JP2008139277A - 凹面リフレクタの検査装置及び検査方法、並びに光源装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】短時間で比較的正確な検査が可能であり、放電型の発光管と組み合わされるリフレクタについても正確な検査が可能な検査装置等を提供すること。
【解決手段】検査装置は、検査対象である楕円リフレクタＥＲを固定するホルダ７１と、検査用ランプ光源６８を有する発光装置６７と、発光装置６７を楕円リフレクタＥＲに対して変位させる光源変位装置７２と、開口ＡＰを有するマスク６１と、マスク６１の後段に配置されて検査光ＴＬを計測するための積分球７６及び簡易照度計７７とを備える。マスク６１がランプ光源６８に組み込まれたフィラメント６８ａのサイズに基づいて設定されたサイズの開口ＡＰを有し、固定状態の楕円リフレクタＥＲの第２焦点Ｆ２に固定されるので、検査用ランプ光源６８のフィラメント６８ａが有する形状の影響を低減した計測が可能になり、楕円リフレクタＥＲの特性を比較的正確に計測することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源装置を構成する凹面リフレクタの検査装置及び検査方法、並びに光源装置の製造方法に関する。

ランプとリフレクタとを含む光源ユニット用の輝度検出装置として、光源ユニットの開口部側に受光器を備え、光源ユニットと受光器との間に少なくとも２つのアパーチャと、1つのレンズとを備え、このレンズの焦点位置に一方のアパーチャを設置したものがある（特許文献１参照）。

また、別の焦点位置検出装置として、焦点位置検出用光源から射出してリフレクタで反射された光を集光レンズを介してスクリーン上に投写し、このスクリーン上の投写画像を焦点位置検出用のカメラで検出するものが存在する（特許文献２参照）。

さらに別の焦点位置検出装置として、回転楕円面鏡の一方の焦点位置から回転楕円面鏡に向けてハロゲンランプ等からの光を射出させ、回転楕円面鏡によって反射した反射光を他方の焦点位置又はこれに等価な位置に配置した受光手段で受光し、受光手段における結像を評価するものが存在する（特許文献３参照）。
特開２００３−２８７４６２号公報 ＷＯ２００２／０５５９２５号公報 特開２００２−３６５１６０号公報

しかし、特許文献１，２に記載の装置では、光源ランプとして、放電型の発光管を使用しているので、発光管の例えば点灯から安定までや、消灯及び冷却に時間を要し、複数の測定を繰り返す場合、測定のサイクルに時間を要していた。特に、光源ユニットの複雑化に伴い頻繁なメンテナンスが必要になる場合があるが、検査に長時間を要し作業性を低下させていた。なお、放電型の発光管の場合、消費電力が大きくなり過ぎるという問題もあった。

また、特許文献３に記載の装置では、ハロゲンランプ等を光源として用いるので、点灯後に安定するまでの時間は短縮されるが、フィラメントに対応する発光点が一定の広がりを有し、得られる検出結果が実際に放電型の発光管を装着した場合の検出値と異なってしまう場合がある。

そこで、本発明は、短時間で比較的正確な検査が可能であり、放電型の発光管と組み合わされるリフレクタについても正確な検査が可能な検査装置及び方法、並びにこれを用いた光源装置の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る凹面リフレクタの検査装置は、（ａ）検査対象である凹面リフレクタを固定するホルダと、（ｂ）発光部にフィラメントを有し、フィラメントがホルダに固定された状態の凹面リフレクタの第１焦点位置近傍において光軸に垂直な方向に延びるように配置されるランプ光源と、（ｃ）ランプ光源を変位させる光源変位装置と、（ｄ）フィラメントのサイズに基づいて設定された所定サイズの開口を有し、開口がホルダに固定された状態の凹面リフレクタの第２焦点位置近傍に配置されるように固定されるマスクと、（ｅ）マスクの開口を経た光束を検出する光検出装置とを備える。なお、凹面リフレクタとは、例えば回転楕円面のミラーを意味するが、球面その他のミラーも含むものとする。球面の場合、その形状に由来する焦点位置からずれた点を第１焦点位置とすると、第１焦点位置の像が形成される点を第２焦点位置というものとする。

上記検査装置では、マスクがフィラメントのサイズに基づいて設定された所定サイズの開口を有し、固定状態の凹面リフレクタの第２焦点位置近傍に配置されるように固定されるので、ランプ光源のフィラメント形状の影響を低減した計測が可能になる。つまり、光軸に垂直に延びる比較的大きなフィラメントを第２焦点位置近傍に配置した場合であっても、凹面リフレクタの特性を比較的正確に計測することができる。これにより、点灯から安定までが短期間であるフィラメント型のランプ光源を用いて、凹面リフレクタの良否を迅速に判定することができ、或いは凹面リフレクタに対する光源位置の調整の評価が可能になる。

また、本発明の具体的な態様又は観点によれば、上記検査装置において、開口の所定サイズが、フィラメントが延びる光軸に垂直な方向の長さに基づいて決定される。この場合、フィラメントの形状やサイズに合わせて絞った光束によって光検出を行うことができ、点光源とピンホールとを共役点に配置する場合と類似した計測が可能になる。

本発明の別の態様では、光源変位装置が、ランプ光源を第１焦点位置近傍で３次元的に変位させる。この場合、凹面リフレクタに対してランプ光源を適正に配置することができ、凹面リフレクタに対してランプ光源を適正に配置する調整作業が可能になる。

本発明のさらに別の態様では、光検出装置が、マスクの開口を経た光束の光量を計測する。この場合、光検出装置によって検出された光量から、凹面リフレクタの面精度とランプ光源の配置状態とを含めた光源ユニットの評価が可能になる。

