WO2021201052A1 - レンズおよび光学系装置 - Google Patents

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縄田晃史
田中覚
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    • G01J2001/4252—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors for testing lamps or other light sources for testing LED's

Definitions

  • the present invention relates to a lens and an optical system device using the lens.
  • a light emitting element such as an LED has been used as a light source.
  • optical elements such as a microlens array (MLA) and a diffractive optical element (DOE) have also been developed. It is necessary to evaluate the optical characteristics such as the orientation of such a light emitting element or an optical element.
  • MLA microlens array
  • DOE diffractive optical element
  • the evaluation method for example, there is a method of rotating a light source or an imaging unit with a goniometer and measuring the luminous intensity at that angle using a sensor. In this case, the measurement itself is relatively easy, but since the measurement itself is performed at the spot, there is a problem that it takes a very long time to acquire one light distribution data.
  • the goniometer is very expensive (for example, Patent Document 1).
  • an object of the present invention is to provide a lens and an optical system device capable of measuring the optical characteristics of a light source and an optical element with a simple configuration.
  • the lens of the present invention has an optical axis and is composed of an incident surface and an exit surface, and the incident surface and the exit surface are incident at an irradiation angle ⁇ with respect to the optical axis from a first position.
  • the light incident on the surface is emitted from the emitting surface at an emission angle ⁇ / m (m> 1) with respect to the optical axis due to the refraction of the incident surface and the emitting surface, and the light emitted from the emitting surface is apparently emitted. It is characterized in that all the positions are formed so as to start from the second position.
  • the incident surface is refracted so that light incident from the first position at the irradiation angle ⁇ is emitted from the second position at the intersection of the direction of the angle ⁇ / m and the exit surface.
  • the shape is such that the light emitted from the first position through the incident surface is refracted in the direction of the emission angle ⁇ / m.
  • the optical system device of the present invention emits light incident on the optical axis from the first position at an irradiation angle ⁇ at an emission angle ⁇ / m (m> 1) with respect to the optical axis. It is characterized by including a lens formed so that all apparent positions of light start from a second position, and a diffuser plate for diffusing the light emitted from the lens.
  • a wavelength selection filter that transmits only light of a specific wavelength may be provided.
  • an image sensor that detects the light from the diffuser plate.
  • an electronic shutter that adjusts the time during which light is incident on the image sensor may be provided.
  • a calculation means for calculating the orientation characteristic from the light information detected by the image sensor.
  • a display device that displays the orientation characteristics of the light detected by the image sensor.
  • an antireflection member that is arranged around the diffuser plate in parallel with the optical axis of the lens and absorbs the light incident from the diffuser plate may be provided.
  • a light source that irradiates light at the first position may be provided.
  • an imaging lens for forming an image of the light of the light source and irradiating the first position may be provided.
  • polarizing filter that transmits only light polarized in a specific direction.
  • the lens the lens of the present invention described above can be used.
  • the lens of the present invention can set the light distribution angle of light from a light source or an optical element to 1 / m (m> 1). Therefore, the optical system device of the present invention using the lens can measure the optical characteristics of the light source and the optical element with a simple configuration.
  • the lens 1 of the present invention will be described below. As shown in FIG. 1, the lens 1 of the present invention has an optical axis and is mainly composed of an incident surface F and an exit surface B.
  • the incident surface F and the exit surface B are the light incident on the incident surface F from the first position O at an irradiation angle ⁇ with respect to the optical axis, and the optical axis from the exit surface B due to the refraction of the incident surface F and the exit surface B.
  • the light is emitted at an exit angle of ⁇ / m (m> 1).
  • m can be 2 or more, and can be 3 or more.
  • the incident surface F and the exit surface B are formed so that all the apparent positions of the light emitted from the exit surface B start from the second position P.
