专利名称：偏心测定装置、偏心测定方法、光学元件及其阵列和单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种对透镜(lens)等光学元件的偏心量进行测定的偏心测定装置及 偏心测定方法。而且，本发明涉及一种成为偏心测定装置测定偏心量的对象的光学元件、光 学元件阵列、及光学元件单元。
背景技术：
首先，本发明中的“偏心”，是指在单一的光学元件中光轴与机械轴不一致。特别是 本发明中的“透镜的偏心”，是指一个透镜的表面背面之间所产生的、实际的光轴相对于未 产生偏心时的理想光轴的位置偏移。非球面透镜(aspheric lens)中的大部分是通过使用模具的转印而大量生产的。 对这些透镜的制造公差的要求较为严格。对于所述制造公差的重要要素之一即偏心，必须 以能够准确评估偏心量的测定装置来进行测定。在以往的偏心测定装置及偏心测定方法中，首先是利用周知的聚焦技术来调节从 光源射出的用于测定的光，并使所述用于测定的光聚集在成为测定对象的光学元件(被检 测物)的光轴上。聚集在所述光学元件的光轴上的光，在该光学元件的表面发生反射或者穿透该光 学元件。所述反射或者穿透的光被引向偏心测定部(测定面)，并在该偏心测定部的表面 上形成光点(也称作聚光点)。所谓光点，是指当将狭窄光束照射到某一面时，在该照射部 分所呈现的区域，即光强度比其他部分更高的区域。而且，在所述偏心测定装置及偏心测定方法中，使用光检测器(photodetector) 等光位置检测元件，来对形成于偏心测定部的表面上的光点的位置进行检测。然后，求出所检测出的所述光点的位置相对于基准位置(光学元件未发生偏心时 形成着光点的位置)的位置偏移量，所述偏心测定装置及偏心测定方法中根据该位置偏移 量来测定出所述光学元件的偏心量。另外，使聚集于所述光学元件的光轴上的光在该光学元件的表面发生反射的偏心 测定方法被称为反射偏心测定。而且，使聚集于所述光学元件的光轴上的光穿透该光学元 件的偏心测定方法被称为穿透偏心测定。以往，在具代表性的光学元件即透镜的偏心测定 中，大部分实施的是反射偏心测定或穿透偏心测定。此外，关于偏心测定的方法，在专利文献1中公开了一种透镜的偏心测定方法及 测定装置，其利用干涉计(interferometer)观察透镜的第1面，将干涉条纹调整成单色，另 一方面对第2面及/或平面部照射激光光束，并测定从第2面及/或平面部反射的激光光 束在透镜旋转时的偏转量。在专利文献2中公开了一种偏心量的测定方法，其使用基准点的三维位置的测定 结果来测定透镜的表面和背面两面的形状，由此可精密地测定出透镜的偏心量。在专利文献3中公开了一种在透镜的有效直径的外部压制成形出环状沟槽或突起的玻璃光学元件。而且，专利文献3中通过下述数式(1)求出玻璃光学元件的倾斜偏心 的角度θ 1。θ 1 = cos1bl/al. . . (1)其中，al为玻璃光学元件的半径，bl为表面形状因偏心而成为椭圆形的该玻璃光 学元件的短轴长度。专利文献1 日本专利申请公开公报“特开2004-279075号公报(2004年10月7 日公开)”专利文献2 国际公开号W02007/018118A1(2007年2月15日公开)专利文献3 日本专利申请公开公报“特开平4-330403号公报(1992年11月18 日公开)”

发明内容
然而，近年来，在包括光学元件的模块(包括透镜的相机模块等)的制造方法中， 所谓的晶片级透镜工艺(wafer lever lens process)正受到关注。晶片级透镜工艺为如下制造方法对于包含树脂的一块板上一体成形多个光学元 件而成的光学元件阵列，安装了其他构件之后，以一个模块为单位加以单片化，从而制造出 模块。该晶片级透镜工艺可整批地制造多个模块，因此可期待大幅缩短模块的制造时间。此处，在涉及于所述以往技术的各偏心测定装置中，均采用将用于测定的光聚集 在光学元件的特定区域的构成，从而基本上每当使用一台装置进行一次测定时只能对一个 光学元件实施测定。因此，在使用涉及于所述以往技术的各偏心测定装置中的任一装置，来对构成所 述光学元件阵列的各光学元件的偏心量进行测定时，均按照以下的(A)或(B)的要领来实 施测定。(A)将构成所述光学元件阵列的各光学元件单片化，针对每个光学元件进行测定。(B)准备与构成所述光学元件阵列的光学元件的个数相同台数的偏心测定装置、 或相当于该偏心测定装置的装置，整批地测定所有光学元件，而不将构成光学元件阵列的 各光学元件单片化。当按(A)的要领来实施测定时，在将其他构件安装于光学元件阵列之前的阶段， 要将各光学元件单片化，因而会产生难以利用所述晶片级透镜工艺整批地制造多个模块的 问题。而且，此时是逐个地依次测定各光学元件，从而会产生测定时间变长的问题。当按(B)的要领来实施测定时，则会产生如下问题，即，在光学元件阵列上成形的 光学元件越多，则用来测定偏心量的装置的构成会变得越复杂且规模越大。可以说，在专利文献1公开的透镜的偏心测定装置、实施专利文献2公开的偏心量 的测定方法的装置、及以往的偏心测定装置(实施所述反射偏心测定的装置及实施所述穿 透偏心测定的装置)的任一装置中均有可能产生所述各问题。而且，在涉及于所述以往技术的各偏心测定装置中，即便在成为测定对象的光学 元件为一个的情况下，也会分别产生以下的问题。专利文献1中公开的透镜的偏心测定装置中会产生如下问题作为测定对象的透 镜的至少一面必须为非球面，从而无法应用于两面为球面的透镜的偏心测定。
