JP4639114B2

JP4639114B2 - ロッドレンズアレイの検査方法

Info

Publication number: JP4639114B2
Application number: JP2005152704A
Authority: JP
Inventors: 菊枝入江; 進吾犬塚; 憲史廣田
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 2005-05-25
Filing date: 2005-05-25
Publication date: 2011-02-23
Anticipated expiration: 2025-05-25
Also published as: JP2006329773A

Description

本発明は、複数のロッドレンズが配列されたロッドレンズアレイの検査方法に関し、より詳しくは、ロッドレンズアレイを構成する各ロッドレンズ中のクラックや異物、表面のキズや汚れ付着などによる不整要因を高精度に検査する方法に関するものである。

屈折率分布型ロッドレンズアレイ（以下レンズアレイともいう）は、２枚の基板間に屈折率分布型ロッドレンズ（以下ロッドレンズともいう）を１列あるいはその上に並べて多段に配列された構造を有し、ＦＡＸ、イメージスキャナー、コピー機、プリンター等の画像処理装置において、画像の読み取りあるいは書き込みのための光学部品として使用されている。

レンズアレイは、出荷検査において、各ロッドレンズ中のクラックや異物、表面のキズや汚れ付着などによる不整要因を検査する必要がある。これら不整要因は、その程度に応じてロッドレンズの解像度を劣化させる。

従来、ロッドレンズのクラックや、異物混入、表面のキズ・汚れなどの検査は目視によって行われてきた。近年、高解像度化の要求に伴い、レンズアレイに使用されるロッドレンズの直径は細径化する傾向にあり、直径３５０μｍ程度のロッドレンズでは肉眼による目視検査では対応できず、顕微鏡等により拡大して目視検査が行われていた。このような目視検査ではかなり精密な検査ができるというメリットはあるものの、検査結果には個人差があり欠陥を見落とすことや検査に時間がかかり過ぎるという問題があった。

このような目視検査に対してレンズアレイを自動で検査する方法として、特許文献１に示されるような検査方法が提案されている。この検査方法は、レンズアレイ中の各ロッドレンズに平行光を入射し、各ロッドレンズから出射した光を、隣接するロッドレンズからの出射光の影響を排除して受光することにより、各ロッドレンズ単独の伝達光量あるいは光量分布を求め、予め設定した良否判断基準と比較して良品・不良品を選別するというものである。このような方法では、欠陥が大きい場合は伝達光量の減少あるいは光量分布の変化を測定できるが、微小な欠陥までは検出できないという欠点がある。つまり、欠陥が微小であればその欠陥から生じる光量変化は微小であるので、基準と伝達光との差異が極めて少なくなり検出が不可能となる。更に、測定した光量分布と予め決められた所定の光量分布との比較処理を個々のロッドレンズについて行うという操作は大変煩雑であり、１つのレンズアレイの検査に長時間を要するという欠点がある。
特開平８−１５０９０号公報

前述の通り、近年、レンズアレイには更なる高解像度が要求されるようになってきており、従来の方法では十分な精度で検査できなかった。また、従来の検査方法では、１つのレンズアレイの検査に時間がかかりすぎるため、迅速な処理が可能な検査方法が求められていた。

そこで本発明の目的は、レンズアレイの光学特性を劣化させる不整要因を十分な精度で、簡便かつ迅速に検出可能な検査方法を提供することにある。

本発明は、複数のロッドレンズが配列されたロッドレンズアレイの各ロッドレンズに検査光を入射し、当該各ロッドレンズから出射した散乱光を測定することにより、ロッドレンズアレイの良否判定を行うロッドレンズアレイの検査方法であって、
前記ロッドレンズアレイを構成する各ロッドレンズに検査光を入射するための光源と当該各ロッドレンズから出射された散乱光を測定するための検出器との間の測定領域内で隣り合うロッドレンズに順次検査光が入射されるようにロッドレンズの配列方向に該ロッドレンズアレイを相対的に移動させながら、各ロッドレンズの光軸に垂直な平面において、各ロッドレンズの光軸を結ぶラインから平行にシフトしたライン上の出射光量を連続して測定することを特徴とするロッドレンズアレイの検査方法に関する。