  • the apparent position (second position P) means the position of a point that intersects the optical axis when the light ray emitted from the exit surface B is extended in the optical axis direction.
  • the incident surface F is refracted so that the light incident from the first position O at the irradiation angle ⁇ is emitted from the second position P at the intersection of the direction of the angle ⁇ / m and the exit surface B. It is a shape to make.
  • the exit surface B has a shape that refracts the light emitted from the first position O through the incident surface F in the direction of the emission angle ⁇ / m.
  • the entrance surface F and the exit surface B may be formed in any way, and are formed as follows, for example.
  • (2) On the xy plane including the optical axis (paper surface in FIG. 2), at an arbitrary position on the optical axis, a point F 0 (f, 0) representing the incident surface F and a point B 0 (b) representing the exit surface B , 0) Determine.
  • the second position P ( ⁇ p, 0) is determined on the optical axis on the side opposite to the incident surface F with respect to the first position O.
  • the intersection of a straight line passing through the point B 1 and having a slope ⁇ b and a straight line passing through the point L and having a slope 2 ⁇ ⁇ is B 2 .
  • the vectors OF n-1 , F n-1 B n-1 , and LB n-1 are determined. Therefore, according to Snell's law, the ray OF n-1 is refracted and the ray F n-1 is refracted.
  • the slope ⁇ B (n-1) with respect to is determined.
  • the intersection of a straight line passing through the point F n-1 and having a slope ⁇ F (n-1) and a straight line passing through the point O and having a slope n ⁇ is F n .
  • the intersection of a straight line passing through the point B n-1 and having a slope ⁇ B (n-1) and a straight line passing through the point L and having a slope n ⁇ is B n .
  • the space between the points F n and the point B n may have any shape as long as it does not interfere with the light rays F n B n.
  • the incident surface F and the exit surface B of the lens 1 of the present invention can be formed by rotating the planar shape thus formed about the optical axis.
  • the lens 1 of the present invention may be provided with a portion that does not interfere with the incident surface F and the exit surface B, for example, a supporting portion for supporting the lens 1 on the side surface.
  • the optical system device of the present invention is for measuring the optical characteristics of the object to be measured 100, and is mainly composed of the lens 1 and the diffuser plate 2.
  • the measurement object 100 means a light emitting element such as an LED that emits light by itself, an optical element such as a microlens array (MLA) or a diffractive optical element (DOE) that controls and emits incident light.
  • a light emitting element such as an LED that emits light by itself
  • an optical element such as a microlens array (MLA) or a diffractive optical element (DOE) that controls and emits incident light.
  • MLA microlens array
  • DOE diffractive optical element
  • the lens 1 emits light incident on the optical axis from the first position O at an irradiation angle ⁇ at an emission angle ⁇ / m (m> 1) with respect to the optical axis, and at the same time, an apparent position of the emitted light.
  • the light distribution angle of the light from the light source 6 and the optical element can be set to 1 / m (m> 1).
  • m can be 2 or more, and can be 3 or more.
  • the lens the lens 1 of the present invention described above can be used.
  • the diffuser plate 2 diffuses the light emitted from the lens 1. As a result, the three-dimensional orientation of the light emitted from the lens 1 can be converted into a two-dimensional image.
  • the optical system device of the present invention may include a wavelength selection filter 3.
  • the wavelength selection filter 3 is an optical element that transmits only light of a specific wavelength and does not transmit light of other wavelengths. When the wavelength of the light to be detected from the measurement target is known, the wavelength selection filter 3 that transmits only the light can be used to cut off other noise-causing light for measurement.
  • the wavelength selection filter 3 is more preferably between the measurement object 100 and the image sensor 4, preferably between the diffuser plate 2 and the image sensor 4, so that light other than light having a specific wavelength does not enter the image sensor 4. May be arranged immediately before the image sensor 4. Examples of the wavelength selection filter 3 include a bandpass filter, a longpass filter, a shortpass filter, a color filter, and the like.
  • the optical system device of the present invention may be provided with other devices such as an image pickup device 4 and a calculation means, as shown in FIG.
  • the image sensor 4 detects the light from the diffuser plate 2.
  • an element that converts an image into an electric signal for example, a solid-state image sensor 4 such as a CCD image sensor or a CMOS image sensor can be used.
  • the image pickup device 4 not only visible light but also those sensitive to infrared rays, ultraviolet rays, and X-rays can be used.
