(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明器から照射した光による被測定物の透過画像を光学測定ヘッドにて撮像し、前記透過画像を画像処理してレンズアレイを含んだ前記被測定物の形状を測定する形状測定装置において、
前記照明器は光学絞りを有し、
前記光学絞りを絞って前記照明器を点光源とし、前記レンズアレイによる前記点光源の光学像を前記光学測定ヘッドによって検出し、その位置を測定することを特徴とする、レンズアレイを含んだ被測定物の形状測定装置。
【請求項２】
前記点光源からの光を平行光線として前記被測定物に照射する照射レンズを有し、
前記平行光線が前記レンズアレイを構成する素レンズによって収束され、これによって形成される前記点光源の前記光学像により前記素レンズの焦点位置を測定することを特徴とする請求項１記載のレンズアレイを含んだ被測定物の形状測定装置。
【請求項３】
前記照明器は、前記光学絞りを開くことにより前記被測定物に対する透過照明光源となることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載のレンズアレイを含んだ被測定物の形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被測定物の画像から被測定物の形状及び寸法などを測定する形状測定装置に関し、特にレンチキュラー板などのレンズアレイを含んだ被測定物についてそのレンズアレイを構成する素レンズの焦点位置に係わる情報の測定に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より用いられている形状測定装置には、光学式の測定ヘッドを有するものがある。この装置は、照明光を被測定物の表側又は裏側から照射し、その物体の反射光像又は透過光像を測定ヘッドに搭載したＣＣＤカメラで撮影する。このＣＣＤカメラの出力画像を画像処理して物体の表面形状、すなわち表面の段差や材質の違い等に起因するパターンやその寸法を、例えば、μｍのオーダーの精度で測定することができる。
【０００３】
図４は、従来の光学測定ヘッドを用いた形状測定装置の側面から見た概略図である。この装置は、支持台２の上にＸＹステージ４を備えている。これら支持台２、ＸＹステージ４は中央部に開口を有する。装置下部に配置された照明器６からの光は支持台２、ＸＹステージ４の開口を通過し、装置上部に配置された光学式の測定ヘッド８に到達する。一方、測定ヘッド８も照明手段を有している。
【０００４】
被測定物１０はＸＹステージ４の開口部上に載置される。照明器６は例えば、被測定物１０が光を透過する場合やスルーホールの形状を測定する場合に使用され、ＣＣＤカメラはそれによる透過画像を撮像する。一方、測定ヘッド８の照明手段を用いた場合には、被測定物１０表面の段差により生じる陰影や反射率の違いにより生じるパターンがＣＣＤカメラにより撮像される。ＸＹステージ４は水平面方向に移動させることができ、これにより、被測定物１０の広範な領域を測定することができる。被測定物１０は例えば、プリント基板や樹脂成型品などである。撮像された画像は図には示さないデータ処理部においてエッジ検出などの画像処理が行われ、形状が把握される。このデータ処理部は、例えば卓上コンピュータにより構成される。
【０００５】
さて、従来より、レンズアレイを含んで構成される物の形状を測定するニーズが存在し、上記従来の形状測定装置はこの用途にも用いられてきた。レンズアレイを含んだ被測定物の例はレンチキュラー板である。図５は、レンチキュラー板の模式的な斜視図である。レンチキュラー板２０の基本形状は、一方面にシリンドリカルレンズ（シリンドリカル形状の微小な素レンズ）２２が配列されたものである。このシリンドリカルレンズ２２の間隔は例えば０．０７〜０．４ｍｍである。このレンチキュラー板２０は必要に応じて、その他の加工が施される。図には、シリンドリカルレンズ２２が設けられたレンチキュラーレンズ部と反対側の面に、シリンドリカルレンズと平行なスリット状のマスク２４がパターニングされているものを示した。このようなレンチキュラー板は、例えば、立体写真法において立体視を生じさせるための眼鏡に用いられる。