本発明のさらに別の態様では、光検出装置が、マスクの開口に対向する入射ポートを有する積分球と、積分球内の明るさを検出する光センサとを含む。この場合、マスクの開口を通過した光量の計測がより正確になる。

また、本発明のさらに別の態様では、凹面リフレクタが、回転楕円体の反射面形状を有する。この場合、第１焦点位置からの光が第２焦点位置に正確に集光されるので、マスクを利用した光量計測延いては凹面リフレクタの計測がより正確になる。

本発明のさらに別の態様では、所定サイズの絞り孔を有するとともに凹面リフレクタの射出口近傍に設置される絞りをさらに備える。この場合、凹面リフレクタの特定の反射領域からの光束を絞りによって選択的に透過させて検査するこことができる。

本発明のさらに別の態様では、絞り孔が、凹面リフレクタの射出口に対して同心状に配置され、絞り孔の所定サイズが、凹面リフレクタの測定対象領域のサイズに対応して決定される。この場合、凹面リフレクタのうち、その回転軸を中心とする円形又は輪帯状の部分を測定対象領域として凹面リフレクタの光学特性を評価することができる。

本発明のさらに別の態様では、絞りが、凹面リフレクタの射出口近傍に着脱可能に固定される。この場合、絞りを固定した測定と、絞りを除去した測定とを簡易に行うことができる。

本発明のさらに別の態様では、絞りが、光源変位装置によってランプ光源を変位させてアライメントした後に凹面リフレクタの射出口近傍に固定される。この場合、使用状態に対応するランプ光源の位置調整後の状態で、凹面リフレクタの測定対象領域について光学特性を評価することができる。

本発明のさらに別の態様では、光検出装置が、絞りが凹面リフレクタの射出口近傍に配置された場合と、絞りが凹面リフレクタの射出口近傍に配置されていない場合とにおいて、絞り孔及び開口を経た光束の光量を計測する。この場合、凹面リフレクタの有無の比較として、凹面リフレクタの測定対象領域について光学特性を評価することができるとともに、測定対象領域を除いた残りの領域の光学特性を評価することができる。

本発明に係る凹面リフレクタの検査方法は、（ａ）検査対象である凹面リフレクタを固定する工程と、（ｂ）発光部にフィラメントを有するランプ光源を、フィラメントが固定された状態の凹面リフレクタの第１焦点位置近傍において光軸に垂直な方向に延びるように配置する工程と、（ｃ）フィラメントのサイズに基づいて設定された所定サイズの開口を有するマスクを、開口がホルダに固定された状態の凹面リフレクタの第２焦点位置近傍に配置されるように固定する工程と、（ｄ）ランプ光源を変位させる工程と、（ｅ）マスクの開口を経た光束を光検出装置によって検出する工程とを備える。

上記検査方法では、マスクがフィラメントのサイズに基づいて設定された所定サイズの開口を有し、固定状態の凹面リフレクタの第２焦点位置近傍に配置されるように固定されるので、ランプ光源のフィラメント形状の影響を低減した計測が可能になる。これにより、点灯から安定までが短期間であるフィラメント型のランプ光源を用いて、凹面リフレクタやこれに光源を組み合わせた光源ユニットの評価が可能になる。

本発明に係る方法の具体的な態様では、光検出装置による光検出結果に基づいて、ランプ光源の位置を調整する。この結果を利用すれば、凹面リフレクタに対して光源位置を適正化する調整が可能になる。

本発明の別の態様では、所定サイズの絞り孔を有する絞りを凹面リフレクタの射出口近傍に設置した状態で絞り孔と開口とを経た光束を光検出装置によって検出する工程をさらに備える。この場合、凹面リフレクタの特定の反射領域からの光束を絞りによって選択的に透過させて凹面リフレクタの局所的特性を検査するこことができる。

本発明に係る光源装置の製造方法は、（ａ）検査対象である凹面リフレクタを固定する工程と、（ｂ）発光部にフィラメントを有するランプ光源を、フィラメントが固定された状態の凹面リフレクタの第１焦点位置近傍において光軸に垂直な方向に延びるように配置する工程と、（ｃ）フィラメントのサイズに基づいて設定された所定サイズの開口を有するマスクを、開口がホルダに固定された状態の凹面リフレクタの第２焦点位置近傍に配置されるように固定する工程と、（ｄ）ランプ光源を変位させる工程と、（ｅ）マスクの開口を経た光束を光検出装置によって検出する工程とを備える。

上記製造方法では、フィラメント型のランプ光源を用いて凹面リフレクタやこれに光源を組み合わせた光源ユニットの評価に基づいて光源装置を作製できるので、光源装置を安価で信頼性を有するものにできる。

本発明に係る方法の具体的な態様では、所定サイズの絞り孔を有する絞りを凹面リフレクタの射出口近傍に設置した状態で絞り孔と開口とを経た光束を光検出装置によって検出する工程をさらに備える。この場合、凹面リフレクタの特定の反射領域からの光束を絞りによって選択的に透過させて凹面リフレクタの局所的特性を検査するこことができ、より品質管理された光源装置を提供することができる。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る検査装置を説明する側方断面図である。この検査装置は、検査対象である凹面リフレクタとしての楕円リフレクタＥＲを固定するホルダ７１と、検査光ＴＬを射出する検査用ランプ光源６８を含む発光装置６７と、ホルダ７１の背後に配置されて発光装置６７を楕円リフレクタＥＲに対して変位させる光源変位装置７２と、中央に開口ＡＰを有し楕円リフレクタＥＲの正面側に配置されるマスク６１と、マスク６１の後段に配置されて楕円リフレクタＥＲで反射されて開口ＡＰを通過した検査光ＴＬを集める積分球７６と、積分球７６内の照度を検出する簡易照度計７７とを備える。この検査装置において、検査用ランプ光源６８と、マスク６１の開口ＡＰと、積分球７６の入射ポート７６ａとは、楕円リフレクタＥＲの光軸ＯＡに沿って適所に配置され、特に検査用ランプ光源６８については、楕円リフレクタＥＲの焦点近傍で３次元的に微小変位する。

