は、実際にプロジェクタ等に組み込んで、実際の投写画像等を確認しながら行わなければならず、検査の実効が図れないという問題がある。
【0008】
本発明の目的は、レンズアレイ全体としての光学特性を高精度に測定することのできるレンズアレイの検査装置、およびレンズアレイの検査方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明に係るレンズアレイの検査装置は、複数のレンズをマトリックス状に配列して構成されるレンズアレイの光学特性を検査するレンズアレイの検査装置であって、前記レンズアレイが取り付けられ、前記複数のレンズの配列方向に沿って移動可能なワークホルダと、このワークホルダ上のレンズアレイに向けて光束を射出する光源と、前記ワークホルダとこの光源との間に設置され、前記光源からの光束に基づいて、検査用基準パターン画像を形成する基準パターン形成部と、を備えた第1の光源部と、前記ワークホルダに取り付けられたレンズアレイの複数のレンズのうち、測定対象となるレンズに、この基準パターン形成部を介した光束を選択的に導入する開口部が形成された測定対象選択部と、この測定対象選択部で選択されたレンズを経た検査用基準パターン画像を検出する画像検出部と、この画像検出部で検出された検出結果を演算処理する演算処理部とを備えていることを特徴とする。
【0010】
ここで、検査すべきレンズアレイの光学特性としては、レンズアレイを構成する各レンズの焦点距離、各レンズの光軸位置、各レンズの大きさ、各レンズのレンズアレイ上の配列位置等が考えられる。
【0011】
また、画像検出部は、検出された検査用基準パターン画像を電気信号を変換するCCD等のエリアセンサにより構成することができ、演算処理部としては、コンピュータを制御するオペレーティングシステム上に展開される画像処理プログラムを備えたものを採用することができる。
【0012】
このような本発明によれば、第1の光源部、基準パターン形成部、および測定対象選択部を備えているため、画像検出部は、実際に測定対象となるレンズを経た検査用基準パターン画像を検出することができる。従って、レンズアレイを構成する小レンズの実際の光学特性を把握することができ、レンズアレイの光学特性を高精度に検査することができる。
【0013】
また、前記画像検出部で検出された検出結果を演算処理する演算処理部を備えているので、小レンズの検査数を多数設定しても、簡単に処理することができるうえ、得られた各レンズの光学特性を一括処理することにより、レンズアレイ全体の光学特性を正確に把握することができる。
【0014】
以上において、上述したレンズアレイの検査装置は、点光源から拡散光を射出する第2の光源部を備えているのが好ましい。
【0015】
すなわち、上述したレンズアレイの光学特性のうち、各レンズの焦点距離、光軸位置を測定する場合、高コントラストの検査用基準パターン画像であれば、画像検出部の検出精度を向上することができる。従って、第1の光源部を構成する光源としては、射出光をレンズアレイの小レンズにより多く導くために、平行光を射出する平行光光源を採用するのが好ましい。
【0016】
一方、レンズの大きさ、レンズの配列位置を測定する場合、隣接する他のレンズとの境界部分を画像検出部で検出する必要があり、このような境界部分は、レンズに拡散光を当てた際の陰影として認識される。従って、このような検査における光源としては、陰影を認識できるように、拡散光を射出する光源を、別途第2の光源部として設けるのが好ましい。
【0017】
以上のことから、第1の光源部および第2の光源部を備えていることにより、上述した種々の測定項目に対応することができるので、レンズアレイの検査精度を一層向上することができる。
【0018】
また、上述した測定対象選択部としては、開口部の大きさを可変可能に構成されているのが好ましく、このような測定対象選択部は、一対の略L字状の板材を略L字の部分が互いに対向するように、かつ相対移動可能に重ね合わせて構成することができる。
【0019】
すなわち、測定対象選択部の開口部の大きさを可変可能に構成することにより、レンズアレイの検査装置を、大きさの異なるレンズを組み合わせたレンズアレイの検査に使用することができるので、レンズアレイの検査装置の汎用性が一層向上する。また、略L字状の板材を重ね合わせて測定対象選択部を構成することにより、簡素な構造で開口部の大きさを可変可能とすることができ、該測定対象選択部の構造の簡素化を図ることができる。
【0020】
さらに、上述した画像検出部としては、電荷結合素子(CCD)を含む画像センサを採用するのが好ましい。
【0021】
すなわち、CCDは、画像センサとして広く利用されているので、演算処理部を構成する画像処理プログラムも汎用性の高いものを採用することができ、レンズアレイの検査装置のコストの低減を図ることができる。
【0022】
そして、本発明に係るレンズアレイの検査方法は、複数のレンズをマトリックス状に配列して構成されるレンズアレイの光学特性を検査するレンズアレイの検査方法であって、前記レンズアレイを構成する複数のレンズのうち、測定対象となるレンズに所定の検査用基準パターン画像を投影し、該レンズを経た検査用基準パターン画像を検出するパターン画像検出ステップと、この画像パターン検出ステップで検出された検査用基準パターン画像に基づいて、前記レンズの焦点距離を測定する焦点距離測定ステップと、前記レンズの光軸位置を測定する光軸位置測定ステップと、前記レンズの面積を測定するレンズ面積測定ステップと、前記レンズアレイにおける前記レンズの配列位置を測定するレンズ位置測定ステップとを備えていることを特徴とする。
【0023】
このような本発明によれば、上述したレンズアレイの検査方法が、焦点距離測定ステップ、光軸位置測定ステップ、レンズ面積測定ステップ、およびレンズ位置測定ステップを備えているので、レンズアレイを構成するレンズの光学特性を緻密に測定することにより、レンズアレイ全体としての光学特性を高精度に測定することができる。
【0024】
以上において、検査用基準パターン画像がレンズの光束の射出方向に直交する面内のレンズ中心線に沿って配置される井型状の画像パターンから構成されている場合、上述した光軸位置測定ステップは、該井型状の画像パターンを跨るように複数の検出ラインを設定する検出ライン設定処理と、各検出ライン上で検出される前記画像パターンとの2つの交点の中点を算出する中点算出処理と、各検出ラインから算出された複数の中点に基づいて直線近似により、互いに直交する中心線を算出する中心線算出処理と、互いに直交する2本の中心線を前記レンズの光軸位置とする光軸位置設定処理とを含んで構成することができる。
【0025】
すなわち、光軸位置測定ステップを、このような一連の処理で構成することにより、レンズの正確な光軸位置を把握することができ、レンズアレイの検査の高精度化が一層図られる。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の一形態を図面に基づいて説明する。
(1)レンズアレイが使用されるプロジェクタの構造
図1には、本発明の実施形態に係るレンズアレイの検査装置の検査対象となるレンズアレイが採用されたプロジェクタ100の構造が示されている。このプロジェクタ100は、インテグレータ照明光学系110、色分離光学系120、リレー光学系130、電気光学装置140、色合成光学系150、および投写光学系160を備えている。
【0027】