实施专利文献2中公开的偏心量的测定方法的装置中会产生如下问题必须测定 基准点的三维位置、及透镜的表面和背面两面的形状，因而偏心测定较为复杂。以往的偏心测定装置(实施所述反射偏心测定的装置及实施所述穿透偏心测定 的装置)中会产生如下问题当测定光轴附近平坦的光学元件的偏心量时，所形成的光点 并不清晰，因而有可能难以进行测定。专利文献3中根本未利用装置对成形的透镜实施偏心量的测定。本发明是鉴于所述问题而完成的，其目的在于提供一种可整批地测定所有光学元 件而不需要将构成光学元件阵列的各光学元件单片化，同时以简单且小规模的装置构成便 可实现的偏心测定装置及偏心测定方法。而且，本发明的另一目的在于提供一种可应用于两面为球面的透镜的偏心测定， 从而降低偏心测定的复杂程度，进而在测定光轴附近平坦的光学元件的偏心量时可降低测 定变困难的可能性的偏心测定装置及偏心测定方法。此外，本发明的又一目的在于提供一种利用本发明的偏心测定装置及偏心测定方 法而容易地测定出偏心量的光学元件、光学元件阵列、及光学元件单元。为了解决所述问题，本发明的偏心测定装置，利用射入到光学元件的光穿透该光 学元件所得的透射光，可测定出该光学元件的偏心量，其特征在于包括作为物体侧远心光 学系统或两侧远心光学系统的元件成像光学系统，所述元件成像光学系统通过射入的所述 透射光使所述光学元件的两面分别成像，根据使所述光学元件的两面分别成像所得的第1 及第2透射像的对比度，可测定出该光学元件的偏心量。物体侧远心光学系统是指入射光瞳(entrance pupil)可视作无限远的光学系统。 物体侧远心光学系统具有如下特性无论在被摄体(成为测定对象的光学元件)的哪一个 位置均可获取与光轴平行的光束，因此即便与被摄体之间的距离发生变化，像的形状也不 会发生变化。两侧远心光学系统是指入射光瞳及出射光瞳(exit pupil)可视作无限远的光学 系统。两侧远心光学系统除了具有所述物体侧远心光学系统的特性以外，还具有如下特性 由于射出的光与光轴平行，所以即便像面(image surface)相对于光轴方向略微移动，主光 线横穿像面的位置基本不会发生变化，从而即便像产生焦点位移(focus shift)，形状也不 会发生变化。而且，两侧远心光学系统还具有即便像面相对于光轴而略微倾斜，形状也不会 发生变化的特性。本申请案中的“透射像的对比度”，不仅指透射像的明暗，还指包括透射像的形状、 透射像的位置、及透射像的尺寸等在内的、伴随透射像的形成而发生变化的光量的分布的 各个方面。根据所述构成，本偏心测定装置，使透射光射入到元件成像光学系统，且该元件成 像光学系统射出该透射光，由此进行成为测定对象的光学元件的成像。透射光中存在被认 为是从光学元件的一面射出的光线、及被认为是从该光学元件的另一面射出的光线的各不 相同的光线。因此，在所述光学元件的成像中，会出现该光学元件的两面分别成像所得的第 1及第2透射像。第1及第2透射像是透射光穿过作为物体侧远心光学系统或两侧远心光 学系统的元件成像光学系统而形成的像，因此各自的形状与俯视观察光学元件的对应的一 面及另一面的形状大致相等。此外，与元件成像光学系统的光轴相垂直的方向上的第1及第2透射像的相互位置关系，与该方向上的光学元件的对应的一面和另一面的相互位置关 系大致相等。因此，可根据第1及第2透射像的对比度，而获知光学元件的对应的一面与另 一面的形状及相互位置关系，并根据所述形状及相互位置关系可获知光学元件的两面间的 位置偏移，因此同样可获知光学元件的偏心量。根据所述构成，本偏心测定装置，不需要将用于测定的光聚集在光学元件的特定 区域，便可测定出该光学元件的偏心量，因而每当使用一台装置进行一次测定时，可对多个 光学元件实施测定。因此，在将其他构件安装于光学元件阵列之前的阶段，可整批地测定所 有光学元件而不需要将各光学元件单片化。而且，根据所述构成，本偏心测定装置，在想要整批地测定所有光学元件时，与光 学元件阵列上成形的光学元件个数无关，所需的装置仅为元件成像光学系统。因此，特别是 在光学元件阵列上成形着多个光学元件的情况下，与涉及于所述以往技术的各偏心测定装 置相比，以简单且小规模的装置构成便可实现。