ここで、ホルダ７１は、楕円リフレクタＥＲを着脱可能に固定する部分であり、楕円リフレクタＥＲのサイズ等に合わせて別のタイプのホルダと交換できるようになっている。ホルダ７１に固定された楕円リフレクタＥＲは、正面側が開放された状態となり、正面方向に検査光ＴＬを射出できる。

発光装置６７は、検査用ランプ光源６８と支持部材６９とを備える。検査用ランプ光源６８は、発光部にフィラメント６８ａを有するフィラメント型のハロゲンバルブである。検査用ランプ光源６８は、光源変位装置７２内に組み込まれた電源装置７５から電力を供給することにより、常時点灯させた状態とされるが、必要なタイミングのみ点灯させることもできる。検査用ランプ光源６８において、発光体であるフィラメント６８ａは、楕円リフレクタＥＲの光軸ＯＡ上であって第１焦点近傍に配置されており、その長手方向は、光軸ＯＡに垂直なＹ方向に一致している。なお、楕円リフレクタＥＲは、頂部に円形の開口ＲＯを有しており、発光装置６７を光軸ＯＡに沿って通すことができるとともに、隙間を利用して発光装置６７を微小変位させることができるようになっている。また、検査用ランプ光源６８を構成するハロゲンバルブは、例えば５Ｗ程度の電力で動作させることができ、１３０Ｗ程度必要とする高圧水銀灯に比較して省電力であり、常時点灯が可能であるばかりでなく、動作が安定しているので点灯や消灯を繰り返すサイクルでも動作を短縮化できるという利点がある。

光源変位装置７２は、発光装置６７を支持する支持部材７３と、発光装置６７を支持部材７３を介して３次元的に変位させるＸＹＺステージ装置７４とを備える。ＸＹＺステージ装置７４を適宜動作させることにより、検査用ランプ光源６８すなわちフィラメント６８ａをＸＹ面内やＺ軸方向に関して変位させることができ、楕円リフレクタＥＲと検査用ランプ光源６８とのアライメントを行うことができ、検査用ランプ光源６８を高圧水銀灯等の放電管に置き換えた場合のセンターずれ等を補正するための予備的な調整も可能になる。

マスク６１は、支持部材６３に支持されて固定されており、ＸＹ面内に沿って延びている。マスク６１の中央に形成された円形の開口ＡＰは、光軸ＯＡ上にあって楕円リフレクタＥＲの第２焦点位置に配置されており、そのサイズは、後に詳述するように検査用ランプ光源６８のフィラメント６８ａのサイズに基づいて設定されている。このマスク６１により、楕円リフレクタＥＲによって反射された検査光ＴＬのうち適正に集光されたもののみを選択的に取り出すことができる。なお、マスク６１は、検査用ランプ光源６８や楕円リフレクタＥＲに合わせて別サイズの開口を有するマスクと交換できるようになっている。

積分球７６は、マスク６１の開口ＡＰに対向する入射ポート７６ａを有しており、開口ＡＰを経て入射ポート７６ａから入射した光束を球内面でランダムに反射して指向性をほとんど待たない光とする。

簡易照度計７７は、積分球７６の内部に固定された光センサ７７ｂを備えており、光センサ７７ｂで検出した検出出力を照度情報に変換する。つまり、簡易照度計７７は、マスク６１の開口ＡＰを通過した検査光ＴＬが積分球７６内で均一化された結果の明るさである照度を検出値として表示する。この簡易照度計７７は、積分球７６とともにマスク６１を経た光束の光量を検出するための光検出装置として機能する。なお、積分球７６を用いないで簡易照度計７７の光センサ７７ｂだけで開口ＡＰを通過した検査光ＴＬを直接計測することもできるが、積分球７６を用いることで簡易照度計７７による検出出力の信頼性を高めることができる。

図２は、楕円リフレクタＥＲによる検査用ランプ光源６８中のフィラメント６８ａの結像と、マスク６１に形成された開口ＡＰの役割とを説明する図である。ここでは、楕円リフレクタＥＲのうち光軸ＯＡを通るｘｙ面について考える。この際、便宜上ｘｙ座標を定めているが、図示のｘ軸は、図１の−Ｚ軸方向に対応しており、図示のｙ軸は、図１の＋Ｙ軸方向に対応している。図２に示すように、楕円リフレクタＥＲの第１焦点Ｆ１には、検査用ランプ光源６８のフィラメント６８ａを配置しており、このフィラメント６８ａは、上述のように第１焦点Ｆ１の近傍で微小変位させることができる。また、楕円リフレクタＥＲの第２焦点Ｆ２には、マスク６１の開口ＡＰの中心点が配置される。