前記インテグレータ照明光学系110は、光源ランプ111Aおよびリフレクタ111Bを含む光源装置111と、第1レンズアレイ113と、第2レンズアレイ115と、反射ミラー117と、重畳レンズ119とを備えている。光源ランプ111Aから射出された光束は、リフレクタ111Bによって射出方向が揃えられ、第1レンズアレイ113によって複数の部分光束に分割され、折り返しミラーによって射出方向を90°折り曲げられた後、第2レンズアレイ115の近傍で結像する。第2レンズアレイ115から射出された各部分光束は、その中心軸(主光線)が後段の重畳レンズ119の入射面に垂直となるように入射し、さらに重畳レンズ119から射出された複数の部分光束は、後述する電気光学装置140を構成する3枚の液晶パネル141R、141G、141B上で重畳する。
【0028】
前記色分離光学系120は、2枚のダイクロイックミラー121、122と、反射ミラー123とを備え、これらのミラー121、122、123によりインテグレータ照明光学系110から射出された複数の部分光束を赤、緑、青の3色の色光に分離する機能を有している。
【0029】
前記リレー光学系130は、入射側レンズ131、リレーレンズ133、および反射ミラー135、137を備え、この色分離光学系120で分離された色光、例えば、青色光Bを液晶パネル141Bまで導く機能を有している。
【0030】
前記電気光学装置140は、3枚の液晶パネル141R、141G、141Bを備え、これらは、例えば、ポリシリコンTFTをスイッチング素子として用いたものであり、色分離光学系120で分離された各色光は、これら3枚の液晶パネル141R、141G、141Bによって、画像情報に応じて変調されて光学像を形成する。
【0031】
前記色合成光学系150は、クロスダイクロイックプリズム151を備え、前記3枚の液晶パネル141R、141G、141Bから射出された各色光ごとに変調された画像を合成してカラー画像を形成するものである。尚、クロスダイクロイックプリズム151には、赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが、4つ直角プリズムの界面に沿って略X字状に形成され、これらの誘電体多層膜によって3つの色光が合成される。そして、色合成光学系150で合成されたカラー画像は、投写光学系160から射出され、スクリーン上に拡大投写される。
【0032】
(2)検査対象となるレンズアレイの構造
上述したプロジェクタ100に採用される第1レンズアレイ113は、図2に示すように、複数の小レンズ11を各小レンズ11の光の射出方向に直交する面内でマトリックス状にM行N列に配列することにより構成されている。各小レンズ11は、光源装置111から射出された平行な光束を、複数(M×N個)の部分光束に分割し、分割された部分光束は、上述したように、第2レンズアレイ115の近傍で結像する。ここで、各小レンズ11の形状は、電気光学装置140を構成する液晶パネル141R、141G、141Bの画像形成領域の形状とほぼ相似形となるように設定されている。例えば、液晶パネル141R、141G、141Bのアスペクト比(縦と横の寸法の比)が4:3であれば、各小レンズのアスペクト比も4:3に設定される。
【0033】
第2レンズアレイ115も、上述した第1レンズアレイ113と同様に小レンズ11がM行N列のマトリクス状に配列された構成である。但し、第2レンズアレイ115は、前述したように、第1レンズアレイ113により分割された複数の部分光束を、後段の重畳レンズ119の入射面に垂直に入射させるために設けられているため、第1レンズアレイ113と同じ構成とする必要はない。要するに、複数の部分光束が重畳レンズ119の入射面に垂直することができれば、小レンズ形状を種々の形状に設定できる。すなわち、第2レンズアレイ115を構成する小レンズは、第1レンズアレイ113のように、液晶パネル141R、141G、141Bの画像形成領域のアスペクト比と相似形である必要はないが、本実施形態では、製造上の便宜から小レンズ11をM行N列マトリックス状に配列して、第2レンズアレイ115を構成している。
【0034】
従って、第1レンズアレイ113、第2レンズアレイ115は、それぞれ機能が相違するため、後述する検査装置2による小レンズ11の測定項目も相違してくる。
【0035】
このような第1レンズアレイ113、第2レンズアレイ115は、複数の小レンズ11の形状に応じた型に、溶解したガラスや樹脂材料を流し込んで成形したり、柔らかくしたガラスを、複数の小レンズ11の形状に応じた型でプレス成形し、その後、徐冷することによって製造される。従って、レンズアレイ113を構成する各小レンズ11が変形したり、収縮の相違等により、各小レンズ11間の境界部分におけるダレ11Aの発生、レンズアレイ113、115内での小レンズ11の位置ずれ等が発生することがある。従って、これらの現象に伴うレンズアレイ113、115の光学特性の変化が、設計上の光学特性とどの程度のずれがあるかを検査装置を用いて検査しなければならない。
【0036】
(3)レンズアレイの検査装置の構造
図3には、上述した第1レンズアレイ113、および第2レンズアレイ115を検査するレンズアレイの検査装置2が示されている。
【0037】
この検査装置2は、検査対象となるレンズアレイ113、115を取り付けるワークホルダ21と、ワークホルダ21上のレンズアレイ113、115に向けて光束を射出する光源部23と、ワークホルダ21および光源部23の間に配置される測定対象選択部27と、レンズアレイ113、115を経た画像を検出する画像検出部29と、これらが設置されるフレーム31と、フレーム31の背面に設けられる演算処理部としての画像処理部33とを備えている。尚、この検査装置2では、光源部23からの射出光束の進行方向をZ軸、検査装置2の上下方向をY軸、左右方向(図1の紙面に直交する方向)をX軸としている。
【0038】
ワークホルダ21は、検査対象となるレンズアレイ113、115を取り付ける保持枠であり、検査装置2の本体に設置されるX軸ワークステージ211およびY軸ワークステージ212上に、各軸移動用のステップモータ213を介して設置されている。このワークホルダ21は、各軸のステップモータ213により、X軸Y軸方向に移動可能となっていて、各ステップモータ213の駆動は、検査装置2の下部に配置されるメカ制御用パソコン35により制御されている。このワークホルダ21は、図4に示すように、枠本体21A内に形成された開口21Bの端縁に沿って設けられ、レンズアレイ113、115を保持する4つの保持突起21C、および該レンズアレイ113、115を対角線方向で付勢する可動突起21Dを備えている。尚、図示を略したが、これらの突起21C、21Dのレンズアレイ113、115との当接部分は、弾性体が介在し、レンズアレイ113、115を傷付けないような構成とされている。また、可動突起21Dは、レンズアレイ113、115の対角線方向に移動可能となっていて、ワークホルダ21は、異なる大きさのレンズアレイ113、115にも対応している。
【0039】
光源部23は、レンズアレイ113、115に検査用の光束を射出する部分であり、第1の光源部としてのコリメータ231、第2の光源部としての拡散光光源ユニット232を備えている。コリメータ231は、検査対象となるレンズアレイ113、115に平行光束を射出するものである。コリメータ231の内部には、図5に示すように、ファイバー光源231Aと、基準パターン形成部25が設けられている。
