CN101988822A - 偏心测定装置、偏心测定方法、光学元件及其阵列和单元 - Google Patents

Abstract

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。

Description

偏心测定装置、偏心测定方法、光学元件及其阵列和单元

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θ1。

θ1＝cos^-1b1/a1...(1)

其中，a1为玻璃光学元件的半径，b1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WO2007/018118A1(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。

附图说明

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)L1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L1与第2透镜L2(参照图7(b))。

将第1透镜L1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L1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L1及第2透镜L2部分的方法，或者将第1透镜L1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L1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L1及第2透镜L2的材料。

使用热固化树脂141作为第1透镜L1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L1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L1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L1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L1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L1及各第2透镜L2，穿过第1透镜L1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L1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L1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。

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CCD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φ10mm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φ20～100mm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φ20～100mm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CCD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(x_i、y_i)，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]

x_i＝R_i×cosθ_i…(3)

y_i＝R_i×sinθ_i…(4)

$R=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{R}_i}{N}...\left(5\right)$

$\mathrm{\α}=\frac{2\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i}{N}...\left(6\right)$

$\mathrm{\β}=\frac{2\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i}{N}...\left(7\right)$

另外，通过最小二乘法计算圆(第1透射像91及第2透射像92)的中心的技术本身可通过以往周知的惯用技术充分地实现，因此较为容易。

按照以上要领分别求出的中心93和中心94，在分别对应的第1透射像91及第2透射像92上分别表示透镜40的第1面41的中心、透镜40的第2面42的中心。

其后，中心位置偏心测定部81，根据分别算出的中心93及94，求出中心93与中心94的相隔距离(第1及第2透射像的各中心间的相隔距离)。

此处，在图2中，中心93与中心94的位置彼此一致。这种情况下，在与理想的光轴相垂直的方向上，透镜40的第1面41的中心、与透镜40的第2面42的中心彼此处于相同的位置。因此，穿过透镜40的第1面41的中心的光轴41a、与穿过透镜40的第2面42的中心的光轴42a彼此一致，此时可视为透镜40未产生偏心。

另一方面，在图3中，中心93与中心94的位置彼此不同，且相隔距离为d。在这种情况下，在与理想的光轴相垂直的方向上，透镜40的第1面41的中心、与透镜40的第2面42的中心彼此相隔距离d。因此，穿过透镜40的第1面41的中心的光轴41a、与穿过透镜40的第2面42的中心的光轴42a，在与理想的光轴相垂直的方向上，彼此相隔距离d而存在，从而此时，可视为透镜40产生的偏心量为d。

元件成像光学系统5，利用所述两侧远心光学系统的特性，从透镜40的两面分别获取与光轴平行的光束。因此，当透镜40的两面的各中心在理想的光轴的方向上成为一条直线时，所述各中心与在分别对应的第1透射像91及第2透射像92上表示的第1透射像91的中心93与第2透射像92的中心94为彼此相同的位置。另一方面，当透镜40的两面的各中心在理想的光轴的方向上并非成为一直线、而是在与该光轴垂直的方向上呈现位置偏移时，对应于该位置偏移，第1透射像91的中心93与第2透射像92的中心94彼此相隔。因此，将该相隔距离视作透镜40的两面的各中心的位置偏移量，由此中心位置偏心测定部81可测定出透镜40的偏心(所谓平行偏心)的量。

图4是利用直径缩小偏心测定部82进行偏心测定的要领的说明图。

另外，在以下的直径缩小偏心测定部82的详细说明中，作为透镜40的偏心测定的要领的一例，仅对如下情况进行了说明：直径缩小偏心测定部82，根据表示第1透射像91的形状的信息，来测定透镜40的第1面41的偏心量θ。但是，直径缩小偏心测定部82，在根据表示第2透射像92的形状的信息，来测定透镜40的第2面42的偏心量时，进而测定所述两者时，由于基本的偏心测定的原理(要领)相同，只要是本领域技术人员，便可根据以下的详细说明，容易地测定出透镜40的第1面41及/或第2面42的偏心量。

直径缩小偏心测定部82，根据由图像传感器6(参照图1)提供的电信号，获取表示第1透射像91的形状的信息。

直径缩小偏心测定部82，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的直径a。

另外，关于计算直径a的方法，可考虑例如通过所述最小二乘法进行计算的方法。可应用所述方法的原因在于：第1透射像91的形状为圆形(圆形透射像)。

通过最小二乘法根据表示第1透射像91的形状的所述信息而计算出直径a的方法，在说明通过最小二乘法计算中心93时已有描述(即所述数式(5)的解×2)，因而此处省略详细说明(参照图9)。