図２を参照して、楕円リフレクタＥＲを規定する楕円の式は、
ｘ^２／Ａ^２＋ｙ^２／Ｂ^２＝１ … （１）
で与えられる。ここで、値Ａは長軸半径を意味し、値Ｂは短軸半径を意味する。そして、楕円の中心（原点）から各焦点Ｆ１，Ｆ２までの距離ｆ（正の値）は、
ｆ^２＝Ａ^２−Ｂ^２ … （２）
で与えられる。また、上記楕円上の任意の点（ｘ_０，ｙ_０）における単位法線ベクトルＮ〔ｎ_ｘ，ｎ_ｙ〕は、
ｎ_ｘ＝（−Ｂ×√（Ｂ^２−ｙ_０ ^２））
÷（√（Ａ^２×ｙ_０ ^２＋Ｂ^２×（Ｂ^２−ｙ_０ ^２））） … （４）
ｎ_ｙ＝（−Ａ×ｙ_０）
÷（√（Ａ^２×ｙ_０ ^２＋Ｂ^２×（Ｂ^２−ｙ_０ ^２））） … （５）
で与えられる。以下では、フィラメント６８ａの上端から射出される光線Ｌ１１，Ｌ１２について考える。この場合、フィラメント６８ａは、光軸ＯＡに垂直なｙ方向に２×ＦＲの長さを有しており、フィラメント６８ａの上端から楕円リフレクタＥＲに照射される光線Ｌ１１が入射する楕円上の点（ｘ_０，ｙ_０）への単位入射ベクトルＶｉ〔ｖｉ_ｘ，ｖｉ_ｙ〕は、
ｖｉ_ｘ＝（ｘ_０−ｆ）
÷｛√（（ｘ_０−ｆ）^２＋（ｙ_０−ＦＲ）^２）｝ … （６）
ｖｉ_ｙ＝（ｙ_０−ＦＲ）
÷｛√（（ｘ_０−ｆ）^２＋（ｙ_０−ＦＲ）^２）｝ … （７）
で与えられる。楕円上の点（ｘ_０，ｙ_０）での単位反射ベクトルＶｏ〔ｖｏ_ｘ，ｖｏ_ｙ〕は、
Ｖｏ＝Ｖｉ−２×（Ｖｉ・Ｎ）×Ｎ … （８）
で与えられる。詳細な計算は省略するが、式（４）〜（８）に基づいて単位反射ベクトルＶｏの各成分ｖｏ_ｘ，ｖｏ_ｙを精密に算出することができる。

以上のＶｏを利用して、楕円リフレクタＥＲで反射される光線Ｌ１１に関して、フィラメント６８ａのサイズに起因するマスク６１上での光軸ＯＡからのずれ量Ｄは、
Ｄ＝−（ｖｏ_ｙ／ｖｏ_ｘ）×（ｆ＋ｘ_０）＋ｙ_０ … （９）
となる。このずれ量Ｄは、フィラメント６８ａのサイズによってマスク６１の位置で光線Ｌ１１が広がる量を示しており、マスク６１の開口ＡＰに対してフィラメント６８ａからの光線Ｌ１１を過不足なく通すには、開口ＡＰの半径ＡＲをずれ量Ｄに等しくすることになる。つまり、開口ＡＰの開口径を２Ｄとすることで、第１焦点Ｆ１にあるフィラメント６８ａからの光線Ｌ１１が理想的な楕円リフレクタＥＲで反射されて開口ＡＰに集光した場合、ほとんどロスのない状態での光量検出が可能になる。よって、このような開口ＡＰを通過する光線Ｌ１１の強度を測定し、予め準備した基準値と比較すれば、理想的な楕円リフレクタＥＲと比較しての光量損失や、楕円リフレクタＥＲの焦点位置Ｆ１の位置ずれを判定することができる。つまり、楕円リフレクタＥＲが一定以上の精度を有する良品であるか否かを判定することができる。

また、楕円リフレクタＥＲの焦点位置Ｆ１がずれている場合にはフィラメント６８ａの位置をＸＹＺステージ装置７４を適宜動作させることにより、ＸＹ面内やＺ軸方向に関して変位させてフィラメント位置をアライメントすることにより楕円リフレクタＥＲにおける最適なフィラメント６８ａの位置を検出することができる。

楕円リフレクタＥＲに対して検査用ランプ光源６８のフィラメント位置をアライメントする際には、ＸＹＺステージ装置７４を動作させながらフィラメント６８ａの位置に対応付けて簡易照度計７７の検出出力を記録する。これにより、フィラメント６８ａの位置と検出光量とを関連させたマッピングが可能になり、検査用ランプ光源６８の適正位置の判定がより的確なものとなる。そして、検査用ランプ光源６８を含む発光装置６７を高圧水銀灯等の放電管に同一の配置で置き換えることで、間接的であるが楕円リフレクタＥＲに対して放電管を正確にアライメントすることができる。

以上の説明では、フィラメント６８ａの上端から前方に射出され光軸ＯＡに平行に射出される光線Ｌ１２等については、光量的に無視できるものとして説明を省略している。また、フィラメント６８ａの下端から射出される光線Ｌ２１，Ｌ２２については、上端からの光線Ｌ１１，Ｌ１２と同様であるものとして説明を省略している。

また、以上の説明では、フィラメント６８ａが光軸ＯＡに垂直なｙ軸方向に延びるが、これは、フィラメント６８ａの楕円リフレクタＥＲに対するアライメントがｙ軸方向に比較的精度を出し易いが光軸ＯＡ方向に比較的精度を出しにくいという事情があるからである。また、フィラメント６８ａを光軸ＯＡ方向延ばした場合、マスク６１の開口ＡＰとの対応関係が比較的不明確になって開口ＡＰのサイズ設定が容易でなくなるとともに楕円リフレクタＥＲの評価の精度が下がる傾向があるからである。