【0040】
基準パターン形成部25は、図6に示すように、検査用基準パターン画像を形成する部分であり、透光性のある板材251の表面に井型状の検査用基準パターン253が形成されたものである。この検査用基準パターン253は、レンズアレイ113、115を構成する小レンズ11の光軸ずれ量を測定するために設定されているが、具体的な光軸ずれ量の測定方法については後述する。コリメータ231のファイバー光源231Aから射出された光束は、この基準パターン形成部25を介することにより、検査用基準パターン253に応じた検査用基準パターン画像が形成され、測定対象の小レンズ11に投影されるようになっている。
【0041】
拡散光光源ユニット232は、図7に示すように、光束射出用の開口部が形成されたケース232Aと、点光源となるファイバー光源232Bと、ファイバー光源232Bから射出された光束を90°折り曲げる反射ミラー232Cと、ケース232Aの開口を塞ぐように配置され、射出光束を拡散する拡散板232Dを備えている。ファイバー光源232Bから射出された光束は、拡散しながら、反射ミラー232Cで水平方向に折り曲げられ、拡散板232Dにより照度分布を均一化され、ケース232Aの開口から拡散光として射出される。
【0042】
このような拡散光光源ユニット232は、図3から判るように、コリメータ231よりもワークホルダ21に対して近接した位置に配置され、コリメータ231を使用する場合、拡散光光源ユニット232をX軸方向に移動させ、コリメータ231からの射出光束を、ワークホルダ21に取り付けられたレンズアレイ113、115に供給する。尚、拡散光光源ユニット232をワークホルダ21に対して近接した位置に配置したのは、拡散光光源ユニット232からは拡散光が射出されるため、検査対象であるレンズアレイ113、115から離すと、レンズアレイ113、115への光束の供給量が少なくなるからである。
【0043】
測定対象選択部27は、ワークホルダ21に保持されたレンズアレイ113、115を構成する複数の小レンズ11のうち、測定対象となる小レンズ11を選択し、この小レンズ11のみに光源部23からの光束を供給させ、他の小レンズ11には光束を供給させない遮蔽板としての機能を有する。
【0044】
具体的には、測定対象選択部27は、図8に示すように、長方形の1つの角隅部分を切り欠いた略L字状の板材271、273を重ね合わせて構成される。L字状の板材271、273は、各々の略L字の部分が対向するように重ね合わされ、略L字の部分で囲まれた隙間が測定対象となる小レンズ11にのみ光束を供給する開口部275とされる。各板材271、273は、それぞれX軸方向およびY軸方向に移動可能であり、これらの板材271を所望のX軸位置、Y軸位置に配置することにより、開口部275の開口量を変更することができる。尚、板材271、273のX軸方向移動およびY軸方向移動は、図8では図示を略したが、各板材271、273に設けられるXY2軸サーボ機構により行われ、上述したメカ制御用パソコン35で制御される。
【0045】
画像検出部29は、小レンズ11を経た検査用基準パターン画像を検出し、電気信号に変換して出力する部分であり、エリアセンサであるCCD(Charge Coupled Device)カメラ291と、このCCDカメラ291をX軸、Y軸、およびZ軸に移動させるX−Y−Zステージ293とを備えている。このX−Y−Zステージ293の各軸方向へのCCDカメラ291の移動は、その下部に配置されるサーボ機構37により行われ、このサーボ機構37は、前記と同様にメカ制御用パソコン35により制御される。また、CCDカメラ291はズーム機構を有し、CCDカメラ291のズーム調整もメカ制御用パソコン35により制御される。
【0046】
画像処理部33は、上述した画像検出部29から出力された検査用基準パターン画像に係る電気信号を処理して画像解析を行う部分であり、CPUおよび記憶装置を備えたコンピュータである。そして、検査用基準パターンの画像解析は、画像処理部33を制御するオペレーティングシステム上で展開される画像処理プログラムによって行われるが、具体的な処理手順については後述する。
【0047】
前記画像処理部33およびメカ制御用パソコン35の操作は、フレーム31の側面に設けられるキーボード39によって行われ、画像処理部33の画像解析結果や、メカ制御用パソコン35によるワークホルダ21に取り付けられた検査対象の位置、測定対象選択部27の開口部275の開口量、およびCCDカメラ291のX−Y−Z位置は、図示を略したが、検査装置2の上部に設置されるディスプレイによって確認することができる。尚、キーボード39は、フレーム31に対して回動自在に設けられ、操作時は、キーボード39を水平状態とし、検査装置2の移動時は、キーボード39を垂直状態として、移動の邪魔とならないようになっている。
【0048】
また、図3では図示を略したが、フレーム31の外側は、遮蔽板で覆うことができるようになっていて、検査時、ワークホルダ21、光源部23、基準パターン形成部25、測定対象選択部27、および画像検出部29は、遮蔽板で覆われ、レンズアレイの検査は、暗室中で行われる。
【0049】
(4)検査装置によるレンズアレイの検査
上述した検査装置によるレンズアレイ113、115の検査は、予め検査対象となるレンズアレイのデータの登録、検査装置2の各軸の原点出し、キャリブレーション等を行った後、メカ制御用パソコン35、画像処理部33によって自動的に行われる。具体的には、図9に示す手順でレンズアレイ113、115の検査が実施され、以下、各項目について詳述する。
【0050】
(4-1)レンズデータの登録/修正(処理S1)
検査対象となるレンズアレイの設計上の光学特性を予め登録する処理であり、後述する自動測定(処理S7)では、この処理で登録された複数のレンズデータから検査対象に相当するレンズデータを選択して、自動測定を行う。具体的なレンズデータの登録内容としては、レンズアレイの名称、用途(第1レンズアレイ113、第2レンズアレイ115のいずれの用途か)、レンズアレイの材料の種類、使用されるプロジェクタの機種名、レンズアレイの外形寸法、小レンズの数、各小レンズの光軸座標、焦点距離、レンズアレイ上での配置位置等の設計データ等がある。作成されたレンズデータは、テキストファイルで保存され、必要に応じてメカ制御用パソコン35、画像処理部33で使用される。
【0051】
(4-2)基準位置の設定(処理S2、S3)
検査装置2を構成するワークホルダ21、測定対象選択部27、およびCCDカメラ291を基準位置に設定し、基準点の登録を行う。また、拡散光光源ユニット232は、コリメータ231の使用時には、不要なので、コリメータ231からの射出光束の光路上から待避させる待避点の登録も行う。さらに、メカ制御用パソコン35から画像処理部33に画像処理を開始させる画像処理コマンドを出力し、画像処理部33からの応答を確認して、画像処理部33が正常に動作しているかを確認する。
【0052】
(4-3)レンズデータの選択(処理S4)、測定項目の選択(処理S5)
基準位置の設定が終了した後、検査対象となるレンズアレイ113、115をワークホルダ21にセットするとともに、処理S1で登録されたレンズデータから、検査対象となるレンズアレイ113、115の光学特性設計値に該当するレンズデータを選択する(処理S4)。次に、検査対象となるレンズアレイ113、115の用途におうじて測定項目を選択する(処理S5)。具体的には、第1レンズアレイ113であれば、各小レンズ11の光軸位置、焦点距離、大きさ、レンズアレイ上の配置位置が測定項目として選択される。一方、第2レンズアレイ115であれば、光軸位置、および焦点距離が選択される。