另外，通过最小二乘法而计算圆(第1透射像91)的直径的技术本身可通过以往周知的惯用技术而充分地实现，因此较为容易。

按照以上要领所求出的直径a在第1透射像91上，表示透镜40的第1面41的直径。

此处，在图4所示的透镜40(参照图1)的第1面41上，通过直径缩小偏心测定部82而求出的第1透射像91的直径如上所述为a。当直径为a时，可视为第1面41上未产生偏心。

另一方面，图4表示，透镜40(参照图1)的第1面41t产生相对于第1面41而向上方倾斜角度θ的偏心(所谓倾斜偏心)的情况。而且，在图4中，将按照与第1面41的成像相同的要领，使第1面41t成像所得的第1透射像作为第1透射像91t而表示。通过直径缩小偏心测定部82所求出的第1透射像91t的直径为b，比所述a短。

接着，直径缩小偏心测定部82，使用所述直径a及直径b，通过下述数式(2)而求出产生偏心的角度θ，在第1面41t上透镜40产生的偏心量为θ，如此一来可测定出偏心量θ。

θ＝arccos(b/a)…(2)

另外，即便是图4所示的透镜40(参照图1)的第1面41向下方倾斜角度θ的偏心，直径缩小偏心测定部82也可同样地通过所述数式(2)而测定出角度(偏心量)θ。

而且，当第1面41t并非为圆形而是椭圆形时，使用该椭圆形的短轴代替所述直径b即可。

图5是利用第1像间距离测定部83测定各透镜40之间的间距的要领的说明图。

透镜401～403分别表示3个透镜40。其中，可适用由第1像间距离测定部83测定各透镜40之间的间距的要领的透镜40个数只要在两个以上即可，并无特别限定。

在各透镜401～403上，设置着分别所对应的第1面411～413(第1面41)及第2面421～423(第2面42)。

第1透射像911～913(第1透射像91)是，由分别所对应的第1面411～413通过元件成像光学系统5(参照图1)成像所得的。第2透射像921～923(第2透射像92)是，由分别所对应的第2面421～423通过元件成像光学系统5(参照图1)成像所得的。

第1像间距离测定部83，根据由图像传感器6(参照图1)提供的电信号，计算出各第1透射像911～913的中心931～933。

另外，关于第1像间距离测定部83计算出各中心931～933为止的处理，只要对各透镜401～403实施中心位置偏心测定部81计算出中心93为止的处理(参照图2及图3)便足够。

然后，第1像间距离测定部83，根据计算出的各中心931～933的两个中心间的相隔距离，测定出对应的各透镜401～403中的任两个透镜的间距。

例如，第1像间距离测定部83，将中心931与中心932的相隔距离设为透镜401及402之间的间距，将中心931与中心933的相隔距离设为透镜401及403之间的间距。

此外，还可由第2像间距离测定部84代替第1像间距离测定部83来实施各透镜40之间的间距测定。

通过第2像间距离测定部84实施各透镜40之间的间距测定时，第2像间距离测定部84，首先根据由图像传感器6(参照图1)提供的电信号，计算出各第2透射像921～923的中心941～943。

另外，关于第2像间距离测定部84计算出各中心941～943为止的处理，只要对各透镜401～403实施中心位置偏心测定部81计算出中心94为止的处理(参照图2及图3)便足够。

而且，虽未图示，但第2像间距离测定部84是根据计算出的各中心941～943的两个中心间的相隔距离，而测定出对应的各透镜401～403中的任两个透镜的间距。

例如，第2像间距离测定部84，将中心941与中心942的相隔距离设为透镜401及402之间的间距，将中心941与中心943的相隔距离设为透镜401及403之间的间距。

另外，即便是只包括第1像间距离测定部83及第2像间距离测定部84中的一者的构成，也可实施各透镜40之间的间距测定，因此并无问题。

各第1面411～413分别成像所得的各第1透射像911～913的位置，反映的是与元件成像光学系统5的光轴相垂直的方向上的各第1面411～413的位置关系。由此，只要将各透镜401～403在该方向上分散地配置，则仅通过对各透镜401～403实施计算出中心93为止的处理，便可良好地实施计算出各中心931～933为止的处理。而且，即便各透镜401～403设置成在该方向上叠合，只要能够根据伴随叠合的对比度的变化，在一定程度上明确地判别出各第1透射像911～913，则实施所述处理时并不会引起特别大的阻碍。