【０００６】
このレンチキュラー板２０の形状測定において、マスク２４の形状測定は例えば照明器６からの透過光像を測定ヘッド８にて撮像することによりそのエッジが明確な画像を得ることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の形状測定装置は被測定物の表面が斜めである箇所の測定ではフォーカスを合わせにくく、精度良い測定を行うことは難しいか、又は時間を要していた。そのため、レンチキュラーレンズ部のレンズ曲面が精度良く加工されているかの測定が難しいという問題があった。また、シリンドリカルレンズとシリンドリカルレンズの境界２６の位置も、反射光像にその位置を示すエッジが明瞭に表れず、一方、透過光像では反対側にマスク２４が位置することに起因して、精度良い測定が難しいという問題があった。このような難しさのゆえに、特に、以上の測定を自動的に行うことが困難であるといった問題があった。
【０００８】
本発明は上記問題点を解消するためになされたもので、レンチキュラー板などのレンズアレイを含んだ被測定物についてそのレンズアレイを構成するシリンドリカルレンズの焦点位置に係わる情報を測定できる形状測定装置を提供し、レンズ曲面の加工精度の善し悪しや、素レンズの間隔といった形状情報の測定、特に自動測定を容易とすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る、レンズアレイを含んだ被測定物の形状測定装置においては、照明器が光学絞りを有し、前記光学絞りを絞って前記照明器を点光源とし、前記レンズアレイによる前記点光源の光学像を光学測定ヘッドによって検出し、その位置を測定することを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、光学絞りを絞って照明器を点光源とした場合に、レンズアレイの素レンズによる前記照明器の光学像がスポット状となる。光学測定ヘッドの被測定物との距離を変動させてこの光学像がスポット状に明瞭に撮像される位置を検出する。この光学測定ヘッドの変動量と、光学測定ヘッドにより撮像された画像中の光学像の位置とから光学像の３次元的な位置が測定される。この光学像の位置から例えばレンズアレイを構成する素レンズの焦点距離の一様性や、素レンズの配列間隔といったレンズアレイの形状に関する測定データが得られる。一方、前記光学絞りを開くことにより、照明器は面光源状になり、レンズアレイの上記光学像は消失する。このときの照明器からの光を透過光として用いることにより、レンズアレイのレンズ作用を受けない通常の透過光像による形状測定を行うことができる。
【００１１】
本発明の好適な態様は、前記点光源からの光を平行光線として前記被測定物に照射する照射レンズを有し、前記平行光線が前記レンズアレイを構成する素レンズによって収束され、これによって形成される前記点光源の前記光学像により前記素レンズの焦点位置を測定することを特徴とする。本態様によれば、点光源からの光はレンズアレイに平行光線として入射するので、点光源の光学像は、レンズアレイの焦点位置に形成される。よって光学像の位置測定から焦点位置を求めることができる。レンズアレイの素レンズが一様に構成されるべき場合には、光学像の位置又は焦点位置の一様性からその素レンズの曲面形状が一様であるかどうかを測定することができる。また光学像が明瞭なスポット状にならない素レンズはレンズとして機能しておらず、このことから加工不良である素レンズを検出することができる。
【００１２】