  • the image sensor 4 may be separately provided with an electronic shutter or the like for adjusting the time during which light is incident on the image sensor 4.
  • the calculation means calculates the orientation characteristic from the light information detected by the image sensor 4.
  • the light detected by the image pickup element 4 has an error due to the distortion of the lens 1, an error due to the angle of the light incident on the diffuser plate 2 and the in-plane uniformity of the diffuser plate 2, and the light intensity of the diffuser plate 2 and the distant field.
  • the orientation characteristics of the object to be actually measured differ due to differences and the like.
  • the calculation means can also calculate the actual orientation characteristics by correcting the above error or the like from the light information detected by the image sensor 4.
  • the calculation means may correct the distortion of the lens 1 based on the light information detected by the image sensor 4 and the correction parameters, and calculate the actual orientation characteristics.
  • the diffuser plate is directly irradiated with light from the second position P with a laser pointer and diffused.
  • Image data is acquired by the image sensor 4 by variously changing the positions (x, y) of the light emitted onto the plate 2.
  • the correction coefficient K (x, y) represented by the following equation is obtained with reference to the brightness of the light of the laser pointer.
  • the error due to the angle of the light incident on the diffuser plate 2 and the in-plane uniformity of the diffuser plate 2 may be corrected.
  • the difference in light intensity between the diffuser plate 2 and the distant field is that the distance between the apparent light source and the diffuser plate 2 is D, the distance from the optical axis on the diffuser plate 2 is r, and the light from the light source to the lens 1 the angle of incidence of the light theta with respect to the axis, the incident angle of light with respect to the optical axis of the lens 1 into the diffusion plate 2 theta / m, the light intensity of the diffusion plate 2 I r (r), when passed through the lens 1 Assuming that the light intensity in the distant field is I' ⁇ ( ⁇ / m), the following equation holds. Further, assuming that the light intensity in the distant field when not passing through the lens 1 is I ⁇ ( ⁇ ), Therefore, the following equation holds. Therefore, the calculation means may correct the difference in light intensity between the diffuser plate 2 and the distant field based on the light information detected by the image sensor 4 and the above equation.
  • the display means displays the orientation characteristics of the light detected by the image sensor 4. As a result, the orientation characteristics of the object to be measured 100 can be easily confirmed.
  • the display means a known display can be used.
  • the optical system device of the present invention has an antireflection member 5 that is arranged around the diffuser plate 2 in parallel with the optical axis of the lens 1 and absorbs the light incident from the diffuser plate 2. If the antireflection member 5 absorbs the light incident from the diffuser plate 2, it is possible to prevent the light from being reflected and incident on the image sensor 4.
  • the measurement object 100 is an optical element such as a microlens array (MLA) or a diffraction optical element (DOE).
  • MLA microlens array
  • DOE diffraction optical element
  • a light source 6 for irradiating the measurement object 100 with light is required.
  • the light source 6 may be any light source as long as it can irradiate the measurement object 100 arranged at the first position O with light, and for example, a vertical resonance surface emitting laser (VCSEL) can be used.
  • VCSEL vertical resonance surface emitting laser
  • the distance between the light source 6 and the first position O is arbitrary as long as the measurement range of the measurement object 100 can be irradiated with light.
  • the optical system device of the present invention may have an imaging lens 7 for imaging the light of the light source 6 and irradiating the first position O.
  • the distance between the light source 6 and the object to be measured 100 can be separated.
  • the distance between the imaging position and the first position O is arbitrary as long as the measurement range of the measurement object 100 can be irradiated with light.
  • a polarizing filter is an optical element that transmits only light polarized in a specific direction.
  • the measurement target is a polarizing element or a retardation element that polarizes light in a specific direction
  • the polarizing filter may have a rotating means for rotating the polarizing filter.
  • the polarizing filter is more preferably between the measurement object 100 and the image sensor 4, preferably between the diffuser plate 2 and the image sensor 4, so that light other than the light polarized in a specific direction does not enter the image sensor 4. May be arranged immediately before the image sensor 4.