なお、以上の説明では、マスク６１の開口ＡＰが円形であるとしたが、開口ＡＰの形状は、楕円や長円とすることもできる。この場合、開口ＡＰの縦横比は、フィラメント６８ａの長手方向と短手方向との寸法比に対応させることができる。

以下、具体的な実施例について説明する。楕円リフレクタＥＲは、長軸半径Ａ＝３６ｍｍで、短軸半径Ｂ＝２６．８ｍｍで、焦点距離ｆ＝２４ｍｍであるものとした。そして、フィラメント６８ａの長さ２ＦＲ＝１ｍｍであるとして、楕円リフレクタＥＲへの光線Ｌ１１の入射位置を変化させた場合の、マスク６１の開口ＡＰ及び近傍への入射位置を計算した。結果を以下の表１に示す。

表１からも明らかなように、ｙの値が最も小さい７ｍｍでずれ量Ｄが最大値１．９９６２２になっており、マスク６１の開口ＡＰの半径ＡＲをこの値１．９９６２２に一致させることとした。結果的に、マスク６１の開口ＡＰの直径は４ｍｍとした。このような、マスク６１を利用した計測結果は、十分な再現性を有し、楕円リフレクタＥＲの良否判定や検査用ランプ光源６８の適正なアライメントが可能になった。

以上説明した本実施形態の検査装置によれば、マスク６１が検査用ランプ光源６８に組み込まれたフィラメント６８ａのサイズに基づいて設定されたサイズを有する開口ＡＰを備え、この開口ＡＰが固定状態の楕円リフレクタＥＲの第２焦点Ｆ２に固定されるので、フィラメント６８ａが有する形状の影響を低減した計測が可能になり、楕円リフレクタＥＲの特性を比較的正確に計測することができる。これにより、省エネで長時間運転でき点灯から短期間で安定するフィラメント型の検査用ランプ光源６８を用いて、楕円リフレクタＥＲの良否を迅速に判定することができ、或いは楕円リフレクタＥＲに対する光源位置の調整や評価が可能になる。

図３は、図１に示す検査装置を用いて製造した光源装置を組み込んだプロジェクタの構造を説明する概念図である。

このプロジェクタ１０は、システム光軸ＳＡに沿って、均一化した光源光を射出する光源装置２１と、光源装置２１から射出された照明光を赤・緑・青の３色に分離する分離照明系２３と、分離照明系２３から射出された各色の照明光によって照明される光変調部２５と、光変調部２５を経た各色の変調光を合成するクロスダイクロイックプリズム２７と、クロスダイクロイックプリズム２７から射出された像光を投射するための投射レンズ２９とを備える。

ここで、光源装置２１は、光源光を形成する光源ユニット２１ａと、この光源ユニット２１ａから射出された光源光を均一で所定の偏光方向の照明光に変換する均一化光学系２１ｃとを備える。光源ユニット２１ａは、高圧水銀ランプ等である光源ランプ２１ｍと、集光用の楕円ミラーである凹面鏡２１ｎと、コリメート用の凹レンズ２１ｏとを一体的に固定したものである。また、均一化光学系２１ｃは、光源光を部分光束に分割するための第１レンズアレイ２１ｄと、分割後の部分光束の広がりを調節する第２レンズアレイ２１ｅと、各部分光束の偏光方向を揃える偏光変換装置２１ｇと、各部分光束を対象とする照明領域に重畳して入射させる重畳レンズ２１ｉとを備えている。

分離照明系２３は、第１及び第２ダイクロイックミラー２３ａ，２３ｂと、光路折曲用のミラー２３ｍ，２３ｎ，２３ｏとを備え、システム光軸ＳＡを３つの光路ＯＰ１〜ＯＰ３に分岐することによって、照明光を青色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、及び赤色光ＬＢの３つの光束に分離する。なお、リレーレンズＬＬ１，ＬＬ２は、入射側の第１のリレーレンズＬＬ１の直前に形成された像を、ほぼそのまま射出側のフィールドレンズ２３ｈに伝達することにより、光の拡散等による光の利用効率の低下を防止している。

光変調部２５は、３色の照明光ＬＢ，ＬＲ，ＬＧがそれぞれ入射する３つの液晶ライトバルブ２５ａ，２５ｂ，２５ｃを備え、フィールドレンズ２３ｆ，２３ｇ，２３ｈを経て各液晶ライトバルブ２５ａ，２５ｂ，２５ｃに入射した各色光ＬＢ，ＬＲ，ＬＧを、駆動信号に応じて画素単位で強度変調する。

クロスダイクロイックプリズム２７は、交差するダイクロイック膜２７ａ，２７ｂを備えており、各液晶ライトバルブ２５ａ，２５ｂ，２５ｃからの変調光を合成した像光を射出する。投射レンズ２９は、クロスダイクロイックプリズム２７で合成された像光を適当な拡大率で不図示のスクリーン上にカラー画像として投射する。

図３のプロジェクタ１０に組み込まれる光源装置２１は、図１の検査装置を利用して調整し組み立てる工程を経ることによって製造される。すなわち、光源装置２１の光源ユニット２１ａは、凹面鏡２１ｎとして図１の検査装置で測定された楕円リフレクタＥＲを備え、アライメントされた検査用ランプ光源６８に代えて光源ランプ２１ｍを同様に固定したものである。

〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態に係る検査装置を説明する。第２実施形態に係る検査装置は、第１実施形態に係る検査装置を変更したものであり、特に説明しない部分については第１実施形態の装置と同様であるものとする。