而且，根据所述构成，本偏心测定装置的简单原理在于，根据使光学元件的两面成 像所得的第1及第2透射像的对比度可测定出该光学元件的偏心量，因此并不限定于至少 一面为非球面的透镜，即便对于两面为球面的透镜也可良好地应用。而且，根据所述构成，在本偏心测定装置中，就测定作业而言，只要根据第1及第2 透射像的对比度来测定光学元件的偏心量便足够，从而测定作业变得简单，因此可降低偏 心测定的复杂程度。而且，根据所述构成，本偏心测定装置，根据使光学元件的两面成像所得的第1及 第2透射像的对比度，可测定出该光学元件的偏心量，只要对应的光学元件的一面或者另 一面不平坦，则第1及第2透射像会变得清晰而达到可测定的程度，因此即便在测定光轴附 近平坦的光学元件的偏心量时，也能够降低测定变困难的可能性。为了解决所述问题，本发明的偏心测定方法，利用射入到光学元件的光穿透该光 学元件所得的透射光，而测定该光学元件的偏心量，其特征在于包括如下步骤使所述透射 光射入到作为物体侧远心光学系统或两侧远心光学系统的元件成像光学系统中，并通过该 元件成像光学系统使所述光学元件的两面分别成像；以及根据使所述光学元件的两面分别 成像所得的第1及第2透射像的对比度，测定该光学元件的偏心量。根据所述方法，与本偏心测定装置同样地，本偏心测定方法可整批地测定所有光 学元件而不需要将构成光学元件阵列的各光学元件单片化，同时以简单且小规模的装置构 成便可进行测定。而且，与本偏心测定装置同样地，本偏心测定方法可应用于两面为球面的 透镜的偏心测定，降低偏心测定的复杂程度，进而在测定光轴附近平坦的光学元件的偏心 量时可降低测定变困难的可能性。为了解决所述问题，本发明的光学元件，利用射入到该光学元件的光穿透该光 学元件所得的透射光而被测定出偏心量，其特征在于在单面的有效孔径(effective aperture)的外周部分、或者两面的各有效孔径的外周部分，设置着使所述射入的光散射的 突出部。根据所述构成，当利用透射光使本光学元件的至少一面的有效孔径的部分成像 时，将使射入的光散射的突出部成像所得的像，与其他像部分相比变得较暗，因而能够更容 易地识别出使有效孔径的部分成像所得的像的轮廓，从而可容易地根据使该有效孔径的部分成像所得的像的对比度来测定光学元件的偏心量。有效孔径是指在光学系统或其构件的 配件内的既定的面上，用来限制光束范围的孔径。因此，本光学元件，能够利用本发明的偏心测定装置及偏心测定方法而容易测定 出偏心量，即，根据第1及第2透射像的对比度可测定出光学元件的偏心量。本发明的光学元件阵列由多个光学元件一体成形而成，其特征在于多个所述光 学元件中的至少一个是所述本光学元件。本光学元件阵列所包括的本光学元件实现与所述 相同的效果。本发明的光学元件单元的特征在于包括作为所述光学元件的第1光学元件、及 第2光学元件，且所述第1光学元件的突出部抵接于所述第2光学元件。根据所述构成，可根据第1光学元件的突出部的高度，在除与第2光学元件抵接的 部分以外的部分，适当地调整第1及第2光学元件的间隔。(发明效果)如上所述，本发明的偏心测定装置，利用射入到光学元件的光穿透该光学元件所 得的透射光，可测定出该光学元件的偏心量，且包括作为物体侧远心光学系统或两侧远心 光学系统的元件成像光学系统，所述元件成像光学系统利用射入的所述透射光使所述光学 元件的两面分别成像，根据使所述光学元件的两面分别成像所得的第1及第2透射像的对 比度，可测定出该光学元件的偏心量。本发明的偏心测定方法，利用射入到光学元件的光穿透该光学元件所得的透射 光，测定该光学元件的偏心量，且包括如下步骤使所述透射光射入到作为物体侧远心光学 系统或两侧远心光学系统的元件成像光学系统中，并通过该元件成像光学系统，使所述光 学元件的两面分别成像；以及根据使所述光学元件的两面分别成像所得的第1及第2透射 像的对比度，测定该光学元件的偏心量。因此，本偏心测定装置及本偏心测定方法实现如下效果可整批地测定所有光学 元件而不需要将构成光学元件阵列的各光学元件单片化，同时以简单且小规模的装置构成 便可进行测定。此外，本偏心测定装置及本偏心测定方法实现如下效果可应用于两面为球面的 透镜的偏心测定，降低偏心测定的复杂程度，进而在测定光轴附近平坦的光学元件的偏心 量时可降低测定变困难的可能性。本发明的光学元件，利用射入到该光学元件的光穿透该光学元件所得的透射光而 被测定出偏心量，且在单面的有效孔径的外周部分、或者两面的各有效孔径的外周部分，设 置着使所述射入的光散射的突出部。因此，本光学元件，实现利用本偏心测定装置及本偏心测定方法而容易测定出偏 心量的效果。本发明的光学元件阵列及光学元件单元所包含的本光学元件实现与所述相同 的效果。


图1是表示涉及于本发明的实施方式的偏心测定装置的构成的俯视图。图2是光学元件未产生偏心时的、利用中心位置偏心测定部进行偏心测定的要领 的说明图。