【0053】
(4-4)測定する小レンズの指定(処理S6)
測定項目を選択したら、検査対象となるレンズアレイ113、115を構成する複数の小レンズ11のうち、どの小レンズ11を測定するかを指定する(処理S6)。このとき、特定の小レンズ11のみ指定することも、全部の小レンズ11を指定することも可能である。特定の小レンズ11を選択する場合、ディスプレイ上に表示されたレンズアレイの画像において、測定する小レンズ画像をマウス等でクリックする方法と、リストの相当レンズ位置をダブルクリックする方法の2つから、選択することができる。一方、全ての小レンズ11を指定した場合、レンズデータに登録された順番で自動測定が実行される。
【0054】
(4-5)自動測定(処理S7)
上記設定終了後、レンズアレイ113、115の測定が選択したレンズデータに基づいて自動的に開始される(処理S7)。自動測定は、例えば、第1レンズアレイ113の検査を行う場合、図10に示されるフローチャートに基づいて行われる。
【0055】
まず、X軸ワークステージ211、Y軸ワークステージ212を、測定対象となる小レンズ11の中心が機械光軸に合う位置まで移動させる(処理S71)。次に、測定対象選択部27の2枚の板材271、273をサーボ機構で動かし、開口部275の開口量を小レンズのサイズ×開口率の大きさに設定する(処理S72)。そして、CCDカメラ291のX−Y−Zステージ293を、X軸、Y軸方向は小レンズ11の設計上の光軸位置に、Z軸方向は、レンズデータから呼び出した(小レンズ11の焦点距離+CCDカメラ291の焦点距離)の位置に、移動させる(処理S73)。尚、上述した処理S71〜S73は、メカ制御用パソコン35によって動作制御され、順番に行うこともできるが、同時に処理することも可能である。
【0056】
次に、光源部23の光源をコリメータ231に設定し(処理S74)、コリメータ231からの射出光束により、焦点距離測定(処理S75)、および光軸位置測定(処理S76)を行う。具体的には、処理S6で指定した小レンズ11のすべてについて、焦点距離測定および光軸位置測定が行われ、全ての小レンズ11の測定が終了するまで(処理77)、小レンズ11の移動(処理S78)、測定を繰り返す。
【0057】
これらの測定が終了したら、光源を、コリメータ231から拡散光光源ユニット232に変更し(処理S79)、小レンズ11の大きさ(面積)測定(処理S80)、および小レンズ11の配置位置測定(処理S81)を行う。具体的には、前記と同様に、処理S6で指定されたすべての小レンズ11について、大きさ(面積)測定、配置位置測定が行われ、全ての小レンズ11の測定が終了するまで(処理S82)、小レンズ11の移動(処理S83)、測定を繰り返し、すべての測定が終了したら、自動測定を終了する。
【0058】
上述した各測定は、画像処理部33の画像解析プログラムで処理されるが、各測定毎に、以下のように処理される。
【0059】
(a)焦点距離の測定(処理S75)
まず、図11に示すように、CCDカメラ291で撮像された小レンズ11を経た検査用基準パターン画像の井型状の線L0を跨るように、縦横の検出ラインL1、L2を複数本設定する。次に、各検出ライン毎に画像の濃度を抽出する。そして、各検出ライン毎に抽出された濃度に対して、一次微分処理を行い、微分値の絶対値を積算し、積算結果を出力する。尚、積算結果の出力に際しては、検査用基準パターン画像の縦パターンと横パターンの焦点ぼけが異なる場合があるので、縦パターンの結果および横パターンの結果を別々に出力する。
さらに、このようにして求めた積算結果を、メカ制御用パソコン35に送り、積算値が最大となった位置を焦点距離として出力する。
【0060】
(b)光軸位置の測定(処理S76)
焦点測定の場合と同様に、まず、図12に示されるように、検査用基準パターン画像の井型状の線L0を跨るように、縦横の検出ラインL3、L4を複数本設定し(検出ライン設定処理)、検査用基準パターン画像の線の各検出ラインL3、L4上の位置を検出する。各検出ラインL3、L4上では、検査用基準パターン画像の線L0と認識する部分が2点P1、P2あるので、この2点の中点P3を計算する(中点算出処理)。複数箇所算出した中点座標を使って直線近似を行って、縦方向の中心線LV、横方向の中心線LHを求める(中心線算出処理)。最後に、図13に示すように、これら縦横の中心線LV、LHの交点P4の座標を、小レンズ11の光軸位置として出力する(光軸位置設定処理)。尚、本実施形態では、交点座標は、CCDカメラ291の画素の1/10単位で求められる。
【0061】
(c)小レンズの大きさ(面積)測定(処理S80)
拡散光光源ユニット232から射出された光束によって小レンズ11の境界部分に発生した陰影線LSを、CCDカメラ291で画像として取り込む。図14に示すように、画面中心Oから放射線状に検出ラインL5を複数本設定し、前記陰影線LSとの交点をエッジとして取得する。次に、隣合う2本の検出ラインL5と検出されたエッジとで三角形を設定し、その三角形の面積を計算する。これを、画面中心O周りに360°行って積算し、この面積を小レンズ11の面積として出力する。尚、小レンズ11の面積の測定精度を向上するには、画面中心Oから放射状に設定される検出ラインL5の数を増やせばよい。また、完全な小レンズ11の面積を求める場合、処理時間との関係もあるが、陰影の内側部分をすべて加算していく方法を採用することができる。
【0062】
(d)小レンズの配置位置の測定(処理S81)
小レンズの大きさ測定と同様に、拡散光光源ユニット232から射出された光束によって小レンズ11の境界部分に発生した陰影線LSを、CCDカメラ291で画像として取り込み、図15に示すように、この画像に縦横の検出ラインL6、L7を複数本設定する。尚、図15から判るように、小レンズ11にダレ11Aが生じている場合(図2参照)、陰影線LSもこのダレに沿って湾曲する。設定された検出ラインL6、L7により、小レンズ11の陰影線LSを小レンズ11のエッジとして検出し、小レンズ11の四辺のエッジを取得する。取得したエッジの座標に基づいて、各辺ごとに直線近似を行う。陰影線LSを構成する各辺の近似直線の交点P5〜P8を、小レンズ11の4つの角隅部の座標として取得し、図16に示すように、交点P5および交点P7間、交点P6および交点P8間に対角線L8、L9を設定し、2つの対角線L8、L9の交点を小レンズ11の配置位置P9として出力する。尚、この配置位置データは、図4におけるレンズアレイ113、115の左下に配置される小レンズ11の左下の頂点を原点とし、この原点から横方向に延びるX軸と、縦方向に延びるY軸とからなる(X、Y)座標値として与えられる。
尚、交点P5〜P8の座標を設計値の座標と比較するようにすれば、各小レンズ11の外形に対するずれ量を算出することができ、より厳密な解析を行うことが可能となる。
【0063】
(4-6)測定データの保存(処理S8)
上述した自動測定が終了すると、得られた測定データ、および選択したレンズデータは、必要に応じて、所定のデータファイルとしてメカ制御用パソコン35の記憶装置に保存される。尚、保存した測定データは、必要に応じてリスト形式で表示したりプリンタ出力を行うことができるようになっている。