図４は、第２実施形態の検査装置を説明する側方断面図である。この検査装置では、検査対象である楕円リフレクタＥＲを固定するためのホルダ７１が、楕円リフレクタＥＲ先端の射出口ＥＲａから後端側にかけての側面を周囲から保持する保持部材１７１ａと、楕円リフレクタＥＲの射出口ＥＲａを前方側から固定する固定部材１７１ｂとを備える。ここで、保持部材１７１ａと固定部材１７１ｂとの間には、円板状の絞り１６１が挟持されて固定されている。つまり、絞り１６１は、楕円リフレクタＥＲの射出口ＥＲａ近傍において光軸ＯＡに垂直に配置されている。絞り１６１には、円形の絞り孔ＡＰ２が形成されており、この絞り孔ＡＰ２は、楕円リフレクタＥＲの射出口ＥＲａに対して同心状に配置されている。ここで、絞り１６１は、特に楕円リフレクタＥＲ側に反射防止用の光吸収性のコートが施されており、絞り孔ＡＰ２の周囲に入射した光束を吸収するが、絞り孔ＡＰ２に入射した光束をそのまま通過させる。

絞り１６１は、以上のような局所的な遮光機能を有しており、楕円リフレクタＥＲの測定対象領域を制限するために用いられる。この場合、楕円リフレクタＥＲの回転軸に対応する光軸ＯＡに近い円形輪郭の凹面領域からの反射光のみが絞り孔ＡＰ２を通過し、さらにマスク６１の開口ＡＰを通過して、積分球７６内に入射して簡易照度計７７による計測が行われる。これにより、楕円リフレクタＥＲのうち光軸ＯＡに近い円形輪郭の中心凹面領域を通った検査光ＴＬのみの検出が可能になり、このような中心凹面領域の光学特性を選択的に計測することができる。

なお、絞り１６１は、固定部材１７１ｂの着脱を利用して着脱自在に構成されている。これにより、絞り１６１が楕円リフレクタＥＲの射出口ＥＲａ近傍に配置された場合と、絞り１６１が楕円リフレクタＥＲの射出口ＥＲａ近傍に配置されていない場合とにおいて、絞り孔ＡＰ２と開口ＡＰと通過した検査光ＴＬの光量を計測することができる。両計測によって得られた検査光ＴＬの光量を比較することで、絞り孔ＡＰ２に対応する中心凹面領域からの反射光の全体に対する割合が分かり、楕円リフレクタＥＲのうち中心凹面領域の面精度の相対的な評価が可能になり、逆に、楕円リフレクタＥＲのうち上記中心凹面領域を除いた残りの輪帯領域の面精度の相対的な評価も可能になる。

また、絞り１６１は、絞り孔ＡＰ２のサイズが異なる別タイプの絞り１６１と交換することができる。このことは、楕円リフレクタＥＲのうち任意の半径の中心凹面領域の面精度の評価が可能になり、サイズが異なる多数の絞り１６１を交換した計測によって、楕円リフレクタＥＲの反射面の光学特性の分布を同心状の任意の領域で計測することができることを意味する。

以上の計測は、通常、楕円リフレクタＥＲに対して検査用ランプ光源６８のフィラメント位置をアライメントした後の段階で行う。すなわち、予め絞り１６１をホルダ７１に固定しないでマスク６１の開口ＡＰのみを利用し、ＸＹＺステージ装置７４を動作させながらフィラメント６８ａの位置に対応付けて簡易照度計７７の検出出力を記録して、簡易照度計７７の検出出力が最大となるように検査用ランプ光源６８を予めセットした状態で、絞り１６１をホルダ７１に固定して上記のような計測を行う。

図５は、絞り１６１に形成された絞り孔ＡＰ２の役割を説明する図である。この場合も、図２の場合と同様に、楕円リフレクタＥＲのうち光軸ＯＡを通るｘｙ面について考える。

図５を参照して、楕円リフレクタＥＲのうち、測定対象領域である中心凹面領域の外周円上の任意の点（ｘ_ｄ，ｙ_ｄ）における単位法線ベクトルＮ〔ｎ_ｘ，ｎ_ｙ〕は、
ｎ_ｘ＝（−Ｂ×√（Ｂ^２−ｙ_ｄ ^２））
÷（√（Ａ^２×ｙ_ｄ ^２＋Ｂ^２×（Ｂ^２−ｙ_ｄ ^２））） … （９）
ｎ_ｙ＝（−Ａ×ｙ_ｄ）
÷（√（Ａ^２×ｙ_ｄ ^２＋Ｂ^２×（Ｂ^２−ｙ_ｄ ^２））） … （１０）
で与えられる。ここで、値Ａ，Ｂは、既述の式（１）でも用いた楕円半径を意味する。フィラメント６８ａの中心から楕円リフレクタＥＲに照射される光線Ｌ１３が入射する楕円上の点（ｘ_ｄ，ｙ_ｄ）への単位入射ベクトルＶｉ〔ｖｉ_ｘ，ｖｉ_ｙ〕は、既述の式（６），（７）と同様の手法を用いて
ｖｉ_ｘ＝（ｘ_ｄ−ｆ）
÷｛√（（ｘ_ｄ−ｆ）^２＋（ｙ_ｄ）^２）｝ … （１１）
ｖｉ_ｙ＝（ｙ_ｄ）
÷｛√（（ｘ_ｄ−ｆ）^２＋（ｙ_ｄ）^２）｝ … （１２）
で与えられる。楕円上の点（ｘ_ｄ，ｙ_ｄ）での単位反射ベクトルＶｏ〔ｖｏ_ｘ，ｖｏ_ｙ〕は、既述の式（８）と同様に
Ｖｏ＝Ｖｉ−２×（Ｖｉ・Ｎ）×Ｎ … （１３）
で与えられる。詳細な計算は省略するが、式（９）〜（１３）に基づいて、測定対象領域である中心凹面領域の外周円上の点（ｘ_ｄ，ｙ_ｄ）における単位反射ベクトルＶｏの各成分ｖｏ_ｘ，ｖｏ_ｙを精密に算出することができる。

