JP2009276099A

JP2009276099A - 反射曲面形状検査方法

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Publication number: JP2009276099A
Application number: JP2008125333A
Authority: JP
Inventors: Souto Katsura; 宗涛葛
Original assignee: Fujinon Corp
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 2008-05-12
Filing date: 2008-05-12
Publication date: 2009-11-26

Abstract

【課題】所定の光学系の光路上に配設される被検反射曲面の形状が適格か否かを、簡易かつ短時間で判定することが可能な反射曲面形状検査方法を得る。
【解決手段】検査用投影光学系４０内に非球面ミラー５０を配設し、透過型液晶パネル３０に検査用原画像を表示する。検査用スクリーン６０上に検査用原画像の相似拡大像を投影し、撮像カメラ７１によりその画像データを取得する。取得された画像データをフーリエ変換し、空間周波数領域におけるスペクトル関数のグラフを求める。このスペクトル関数のグラフにおいて、検査用原画像が有する所定の空間周波数に対応したピーク部を特定し、そのピーク部の高さおよび半値幅に基づき、非球面ミラー５０の形状が適格か否かを判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像表示装置等の光学系の光路上に配設される非球面ミラー等の反射曲面の形状を検査するための反射曲面形状検査方法に関する。

近年、特にリア型の画像投写装置（リアプロジェクタ）において、スクリーンの大画面化を達成しつつ装置の小型化、特に奥行寸法の短縮化を図るために、非球面ミラーを用いて極めて広角な投影を実現するように構成された種々の光学系が提案されている。

上記非球面ミラーは、光学系内において、光路を折り曲げつつ光束を収束させたり発散させたり、あるいはレンズ等の他の光学素子で発生する歪曲収差を補正するなど、各々の光学系において要求される種々の機能を担うようになってきており、それに伴い形状も複雑となり、かつ高精度なものが要求されている。

従来、このような非球面ミラー等の反射曲面の形状を検査する手法としては、検査対象となる反射曲面（以下「被検反射曲面」と称する）を、プローブにより走査してその形状を測定する手法が広く用いられている（下記特許文献１参照）。

特開２００５−２０１６５６号公報

しかしながら、プローブを用いた上述の手法は、被検反射曲面の形状を高精度に測定し得るという利点があるものの、被検反射曲面の全域を走査するのに多大な時間を要するため、検査対象が多数に及ぶ量産品の適格検査には適さないという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、所定の光学系の光路上に配設される被検反射曲面の形状が適格か否かを、簡易かつ短時間で判定することが可能な反射曲面形状検査方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の反射曲面形状検査方法は、以下のような特徴を備えている。

すなわち、本発明に係る反射曲面形状検査方法は、原画像表示面からの光束により、該原画像表示面に表示された原画像と相似形状をなす像を結像せしめるように構成された所定の光学系において、該所定の光学系の光路上に配設される被検反射曲面の形状を検査するための反射曲面形状検査方法であって、
検査用光学系に前記被検反射曲面を配設し、
前記検査用光学系の原画像表示面に、所定の空間周波数を有する縞状の検査用原画像を表示し、
前記被検反射曲面を含む前記検査用光学系によって、前記検査用原画像と相似形状をなす検査用像を結像せしめ、
結像された前記検査用像を撮像して該検査用像の画像データを取得し、
取得された前記画像データをフーリエ変換して空間周波数領域におけるスペクトル関数のグラフを求め、
求められた前記スペクトル関数のグラフにおいて前記所定の空間周波数に対応したピーク部を特定し、
特定された前記ピーク部の形状に基づいて、前記被検反射曲面の形状が適格か否かを判定することを特徴とする。

また、前記ピーク部の状態に基づく判定においては、ピーク部の高さが所定の高さ以上となることを適格と判定するための必要条件とすることや、ピーク部の幅が所定の幅以下となることを、適格と判定するための必要条件とすることができる。