【0064】
(5)実施形態の効果
以上のような本実施形態によれば、以下のような効果がある。
光源部23、基準パターン形成部25、および測定対象選択部27を備えているので、画像検出部29は、実際に測定対象となる小レンズ11を経た検査用基準パターン画像を検出することができる。従って、レンズアレイ113、115を構成する小レンズ11の実際の光学特性を把握することができ、レンズアレイ113、115の光学特性を高精度に測定することができる。
【0065】
また、画像検出部29で検出された検出結果を演算処理部となる画像処理部33で処理しているので、小レンズ11の検査数を多数設定しても、簡単に処理することができるうえ、得られた各小レンズの光学特性を一括処理することにより、レンズアレイ全体の光学特性を正確に把握することができる。
【0066】
さらに、光源部23がコリメータ231、拡散光光源ユニット232の2種類の光源を備えているので、小レンズ11の測定項目の違いに応じた適切な光源を採用することができる。
【0067】
そして、測定対象選択部27の開口部275の開口量が可変可能に構成されているので、検査装置2を異なる大きさの小レンズを組み合わせたレンズアレイの検査に用いることができ、レンズアレイの検査装置2の汎用性が一層向上する。また、測定対象選択部27が2枚のL字状の板材271、273を組み合わせて構成されているので、簡素な構造で開口部275の大きさを可変可能とすることができ、測定対象選択部27の構造の簡素化を図ることができる。
【0068】
また、画像検出部29がCCDカメラ291を含んで構成されているので、汎用性の高い画像処理プログラムを利用して、レンズアレイの検査を行うことができ、検査装置2のコストの低減を図ることができる。
【0069】
さらに、自動測定S7が焦点距離測定(焦点距離測定ステップ)S75、光軸位置測定(光軸位置測定ステップ)S76、レンズの大きさ測定(レンズ面積測定ステップ)S78、およびレンズの配置位置測定(レンズ位置測定ステップ)S79を備えているので、レンズアレイ113、115を構成する小レンズ11の光学特性を緻密に測定することにより、レンズアレイ全体としての光学特性を高精度に測定することができる。
【0070】
そして、光軸位置測定S77が、検出ライン設定処理、中点算出処理、中心線算出処理、および光軸位置設定処理を備えているので、小レンズ11の正確な光軸位置を把握することができ、レンズアレイ113、115の検査の高精度化が一層図られる。
【0071】
(6)実施形態の変形
尚、本発明は、前述の実施形態に限定されるものではなく、以下に示すような変形をも含むものである。
【0072】
前記実施形態では、検査対象となるレンズアレイ113、115は、プロジェクタ100のインテグレータ照明光学系110を構成する光学部品であったが、これに限らず、他の用途に使用されるレンズアレイについても、本発明に係る検査装置によって検査を行ってもよい。
【0073】
また、前記実施形態では、焦点距離測定S75、光軸位置測定S76、レンズの大きさ(面積)測定S80、およびレンズ配置位置測定S81の順番で自動測定を行っていたが、これに限られない。すなわち、焦点距離測定S75を行った後、他の測定項目の順番は、適宜に設定してもよい。但し、焦点距離測定および光軸位置測定は、平行光光源を利用し、レンズの大きさ(面積)測定および配置位置測定は、拡散光を利用するので、上記順番で行うのが最も効率的である。
【0074】
さらに、前記実施形態では、上記各測定のデータは、画像処理部33、メカ制御用パソコン35を備えた検査装置2で一括して処理していたが、これに限られない。すなわち、画像解析、メカ制御を検査装置本体とは別体の専用のコンピュータを用いて処理、制御してもよい。
【0075】
その他、本発明の実施の際の具体的な構造および形状等は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等としてもよい。
【0076】
【発明の効果】
前述のような本発明によれば、レンズアレイの検査装置が、光源部、基準パターン形成部、および測定対象選択部を備えているので、画像検出部では、実際に測定対象となるレンズを経た検査用基準パターン画像を検出することができる。従って、レンズアレイを構成する小レンズの実際の光学特性を把握することができ、レンズアレイの光学特性を高精度に検査することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る検査装置の検査対象となるレンズアレイが採用される光学機器であるプロジェクタの構造を表す模式図である。
【図2】前記実施形態におけるレンズアレイの構造を表す正面図および側面図である。
【図3】前記実施形態におけるレンズアレイの検査装置の構造を表す正面図である。
【図4】前記実施形態におけるワークホルダの構造を表す正面図である。
【図5】前記実施形態における第1の光源部の構造を表す水平断面図である。
【図6】前記実施形態における基準パターン形成部の構造を表す正面図である。
【図7】前記実施形態における拡散光光源の構造を表す垂直断面図である。
【図8】前記実施形態における測定対象選択部の構造を表す正面図である。
【図9】前記実施形態における検査装置による検査手順を表すフローチャートである。
【図10】前記実施形態における検査装置による検査手順を表すフローチャートである。
【図11】前記実施形態における焦点距離測定方法を説明するための図である。
【図12】前記実施形態における光軸位置測定方法を説明するための図である。
【図13】前記実施形態における光軸位置測定方法を説明するための図である。
【図14】前記実施形態における小レンズの大きさの測定方法を説明するための図である。
【図15】前記実施形態における小レンズの配置位置の測定方法を説明するための図である。
【図16】前記実施形態における小レンズの配置位置の測定方法を説明するための図である。
【符号の説明】
2 検査装置
11 レンズ
21 ワークホルダ
25 基準パターン形成部
27 測定対象選択部
29 画像検出部
33 画像処理部(演算処理部)
113、115レンズアレイ
231 コリメータ(第1の光源部)
232 拡散光光源ユニット(第2の光源部)
271、273 略L字状の板材
275 開口部
291 CCDカメラ(画像センサ)
S75 焦点距離測定ステップ
S76 光軸位置測定ステップ
S80 レンズの大きさ(面積)測定ステップ
S81 レンズ位置測定ステップ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a lens array inspection apparatus and inspection method for inspecting optical characteristics of a lens array configured by arranging a plurality of lenses in a matrix, and for example, inspection of a lens array employed in an illumination apparatus such as a projector It can be used as an apparatus and an inspection method.