同样地，各第2面421～423分别成像所得的各第2透射像921～923的位置，反映的是与元件成像光学系统5的光轴相垂直的方向上的各第2面421～423的位置关系。由此，只要将各透镜401～403在该方向上分散地配置，则仅通过对各透镜401～403实施计算出中心94为止的处理，便可良好地实施计算出各中心941～943为止的处理。而且，即便各透镜401～403设置成在该方向上叠合，只要能够根据伴随叠合的对比度的变化，在一定程度上明确地判别出各第2透射像921～923，则实施所述处理时并不会引起特别大的阻碍。

此外，在图5中，进一步组合中心位置偏心测定部81(参照图2及图3)，测定各透镜401～403的偏心量。而且，为了利用中心位置偏心测定部81能够测定出各透镜401～403的偏心量，只要对各透镜401～403实施测定出透镜40的偏心量为d的所述一系列要领(参照图2及图3)便足够。

此外，虽未图示，为了利用直径缩小偏心测定部82能够测定出各透镜401～403的偏心量，只要通过对各透镜401～403的第1面411～413(也可以是第2面421～423)实施测定出透镜40的第1面41的偏心量为θ的所述一系列要领(参照图4)便足够。

如上所述，可任意地组合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。并且，中心位置偏心测定部81及直径缩小偏心测定部82，可对多个透镜40中的各个测定偏心量。而且，第1像间距离测定部83及第2像间距离测定部84，可对多个透镜40测定任意两个透镜40间的间距。

另外，当透镜40的偏心量非常大时，还考虑如下测定方法：不需要由偏心测定部80的实施测定，例如，可由用户观察放置在元件成像光学系统5的像面上的屏幕(未图示)上所投影出的第1透射像91及第2透射像92，并根据第1透射像91及第2透射像92的对比度，估算出透镜40的偏心量。由此，就测定而言，也可实施粗略的测定。此时，可省略偏心测定部80。

偏心测定装置1，不需要将用于测定的光3聚集在透镜40的特定区域，便可测定出该透镜40的偏心量，因而每当使用一台装置进行一次测定时，可对多个透镜40实施测定。因此，在例如将图8(c)所示的阵列状传感器147等构件安装在阵列状透镜4上之前的阶段，可整批地测定出所有透镜40而不需要将构成阵列状透镜4的各透镜40单片化。

另外，在想要整批地测定各透镜40的偏心量时，只要对每个由一个透镜40形成的第1透射像91及第2透射像92，整批地实施所述中心位置偏心测定部81及直径缩小偏心测定部82的各种测定要领即可。只要能够将各透镜40所形成的第1透射像91及第2透射像92按照由一个透镜40所形成的像为单位加以区分，则仅通过对所述各像同时实施所述中心位置偏心测定部81及直径缩小偏心测定部82的各种测定要领，便可简易且简单地实现整批测定各透镜40的偏心量。特别是，中心位置偏心测定部81及直径缩小偏心测定部82，基于使用图像传感器6，整批地拍摄由构成阵列状透镜4的所有透镜40分别形成的第1透射像91及第2透射像92，并对所拍摄的各第1透射像91及第2透射像92进行图像处理，而实施各种测定要领，从而可整批地对各透镜40实施偏心量的测定。

偏心测定装置1在想要整批地测定出各透镜40全体时，与透镜的个数无关，最低限度所需的装置仅为元件成像光学系统5。因此，特别是在阵列状透镜4上成形了多个透镜40的情况下，与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。

偏心测定装置1的简单原理在于：根据第1透射像91及第2透射像92的对比度可测定出透镜40的偏心量，因此并不限定于至少一面为非球面的透镜，对于两面为球面的透镜也可良好地应用。

此外，在偏心测定装置1中，就测定作业而言，只要根据第1透射像91及第2透射像92的对比度来测定透镜40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，只要对应的透镜40的第1面41或者第2面42并非平坦，则第1透射像91及第2透射像92清晰度能达到可测定的程度，因而即便在测定光轴附近平坦的透镜40的偏心量时，也能够降低测定变困难的可能性。