また、前記所定の光学系は、前記原画像と相似形状をなす像をスクリーンに投影するように構成された投影光学系とすることができる。

なお、上記検査用光学系とは、上記所定の光学系と光学的に等価なものであり、該所定の光学系の設計通りに高精度に構成されたものであることが好ましい。

本発明に係る反射曲面形状検査方法は、上述の特徴を備えていることにより、以下のような作用効果を奏する。

すなわち、本発明の反射曲面形状検査方法では、検査用光学系の原画像表示面に、所定の空間周波数を有する縞状の検査用原画像を表示せしめ、このとき結像される検査用像の画像データをフーリエ変換して得られるスペクトル関数のグラフにおいて、所定の空間周波数に対応したピーク部を特定し、このピーク部の形状に基づいて被検反射曲面の形状が適格か否かを判定する。

被検反射曲面の形状が設計形状と高精度に一致する場合、上記ピーク部は、上記所定の空間周波数の位置で鋭く高く立ち上がるような鋭利な形状となる。一方、被検反射曲面の形状が設計形状と異なる場合、上記ピーク部は、低くて裾野が広がったような鈍い形状となる。

したがって、このピーク部の形状に基づき、被検反射曲面の形状が設計規格に適ったものであるか否かを容易に判定することが可能となる。

また、本発明の反射曲面形状検査方法は、被検反射曲面の全域をプローブにより走査する必要がある従来技術に比較して、検査に要する時間を大幅に短縮化することができるので、検査対象が多数に及ぶ量産品の適格検査用として好適なものとなる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態に係る反射曲面形状検査方法を実施するための検査解析系の概略図である。

本実施形態の反射曲面形状検査方法は、製品として出荷される不図示のリアプロジェクタに搭載される、所定の光学系としての投影光学系（以下「製品投影光学系」と称する）において、該製品投影光学系の光路上に配設される、被検反射曲面となる非球面ミラー５０の形状検査を、図１に示す検査解析系１０を用いて行うものである。

この検査解析系１０は、検査用照明光学系２０と、検査用原画像表示画面を構成する画像表示素子としての透過型液晶パネル３０と、上記非球面ミラー５０が光路上に配設される、検査用光学系としての検査用投影光学系４０と、検査用スクリーン６０と、撮像解析部７０とを備えてなる。

上記検査用照明光学系２０は、上記リアプロジェクタに搭載される照明光学系の設計通りに高精度に構成されたもので、ハロゲンランプ等の白色光源および放物面鏡等のリフレクタからなる光源部２１（レーザ光源やＬＥＤ光源等を用いることも可能）と、フライアイレンズ等からなるインテグレータ部２２（ロッドインテグレータを用いることも可能）と、照明レンズ系２３とを備えてなり、光源部２１から出力された光束により上記透過型液晶パネル３０を照明するように構成されている。

上記検査用投影光学系４０は、上記製品投影光学系の設計通りに高精度に構成されたもので、第１結像レンズ系４１および第２結像レンズ系４２（レンズ、絞り、フィルタ等が適宜配される）を備えてなり、上記透過型液晶パネル３０に表示される検査用原画像（詳しくは後述する）と相似形状をなす拡大された像（以下「相似拡大像」と称する）を、上記非球面ミラー５０を介して上記検査用スクリーン６０上に結像するように構成されている。

上記撮像解析部７０は、上記検査用スクリーン６０上に結像された上記相似拡大像を撮像してその画像データを取得する撮像カメラ７１と、取得された画像データに基づき各種解析および演算処理を行う、コンピュータ等からなる解析装置７２と、該解析装置７２による解析結果や画像を表示する表示装置７３と、キーボードやマウス等からなる入力装置７４とを備えてなる。

次に、上記透過型液晶パネル３０に表示する検査用原画像について説明する。図２は検査用原画像の一態様を示す図であり、図３は検査用原画像の他の態様を示す図である。

図２に示す検査用原画像８１は、図中のＸ軸方向に所定の空間周波数を有する（Ｘ軸方向に沿って正弦波的に画像濃度値が変化する）格子状の縞模様からなっている。

一方、図３に示す検査用原画像８２は、図中の中心点Ｏから任意の放射方向に所定の空間周波数を有する（放射方向に沿って正弦波的に画像濃度値が変化する）同心円状の縞模様からなっている。