[0002]
[Background]
2. Description of the Related Art Conventionally, a projector including a light source, an electro-optical device that modulates a light beam emitted from the light source according to image information, and a projection optical system that magnifies and projects the light beam modulated by the electro-optical device has been presented. Has been used.
[0003]
In such a projector, an integrator illumination optical system may be disposed between the light source and the electro-optical device in order to uniformly illuminate the image forming area of the electro-optical device with light flux emitted from the point light source. Many.
[0004]
As this integrator illumination optical system, there is known one using a lens array configured by arranging a plurality of small lenses in a matrix form in a plane orthogonal to the light emission direction. The integrator illumination optical system divides the light beam emitted from the light source into a plurality of partial light beams by a plurality of small lenses constituting the lens array, and superimposes each partial light beam in the image forming area of the electro-optical device. Can be uniformly illuminated, and by using such an integrator illumination optical system, it is possible to obtain a clear projected image without luminance unevenness.
[0005]
By the way, such a lens array is formed by casting molten glass or resin material into a mold corresponding to the shape of a plurality of small lenses constituting the lens array, or press-molding softened glass with a mold. Manufactured. Therefore, each small lens constituting the lens array may be deformed by heat treatment, or the small lens may be displaced due to differences in thermal expansion or contraction. Therefore, the optical characteristics of the optically set lens array are realized. It is necessary to inspect whether it is obtained in the product.
[0006]
Conventionally, the lens array is inspected by measuring the shape of the lens surface of the small lens using a surface shape measuring device or the like.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional lens array inspection method described above, although the optical characteristics of the small lenses constituting the lens array can be grasped to some extent, the optical characteristics of the entire lens array cannot be grasped. Therefore, the final inspection of the lens array must be carried out while actually being incorporated in a projector or the like and confirming an actual projection image or the like, and there is a problem that the inspection cannot be effectively performed.
[0008]
An object of the present invention is to provide a lens array inspection apparatus and a lens array inspection method capable of measuring the optical characteristics of the entire lens array with high accuracy.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a lens array inspection apparatus according to the present invention is a lens array inspection apparatus that inspects optical characteristics of a lens array configured by arranging a plurality of lenses in a matrix. A work holder to which a lens array is attached and movable along the arrangement direction of the plurality of lenses, a light source that emits a light beam toward the lens array on the work holder, and between the work holder and the light source A plurality of lenses of a lens array attached to the work holder, and a first light source unit provided with a reference pattern forming unit that forms a reference pattern image for inspection based on a light beam from the light source. Among these, a measurement target selection unit in which an opening for selectively introducing a light beam through the reference pattern formation unit is formed in a lens to be measured, and the measurement target. An image detection unit that detects a reference pattern image for inspection that has passed through the lens selected by the target selection unit, and an arithmetic processing unit that performs arithmetic processing on a detection result detected by the image detection unit. .
[0010]
Here, the optical characteristics of the lens array to be inspected include the focal length of each lens constituting the lens array, the optical axis position of each lens, the size of each lens, the arrangement position of each lens on the lens array, and the like. It is done.
[0011]
Further, the image detection unit can be configured by an area sensor such as a CCD that converts the detected inspection reference pattern image into an electric signal, and the arithmetic processing unit is developed on an operating system that controls the computer. Those equipped with an image processing program can be employed.
[0012]
According to the present invention as described above, since the first light source unit, the reference pattern forming unit, and the measurement target selection unit are provided, the image detection unit uses the inspection reference pattern image that has actually passed through the lens to be measured. Can be detected. Therefore, the actual optical characteristics of the small lenses constituting the lens array can be grasped, and the optical characteristics of the lens array can be inspected with high accuracy.
[0013]
In addition, since an arithmetic processing unit that performs arithmetic processing on the detection result detected by the image detection unit is provided, even if a large number of small lens inspections are set, processing can be easily performed and each obtained By collectively processing the optical characteristics of the lens, it is possible to accurately grasp the optical characteristics of the entire lens array.
[0014]
The lens array inspection apparatus described above preferably includes the second light source unit that emits diffused light from a point light source.
[0015]
That is, when measuring the focal length and the optical axis position of each lens among the optical characteristics of the lens array described above, the detection accuracy of the image detector can be improved if the reference pattern image for inspection has a high contrast. . Therefore, it is preferable to employ a parallel light source that emits parallel light as the light source that constitutes the first light source unit in order to guide more emitted light to the small lenses of the lens array.
[0016]
On the other hand, when measuring the size of the lens and the arrangement position of the lens, it is necessary to detect the boundary portion with other adjacent lenses by the image detection unit, and such a boundary portion irradiates the lens with diffused light. It is recognized as a shadow at the time. Therefore, as a light source in such an inspection, it is preferable to separately provide a light source that emits diffused light as a second light source unit so that a shadow can be recognized.
[0017]
From the above, by providing the first light source unit and the second light source unit, it is possible to cope with the various measurement items described above, and therefore the inspection accuracy of the lens array can be further improved.
[0018]
Moreover, it is preferable that the size of the opening is configured to be variable as the measurement target selection unit described above, and such a measurement target selection unit includes a pair of substantially L-shaped plate members that are substantially L-shaped. The portions can be configured to overlap each other so as to face each other and be relatively movable.
[0019]
In other words, by configuring the size of the opening of the measurement object selection unit to be variable, the lens array inspection device can be used for inspection of a lens array in which lenses having different sizes are combined. The versatility of the inspection apparatus is further improved. In addition, by configuring the measurement target selection unit by superimposing substantially L-shaped plate materials, the size of the opening can be made variable with a simple structure, and the structure of the measurement target selection unit is simplified. Can be achieved.
[0020]
Furthermore, it is preferable to employ an image sensor including a charge coupled device (CCD) as the above-described image detection unit.
[0021]
That is, since the CCD is widely used as an image sensor, a highly versatile image processing program constituting the arithmetic processing unit can be adopted, and the cost of the lens array inspection apparatus can be reduced. it can.
[0022]
The lens array inspection method according to the present invention is a lens array inspection method for inspecting the optical characteristics of a lens array configured by arranging a plurality of lenses in a matrix, and the plurality of lenses constituting the lens array. Among these lenses, a pattern image detection step for projecting a predetermined inspection reference pattern image onto a lens to be measured and detecting an inspection reference pattern image that has passed through the lens, and an inspection detected in the image pattern detection step A focal length measuring step for measuring a focal length of the lens based on a reference pattern image for use; an optical axis position measuring step for measuring an optical axis position of the lens; and a lens area measuring step for measuring an area of the lens; And a lens position measuring step for measuring an array position of the lenses in the lens array. And it features.
[0023]
According to the present invention, the lens array inspection method includes a focal length measurement step, an optical axis position measurement step, a lens area measurement step, and a lens position measurement step. By precisely measuring the optical characteristics of the lens, the optical characteristics of the entire lens array can be measured with high accuracy.