また本発明は、上記の各ロッドレンズから出射した光が一点に集束する位置から離れた位置で散乱光を測定する、上記のロッドレンズアレイの検査方法に関する。
また本発明は、上記の各ロッドレンズの光軸に垂直な平面上の位置であって当該各ロッドレンズから出射した光が一点に集束する位置から離れた位置に到達する散乱光を測定する、上記のロッドレンズアレイの検査方法に関する。

上記本発明の検査方法において、前記検出器は、検査速度の観点からラインセンサーを用いることができ、また前記検出器は、感度の観点からその光導入側に対物レンズを設けることができる。

本発明によれば、レンズアレイの各ロッドレンズ中のクラックや異物、表面のキズや汚れ付着などの光学特性を劣化させる不整要因を十分な精度で、簡便かつ迅速に検出でき、レンズアレイの良否判定を正確かつ速やかに行うことができる。

本発明の主な特徴は、レンズアレイを構成する各ロッドレンズに光を入射し、当該各ロッドレンズから出射した散乱光を測定することにより、レンズアレイの良否判定を行うことにある。

本発明の検査方法は、屈折率が中心軸から外周面に向かって次第に小さくなる屈折率分布を有する円柱状のロッドレンズの複数本がその中心軸が互いに平行になるように配列固定されたレンズアレイの検査に効果的に適用することができる。レンズアレイを構成するロッドレンズは、その中心軸に垂直方向に１列に配列され、あるいはその列上に積み重ねて多段に２列以上配列されていてもよい。これらのロッドレンズは、２枚の基板間に配列され、ロッドレンズ間の空間、ロッドレンズと基板間の空間に接着剤を充填することにより固定することができる。また、これらのロッドレンズは、プラスチック製又はガラス製のものを用いることができる。

本発明では、被検ロッドレンズの一端面に光を入射し、他端面から出射する光を測定する際、その屈折率分布に応じて伝達された伝達光ではなく、光伝達過程で起こる不整要因によって生じた散乱光を測定している。このように散乱光に照準をあててその強度を測定することにより、極めて微小な欠陥から生じる散乱光まで検出可能となる。つまり、本発明による検出方法では、欠陥のない状態では基本的に散乱光は観測されない。欠陥によって生じる散乱光のみを計測するという方法は、本質的に信号成分とノイズ成分との差異を際立たせて検出できるという点で優れている。

また、本発明による検査方法における良品・不良品の判定は、ある一定の閾値を基準に散乱光の強度を比較するだけの極めて単純な方法で行うことができる。この判定に要する演算時間は大変短いので、レンズアレイを光源部と検出部の間で走査してレンズアレイの端から端まで測定するために要する時間を十分短くできる。

次に、本発明の実施の形態を詳細に説明する。

図１に、本実施形態の検査方法を説明するための模式的斜視図を示す。本実施形態は、基板３、４間にロッドレンズ２の複数本が配列固定されたレンズアレイ１について検査を行う例であり、図１に示すように、被検レンズアレイ１を構成するロッドレンズ２の一方の端面から、光源部１１の光を入射させ、その反対側の端面から出射される光を光検出器１２で検出する。このとき、ロッドレンズの光軸方向（中心軸方向）をｚ軸とし、レンズアレイのロッドレンズが多数本並べられている配列方向（光軸に垂直方向）をｘ軸、基板に垂直な方向をｙ軸とする。

図２及び図３は、ｚ−ｙ平面における本発明の検出方法の概要を表わす模式図である。ロッドレンズ１から出射した光線が集光（収束）するような入射光をロッドレンズの一方の端面に入射させる。たとえば、ロッドレンズに平行光を入射させると出射光は１点に収束するような状態となる。もし、この被検ロッドレンズの内部あるいは表面に欠陥がなければ、入射光はそのロッドレンズの屈折率分布から導かれるレンズ効果により出射端の後方の１点あるいはその点の極近傍に集まる。そして、図２に示すように、その焦点に集まった光線の影響を受けない位置ではロッドレンズによる伝達光は検出部１２により観測されない。