また、本発明の好適な他の態様においては、前記照明器が、前記光学絞りを開くことにより前記被測定物に対する透過照明光源となることを特徴とする。本態様によれば、光学絞りを開閉することにより、照明器を透過照明用の光源と点光源とに切り換えて用いることができ、被測定物に対する多様な照明が可能になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を実施したレンチキュラー板形状測定装置について図面を参照して説明する。本装置の概略の構成は図４と同様であるので符号を含めてこれを援用し、簡単のため概略構成の説明を省略する。またデータ処理や装置の制御を行うためにデータ処理部として、例えば卓上コンピュータ等を用いる点も従来と同様である。ただし、本装置と従来の装置とは、照明器の図４には表れない内部構成が異なる。図１は本装置の照明器の構成を示す模式的な側面図である。本装置の照明器３６は光学絞り４０をハロゲンランプなどのランプ４２と被測定物との間に備えている。この光学絞り４０を絞ることにより照明器３６は点光源となり、一方、光学絞り４０を開放することにより照明器３６は面光源となる。照明レンズ４４の焦点位置に光学絞り４０の開口中心が位置するように配置され、これにより照明レンズ４４は、光学絞り４０を絞った点光源からの光を平行光線として照明器３６から射出する。
【００１４】
次に本装置による測定動作を説明する。図２は、レンチキュラーレンズ部の形状を測定する方法を説明する模式図である。この測定においては、光学絞り４０はランプ４２からの光を絞り、点光源とする。この点光源からの光はレンズ４４によって平行光線６０とされ、照明器３６から射出される。平行光線６０はレンチキュラー板２０のレンチキュラーレンズ部に入射すると、そのシリンドリカルレンズ２２にて屈折、収束され（光線６２）、その焦点位置に光学像６４を結像する。この光学像６４は点光源の光学像であり、スポット状である。
【００１５】
測定ヘッド８に内蔵されたＣＣＤカメラは固定焦点であり、その代わりに測定ヘッド８自体が上下に移動可能に構成されている。すなわち、測定ヘッド８が上下して測定対象にフォーカス６６を合わせ撮像する（光線６８）。また、カメラが固定焦点でない場合には、カメラ自体を操作して測定対象にフォーカス６６を合わせることも可能である。さて、レンチキュラーレンズ部の形状測定動作においては、測定ヘッド８は、被測定物であるレンチキュラー板２０そのものではなく、光学像６４にフォーカス６６を合わせるように上下動する。光学像６４にフォーカスが合ったことは、ＣＣＤカメラの画像出力を処理して画像上での信号分布のピークが最大かつピーク幅が最小となることから判定される。そして、そのときの、測定ヘッド８の垂直位置と、画像でのピーク中心の位置とから点光源の光学像６４の３次元座標が決定される。
【００１６】
レンチキュラー板２０はＸＹステージ４に設置されており、ＸＹステージ４によってレンチキュラー板２０を移動させながら、上述した光学像６４の位置測定を行い、レンチキュラー板２０の面方向に拡がる光学像６４の３次元的な分布が測定される。なお、図２は、図を簡単とするため、レンチキュラー板２０が静止する座標系にて描かれ、そのためレンチキュラー板２０に対して測定ヘッド８及び照明器３６が相対的に移動する図となっている。
【００１７】
測定された光学像６４はシリンドリカルレンズ２２に対応したラインを形成する。このラインの水平面内での位置はシリンドリカルレンズ２２の頂点の水平位置に対応する。またこのライン間隔から、シリンドリカルレンズ２２の配列間隔が得られ、これに基づいて、配列が一様であるかの判定や、ライン間の中間線をシリンドリカルレンズ同士が接する谷部であるとの推定を行うことができる。また、光学像６４の垂直位置はシリンドリカルレンズ２２の焦点距離に対応し、これから、シリンドリカルレンズ２２の焦点位置が測定される。この結果、球面レンズの場合には、その曲率が推定される。さらに光学像６４の垂直方向及び水平方向の座標のライン間、ライン内でのばらつきから、シリンドリカルレンズ２２の曲率精度の善し悪しを評価することができる。
【００１８】