图3是光学元件产生偏心时的、利用中心位置偏心测定部进行偏心测定的要领的 说明图。图4是利用直径缩小偏心测定部进行偏心测定的要领的说明图。图5是利用第1像间距离测定部进行透镜之间的间距测定的要领的说明图。图6是表示本发明的光学元件的构成、与由该光学元件形成的第1及第2透射像 的对比度的关系的图。图7(a) (d)是表示包括光学元件的模块的制造方法的截面图。图8(a) (e)是表示包括光学元件的模块的另一制造方法的截面图。图9是利用最小二乘法求出圆的中心及半径的方法的说明图。图10是贴合两个透镜而成的透镜未产生偏心时的、利用中心位置偏心测定部进 行偏心测定的要领的说明图。图11是贴合两个透镜而成的透镜产生偏心时的、利用中心位置偏心测定部进行 偏心测定的要领的说明图。图12是表示将图10及图11的偏心测定的要领应用于成形着各透镜的各阵列状 透镜的情况的图。图13(a) (C)是表示调心要领的概要的图。图14是表示本发明的另一光学元件的构成、与由该光学元件形成的第1及第2透 射像的对比度的关系的图。图15是另一光学元件未产生偏心时的、利用中心位置偏心测定部进行偏心测定 的要领的说明图。图16是另一光学元件产生偏心时的、利用中心位置偏心测定部进行偏心测定的 要领的说明图。[附图标记说明]1偏心测定装置3光(射入到光学元件的光)4、4p、4q阵列状透镜(光学元件阵列)5元件成像光学系统6图像传感器(摄像元件)40,40'、40r、40r'、40p、40q、40p‘、40q' 透镜(光学元件)45突出区域(突出部)46段差区域(突出部)80 偏心测定部81中心位置偏心测定部82直径缩小偏心测定部83第1像间距离测定部84第2像间距离测定部91、91p、91q、91t 第 1 透射像92、92p、92q、92t 第 2 透射像93、93p、93q第1透射像的中心
94、94p、94q 第2透射像的中心144、145阵列状透镜(光学元件阵列)401 403透镜(光学元件)
911 913第1透射像
921 923第2透射像
931 933第1透射像的中心
941 943第2透射像的中心
a、b直径
d、dd距离(相隔距离)
具体实施例方式[发明背景]首先，参照图7(a) (d)，来说明涉及于以往普通技术的，包括光学元件的模块 (相机模块)136的制造方法的概要。第1透镜(光学元件)Ll及第2透镜(光学元件)L2主要是通过使用热塑性树脂 131的射出成形而制作的。在使用了热塑性树脂131的射出成形中，对于经加热而软化的热 塑性树脂131，一边施加既定的射出压力(约为10 3000kgf/c)，一边压入至模具132中， 将热塑性树脂131填充于模具132中而成形(参照图7(a))。在成形后，从模具132中取出热塑性树脂131，并以一块透镜(光学元件)为单位 进行切割。此处表示的例子是将从模具132中取出的热塑性树脂131切割成第1透镜Ll 与第2透镜L2(参照图7(b))。将第1透镜Ll及第2透镜L2嵌入(或者压入)至透镜镜筒(镜框)133中并进 行组装(参照图7(c))。将图7(c)所示的模块136的中间生成物嵌入至镜筒134中并进行组装。然后在 镜筒134的、模块136的像面(未图示)侧的端部，搭载传感器135。这样一来，完成模块 136(参照图 7(d))。作为射出成形透镜的第1透镜Ll及第2透镜L2中所使用的热塑性树脂131的载 荷挠曲温度(deflection temperature under load)为摄氏130度左右。因此，热塑性树 脂131对于实施主要用于表面安装的技术即回焊时的受热历程(最高温度为摄氏260度左 右)的耐性并不充分，从而无法承受回焊时所产生的热。由此，在将模块136安装到基板上时，采用的是先利用回焊仅安装传感器135部 分，之后利用树脂粘接第1透镜Ll及第2透镜L2部分的方法，或者将第1透镜Ll及第2 透镜L2的搭载部分局部加热这样的安装方法。另一方面，近年来，在面向便携设备等的相机模块的领域中，开发了一种以实施晶 片级透镜工艺时应用的晶片级透镜为代表的阵列状透镜(光学元件阵列)。阵列状透镜是 由多个透镜一体成形而成，更具体来说，阵列状透镜是在包含树脂的一块板上一体成形多 个透镜而成。参照图8(a) (e)，来说明涉及于本发明的背景的包括光学元件的模块(相机模 块)148的制造方法。
