JP3661546B2 - 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 - Google Patents

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

Claims (7)

1. 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レンズアレイの検査装置。
2. 請求項１に記載のレンズアレイの検査装置において、
   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。
3. 請求項１または請求項２に記載のレンズアレイの検査装置において、
   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。
4. 請求項３に記載のレンズアレイの検査装置において、
   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。
5. 請求項１〜請求項４のいずれかに記載のレンズアレイの検査装置において、
   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。
6. 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レンズアレイの検査方法。
7. 請求項６に記載のレンズアレイの検査方法において、
   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。

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