しかし、欠陥があるロッドレンズであれば、焦点における像は広がりのあるパターンや、ある特定の方向に散乱されたパターンとなり、図３に示すように焦点から離れた位置で検出部１２により散乱光が観測される。

上述の現象をわかり易く説明するために、光検出器としてＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサーやＭＯＳイメージセンサー等のエリアセンサー用いた場合を例にとる。図４に示すように、伝達光の焦点を通り且つｚ軸に垂直な平面を平面Ｓとし、この平面Ｓにおける光量分布を対物レンズ１２１によってその後方に置かれた検出器１２２（ＣＣＤエリアセンサー）で観察すると、図５に示すようなパターン画像が得られる。これらは異なるロッドレンズ３本によって形成された平面Ｓにおけるパターン画像である。図５（ａ）は不整がないロッドレンズによるパターン画像であり、図５（ｂ）及び図５（ｃ）は不整がある場合のパターン画像である。図５中の破線で表わされている直線ｙ＝ｙ₁上で光量分布を測定すれば、不整があるロッドレンズに対応する位置で散乱光を観測でき、不整の無いロッドレンズに対応する位置では散乱光は観測されない。ここで、直線ｙ＝ｙ₀は、各ロッドレンズの光軸（中心軸）と垂直に交差するラインに相当する。

この画像からわかるように、散乱光の検出位置は前述の破線で表わされている直線上のみに限らず、たとえば伝達光をマスクした画像位置で適当な場所を決めて散乱光を測定することもできる。

ここでは、簡単のために光源部からの入射光が平行光であるとして説明したが、入射光としては点光源からの拡散光でも平行光と同様に焦点を結ぶようにすることが可能であり、本発明の検出方法に適用できる。また、光源は単色光でも白色光がでもよいが、特定の波長で測定したい場合は所望の波長で発振するレーザー光を用いたり、白色光源と色フィルターにより形成された単色光を用いたりすることもできる。

散乱光を計測する位置は、伝達光は測定されないが散乱光は測定される位置であれば特に限定されないが、ロッドレンズの半径をｒとしたとき、平面Ｓ上で、焦点を基準にして０．１ｒ〜２ｒ程度離れた位置に到達する散乱光を測定することが好ましい。

また、光検出器の位置は特に限定されないが、平面Ｓ上に置くことが好ましく、ある程度の空間分解能が必要となる場合は、平面Ｓの後方に対物レンズ等を設けてその後方に拡大投影できる位置に光検出器を置くという構成が望ましい。その際、対物レンズ前面と平面Ｓとの距離（作動距離）は１ｍｍ〜５０ｍｍ程度の範囲が好ましい。

光検出器としては、フォトダイオードやラインセンサー、エリアセンサーなどを使用できる。前述のように、図５に示されるような画像データから散乱光のみを観測できるライン上の光量分布を計測する場合、エリアセンサーより応答速度が速いラインセンサーを用いることにより、より一層迅速な検査を行うことができる。

レンズアレイの良否を判定するためには、図１に示すレンズアレイ１を光源部１１と光検出部１２の間でｘ軸方向に走査させて、直線ｙ＝ｙ₁上の位置における散乱光をレンズアレイの一端から他端まで、レンズアレイを構成するロッドレンズ１の全部に渡って計測し、予め設定した合格基準となる光量と比較して良否を判定するという方法を実施することができる。

上記のようにロッドレンズが１列に配列されたレンズアレイの検査と同様に、ロッドレンズが２列以上多段に配列されたレンズアレイを検査する場合についても、伝達光は測定されないが散乱光は測定される位置を適宜選択し、レンズアレイを構成するロッドレンズ全部に渡って測定が行われるようにレンズアレイを走査することによって、各ロッドレンズの不整から生じる散乱光を計測し、レンズアレイの良否を判定することができる。