[0024]
In the above, when the inspection reference pattern image is composed of the well-shaped image pattern arranged along the lens center line in the plane orthogonal to the emission direction of the light flux of the lens, the optical axis position measuring step described above Is a midpoint for calculating the midpoint of two intersections between a detection line setting process for setting a plurality of detection lines so as to straddle the well-shaped image pattern and the image pattern detected on each detection line A center line calculation process for calculating a center line orthogonal to each other by linear approximation based on a plurality of midpoints calculated from each detection line, and two center lines orthogonal to each other as an optical axis of the lens And an optical axis position setting process as a position.
[0025]
That is, by configuring the optical axis position measuring step by such a series of processes, the accurate optical axis position of the lens can be grasped, and the accuracy of the inspection of the lens array can be further improved.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(1) Projector structure in which a lens array is used
FIG. 1 shows the structure of a
[0027]
The integrator illumination
[0028]
The color separation
[0029]
The relay
[0030]
The electro-
[0031]
The color synthesizing
[0032]
(2) Lens array structure to be inspected
As shown in FIG. 2, the
[0033]
Similarly to the
[0034]
Therefore, since the
[0035]
The
[0036]
(3) Structure of the lens array inspection device
FIG. 3 shows a lens
[0037]
The
[0038]
The
[0039]
The
[0040]
As shown in FIG. 6, the reference
[0041]
As shown in FIG. 7, the diffused
[0042]
As can be seen from FIG. 3, such a diffused
[0043]
The measurement
[0044]
Specifically, as shown in FIG. 8, the measurement
[0045]
The
[0046]
The image processing unit 33 is a part that performs image analysis by processing an electrical signal related to the reference pattern image for inspection output from the
[0047]
The operation of the image processing unit 33 and the mechanical control
[0048]
Although not shown in FIG. 3, the outer side of the
[0049]
(4) Inspection of lens array by inspection device
The inspection of the
[0050]
(4-1) Registration / correction of lens data (processing S1)
This is a process for pre-registering the design optical characteristics of the lens array to be inspected. In automatic measurement (process S7) described later, lens data corresponding to the inspection object is selected from a plurality of lens data registered in this process. And perform automatic measurement. Specific registration contents of the lens data include the name of the lens array, the application (which of the
[0051]
(4-2) Setting of reference position (Processing S2, S3)
The
[0052]
(4-3) Lens data selection (processing S4), measurement item selection (processing S5)
After the setting of the reference position is completed, the
[0053]
(4-4) Designation of small lens to be measured (Processing S6)
When the measurement item is selected, which
[0054]
(4-5) Automatic measurement (Processing S7)
After the above setting is completed, the measurement of the
[0055]
First, the
[0056]
Next, the light source of the
[0057]
When these measurements are completed, the light source is changed from the
[0058]
Each measurement described above is processed by the image analysis program of the image processing unit 33, and is processed as follows for each measurement.
[0059]
(a) Measurement of focal length (processing S75)
First, as shown in FIG. 11, a plurality of vertical and horizontal detection lines L1 and L2 are set so as to straddle the well-shaped line L0 of the reference pattern image for inspection that has passed through the
Furthermore, the integration result obtained in this way is sent to the mechanical control
[0060]
(b) Measurement of optical axis position (processing S76)
As in the focus measurement, first, as shown in FIG. 12, a plurality of vertical and horizontal detection lines L3 and L4 are set so as to straddle the well-shaped line L0 of the inspection reference pattern image (detection lines). Setting process), the positions of the lines of the reference pattern image for inspection on the detection lines L3 and L4 are detected. On each of the detection lines L3 and L4, there are two points P1 and P2 that are recognized as the line L0 of the inspection reference pattern image, so the midpoint P3 of these two points is calculated (middle point calculation process). Straight line approximation is performed using the midpoint coordinates calculated at a plurality of locations to obtain a vertical center line LV and a horizontal center line LH (center line calculation process). Finally, as shown in FIG. 13, the coordinates of the intersection point P4 of the vertical and horizontal center lines LV and LH are output as the optical axis position of the small lens 11 (optical axis position setting process). In the present embodiment, the intersection coordinates are obtained in units of 1/10 of the pixel of the
[0061]
(c) Small lens size (area) measurement (processing S80)
The shadow line LS generated at the boundary portion of the
[0062]
(d) Measurement of the position of the small lens (processing S81)
Similarly to the measurement of the size of the small lens, the shadow line LS generated at the boundary portion of the
If the coordinates of the intersection points P5 to P8 are compared with the coordinates of the design value, it is possible to calculate the deviation amount with respect to the outer shape of each
[0063]
(4-6) Save measurement data (Process S8)
When the automatic measurement described above is completed, the obtained measurement data and the selected lens data are stored in the storage device of the mechanical control
[0064]
(5) Effects of the embodiment
According to this embodiment as described above, there are the following effects.
Since the
[0065]
In addition, since the detection result detected by the
[0066]
Furthermore, since the
[0067]
And since the opening amount of the
[0068]
In addition, since the
[0069]
Further, automatic measurement S7 includes focal length measurement (focal length measurement step) S75, optical axis position measurement (optical axis position measurement step) S76, lens size measurement (lens area measurement step) S78, and lens arrangement position measurement ( Since the lens position measurement step S79 is provided, the optical characteristics of the entire lens array can be measured with high accuracy by precisely measuring the optical characteristics of the
[0070]
Since the optical axis position measurement S77 includes a detection line setting process, a midpoint calculation process, a center line calculation process, and an optical axis position setting process, the accurate optical axis position of the
[0071]
(6) Modification of the embodiment
In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, The modification as shown below is also included.
[0072]
In the above-described embodiment, the
[0073]
In the above embodiment, the automatic measurement is performed in the order of the focal length measurement S75, the optical axis position measurement S76, the lens size (area) measurement S80, and the lens arrangement position measurement S81. However, the present invention is not limited to this. . That is, after performing the focal length measurement S75, the order of other measurement items may be set as appropriate. However, the focal length measurement and the optical axis position measurement use a parallel light source, and the lens size (area) measurement and the arrangement position measurement use diffused light. is there.
[0074]
Furthermore, in the above-described embodiment, the measurement data is collectively processed by the
[0075]
In addition, the specific structure, shape, and the like when implementing the present invention may be other structures as long as the object of the present invention can be achieved.
[0076]
【The invention's effect】
According to the present invention as described above, since the lens array inspection apparatus includes the light source unit, the reference pattern forming unit, and the measurement target selection unit, the image detection unit passes through the lens that is actually the measurement target. A reference pattern image for inspection can be detected. Therefore, the actual optical characteristics of the small lenses constituting the lens array can be grasped, and the optical characteristics of the lens array can be inspected with high accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing the structure of a projector that is an optical apparatus that employs a lens array to be inspected by an inspection apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 2A and 2B are a front view and a side view showing a structure of a lens array in the embodiment. FIGS.
FIG. 3 is a front view showing a structure of a lens array inspection apparatus in the embodiment.
FIG. 4 is a front view showing the structure of the work holder in the embodiment.