近年来，使用热固化树脂或紫外线固化树脂作为第1透镜Ll及/或第2透镜L2 的材料的所谓耐热相机模块的开发正不断推进。此处所说明的模块148是所述耐热相机模 块，其使用热固化树脂(热固化的树脂)141代替热塑性树脂131(参照图7(a))来作为第 1透镜Ll及第2透镜L2的材料。使用热固化树脂141作为第1透镜Ll及/或第2透镜L2的材料，是为了通过整 批地制造多个模块148以降低各模块148的制造成本。而且，使用热固化树脂141作为第 1透镜Ll及第2透镜L2的材料是为了可对模块148实施回焊。提出了各种制造模块148的技术。其中具代表性的技术是所述射出成形、及晶片 级透镜工艺。特别是在最近，模块制造时间及其他综合见解中更为有利的晶片级透镜(可 回焊透镜)工艺正受到关注。在实施晶片级透镜工艺时，有必要抑制第1透镜Ll及第2透镜L2因热而产生塑 性变形。从该必要性的方面考虑，作为第1透镜Ll及第2透镜L2，使用即便施加热也不易 变形、且耐热性非常优异的热固化树脂材料或紫外线固化树脂材料的晶片级透镜正受到关 注。具体来说，使用具有即便被施加10秒以上的摄氏260 280度的热也不会发生塑性变 形的程度的耐热性的热固化树脂材料或紫外线固化树脂材料的晶片级透镜正受到关注。在 晶片级透镜工艺中，在利用阵列状模具142及143分别整批成形出阵列状透镜(光学元件 阵列)144及145之后，将所述阵列状透镜贴合，然后搭载阵列状的传感器147，之后个别地 进行切割从而制造出模块148。从此处开始对晶片级透镜工艺的详细内容进行说明。在晶片级透镜工艺中，首先利用形成着多个凹部的阵列状的模具142、及形成着与 所述各凹部对应的多个凸部的阵列状的模具143，夹入热固化树脂141，使热固化树脂141 硬化，从而制作出按照彼此对应的凹部及凸部的每个组合而成形着透镜的阵列状透镜(参 照图8(a))。通过图8 (a)所示的步骤制作的阵列状透镜是成形着多个第1透镜Ll的阵列状透 镜144、及成形着多个第2透镜L2的阵列状透镜145。接着，以对于各第1透镜Ll及各第 2透镜L2，穿过第1透镜Ll的光轴La(第1透镜的光轴)、与穿过对应的第2透镜L2的光 轴La(第2透镜的光轴)位于同一直线上的方式，将阵列状透镜144与阵列状透镜145贴 合(参照图8(b))。具体来说，对阵列状透镜144及145进行位置对准的调心方法除了使光 轴La彼此一致的方法以外，还可列举一边拍摄一边进行调整等的各种方法，而且位置对准 也会影响到晶片的间距加工精度。在阵列状透镜145的、模块148的像面(未图示)侧的端部，以各光轴La、与对应 的各传感器146的中心146c位于同一直线上的方式搭载阵列状的传感器147，所述阵列状 的传感器147上搭载着多个传感器146 (参照图8(c))。通过图8(c)所示的步骤，将成为阵列状的多个模块148以一个模块148为单位进 行切割(参照图8 (d))，从而完成模块148 (参照图8 (e))。通过图8 (a) (e)所示的晶片级透镜工艺，整批地制造多个模块148，由此可降低 模块148的制造成本。此外，当将完成的模块148安装到未图示的基板上时，为了避免因回 焊产生的热(最大温度为摄氏260度左右)而引起塑性变形的情况，因此更优选为第1透 镜Ll及第2透镜L2使用相对于摄氏260 280度的热而具有10秒以上的耐性的热固化树脂或紫外线固化树脂。第1透镜Ll及第2透镜L2使用具有耐热性的热固化的树脂或紫 外线固化的树脂，由此可对模块148实施回焊。通过在晶片级透镜工艺中进一步使用具有 耐热性的树脂材料，可廉价地制造出能够应对回焊的包括光学元件的模块。然而，就提高开发及生产管理的自由度的观点而言，优选对阵列状透镜以阵列状 来测定各透镜的偏心量，而不需要将构成阵列状透镜的各透镜单片化。对于晶片级透镜等 阵列状透镜而言，最好能够一次性制作大量的透镜，并且对同一树脂上一体成形的所有各 透镜进行测定，因而希望有一种能够大量且高速地测定偏心量的偏心测定装置。本发明的主要目的可理解为提供一种可整批地测定所有透镜而不需要将构成所 述阵列状透镜(光学元件阵列)的各透镜(光学元件)单片化，同时以简单且小规模的装 置构成便可实现的偏心测定装置及偏心测定方法；及提供一种利用所述偏心测定装置及偏 心测定方法可容易地测定出偏心量的阵列状透镜。[实施方式]图1所示的偏心测定装置1是对构成阵列状透镜(光学元件阵列)4的各透镜(光 学元件)40的偏心量进行测定的装置。偏心测定装置1构成为包括光源2、元件成像光学系统5、图像传感器(摄像元 件)6、显示部7、及偏心测定部80。元件成像光学系统5包括射入侧透镜50、孔径光阑(aperture stop) 51、及射出侧 透镜52。偏心测定部80包括中心位置偏心测定部81、直径缩小偏心测定部82、第1像间距 离测定部83、及第2像间距离测定部84。光源2是对阵列状透镜4照射光3的光源。光3可使用激光光束、及白色光等。因 此，光源2可使用周知的激光振荡装置或者射出白色光的装置。此外，光源2并非必须包含 在偏心测定装置1中，也可构成为独立于偏心测定装置1而存在。当光3为激光光束时，可 提高偏心测定装置1的分辨率(resolution)。从光源2射出的光3，照射到阵列状透镜4的、距离元件成像光学系统5较远的整 个面上。在阵列状透镜4的、距离元件成像光学系统5较远的面上，成形着各透镜40的球 面即第2面42。之后，光3穿透阵列状透镜4而作为本发明的透射光射出。该透射光从阵列状透 镜4的、距离元件成像光学系统5较近的整个面射出，在该面上成形着各透镜40的球面即 第1面41。也就是可理解为，所述透射光是，射入到构成阵列状透镜4的各透镜40的光3穿 透各透镜40而射出的光。更具体来说，可理解为，所述透射光是，光3从阵列状透镜4的各 透镜40的第2面42侧射入到阵列状透镜4后，穿透包含各透镜40的阵列状透镜4整体， 而从阵列状透镜4的各透镜40的第1面41侧射出的光。所述透射光射入到元件成像光学系统5的射入侧透镜50。射入侧透镜50是普通 的凸透镜(聚焦透镜(focus lens))，因此射入的透射光在后(图像传感器6)侧的焦点处