以下、本実施形態に係る反射曲面形状検査方法の実施手順を説明する。なお、以下では図２に示す検査用原画像８１を用いる場合を例にとって説明する。

〈１〉図１に示す検査解析系１０の検査用投影光学系４０内に非球面ミラー５０を配設する。検査用投影光学系４０は、上記製品投影光学系と光学的に等価のものであり、検査用投影光学系４０への非球面ミラー５０の配設は、製品投影光学系への配設方法に準じて配設時の取付け誤差が所定の基準を満たすように行われる。

〈２〉図１に示す透過型液晶パネル３０に、図２に示す検査用原画像８１を表示する。

〈３〉図１に示す検査解析系１０を用いて、検査用スクリーン６０上に検査用原画像８１の相似拡大像を投影する。すなわち、検査用原画像８１を表示した透過型液晶パネル３０を検査用照明光学系２０により照明し、照明された透過型液晶パネル３０上の検査用原画像８１の相似拡大像を、非球面ミラー５０を含む検査用投影光学系４０により検査用スクリーン６０上に結像させる。

〈４〉図１に示す撮像カメラ７１を用いて、検査用スクリーン６０上に投影された検査用原画像８１の相似拡大像を撮像してその画像データを取得する（より詳細には、撮像カメラ７１において、該撮像カメラ７１内の２次元撮像素子（ＣＣＤやＣＭＯＳ等の２次元イメージセンサからなる）に相似拡大像と相似形状をなす像を結像せしめてその画像データを取得する）。

〈５〉図１に示す解析装置７２を用いて、取得された上記画像データをフーリエ変換し、空間周波数領域におけるスペクトル関数のグラフを求めるとともに、このスペクトル関数のグラフにおいて、上記検査用原画像８１が有する所定の空間周波数に対応したピーク部を特定する。

図４にスペクトル関数のグラフの一例を模式的に示す。図４に示すグラフは、空間周波数領域において図２中のＸ軸と対応するＵ軸上の空間周波数の分布を、２次元的に示すものである。なお、グラフの縦軸には、振幅スペクトルまたはパワースペクトルが適宜選択されて用いられる。

図４に示すグラフには、Ｕ軸上の０点位置（空間周波数が０の位置）に形成されたピーク部Ｐ_０と、Ｕ軸上の正の領域において空間周波数Ｕ_１の近傍に形成されたピーク部Ｐ_１と、Ｕ軸上の負の領域において空間周波数−Ｕ_１の近傍に形成されたピーク部Ｐ_１´とが観察される。ピーク部Ｐ_１は直流（ＤＣ）成分に対応するものであり、ピーク部Ｐ_１，Ｐ_１´が上記検査用原画像８１における所定の空間周波数に対応したものとなるが、本実施形態では正の領域にあるピーク部Ｐ_１を、上記所定の空間周波数に対応したピーク部として特定する（ピーク部Ｐ_１´を、上記所定の空間周波数に対応したピーク部として特定することも可能である）。

〈６〉特定されたピーク部Ｐ_１の状態に基づいて、非球面ミラー５０の形状が適格か否かを判定する。具体的には、ピーク部Ｐ_１の高さおよび幅（半値幅）に基づき判定を行う。

図５は適格判定の概要を示す図である。本実施形態では、ピーク部Ｐ_１の高さＨ_Ｐ１が予め設定された所定の高さＨ_ＴＨ以上となることを適格と判定するための第１の必要条件とし、ピーク部Ｐ_１の半値幅Ｗ_Ｐ１が予め設定された所定の幅Ｗ_ＴＨ以下となることを、適格と判定するための第２の必要条件とする。すなわち、第１および第２の必要条件を共に満たす場合には適格（○）と判定し、どちらか一方の必要条件でも満たさない場合には、不適格（×）と判定する。なお、適格判定の別態様として、第１および第２の必要条件のうちどちらか一方でも満たすときに適格と判定し、両方とも満たさないときには不適格と判定するようにしてもよい。

