(57)【要約】【課題】  デジタルカメラの撮像素子面のように撮像素子で形成された対象面の平面度を測定するとき、同時に当該対象面の取付位置の精度も測定できる測定方法並びに同装置を提供すること。【解決手段】  撮像素子から成る対象面Oj上の複数の点に対して基準点からチャートパターン像２を出射して前記対象面に設定した複数の測定点において結像させると共に、各点からの反射像をそれぞれ前記基準点の共役点において個々に光−電気的に検出し、その検出値に基づいて前記対象面の平面度を測定するとき、前記対象面Oj上に前記測定点と干渉しない基準となる第二の測定点を設定し、その第二の測定点にスポット光を照射して、該照射光により前記対象面Ojの撮像素子から得られる位置データに基づきこの対象面Ojの取付位置の精度を測定すること。【選択図】  図５
2005345356.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像素子から成る対象面上の複数の点に対して基準点からチャートパターン像を出射して前記対象面に設定した複数の測定点において結像させると共に、各点からの反射像をそれぞれ前記基準点の共役点において個々に光−電気的に検出し、その検出値に基づいて前記対象面の平面度を測定するとき、前記対象面上に前記測定点と干渉しない基準となる第二の測定点を設定し、その第二の測定点にスポット光を照射して、該照射光により前記対象面の撮像素子から得られる位置データに基づきこの対象面の取付位置の精度を測定することを特徴とする平面度測定における取付位置の測定方法。
【請求項２】
第二の測定点は、対象面の中心、又は、該中心を通る直線上の中心に関し対称な位置に設定する請求項１の平面度測定における取付位置の測定方法。
【請求項３】
コリメータレンズと、該レンズの焦点に置いた半導体レーザー光又は背後に光源を備えたチャートパターンと、前記コリメータレンズの平行光出射側に配設すると共に前後動可能に設けた複数の同じ対物レンズと、該対物レンズの焦点に配置した撮像素子を備えた測定対象面のセット部と、該対象面の測定点から反射される複数の反射像の光路を前記コリメータレンズを通った焦点側において複数方向に偏向させ、かつ、その偏向光路上における前記コリメータレンズの共役点に配置した前記反射像と同数の光−電気検出器とから成る平面度測定装置において、前記対象面に設定した基準となる第二の測定点に対しスポット光を照射するスポット光源を、前記コリメータレンズを入，出射する光路に干渉しない位置に設けると共に、前記スポット光を受けた対象面の撮像素子から得られる位置データの電気信号を処理する位置データ処理手段を設けたことを特徴とする平面度測定における取付位置の測定装置。
【請求項４】
スポット光源の光は、対象面の中心、又は、該中心を通る直線上の前記中心に関し対称な位置に照射されるように１又は複数のスポット光源を設けた請求項３の平面度測定における取付位置の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高精度の平面度が要求される電子部品や精密機械部品などの対象物であって対象面が撮像素子を備えて形成されている対象面の平面度を測定するとき、当該対象物の取付位置の精度も測定する方法と、そのための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
いわゆるデジタルカメラの撮像素子面や精密平面鏡、或は、高精度な平面を有する精密機械の部品などは、それらの平面（以下、対象面という）が高い精度の平面（歪みがない平面）に形成されていることが必要であるため、その対象面がどの程度の歪みのない平面に形成されているかを、当該対象面の平面度として、例えば光学的手法を用いて測定している。
【０００３】
公知の平面度の測定方法の一例は、対象面上の複数の点に対して基準点からチャートパターン像を出射して対象面に結像させ、その反射像を前記基準点又は該点と共役な点において光−電気的に検出することにより、各点における検出値同士の差、或は、各検出値と予め設定した基準値の差を求め、この値に基づいて対象面の平面度の程度、つまり、対象面にどの程度の歪みなどがあるか、或は、前記検出値の差が許容範囲にあるか否かなどを判断している。
【０００４】
しかし、上記のような測定形態であると、対象面の複数点に対して、各点ごとに基準点からチャートパターンを出射して対象面に結像させ、その反射像を基準点又はその点と共役な点において光−電気的に検出するという操作を行っているので、著しく手間がかかる上に、高精度の検出値も得にくいという難点があるため、本発明者は、先に、そのような問題点を解消することできる平面度の測定方法とこの方法を用いた測定装置として、対象面上の複数の点に対して基準点からチャートパターン像を出射して前記対象面に設定した複数の測定点において結像させると共に、各点からの反射像をそれぞれ前記基準点の共役点において個々に光−電気的に検出し、その検出値に基づいて前記対象面の平面度を測定する方法を提案している（特許文献１参照）。