会聚ο经射入侧透镜50会聚的光被射入到孔径光阑51。孔径光阑51对所射入的光的、 元件成像光学系统5的光轴方向上的光束直径加以限制后将其射出。
此处，孔径光阑51配置在射入侧透镜50的所述后侧的焦点处。而且，由此在元件 成像光学系统5中，无论从阵列状透镜4的哪一个位置均可获取光束与光轴平行的所述透 射光。此时，即便从构成阵列状透镜4的各透镜40到元件成像光学系统5 (具体来说射入 侧透镜50)的距离发生变化，由对应的各透镜40所形成的像(下述第1透射像91及第2 透射像92)的形状也不会发生变化。已穿过孔径光阑51的光射入到射出侧透镜52。射出侧透镜52是普通的凸透镜 (聚焦透镜)。此处，孔径光阑51进而配置在射出侧透镜52的前(光源2)侧的焦点处。此时， 已穿过孔径光阑51的光，射入到射出侧透镜52，作为与元件成像光学系统5的光轴平行的 光束而从射出侧透镜52射出。换句话说，对于射出侧透镜52而言，如果已穿过孔径光阑51 的光射入其中，则通过使该光会聚，从而射出光束与元件成像光学系统5的光轴平行的光。另外，在本实施方式中，元件成像光学系统5的构成为如下射入侧透镜50的后侧 的焦点、与射出侧透镜52的前侧的焦点的位置相等，且在所述彼此相等的各焦点的位置处 配置着孔径光阑51。在该构成的情况下，元件成像光学系统5是两侧远心光学系统。当图像传感器6由电荷耦合器件(Charge Coupled Device，CCD)或者互补金属氧 化物半导体(Complementary Metal OxideSemiconductor, CMOS)构成时，元件成像光学系 统5优选为两侧远心光学系统。其原因在于当由C⑶或CMOS构成的图像传感器6的各 像素上安装着微透镜(未图示)时，若光束倾斜射入至图像传感器6中，则光接收效率会下 降，而为了抑制该倾斜射入，有效的方法是使从元件成像光学系统5射出的光与光轴平行。然而，在实现本发明的最低限度的功能时，元件成像光学系统5当然也可以是物 体侧远心光学系统。为了实现该物体侧远心光学系统，从图1所示的元件成像光学系统5 的构成中省去射出侧透镜52即可。只要满足图像传感器6的对于射入角度的规格，则元件 成像光学系统5可以是两侧远心光学系统，也可以是物体侧远心光学系统，但必须至少在 物体侧具有远心特性。也就是说，最低限度的构成要素为元件成像光学系统5是物体侧远 心光学系统，且是使物体像在图像传感器6中成像的光学系统。此外，元件成像光学系统5 的各透镜优选使用大孔径透镜，观察视野范围尽可能宽广。所述“大孔径”规定的孔径的具体值，依赖于构成元件成像光学系统5的各透镜的 构成的变化，因而难以以数值来描述。例如，在测定一个透镜40时，元件成像光学系统5可 观察的视野范围需要为Φ IOmm左右。当测定多个透镜40时，元件成像光学系统5可观察 的视野范围优选为Φ20 IOOmm左右。可观察的视野范围越大则越能够整批地测定多个 透镜40，因而较佳。而且，在元件成像光学系统5中，为了扩大可观察的视野范围，射入侧透 镜50被要求大孔径化。根据具体情况，射入侧透镜50由多个透镜而构成。根据以上说明， 所述“大孔径”规定的孔径的具体例，换句话说是能够由构成元件成像光学系统5的各透镜 而实现Φ 20 IOOmm左右的可观察视野范围的程度的孔径。从光源2照射的光3，当射入到与光线大体垂直的阵列状透镜4的平坦部分(也 就是各透镜40的除第2面42以外的第2面42侧的面)时，除了一定程度的反射以外，不 受阵列状透镜4的面的影响而直线传播，因此在元件成像光学系统5的像面(未图示)上 可观察到明亮的像。另一方面，相对于与光线垂直的面而倾斜的阵列状透镜4中的、各透镜 40的第1面41及第2面42，会使照射的光3发生折射及散射，因此在元件成像光学系统5的像面上，可观察到与所述明亮的像相比而较暗的像。此外，在同一透镜40的第1面41与第2面42上，照射的光3呈现出分别不同的 折射及散射。因此，严格来说，对于各透镜40，所述透射光中存在被视作从阵列状透镜4的 透镜40的第1面41射出的光线、及被视作从阵列状透镜4的该透镜40的第2面42射出 的光线，这此彼此不同的光线。