また、上記説明では、図２に示す検査用原画像８１を用いているが、この検査用原画像８１を９０度回転させた画像（Ｙ軸方向に所定の空間周波数を有する格子状の縞画像）を用いることも可能である。また、検査用原画像８１を用いた検査と、検査用原画像８１を９０度回転させた画像を用いた検査とを共に行い、２つの検査の結果に基づき、非球面ミラー５０の形状の適否を判定するようにしてもよい。同様に、図３に示す検査用原画像８２を用いた検査も可能である。この場合は、任意の方向にそれぞれ所定の空間周波数を有することになるので、任意の方向（互いに異なる複数の方向を選択することも可能）に沿った空間周波数領域でのグラフを用いた検査を行うことができる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、種々に態様を変更することが可能である。

例えば、上述の実施形態では、被検反射曲面としての非球面ミラー５０が、リア型のプロジェクタに搭載される投影光学系に配設されるものとされているが、本発明は、被検反射曲面がフロント型のプロジェクタに搭載される投影光学系に配設される場合は勿論のこと、被検反射曲面が投影光学系以外の他の結像光学系に配設される場合でも、同様に適用することが可能である。

また、上述の実施形態では、検査用原画像表示画面が透過型液晶パネル３０により構成されているが、検査用原画像表示画面が、反射型液晶パネルやＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）等の画像表示素子により構成されるものでも構わない。

また、図１では、被検反射曲面としての非球面ミラー５０が凹面状に表示されているが、本発明は被検反射曲面の形状を問わず適用することが可能である。例えば、被検反射曲面が凸面状であったり、凹面と凸面とを組み合わせた形状であったりしても、同様に適用することが可能である。

一実施形態の反射曲面形状検査方法に用いる検査解析系の概略図検査用原画像の一態様を示す図検査用原画像の他の態様を示す図スペクトル関数のグラフの一例を模式的に示す図適格判定の概要を示す図

符号の説明

１０検査解析系
２０検査用照明光学系
２１光源部
２２インテグレータ部
２３照明レンズ系
３０透過型液晶パネル
４０検査用投影光学系
４１第１結像レンズ系
４２第２結像レンズ系
５０非球面ミラー
６０検査用スクリーン
７０撮像解析部
７１撮像カメラ
７２解析装置
７３表示装置
７４入力装置
８１，８２検査用原画像
Ｐ_０，Ｐ_１，Ｐ_１´ ピーク部

Claims

原画像表示面からの光束により、該原画像表示面に表示された原画像と相似形状をなす像を結像せしめるように構成された所定の光学系において、該所定の光学系の光路上に配設される被検反射曲面の形状を検査するための反射曲面形状検査方法であって、
検査用光学系に前記被検反射曲面を配設し、
前記検査用光学系の原画像表示面に、所定の空間周波数を有する縞状の検査用原画像を表示し、
前記被検反射曲面を含む前記検査用光学系によって、前記検査用原画像と相似形状をなす検査用像を結像せしめ、
結像された前記検査用像を撮像して該検査用像の画像データを取得し、
取得された前記画像データをフーリエ変換して空間周波数領域におけるスペクトル関数のグラフを求め、
求められた前記スペクトル関数のグラフにおいて前記所定の空間周波数に対応したピーク部を特定し、
特定された前記ピーク部の形状に基づいて、前記被検反射曲面の形状が適格か否かを判定することを特徴とする反射曲面形状検査方法。
前記ピーク部の状態に基づく前記判定において、該ピーク部の高さが所定の高さ以上となることを前記適格と判定するための必要条件とする、ことを特徴とする請求項１記載の反射曲面形状検査方法。
前記ピーク部の状態に基づく前記判定において、該ピーク部の幅が所定の幅以下となることを、前記適格と判定するための必要条件とする、ことを特徴とする請求項１または２記載の反射曲面形状検査方法。
前記所定の光学系は、前記原画像と相似形状をなす像をスクリーンに投影するように構成された投影光学系である、ことを特徴とする請求項１〜３までのいずれか１項記載の反射曲面形状検査方法。