【０００５】
また、本発明者は上記の測定方法を実施するための測定装置として、コリメータレンズと、該レンズの焦点に置いた半導体レーザー光又はチャートパターンと該パターンの背後に配した光源と、前記コリメータレンズの平行光出射側に配設すると共に前後動可能に設けた複数の同じ対物レンズと、該対物レンズの焦点に配置した測定対象面のセット部と、該対象面から反射される複数の反射像の光路を前記コリメータレンズを通った焦点側において複数方向に偏向させ、かつ、その偏向光路上における前記コリメータレンズの共役点に配置した前記反射像と同数の光−電気検出器とから成る平面度測定装置も提案している（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−５３２５５号公報
【０００６】
上記の平面度測定方法によれば、例えば、デジタルカメラのＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮影素子により形成された対象面の平面度を高精度に測定することができるが、この対象面がデジタルカメラ筐体の受像面に位置精度よく設置されているか否かまでを測定することはできない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで本発明では、デジタルカメラの撮像素子面のように撮像素子で形成された対象面の平面度を測定するとき、同時に当該対象面の取付位置の精度も測定できる測定方法並びに同装置を提供することを、その課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決することを目的としてなされた本発明による設置精度の測定方法の構成は、撮像素子から成る対象面上の複数の点に対して基準点からチャートパターン像を出射して前記対象面に設定した複数の測定点において結像させると共に、各点からの反射像をそれぞれ前記基準点の共役点において個々に光−電気的に検出し、その検出値に基づいて前記対象面の平面度を測定するとき、前記対象面上に前記測定点と干渉しない基準となる第二の測定点を設定し、その第二の測定点にスポット光を照射して、該照射光により前記対象面の撮像素子から得られる位置データに基づきこの対象面の取付位置の精度を測定することを特徴とするものである。
【０００９】
また、上記対象面の取付精度を測定するための装置の構成は、コリメータレンズと、該レンズの焦点に置いた半導体レーザー光又は背後に光源を備えたチャートパターンと、前記コリメータレンズの平行光出射側に配設すると共に前後動可能に設けた複数の同じ対物レンズと、該対物レンズの焦点に配置した撮像素子を備えた測定対象面のセット部と、該対象面の測定点から反射される複数の反射像の光路を前記コリメータレンズを通った焦点側において複数方向に偏向させ、かつ、その偏向光路上における前記コリメータレンズの共役点に配置した前記反射像と同数の光−電気検出器とから成る平面度測定装置において、前記対象面に設定した基準となる第二の測定点に対しスポット光を照射するスポット光源を、前記コリメータレンズを入，出射する光路に干渉しない位置に設けると共に、前記スポット光を受けた対象面の撮像素子から得られる位置データの電気信号を処理する位置データ処理手段を設けたことを特徴とするものである。
【００１０】
上記の本発明において、設定する第二の測定点は、対象面の中心、又は、該中心を通る直線上の中心に関し対称な位置に設定することができる。
【発明の効果】
【００１１】
デジタルカメラの撮像素子により形成された面（対象面）の平面度を測定するとき、当該対象面の取付位置の精度も併せて測定することができるから、前記撮像素子面のように高精度の平面度と取付位置の精度が要求される撮像素子を備えた部品の検査効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に本発明測定方法の実施形態の一例を、本発明測定装置の光学的構成例を模式的に示した図１，図２を参照しつつ説明する。
【００１３】
図１，図２において、１はコリメータレンズ、２，３は、該レンズ１の焦点に配置したチャートパターンと該パターン２の背後に配される光源３として機能する半導体レーザー素子であり、図の例では、半導体レーザー素子２，３から出射されるレーザー光がパターン像２として前記コリメータレンズ１に入射し、平行な光軸に変換されて後述する５個の対物レンズ41〜45に向けて出射される。上記において、パターン像２を作るための光源は、半導体レーザー光以外の光、例えばＬＥＤ光源などの光であってもよい。この点は、以下の説明においても同じである。
【００１４】