FIG. 5 is a horizontal sectional view showing a structure of a first light source unit in the embodiment.
FIG. 6 is a front view illustrating a structure of a reference pattern forming unit in the embodiment.
FIG. 7 is a vertical sectional view showing the structure of the diffuse light source in the embodiment.
FIG. 8 is a front view illustrating a structure of a measurement target selection unit in the embodiment.
FIG. 9 is a flowchart showing an inspection procedure by the inspection apparatus in the embodiment.
FIG. 10 is a flowchart showing an inspection procedure by the inspection apparatus in the embodiment.
FIG. 11 is a diagram for explaining a focal length measurement method in the embodiment.
FIG. 12 is a diagram for explaining an optical axis position measuring method in the embodiment.
FIG. 13 is a diagram for explaining an optical axis position measuring method in the embodiment.
FIG. 14 is a diagram for explaining a measurement method of the size of a small lens in the embodiment.
FIG. 15 is a diagram for explaining a measuring method of the arrangement position of the small lens in the embodiment.
FIG. 16 is a diagram for explaining a measurement method of the arrangement position of the small lens in the embodiment.
[Explanation of symbols]
2 Inspection equipment
11 Lens
21 Work holder
25 Reference pattern forming section
27 Measuring object selector
29 Image detector
33 Image processing unit (arithmetic processing unit)
113, 115 lens array
231 Collimator (first light source unit)
232 Diffused light source unit (second light source unit)
271, 273 Substantially L-shaped plate material
275 opening
291 CCD camera (image sensor)
S75 Focal length measurement step
S76 Optical axis position measurement step
S80 Lens size (area) measurement step
S81 Lens position measurement step
Claims (7)
前記レンズアレイが取り付けられ、前記複数のレンズの配列方向に沿って移動可能なワークホルダと、
このワークホルダ上のレンズアレイに向けて光束を射出する光源と、前記ワークホルダとこの光源との間に設置され、前記光源からの光束に基づいて、検査用基準パターン画像を形成する基準パターン形成部と、を備えた第1の光源部と、前記ワークホルダに取り付けられたレンズアレイの複数のレンズのうち、測定対象となるレンズに、この基準パターン形成部を介した光束を選択的に導入する開口部が形成された測定対象選択部と、
この測定対象選択部で選択されたレンズを経た検査用基準パターン画像を検出する画像検出部と、
この画像検出部で検出された検出結果を演算処理する演算処理部とを備えていることを特徴とするレンズアレイの検査装置。A lens array inspection apparatus for inspecting optical characteristics of a lens array configured by arranging a plurality of lenses in a matrix,
A work holder attached to the lens array and movable along an arrangement direction of the plurality of lenses;
A light source that emits a light beam toward the lens array on the work holder, and a reference pattern formation that is installed between the work holder and the light source and forms a reference pattern image for inspection based on the light beam from the light source A light source via the reference pattern forming unit is selectively introduced into a lens to be measured among a plurality of lenses of a lens array attached to the work holder. A measurement object selection unit in which an opening to be formed is formed;
An image detection unit for detecting a reference pattern image for inspection through the lens selected by the measurement target selection unit;
An inspection apparatus for a lens array, comprising: an arithmetic processing unit that performs arithmetic processing on a detection result detected by the image detection unit.
拡散光を射出する第2の光源部を備えていることを特徴とするレンズアレイの検査装置。The lens array inspection apparatus according to claim 1,
A lens array inspection apparatus comprising a second light source unit that emits diffused light.
前記測定対象選択部は、該開口部の大きさを可変可能に構成されていることを特徴とするレンズアレイの検査装置。The lens array inspection apparatus according to claim 1 or 2,
2. The lens array inspection apparatus according to claim 1, wherein the measurement object selection unit is configured to be able to vary the size of the opening.
前記測定対象選択部は、一対の略L字状の板材を、略L字の部分が互いに対向するように、かつ相対移動可能に重ね合わせて構成されていることを特徴とするレンズアレイの検査装置。The lens array inspection apparatus according to claim 3,
The measuring object selection unit is configured to inspect a lens array, wherein a pair of substantially L-shaped plate members are overlapped so that the substantially L-shaped portions face each other and are relatively movable. apparatus.
前記画像検出部は、電荷結合素子を含む画像センサであることを特徴とするレンズアレイの検査装置。In the inspection apparatus of the lens array in any one of Claims 1-4,
The lens array inspection apparatus, wherein the image detection unit is an image sensor including a charge coupled device.
前記レンズアレイを構成する複数のレンズのうち、測定対象となるレンズに所定の検査用基準パターン画像を投影し、該レンズを経た検査用基準パターン画像を検出するパターン画像検出ステップと、
この画像パターン検出ステップで検出された検査用基準パターン画像に基づいて、前記レンズの焦点距離を測定する焦点距離測定ステップと、
前記レンズの光軸位置を測定する光軸位置測定ステップと、
前記レンズの面積を測定するレンズ面積測定ステップと、
前記レンズアレイにおける前記レンズの配列位置を測定するレンズ位置測定ステップとを備えていることを特徴とするレンズアレイの検査方法。A lens array inspection method for inspecting optical characteristics of a lens array configured by arranging a plurality of lenses in a matrix,
A pattern image detecting step of projecting a predetermined reference pattern image for inspection on a lens to be measured among a plurality of lenses constituting the lens array, and detecting a reference pattern image for inspection through the lens;
A focal length measuring step for measuring the focal length of the lens based on the reference pattern image for inspection detected in the image pattern detecting step;
An optical axis position measuring step for measuring an optical axis position of the lens;
A lens area measuring step for measuring the area of the lens;
And a lens position measuring step for measuring an array position of the lenses in the lens array.
前記検査用基準パターン画像は、前記レンズの光束の射出方向に直交する面内のレンズ中心線に沿って配置される井型状の画像パターンから構成され、
前記光軸位置測定ステップは、該井型状の画像パターンを跨るように複数の検出ラインを設定する検出ライン設定処理と、各検出ライン上で検出される前記画像パターンとの2つの交点の中点を算出する中点算出処理と、各検出ラインから算出された複数の中点に基づいて直線近似により、互いに直交する中心線を算出する中心線算出処理と、互いに直交する2本の中心線を前記レンズの光軸位置とする光軸位置設定処理とを備えていることを特徴とするレンズアレイの検査方法。In the inspection method of the lens array according to claim 6,
The inspection reference pattern image is composed of a well-shaped image pattern arranged along a lens center line in a plane orthogonal to the emission direction of the luminous flux of the lens,
The optical axis position measuring step includes a detection line setting process for setting a plurality of detection lines so as to straddle the well-shaped image pattern, and two intersection points of the image pattern detected on each detection line. A midpoint calculation process for calculating points, a centerline calculation process for calculating centerlines that are orthogonal to each other by linear approximation based on a plurality of midpoints calculated from each detection line, and two centerlines that are orthogonal to each other And an optical axis position setting process in which the optical axis position of the lens is set as an optical axis position setting process.
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