Ａ４版の画像の読み取りあるいは書き込みのための部品として使用するために、直径３５０μｍのロッドレンズ（屈折率分布定数ｇ＝０．８４[ｍｍ^-1]）を有効長２１０ｍｍとなるように１列に並べたレンズアレイを用意した。欠陥のない良品レンズアレイとクラックや表面キズや汚れのある不良品レンズアレイについて、散乱光の測定を行った。

ロッドレンズへの入射光として波長６３３ｎｍのヘリウムネオンレーザー光を用い、ロッドレンズの一方の端面に直接入射させた。

光検出部１２は、図２及び図３に示すように、２０倍の対物レンズ１２１と、長さ１２５μｍで５０μｍピッチのＣＣＤラインセンサー１２２より構成されたものを用い、対物レンズ前方にある像をその後方に位置するＣＣＤラインセンサーに結像させた。この場合、ＣＣＤラインセンサー１素子当りの空間分解能は２．５μｍということになる。

この光検出部は、その対物レンズの光軸が、ＣＣＤラインセンサーによって直接伝達光は計測されないが所望の感度で散乱光を測定できる位置として、ロッドレンズの光軸位置からｙ軸方向に３００μｍずらした位置に配置されるように固定した。そして、ＣＣＤラインセンサー中心付近の最大値となる値を散乱光の光量とした。

図１に示すように、レンズアレイ１をｘ軸方向に走査し、レンズアレイを構成するロッドレンズ１の全部が測定されるように全体に渡って散乱光の光量を測定した。

図６及び図７はそれぞれ不良品レンズアレイ及び良品レンズアレイの測定結果である。図の横軸はレンズアレイの端からｘ軸方向の距離であり、縦軸は散乱光の光量（相対値）を表わしている。ここで、判定基準としてレンズアレイ全体に渡ってすべての場所で光量が２以下であれば良品であると定義すると、これら測定結果より、図６の結果を示すレンズアレイは不良品として判定され、図７の結果を示すレンズアレイは良品として判定することができる。

本発明によれば、レンズアレイを構成する各ロッドレンズ中のクラックや異物、表面のキズや汚れ付着などによる不整要因を十分な精度で、簡便かつ迅速に検出でき、レンズアレイの良否判定を正確かつ速やかに行うことできる。よって、出荷品の良品率を高めることができるとともに、レンズアレイの検査コストを削減することが可能となる。

レンズアレイの検査方法を説明するための模式的斜視図レンズアレイの検査方法の模式的説明図（散乱光がない場合）レンズアレイの検査方法の模式的説明図（散乱光がある場合）レンズアレイの検査方法の模式的説明図（画像を検出する場合）伝達光の焦点を含むｘｙ平面内での出射光パターン画像不良品レンズアレイの検査結果（散乱光分布）を示す図良品レンズアレイの検査結果（散乱光分布）を示す図

符号の説明

１レンズアレイ
２ロッドレンズ
３基板
４基板
１１光源部
１２光検出部
１２１対物レンズ
１２２検出器

Claims

複数のロッドレンズが配列されたロッドレンズアレイの各ロッドレンズに検査光を入射し、当該各ロッドレンズから出射した散乱光を測定することにより、ロッドレンズアレイの良否判定を行うロッドレンズアレイの検査方法であって、
前記ロッドレンズアレイを構成する各ロッドレンズに検査光を入射するための光源と当該各ロッドレンズから出射された散乱光を測定するための検出器との間の測定領域内で隣り合うロッドレンズに順次検査光が入射されるようにロッドレンズの配列方向に該ロッドレンズアレイを相対的に移動させながら、各ロッドレンズの光軸に垂直な平面において、各ロッドレンズの光軸を結ぶラインから平行にシフトしたライン上の出射光量を連続して測定することを特徴とするロッドレンズアレイの検査方法。
前記の各ロッドレンズから出射した光が一点に集束する位置から離れた位置で散乱光を測定する、請求項１に記載のロッドレンズアレイの検査方法。
前記の各ロッドレンズの光軸に垂直な平面上の位置であって当該各ロッドレンズから出射した光が一点に集束する位置から離れた位置に到達する散乱光を測定する、請求項１に記載のロッドレンズアレイの検査方法。