41〜45は前記コリメータレンズ１の出射光軸側に配した５個の同一焦点の対物レンズで、５は前記対物レンズ41〜45の焦点位置であり、この焦点面に、平面度を測定すべき対象、一例としてデジタルカメラにおけるＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子により形成された受光面が測定対象面Ojとして配置されるので、この対象面Ojのセット部が形成される。従って、各対物レンズ41〜45の焦点が対象面Ojの測定点となる。なお、対象面Ojにおける測定点の位置は、図示した例に限られるものではなく、任意に設定、或は、変更することができる。
【００１５】
前記対物レンズ41〜45は、レンズ架台６に設けられ、この架台６がエンコーダ等の測長手段を具備した精密移動台７に搭載されていることにより、コリメータレンズ１の平行光軸と平行に前後移動可能に設けられている。因みに、この移動台７の移動単位は、一例として0.1μm〜１μm程度である。ここで、対象面Ojの測定点を変更したい場合には、対物レンズ41〜45の位置を変更した別のレンズ架台（図示せず）を上記レンズ架台に代えて用いたり、或は、レンズ架台の上で、各対物レンズ41〜45の位置を変更可能に設けておき、所望の位置に各対物レンズを移動させるようにする。なお、いずれの場合においても、各対物レンズ41〜45の位置はコリメータレンズ１の口径内である。
【００１６】
８は、前記コリメータレンズ１における焦点のある側の発散光軸上に配置したビームスプリッタで、前記対物レンズ41〜45の夫々を通って反射して来る対象面Ojに結像した前記パターン像２の５個の反射像の光軸を90度偏向させるためのものである。
【００１７】
91，92、並びに、94，95は、前記スプリッタ８により偏向させられた５個の反射像のうち、対象面Ojの中心での反射像を除く４個の反射像の光軸を、コリメータレンズ１の光軸とほぼ同じ向きであるが、各光軸をさらに斜め上下方向に割り振って偏向させると共に、前記中心反射像の光軸をパスさせるように、中心にパス穴93を形成した反射光軸を独立した方向に向けるための４枚のミラーである。
【００１８】
101〜105は、前記４枚のミラー91，92、94，95の各反射光軸上、並びに、パス穴93の背後であって、前記コリメータレンズ１の焦点との共役点に配設した５個の光−電気変換素子（以下、光−電センサという）であり、以上に述べたコリメータレンズ１から光−電センサ101〜105までの構成により、平面度測定装置の光学的構成の一例を形成する。なお、図１において、ＥはＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子の集合体で、その前面が対象面Ojである。
【００１９】
いま、平面度を測定すべき対象面Ojが理想的平面であると仮定すると、対物レンズ41〜45の焦点位置５、即ち、対象面Ojに結像する５個のパターン像２の反射像を受光する各光−電センサ101〜105の出力値は、同一のピーク値を示す。しかし、前記対象面Ojの面に歪みがある、即ち、対象面Ojに各対物レンズ41〜45の焦点位置５から凹状或は凸状などにずれた部分（面）があると、このずれた部分（面）に結像するパターン像２の結像はいわゆる「ピンボケ」状態であるから、その反射像を受光するいずれかの光−電センサ101〜105の出力は、ピントが合った像を受光した光−電センサの出力よりも小さくなる。そこで、平面度の測定では、各測定点に対応する光−電センサ101〜105の夫々の出力がピーク値になるように、各センサごとに移動台７を微細に前後動させて、各光−電センサ101〜105の夫々の出力がピーク値を示すときの移動台７の位置を検出する。
【００２０】
平面度の測定においては、上記の各光−電センサ101〜105に得られる対象面Oj上の５点におけるパターン像２の各反射像による出力値を、予め設定されている基準値と比較演算処理したり、或は、各出力値同士を比較演算してその演算値が許容値内にあるか否かを判別することなどにより処理し、前記対象面Ojが所定の平面度にあるか否かを判別することにより、平面度の測定を行うのである。この結果、上記測定方法では、１つの対象面Ojに対してパターン像２の像を同時に複数個結像させる一回の測定操作によって、その面Ojの平面度の良否を判別することが可能になるのである。
【００２１】
上記の平面度測定の方法は、図３，図４に例示した測定装置の例によっても実施可能であるから、次にこの点について図３，図４を参照して説明する。なお、図３，図４において、図１，図２と同一部材，同一部位は同一符号で示している。
【００２２】
図３，図４に示した平面度測定装置では、対象面Ojにおける５箇所の測定点（面）（対象面Ojの中心と四隅部の点）に対応して、５個のチャートパターンと夫々の光源として機能する半導体レーザー素子31〜35を、コリメータレンズ１の焦点側に、互に光学的，機械的に干渉しないように配設している。
【００２３】