另外，由偏心测定装置1进行的偏心测定的精度，可根据包括元件成像光学系统5在内的观察系统的分辨率而高精度化。虽然省略关于元件成像光学系统5中提高第1透射像91及第2透射像92的分辨率的方法的详细说明，但在利用检测系统测定第1透射像91及第2透射像92的各尺寸时，分辨率优选为绝对精度在1μm以下。此时，可测定出第1透射像91及第2透射像92的各尺寸精度为接近绝对精度的值。如此一来，根据圆形的第1透射像91及第2透射像92的各中心间的相对距离所测定出的偏心及透镜之间的间距的结果，其精度也同样与绝对精度为相同程度。此外，即便球面或非球面的形状因成型工艺能力而变成旋转非对称、或者相对于设计值具有误差时，只要用作观察像的部分的转印性良好，便可进行测定。然而，在以往技术中，对象必须为面形状，形状误差量必须较小。

图6是表示作为透镜40的变形例的透镜40′的构成、与由透镜40′形成的第1透射像91及第2透射像92的对比度的关系的图。

图6所示的透镜40′与透镜40的构成的不同点在于：在光3的射入面的相反侧的面的有效孔径的外周部分、即第1面41的外周部分，设置着突出部。该外周部分是指所谓的透镜的侧边(edge)。该突出部还可设置在第2面42的外周部分(侧边)，也可设置在第1面41及第2面42的两外周部分(侧边)。

所述突出部具有在第1面41及/或第2面42的周围铅锤地向上方突出的突出区域45、及在突出区域45的周围相对于突出区域45而形成段差的段差区域46。在图6中，由于所述突出部设置在第1面41侧，故突出区域45在第1面41的周围铅垂地向上方突出。

根据成为测定对象的透镜的形状，有时第1及第2透射像的区分并不简单。

对于通过转印而形成透镜的工艺来说，例如通过在侧边设置所述突出部，并使用使该突出部成像所得的像，能够容易地进行测定。

也就是说，所述突出部的突出区域45，使所射入的光3(参照图1)直线传播，基本上不会发生散射。由此，使突出区域45成像所得的像部分与其他像(第1透射像91及第2透射像92)部分相比变得较为明亮(参照图6的符号95)。

另一方面，所述突出部的段差区域46使所射入的光3(参照图1)散射。由此，使段差区域46成像所得的像部分与其他像部分相比变得较暗(参照图6的符号96)。

如此一来，通过明亮的区域95及较暗的区域96，能够容易地识别出第1透射像91及第2透射像92的轮廓，因此根据第1透射像91及第2透射像92的对比度而进行的透镜40′的偏心量测定变得容易。

另外，如图6所示，当在第1面41侧设置所述突出部时，透镜40′的、光3射入的面的有效孔径的外周部分、即第2面42的外周部分优选为平面，以减少由第2面42的形状所产生的光线弯曲或散射的影响。

透镜40′，可以是构成阵列状透镜4(参照图1)的各透镜40中的一个。

图10是由两个透镜40p及40q贴合而成的透镜40r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11是透镜40r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10及图11所示的透镜40r中的、两个透镜40p及40q的贴合并非为必须的条件，透镜40p及40q也可彼此在大致沿着透镜40r的理想的光轴的方向上叠合。

透镜40p分别具有第1面41p及第2面42p。透镜40q分别具有第1面41q及第2面42q。

中心位置偏心测定部81，可按照与图2及图3说明的要领相同的要领，测定透镜40p与透镜40q之间产生的偏心量dd。

元件成像光学系统5，使第1面41p、第2面42p、第1面41q、及第2面42q成像所得的像，分别为第1透射像91p、第2透射像92p、第1透射像91q、及第2透射像92q。

中心位置偏心测定部81，例如通过所述最小二乘法，分别计算出第1透射像91p、第2透射像92p、第1透射像91q、及第2透射像92q的各中心即中心93p、中心94p、中心93q、及中心94q。

而且，中心位置偏心测定部81，根据分别计算出的中心93p、中心94p、中心93q、及中心94q，而求出能够考虑到的所有中心之间的相隔距离。

当中心93p、中心94p、中心93q、及中心94q全部为相同位置时，透镜40p间、透镜40q间、及透镜40p与透镜40q之间均未产生偏心(参照图10)。

当中心93p及94p、与中心93q及94q彼此相隔距离dd时，透镜40p与透镜40q之间，透镜40r产生的偏心量为dd(参照图11)。

光轴41pa、光轴42pa、光轴41qa、及光轴42qa分别对应于穿过第1面41p的中心的光轴、穿过第2面42p的中心的光轴、穿过第1面41q的中心的光轴、及穿过第2面42q的中心的光轴。