因此，元件成像光学系统5在利用射入的所述透射光在透镜 40进行成像时，作为由该透镜40所形成的像，会显现出第1面41成像所得的第1透射像 91 (参照图2)、及第2面42成像所得的第2透射像92 (参照图2)。第1透射像91及第2透射像92是，所述透射光穿过作为两侧远心光学系统的元 件成像光学系统5而形成的像，因此各自的形状与俯视观察对应的第1面41及第2面42 时的形状大体上相等。此外，与元件成像光学系统5的光轴垂直的方向上的、第1透射像91 及第2透射像92的相互位置关系，与该方向上的所对应的第1面41与第2面42的相互位 置关系大体上相等。而且，各第1透射像91及各第2透射像92、由穿透所述平坦部分所得 的透射光而形成的明亮的像之间，在元件成像光学系统5的像面上，会产生相应于阵列状 透镜4的对应的各透镜40的第1面41及第2面42的各倾斜而发生变化的对比度差。此处，本申请案中的“像的对比度”不仅指像的明暗，还指包括像的形状、像的位 置、及像的尺寸等在内的、伴随像的形成而变化的光量的分布的各个方面。从射出侧透镜52射出的光射入到图像传感器6。图像传感器6是由CXD或CMOS 等固体摄像元件构成的摄像元件，将射入的光转换成电信号，并将该电信号提供给显示部7 及偏心测定部80。此处，图像传感器6，配置在与元件成像光学系统5的像面相应的位置处。因此， 图像传感器6中，射入来自阵列状透镜4的全部的所述透射光，即，用于形成各透镜40的第 1透射像91及第2透射像92、以及由穿透所述平坦部分所得的透射光而形成的明亮的像的光。显示部7，根据由图像传感器6所提供的所述电信号，将由射入到图像传感器6的 光而形成的、与各透镜40相关的第1透射像91及第2透射像92作为图像而显示。另外， 显示部7，可使用液晶显示装置、等离子显示器、阴极显像管(Cathode Ray Tube，CRT)、及有 机电质发光(ElectroLuminescence，EL)显示装置等周知的各种显示装置。偏心测定部80，例如将来自未图示的中央处理器(Central ProcessingUnit,CPU) 的表示动作开始的既定的输入信号、或者所述电信号的输入作为触发，根据所述电信号来 测定各透镜40的偏心量。偏心测定部80，可将测定各透镜40的偏心量所得的结果，如图1 所示般显示于显示部7，此外也可存储在存储器等未图示的存储介质(记录介质)中。图2是，透镜40未产生偏心时的、利用中心位置偏心测定部81进行偏心测定的要 领的说明图。图3是，透镜40产生偏心时的、利用中心位置偏心测定部81进行偏心测定的 要领的说明图。将同一透镜40的两面分别成像所得的第1透射像91及第2透射像92的形状，与 俯视观察对应的第1面41及第2面42时的形状分别大体上相等，且第1透射像91与第2 透射像92的相对位置关系，和与透镜40未产生偏心时的(以下称作“理想的”)光轴相垂 直的方向上的、对应的第1面41与第2面42的相对位置关系大体上相等(参照图2及图 3)。
中心位置偏心测定部81，根据由图像传感器6(参照图1)所提供的电信号，获取表 示第1透射像91及第2透射像92的各形状、以及第1透射像91与第2透射像92的相对 位置关系的信息。中心位置偏心测定部81，根据所获取的表示第1透射像91的形状的所述信息，计 算出第1透射像91的中心93，同时根据表示第2透射像92的形状的所述信息，计算出第2 透射像92的中心94。另外，关于计算各中心93及94的方法，可考虑如下方法例如通过最小二乘法，根 据表示第1透射像91的形状的所述信息计算出中心93，同时根据表示第2透射像92的形 状的所述信息计算出中心94。可采用该方法的原因在于俯视观察为球面的第1面41及 第2面42的形状均明确为圆形，从而第1透射像91及第2透射像92的各形状也同样地明 确为圆形(圆形透射像)。为了通过最小二乘法，并根据表示第1透射像91的形状的所述信息来计算出中心 93，首先要在第1透射像91的内侧设定圆的中心93xy，并将其作为假设的中心点。然后，将 中心93xy作为原点坐标，从中心93xy起均等地、也就是例如角度a与角度b...彼此相等 地分割第1透射像91。此时，作为进行分割的各线、与第1透射像91的圆周的交点(点1、 点2、...)之一的点i的坐标(Xi、yi)，分别为下述数式(3)及(4)。而且，此时第1透射像 91的中心坐标(α、β)、及第1透射像91的半径R，可通过以下的数式(5) (7)而求出。 即便是在根据表示第2透射像92的形状的所述信息而计算出中心94的情况下，也可按照 同样的要领进行计算(参照图9)。[数1]
权利要求
一种偏心测定装置，利用射入到光学元件的光穿透该光学元件所得的透射光，可测定出该光学元件的偏心量，其特征在于包括作为物体侧远心光学系统或两侧远心光学系统的元件成像光学系统，所述元件成像光学系统通过射入的所述透射光使所述光学元件的两面分别成像，根据使所述光学元件的两面分别成像所得的第1及第2透射像的对比度，可测定出该光学元件的偏心量。