このため、図３，図４の装置では、個々のレーザー光によるパターン像21〜25の各出射光軸上に、出射像と反射像の光路を偏向するためのビームスプリッタ81〜85を設けると共に、４個のパターン像21，22、並びに、24，25の光軸上には、その像をコリメータレンズ１の光軸側に偏向するため４枚の偏向ミラー91，94並びに92，95が配置されている。
【００２４】
101〜105は、反射光軸上において前記スプリッタ81〜85を経た後のコリメータレンズ１の共役点に配置した光−電センサで、対象面Oj上の５点に結像した夫々のパターン像21〜25の反射像のコントラストを光−電気的に検出する。この検出値は、図１，図２により説明した測定装置の場合と同様に処理して、対象面Ojの平面度の測定を行う。
【００２５】
以上に説明した平面度の測定装置においては、コリメータレンズ１は、１枚のレンズを用い５個のパターン像を対物レンズ51〜55に平行光の像として出射し、また、対象面Ojからの反射像をビームスプリッタ８、或は、81〜85に送っていたが、この一枚のコリメータレンズ１は、図示しないが、５個のチャートパターン像に１個の像ごとに対応した５枚のコリメータレンズに代替した装置として構成することもできる。
【００２６】
次に、上記の測定装置におけるデータの取扱いやデータ処理の例について、図５のブロック図により説明する。５個の対物レンズ41〜45を載せて微細な単位で前後動可能な移動台７は、その移動データが、移動台７が具備したエンコーダ7aから距離のパルス信号でカウンタ7bに検出される。
【００２７】
一方、各光−電センサ101〜105に関しては、５個の対物レンズ41〜45の焦点位置５に理想平面（対象面Oj）を置いたとき、その面の５箇所に結像するチャートパターン像２の反射像のコントラストを各センサ101〜105が受光したときに示されるピーク検出値を各測定点における基準値として、演算処理部11に格納しておく。また、対象面Ojが焦点位置５から前方（十側）、又は、後方（一側）に移動台７を微細に移動させたときの距離データも演算処理部11に供給されるように設定しておく。
【００２８】
そして、実際の撮像素子の集合体Ｅの前面にある測定対象面Ojを、測定装置における対物レンズ41〜45の焦点位置５に設定されたセット部（マウント部）にセットし、その対象面Ojの５箇所に対してチャートパターン像２を結像させ、その反射像のコントラストを各光−電センサ101〜105により検出させ、各センサ101〜105に得られる出力値を、演算処理部11に格納されている各センサ101〜105ごとの前記基準値（ピーク値）と比較し、差が生じた各光−電センサ101〜105については、その出力がピーク値（基準値）になるように移動台７を微細に移動させて、その移動した距離を演算処理部11において測定点ごとに求める。
【００２９】
このようにして、対象面Ojの各測定点における結像による光−電センサ101〜105の出力値と、移動台７を移動させて得られるピーク値とによって、上記対象面Ojの各測定点（面）が、焦点位置５（基準値）に対してどの程度の大きさ（距離）十側又は一側にあるかを検出することができるので、対象面Ojが所定の平面に形成されているか否かを測定，判別することができることになる。図５において、12aは移動台７の移動駆動源（モータＭ）に対する指令値のＤ／Ａ変換器、12bはアンプである。また、13aは各光−電センサ101〜105の検出値を増巾するアンプ、13bはＡ／Ｄ変換器である。
【００３０】
本発明では、上記のように構成されて操作，使用される対象面Ojの平面度測定装置に、次の構成を付加することにより、前記対象面Ojを有する撮像素子の集合体Ｅの取付位置の精度を測定できるようにしたので、次にこの点について説明する。
【００３１】
上述したＣＣＤやＣＭＯＳなどによる撮像素子の集合体Ｅの前面（対象面Oj）は、例えばデジタルカメラの場合、そのボディ（筐体ともいう）に取付けられた状態で測定装置のマウント部（セット部）にセットされて前記対象面Ojの平面度が測定されている。
【００３２】
そこで本発明では、ボディに取付られた前記対象面Ojを有する撮像素子の集合体Ｅ（例えば、デジタルカメラの受像面）の取付位置が許容値内にあるか、或は、許容できない誤差がないかなどを判別するため、平面度の測定の際に、併せて当該集合体Ｅの取付位置の精度を測定できるようにした。
【００３３】
このため本発明では、図１或は図３に例示した平面度測定装置の構成の中に、その構成部材と機械的に干渉せず、かつ、前記コリメータレンズ１に入，出射する光路と光学的に干渉しない位置に、前記対象面Ojに設定する第二の測定点（理想位置に取付られた対象面Ojに予め設定する）に対してスポット光を照射する光源Skを設け、測定装置にセットされた対象面Ojの第二測定点に対して前記光源Skのスポット光を照射し、この光の照射を受けた前記対象面Ojを形成している撮像素子の集合体Ｅにおける撮像素子がもつ位置データに基づいて、当該対象面Ojを有する撮像素子の集合体Ｅがカメラボディの所定位置に所定の取付精度を以て取付けられているか否かを判別できるようにした。