如图10所示的情况下，光轴41pa、光轴42pa、光轴41qa、及光轴42qa彼此一致，此时，中心位置偏心测定部81，可判定为透镜40r未产生偏心。

另一方面，如图11所示的情况下，光轴41pa及42pa、与光轴41qa及42qa是在与透镜40r的理想的光轴相垂直的方向上彼此相隔距离dd而存在，此时中心位置偏心测定部81，可判定为透镜40r产生的偏心量为dd、具体来说在透镜40p与透镜40q之间产生偏心。

另外，透镜40p间及透镜40q间的各偏心量d按照与图2及图3所示的要领相同的要领(求出偏心量d的要领)求出即可(参照图15及图16)。也就是说，可理解成图15及图16的符号“40p、41p、42p”“91p、92p、93p、94p”“41pa、42pa”分别对应于图2及图3的符号“40、41、42”“91、92、93、94”“41a、42a”。此处，为了便于说明而仅表示了测定透镜40p间的偏心量d的情况，但测定透镜40q间的偏心量d时也相同。

中心位置偏心测定部81，除了测定透镜40p间及透镜40q间的各偏心量以外，还测定图11所示的透镜40p与透镜40q之间的偏心量dd，由此可测定出透镜40r的偏心量。

如图10及图11所示的偏心测定的要领，对于在包含树脂的一块板上一体成形多个透镜40p而成的阵列状透镜4p、及在包含树脂的一块板上一体成形多个透镜40q而成的阵列状透镜4q而言，也可同样地适用(参照图12)。

此外，通过同时或交替地实施图10及图11的偏心测定、及透镜40p及40q的相对位置关系的调整，可进行透镜40r的调心(使两个透镜的各光轴成为一条直线)。无论对于一个透镜40r、还是对于多个透镜40r，所述调心均可同样地实施。

而且，即便是代替透镜40p及40q的相对位置关系的调整，而实施图12所示的阵列状透镜4p及4q的相对位置关系的调整，也可实施所述调心。

图13(a)～(c)中表示所述调心的要领的概要。具体来说，图13(a)～(c)表示实施图12所示的阵列状透镜4p及4q的相对位置关系的调整的情况。

首先，将阵列状透镜4p、阵列状透镜4q仅叠合而不贴合，在此状态下，按照图10及图11所示的要领来测定各透镜40p与对应的各透镜40q之间的偏心量dd(参照图13(a))。

进行图13(a)所示的偏心测定之后，视需要使阵列状透镜4p或4q在X方向及Y方向上移动，从而实现调心(参照图13(b))，其中，X方向及Y方向，与透镜40r(参照图10)的理想的光轴相垂直，且彼此相垂直。

而且，进行图13(a)所示的偏心测定之后，视需要使阵列状透镜4p或4q在与透镜40r的理想的光轴相垂直的方向上旋转(参照角度γ)，从而实现调心(参照图13(c))。

另外，实施图13(b)及(c)所示的各调心的顺序并无特别限定，无论哪个调心均可先实施。而且，优选在每次实施图13(b)及(c)所示的调心之后，视需要适当地再次实施图13(a)所示的偏心测定。此外，还可一边持续地实施图13(a)所示的偏心测定，一边实施图13(b)及(c)所示的各调心。

当在透镜40r(参照图10等)上设置着具有突出区域45及段差区域46的所述突出部(参照图6)时，可进一步根据该突出部的高度，来调整透镜40p与透镜40q之间的间隔(参照图14)。

图14所示的透镜40r′是透镜40r的变形例。透镜40r′中，在透镜40p及40q各自的偏心测定时靠近元件成像光学系统5一侧(图14的截面图下侧)的面的有效孔径的外周部分，设置着所述突出部(突出区域45及段差区域46)，将所述透镜分别称为透镜40p′及40q′(第1及第2光学元件)。

此处，透镜40p′与透镜40q′是，以透镜40p′的所述突出部抵接于透镜40q′的方式而贴合的。而且，在未抵接的部分，透镜40p′与透镜40q′相隔固定间隔。该固定间隔可根据透镜40p′的所述突出部的高度而改变。因此，可通过透镜40p′的所述突出部，来调整透镜40p′与透镜40q′的间隔。