次に図３は、レンチキュラーの上面に構成されるマスク部の形状を測定する方法を説明する模式図である。この測定においては、光学絞り４０は開放され、ランプ４２からの光が面光源状に放射される（光線７０）。光源が面状であるため、シリンドリカルレンズ透過後も光７２は拡がりを有する。また測定ヘッド８がフォーカスすべきレンチキュラー板２０の表面の垂直位置は、一般に上述したシリンドリカルレンズ２２が光学像を形成する垂直位置と異なるため、そこにはランプ４２の像が形成されることがない。つまり、マスク部の形状測定において、照明器３６は拡がりを有した一様な照明を行い、従来の透過照明として機能する。そしてマスク２４がこの照明を遮光することにより、マスクによって形成されるスリット形状のエッジが明瞭に画像上に表れる。なお、このときは測定ヘッド８は、被測定物であるレンチキュラー板２０そのものにフォーカス６６Ｂを合わせ、その表面を撮像する（光線６８Ｂ）。フォーカスが合ったことは、ＣＣＤカメラの画像出力を処理して画像のコントラストが最大となることから判定される。また、レンチキュラー板２０がＸＹステージ４によって移動され測定されるのは、上記レンチキュラー部の形状測定動作と同様である。
【００１９】
本装置は、上述のように光学絞り４０を開いた場合には、従来同様の透過照明を行うことができる一方、光学絞り４０を絞ると、従来は明瞭に測定することが困難であったレンチキュラー部の形状測定が容易に行われる。つまり、この光学絞り４０を絞った状態では、シリンドリカルレンズ２２による点光源の光学像６４が鮮明に表れ、画像処理による検出が極めて容易となる。
【００２０】
なお、本装置は、線状のレンズが平行に一方向に配列されたレンチキュラー板の測定だけでなく、球状レンズが２次元的に配列されたレンズアレイや、単体レンズを一部に含むような被測定物の形状測定にも用いることができる。また本装置は、その光学絞り４０を開いた状態では、レンズ、レンズアレイのいずれも含まない被測定物の透過光像よる測定にも用いることができ、加えて、光学絞り４０を絞った状態でレンズアレイを対象とした測定が可能となる点で、従来の装置よりも測定対象が広いという特徴を有する。さらに、レンチキュラー板２０の同一箇所において、光学絞り４０を開閉するという測定方法により、一回のＸＹステージ４による移動によって上側のマスク部と下側のレンチキュラーレンズ部とを測定でき、これによりそれぞれを測定する際に被測定物を他の装置に置き換えたりすることによる位置ずれが生じないので、両者の測定データの水平面方向の位置の一致度が極めて高い測定が行われるという特徴と、移動動作の共通化及び被測定物の置き換えの不要化による測定時間短縮が図られるという特徴がある。
【００２１】
【発明の効果】
本発明のレンズアレイを含んだ形状測定装置によれば、レンチキュラー板などのレンズアレイを含んだ被測定物について、従来の透過光像による測定だけでなく、そのレンズアレイを構成する素レンズの焦点位置に反映される形状、例えば、素レンズの曲率、位置、間隔といった形状情報の評価が容易となるという効果が実現される。これにより測定の自動化を実現できるという効果がある。さらに、レンズアレイを含んだ被測定物の同一箇所において光学絞りを開閉することにより、透過光像による測定と、レンズアレイの集光作用を利用した測定との２種類の測定を行うことができ、これにより両測定データの水平面方向の位置の整合性が向上するという効果と、移動動作の共通化及び被測定物の置き換えの不要化により測定時間が短縮するという効果とが得られる。以上のように本発明を実施した形状測定装置では、レンズアレイを含んだ被測定物の形状評価を高品質に高いスループットで行うことができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施形態の形状測定装置に用いられる照明器の構成を示す模式的な側面図。
【図２】  レンチキュラーレンズ部形状の測定方法を説明する模式図。
【図３】  マスク部形状の測定方法を説明する模式図。
【図４】  従来の光学測定ヘッドを用いた形状測定装置の側面概略図。
【図５】  レンチキュラー板の模式的な斜視図。
【符号の説明】
２  支持台、４  ＸＹステージ、６  照明器、８  測定ヘッド、１０  被測定物、２０  レンチキュラー板、２２  シリンドリカルレンズ、２４  マスク、３６  照明器、４０  光学絞り、４２  ランプ、４４  照明レンズ、６０  平行光線、６４  光学像。
【図１】
0003798473.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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