2.根据权利要求1所述的偏心测定装置，其特征在于包括根据所述第1及第2透射像的对比度，测定所述光学元件的偏心量的偏心测定部。
3.根据权利要求2所述的偏心测定装置，其特征在于所述偏心测定部，包括将所述第1及第2透射像的各中心间的相隔距离作为所述光学 元件的偏心量的中心位置偏心测定部。
4.根据权利要求2所述的偏心测定装置，其特征在于 所述第1及第2透射像中的至少一者是圆形的圆形透射像，所述偏心测定部，包括直径缩小偏心测定部，所述直径缩小偏心测定部根据实际成像 的所述圆形透射像的直径相对于所述光学元件未产生偏心时的所述圆形透射像的直径而 缩小的尺寸，测定所述光学元件的偏心量。
5.根据权利要求1所述的偏心测定装置，其特征在于 所述第1及第2透射像分别存在多个，所述偏心测定装置，包括测定两个所述第1透射像的各中心间的相隔距离的第1像间 距离测定部、及测定两个所述第2透射像的各中心间的相隔距离的第2像间距离测定部中 的至少一者。
6.根据权利要求3所述的偏心测定装置，其特征在于 所述第1及第2透射像分别存在多个，所述中心位置偏心测定部，将各第1及第2透射像的中心间的相隔距离中的至少一个 作为所述光学元件的偏心量。
7.根据权利要求1所述的偏心测定装置，其特征在于包括用于将至少各一个所述第1及第2透射像作为图像而显示的摄像元件。
8.—种偏心测定方法，利用射入到光学元件的光穿透该光学元件所得的透射光，而测 定该光学元件的偏心量，其特征在于包括如下步骤使所述透射光射入到作为物体侧远心光学系统或两侧远心光学系统的元件成像光学 系统中，并通过该元件成像光学系统，使所述光学元件的两面分别成像；以及根据使所述光学元件的两面分别成像所得的第1及第2透射像的对比度，测定该光学 元件的偏心量。
9.根据权利要求8所述的偏心测定方法，其特征在于 使用由多个所述光学元件一体成形而成的光学元件阵列，对构成所述光学元件阵列的各光学元件，进行使该光学元件的两面分别成像的所述步 骤、及测定该光学元件的偏心量的所述步骤。
10.根据权利要求9所述的偏心测定方法，其特征在于包括如下步骤 将两个所述光学元件阵列叠合；对通过将两个所述光学元件阵列叠合的所述步骤而叠合的两个所述光学元件，进行使 该光学元件的两面分别成像的所述步骤、及测定该光学元件的偏心量的所述步骤；根据测定出的各偏心量，来调整各光学元件阵列的相对位置关系，以使叠合的两个所 述光学元件的各光轴彼此成为一条直线。
11.根据权利要求8所述的偏心测定方法，其特征在于包括如下步骤预先针对至少一个所述光学元件，在该光学元件的单面的外周部分或者两面的各外周 部分，设置使射入的光散射的突出部。
12.根据权利要求8所述的偏心测定方法，其特征在于使用两个所述光学元件，对一个所述光学元件，进行在该光学元件的单面的外周部分或者两面的各外周部分设 置使射入的光散射的突出部的步骤；以及对一个及另一个所述光学元件，进行以所述突出部抵接于另一个所述光学元件的方式 贴合的步骤。
13.一种光学元件，利用射入到该光学元件的光穿透该光学元件所得的透射光而被测 定出偏心量，其特征在于在单面的有效孔径的外周部分、或者两面的各有效孔径的外周部分，设置着使所述射 入的光散射的突出部。
14.一种光学元件阵列，由多个光学元件一体成形而成，其特征在于多个所述光学元件中的至少一个是，利用射入到该光学元件的光穿透该光学元件所得 的透射光而被测定出偏心量的光学元件，且是在单面的有效孔径的外周部分、或者两面的 各有效孔径的外周部分设置着使所述射入的光散射的突出部的光学元件。
15.一种光学元件单元，其特征在于包括第1光学元件，是利用射入到该光学元件的光穿透该光学元件所得的透射光而被测定 出偏心量的光学元件，且是在单面的有效孔径的外周部分、或者两面的各有效孔径的外周 部分设置着使所述射入的光散射的突出部的光学元件；以及第2光学元件；且所述第1光学元件的突出部抵接于所述第2光学元件。
全文摘要
本发明涉及偏心测定装置、偏心测定方法、光学元件及其阵列和单元。为了实现一种可整批地测定所有光学元件而不需要将构成光学元件阵列的各光学元件单片化，同时以简单且小规模的装置构成便可实现的偏心测定装置等，偏心测定装置包括作为两侧远心光学系统的元件成像光学系统。元件成像光学系统通过所射入的透射光使透镜的两面分别成像。偏心测定装置根据使透镜的第1面成像所得的第1透射像、及使透镜的第2面成像所得的第2透射像的对比度，可测定出透镜的偏心量。
文档编号G01B11/27GK101988822SQ201010244039
公开日2011年3月23日 申请日期2010年7月30日 优先权日2009年7月31日
发明者花户宏之, 重光学道 申请人:夏普株式会社