在偏心测定装置1中，利用具有即便与被摄体之间的距离发生变化，像的形状也不会变化的特性的元件成像光学系统5，使成为测定对象的透镜的各面成像，从而分别形成像(第1及第2透射像)，并根据所述各像的对比度进行该透镜的偏心测定等。因此，在偏心测定装置1中，无论成为测定对象的透镜的各面中的哪个面接近元件成像光学系统5一侧(或者接近光源2一侧)，均可按照与以上说明的要领相同的各要领来进行该透镜的偏心测定等。本实施方式中，为了便于说明，仅根据具体的实施例适当考虑了第1面为接近元件成像光学系统5一侧的面、及第2面为接近元件成像光学系统5一侧的面这两种情况，但即便所述各面均为接近光源2一侧的面，所得像的对比度基本上不会变化，因此不会给测定带来任何阻碍。

另外，本发明的光学元件除了透镜以外，可列举存在偏心概念的所有的透明光学元件。而且，作为光学元件的透镜中，有摄像透镜、聚光用透镜、照明用透镜等。

此外，本发明的偏心测定装置的特征在于：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。

根据所述构成，本偏心测定装置可测定出光学元件的偏心量。

而且，本发明的偏心测定装置的特征在于：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。

根据所述构成，本偏心测定装置，通过将第1及第2透射像的各中心间的相隔距离作为光学元件的偏心量，可测定出该偏心量。

此外，本发明的偏心测定装置的特征在于：所述第1及第2透射像中的至少一者为圆形的圆形透射像，所述偏心测定部包括直径缩小偏心测定部，该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。

根据所述构成，本偏心测定装置根据对应于光学元件有无偏心及偏心量而变化的、圆形透射像的直径缩小的尺寸，测定光学元件的偏心量，由此可测定出该偏心量。

而且，本发明的偏心测定装置的特征在于：所述第1及第2透射像分别存在多个，且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、即测定两个所述第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。

就多个光学元件的各个而言，在形成第1及第2透射像时，是分别形成与该光学元件的个数相同个数的多个第1及第2透射像。

根据所述构成，通过测定两个第1透射像的各中心间的相隔距离，可测定出与两个第1透射像分别对应的两个光学元件的间距。关于这一点，不仅是测定第1透射像的各中心间的相隔距离的情况，测定第2透射像的各中心间的相隔距离的情况也相同。

此外，本发明的偏心测定装置的特征在于：所述第1及第2透射像分别存在多个，且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。

根据所述构成，可测定出多个光学元件彼此之间的偏心量。这种构成适合于在叠合多个光学元件的构成(组合透镜)中测定各光学元件彼此之间的偏心量。

而且，本发明的偏心测定装置的特征在于：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。

根据所述构成，可将第1及第2透射像作为图像而显示。通过将第1及第2透射像作为图像而显示，对该图像进行图像处理，可简单地对各多个第1及第2透射像整批地实施所述偏心的各种测定。

此外，本发明的偏心测定方法的特征在于：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两面分别成像的所述步骤、及测定偏心量的所述步骤。

根据所述构成，本偏心测定方法可测定出构成光学元件阵列的各光学元件的偏心量。另外，本偏心测定方法可对处于元件成像光学系统能够从被摄体获取光的该被摄体的位置范围内的所有的光学元件，同时进行测定。

而且，本发明的偏心测定方法的特征在于包括如下步骤：使两个所述光学元件阵列叠合；对通过使两个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，进行使所述光学元件的两面分别成像的所述步骤、即测定所述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。

根据所述方法，可根据偏心量的测定结果，进行两个光学元件间的调心(使两个光学元件的各光轴成为一条直线)。

此外，本发明的偏心测定方法的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。

根据所述方法，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暗，因此可更容易地识别出第1及第2透射像的轮廓，根据该第1及第2透射像的对比度而实施的光学元件的偏心量的测定容易进行。在为原本的光学元件的形状而第1及第2透射像的对比度不清晰的情况下，所述方法可适用于透镜(光学元件)的表面背面中的任一面。

而且，本发明的偏心测定方法的特征在于：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；以及对一个与另一个光学元件，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。

根据所述方法，可对应于一个光学元件的突出部的高度，在所述抵接部分以外的位置适当地调整各光学元件的间隔。

本发明并不限定于所述实施方式，可在权利要求所示的范围内进行各种变更。也就是说，将在权利要求所示的范围内适当变更的技术单元组合而成的实施方式，也包含在本发明的技术范围内。

[工业利用可能性]

本发明可应用于测定透镜等光学元件的偏心量的偏心测定装置及偏心测定方法。此外，本发明可应用于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。

Claims (15)

1.一种偏心测定装置，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。

8.一种偏心测定方法，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。

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