以上のＶｏを利用して、測定対象領域である中心凹面領域の外周円上の点（ｘ_ｄ，ｙ_ｄ）で反射される光線Ｌ１３について考える。ここで、絞り１６１のｘ座標がＬであるものとすると、光線Ｌ１３の絞り１６１上での光軸ＯＡからの距離Ｄ２は、
Ｄ２＝−（ｖｏ_ｙ／ｖｏ_ｘ）×（−Ｌ＋ｘ_ｄ）＋ｙ_ｄ … （１４）
となる。この距離Ｄ２は、楕円リフレクタＥＲのうち測定対象領域である中心凹面領域の任意の点で反射される光線Ｌ１３が絞り１６１を通過する光軸ＯＡからの最大高さを示しており、上記中心凹面領域からの反射される光線Ｌ１３を選択的に通すには、絞り孔ＡＰ２の半径ＡＲ２を距離Ｄ２に等しくすることになる。つまり、絞り孔ＡＰ２の開口径を２×Ｄ２とすることで、中心凹面領域からの反射される光線Ｌ１３のみを通過させその他をカットすることができ、目的とする中心凹面領域から反射される光線Ｌ１３のみをマスク６１を介して簡易照度計７７に検出させることができる。

なお、以上の説明では、絞り１６１の絞り孔ＡＰ２が円形であるとしたが、絞り孔ＡＰ２の形状は、楕円や長円とすることもできる。各形状に対応した輪郭を有する測定対象領域からの反射光のみを絞り１６１及びマスク６１を介して簡易照度計７７に検出させることができる。

また、以上の説明では、絞り１６１の中央に絞り孔ＡＰ２を設けて絞り孔ＡＰ２の中心が光軸ＯＡを通るようにしているが、絞り孔ＡＰ２を光軸ＯＡに対して偏芯させて配置することもできる。図６は、変形例の絞り２６１に形成した絞り孔ＡＰ２の配置例を説明する正面図である。この場合、絞り２６１の周辺領域に、楕円リフレクタＥＲの射出口ＥＲａの直径に対して約１／３〜１／２程度の直径を有する円形の絞り孔ＡＰ２が形成されている。絞り２６１は、楕円リフレクタＥＲに対して、光軸ＯＡを中心とする回転姿勢を変化させることができ、例えば実線で示す初期位置から９０°、１８０°、及び２７０°回転させて、一点鎖線で示す位置に絞り孔ＡＰ２を順次移動させることができる。この場合、楕円リフレクタＥＲの反射面を４象限に分割して検査することが可能になる。

以下、具体的な実施例について説明する。測定対象の楕円リフレクタＥＲは、第１実施形態で説明した具体例と同様に、長軸半径Ａ＝３６ｍｍで、短軸半径Ｂ＝２６．８ｍｍで、焦点距離ｆ＝２４ｍｍ測定対象領域の半径を１０ｍｍであるものとして、絞り孔ＡＰ２の開口径を計算した。

測定対象領域である中心凹面領域の外周円の半径を１０ｍｍとした場合、距離Ｄ２が４．１８ｍｍ程度となり、絞り孔ＡＰ２の開口径を８．４ｍｍとした。これにより、楕円リフレクタＥＲの光軸ＯＡから１０ｍｍ以内の内側領域と、光軸ＯＡから１０ｍｍ以上の外側領域とにおける面精度の評価が可能になった。

以上説明した第２実施形態の検査装置によれば、開口ＡＰを備えるマスク６１の他に、絞り孔ＡＰ２を有し楕円リフレクタＥＲの射出口ＥＲａ近傍に設置される絞り１６１をさらに備える。この場合、楕円リフレクタＥＲのうち絞り１６１絞り孔ＡＰ２に対応する特定の反射領域からの光束を選択的に透過させて検査することができる。つまり、楕円リフレクタＥＲの反射面のうち目的とする測定対象領域である中心凹面領域等を選択して光学特性の良否を判定することができる。

以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

例えば上記実施形態では、楕円リフレクタＥＲの検査を行ったが、球面リフレクタの検査も可能である。この場合、その形状に由来する焦点位置（中心）からずれた点である第１焦点位置において光軸に垂直に延びるフィラメント６８ａを配置し、第１焦点位置の像が形成される点である第２焦点位置にマスク６１の開口ＡＰを配置する。開口ＡＰのサイズは、フィラメント６８ａの長さや球面リフレクタの形状に合わせて上記と同様に決定する。

また、積分球７６と簡易照度計７７とによってマスク６１を経た光束の光量を検出する代わりに、マスク６１を経た光束をマスク６１背面に配置したスクリーンに投射して投射パターンを観察又は計測することもできる。

楕円リフレクタを検査するための第１実施形態の検査装置の構成を説明する側面図である。 マスクの開口サイズを算出する方法を説明する図である。 図１の検査装置を用いて製造した光源装置及びプロジェクタを説明する図である。 楕円リフレクタを検査するための第２実施形態の検査装置の構成を説明する側面図である。 絞りの絞り孔サイズを算出する方法を説明する図である。 図４の検査装置の変形例を説明する概念図である。