【００３４】
ここで、スポット光の光源としては、測定精度の上で好ましくはレーザースポット光を使用するが、本発明ではレーザー光以外の光、例えばＬＥＤ光源などによるスポット光を用いることができる。また、予め設定する第二測定点は、撮像素子の集合体Ｅが理想的な取付位置に設けられている場合には、当該撮像素子の集合体Ｅにおける特定の撮像素子とその素子に与えられている位置データとなる。スポット光の光ビームが極微小径であれば、きわめて高精度の取付位置精度の測定が可能になる。また、図１，図３，図５に例示したスポット光の光源Skは、光学的な意味での位置を例示したもので、実体装置上での位置を意味するものではない。
【００３５】
次に、本発明による取付位置の精度の測定においては、平面度測定用のレーザービームによるチャートパターン像が、上記例のように対象面Ojに対し５個使用される場合、当該対象面Ojの中心と四隅の５箇所はそのための受光面として利用されるので、取付位置の測定用スポット光ビームは、上記対象面Ojの上の５箇所の点と干渉しない位置に、少なくとも２点を第二測定点として設定する。この２点の測定点は、対象面Ojの中心を通る直線上であって、その中心から見て対称な２点とすればよい。一方、平面度測定用のパターン像が対象面Ojの上に３点設定された測定装置では、対象面Ojの中心が利用されないので、取付位置測定用のスポット光は対象面Ojの中心１点を第二測定点として設定し、この点にスポット光を照射することになる。
【００３６】
対象面Ojに対して照射される取付位置測定用の２本のレーザー光ビームは、対象面Ojを形成する撮像素子の集合体Ｅにおいて、少なくとも２つの撮像素子に電気信号を生起させるので、その位置データを判定部14に供給することによって、対象面Ojを形成する撮像素子の集合体Ｅがカメラ筐体に適切に取付けられているか否かを判定部14で判別することができる。上記はレーザー光ビームが２本照射される例であるが、撮像素子の集合体Ｅの中心（対象面Ojの中心）１点を測定点とした場合には、その１点に１本のレーザー光ビームを照射することにより電気信号を生起させられる少なくとも一つの撮像素子の位置データによって、対象面Oj（撮像素子の集合体Ｅ）の取付精度を測定判別することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は以上の通りであって、撮像素子の集合体で形成された対象面上の複数の点に対して基準点からチャートパターン像を出射し、コリメータレンズと対物レンズを通して前記対象面に設定した複数の測定点において結像させると共に、各点からの反射像をそれぞれ前記基準点の共役点において個々に光−電気的に検出し、その検出値に基づいて前記対象面の平面度を測定するとき、それと同時に或は別個に当該対象面を形成する撮像素子の集合体の取付位置の精度を測定することができるので、デジタルカメラの撮像素子による受像面のような対象面の平面度の測定とその取付位置の精度測定とを著しく合理的、かつ、省力的に行うことが可能になる。
【００３８】
また、本発明では対象面を測定装置に一度マウントすれば対象面の複数点についてその平面度の度合いを見ることができるとともに、当該対象面を形成する撮像素子集合体の取付位置の精度も測定できるから、測定対象の測定装置に対する機械的着脱操作を繰返すことに起因した測定誤差が生じないのみならず、そのような誤差の累積もないから、測定対象の平面度並びに取付位置の２つの事項について同時に測定精度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明装置の光学的構成の第一例を示した模式図。
【図２】図１の装置の要部の右側面図。
【図３】本発明装置の光学的構成の第二例を示した模式図。
【図４】図３の装置の要部の右側面図。
【図５】本発明装置における信号処理系の一例のブロック図。
【符号の説明】
【００４０】
１          コリメータレンズ
２          チャートパターン
３          光源
41〜45     対物レンズ
５          焦点位置
６          対物レンズ架台
７          移動台
８          ビームスプリッタ
91〜95     偏向ミラー
101〜105   光−電センサ
Sk          レーザースポット光の光源
【図１】
2005345356.tif 000003
【図２】
2005345356.tif 000004
【図３】
2005345356.tif 000005
【図４】
2005345356.tif 000006
【図５】
2005345356.tif 000007