符号の説明

１０…プロジェクタ、 ２１…光源装置、 ２１ａ…光源ユニット、 ２１ｍ…光源ランプ、 ２１ｎ…凹面鏡、 ２３…分離照明系、 ２５…光変調部、 ２７…クロスダイクロイックプリズム、 ２９…投射レンズ、 ６１…マスク、 ６７…発光装置、 ６８…検査用ランプ光源、 ６８ａ…フィラメント、 ７１…ホルダ、 ７２…光源変位装置、 ７３…支持部材、 ７４…ＸＹＺステージ装置、 ７５…電源装置、 ７６…積分球、 ７７…簡易照度計、 ７７ｂ…光センサ、 １６１…絞り、 ＡＰ…開口、 ＡＰ２…絞り孔、 ＥＲ…楕円リフレクタ、 Ｆ１…第１焦点、 Ｆ２…第２焦点、 ＯＡ…光軸、 ＲＯ…開口、 ＴＬ…検査光

Claims (16)

1. 検査対象である凹面リフレクタを固定するホルダと、
   発光部にフィラメントを有し、前記フィラメントが前記ホルダに固定された状態の前記凹面リフレクタの第１焦点位置近傍において光軸に垂直な方向に延びるように配置されるランプ光源と、
   前記ランプ光源を変位させる光源変位装置と、
   前記フィラメントのサイズに基づいて設定された所定サイズの開口を有し、前記開口が前記ホルダに固定された状態の前記凹面リフレクタの第２焦点位置近傍に配置されるように固定されるマスクと、
   前記マスクの前記開口を経た光束を検出する光検出装置と
   を備える凹面リフレクタの検査装置。
2. 前記開口の前記所定サイズは、前記フィラメントが延びる光軸に垂直な方向の長さに基づいて決定される請求項１記載の凹面リフレクタの検査装置。
3. 前記光源変位装置は、前記ランプ光源を前記第１焦点位置近傍で３次元的に変位させる請求項１及び請求項２のいずれか一項記載の凹面リフレクタの検査装置。
4. 前記光検出装置は、前記マスクの前記開口を経た光束の光量を計測する請求項１から請求項３のいずれか一項記載の凹面リフレクタの検査装置。
5. 前記光検出装置は、前記マスクの前記開口に対向する入射ポートを有する積分球と、前記積分球内の明るさを検出する光センサとを含む請求項４記載の凹面リフレクタの検査装置。
6. 前記凹面リフレクタは、回転楕円体の反射面形状を有する請求項１から請求項５のいずれか一項記載の凹面リフレクタの検査装置。
7. 所定サイズの絞り孔を有するとともに前記凹面リフレクタの射出口近傍に設置される絞りをさらに備える請求項１から請求項６のいずれか一項記載の凹面リフレクタの検査装置。
8. 前記絞り孔は、前記凹面リフレクタの射出口に対して同心状に配置され、前記絞り孔の前記所定サイズは、前記凹面リフレクタの測定対象領域のサイズに対応して決定される請求項７記載の凹面リフレクタの検査装置。
9. 前記絞りは、前記凹面リフレクタの射出口近傍に着脱可能に固定される請求項７及び請求項８のいずれか一項記載の凹面リフレクタの検査装置。
10. 前記絞りは、前記光源変位装置によって前記ランプ光源を変位させてアライメントした後に前記凹面リフレクタの射出口近傍に固定される請求項９記載の凹面リフレクタの検査装置。
11. 前記光検出装置は、前記絞りが前記凹面リフレクタの射出口近傍に配置された場合と、前記絞りが前記凹面リフレクタの射出口近傍に配置されていない場合とにおいて、前記絞り孔及び前記開口を経た光束の光量を計測する請求項９及び請求項１０のいずれか一項記載の凹面リフレクタの検査装置。
12. 検査対象である凹面リフレクタを固定する工程と、
    発光部にフィラメントを有するランプ光源を、前記フィラメントが固定された状態の前記凹面リフレクタの第１焦点位置近傍において光軸に垂直な方向に延びるように配置する工程と、
    前記フィラメントのサイズに基づいて設定された所定サイズの開口を有するマスクを、前記開口が前記ホルダに固定された状態の前記凹面リフレクタの第２焦点位置近傍に配置されるように固定する工程と、
    前記ランプ光源を変位させる工程と、
    前記マスクの前記開口を経た光束を光検出装置によって検出する工程と
    を備える凹面リフレクタの検査方法。
13. 前記光検出装置による光検出結果に基づいて、前記凹面リフレクタに対する前記ランプ光源の位置を調整する請求項１２記載の凹面リフレクタの検査方法。
14. 所定サイズの絞り孔を有する絞りを前記凹面リフレクタの射出口近傍に設置した状態で前記絞り孔と前記開口とを経た光束を光検出装置によって検出する工程をさらに備える請求項１２及び請求項１３記載の凹面リフレクタの検査方法。
15. 検査対象である凹面リフレクタを固定する工程と、
    発光部にフィラメントを有するランプ光源を、前記フィラメントが固定された状態の前記凹面リフレクタの第１焦点位置近傍において光軸に垂直な方向に延びるように配置する工程と、
    前記フィラメントのサイズに基づいて設定された所定サイズの開口を有するマスクを、前記開口が前記ホルダに固定された状態の前記凹面リフレクタの第２焦点位置近傍に配置されるように固定する工程と、
    前記ランプ光源を変位させる工程と、
    前記マスクの前記開口を経た光束を光検出装置によって検出する工程と
    を備える光源装置の製造方法。
16. 所定サイズの絞り孔を有する絞りを前記凹面リフレクタの射出口近傍に設置した状態で前記絞り孔と前記開口とを経た光束を光検出装置によって検出する工程をさらに備える請求項１５記載の光源装置の製造方法。

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