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Abstract

簡単な構成で光源や光学素子の光学特性を測定することができるレンズおよび光学系装置を提供することを目的とする。　光軸を有し、入射面Ｆと出射面Ｂからなるレンズ１を、入射面Ｆと出射面Ｂは、第１の位置Ｏから光軸に対して照射角度θで入射面Ｆに入射した光を、入射面Ｆと出射面Ｂの屈折により出射面Ｂから光軸に対する出射角度θ／ｍ（ｍ＞１）で出射すると共に、出射面Ｂから出射した光の見かけ上の位置が全て第２の位置Ｐから始まるように形成する。また、光学系装置を当該レンズ１と、レンズ１から出射した光を拡散する拡散板とで構成する。

Description

レンズおよび光学系装置
　本発明は、レンズおよびそれを用いた光学系装置に関するものである。
　近年、光源にＬＥＤ等の発光素子が用いられている。また、様々な光源の光を制御するために、マイクロレンズアレイ（ＭＬＡ）や回折光学素子（ＤＯＥ）等の光学素子も開発されている。このような発光素子や光学素子は、その配向等の光学特性を評価する必要がある。
　当該評価方法としては、例えば、ゴニオメータで光源又は撮像部を回転させ、センサを用いてその角度における光度を測定する方法がある。この場合、測定自体は比較的容易であるが、測定自体はスポットで行うため、１つの配光データを取得するのに非常に長い時間が必要であるという問題があった。また、ゴニオメータは非常に高価であるという問題もあった（例えば、特許文献１）。
特開２０１６－１５１４３８
　そこで、発光素子や光学素子から照射された光を可視化板に当て、その配向の様子を観察するという方法が考えられる。この場合、１つの配向データを短時間で測定できるが、可視化板に当てることができる配光角には限界があり、配光角の大きい光を測定できないという問題があった。
　そこで本発明は、簡単な構成で光源や光学素子の光学特性を測定することができるレンズおよび光学系装置を提供することを目的とする。
　本発明のレンズは、光軸を有し、入射面と出射面からなるものであって、前記入射面と前記出射面は、第１の位置から前記光軸に対して照射角度θで前記入射面に入射した光を、前記入射面と前記出射面の屈折により出射面から前記光軸に対する出射角度θ／ｍ（ｍ＞１）で出射すると共に、前記出射面から出射した光の見かけ上の位置が全て第２の位置から始まるように形成されるものであることを特徴とする。
　この場合、前記入射面は、前記第１の位置から前記照射角度θで入射した光が前記第２の位置から角度θ／ｍの方向と前記出射面との交点に照射されるように屈折させる形状であり、前記出射面は、前記第１の位置から前記入射面を介して照射された光を前記出射角度θ／ｍの方向に屈折させる形状である。
　また、ｍは１より大きい任意のものにすることができ、好ましくは、ｍ≧２とする方が良い。具体的には、ｍ＝２にすれば、出射角度を入射角度の半分にすることができる。
　また、本発明の光学系装置は、第１の位置から光軸に対して照射角度θで入射した光を、前記光軸に対する出射角度θ／ｍ（ｍ＞１）で出射すると共に、出射した光の見かけ上の位置が全て第２の位置から始まるように形成されるレンズと、前記レンズから出射した光を拡散する拡散板と、を具備することを特徴とする。
　この場合、特定波長の光のみを透過する波長選択フィルタを具備していてもよい。
　また、前記拡散板からの光を検出する撮像素子を具備していてもよい。
　また、前記撮像素子に光が入射する時間を調節する電子シャッタを具備していてもよい。
　また、前記撮像素子が検出した光の情報から配向特性を計算する演算手段を具備していてもよい。
　また、前記撮像素子が検出した光の配向特性を表示する表示装置を具備していてもよい。
　また、前記拡散板の周囲に前記レンズの光軸と平行に配置され、前記拡散板から入射した光を吸収する反射防止部材を具備していてもよい。
　また、前記第１の位置に光を照射する光源を具備していてもよい。
　また、前記光源の光を結像して前記第１の位置に照射するための結像レンズを具備していてもよい。
　また、特定方向に偏光した光のみを透過する偏光フィルタを具備していてもよい。
　前記レンズは、上述した本発明のレンズを用いることができる。
　本発明のレンズは、光源や光学素子からの光の配光角を１／ｍ（ｍ＞１）にすることができる。したがって、当該レンズを用いた本発明の光学系装置は、簡単な構成で光源や光学素子の光学特性を測定することができる。
本発明のレンズを説明する図である。 本発明のレンズの作成方法を説明する図である。 本発明のレンズの作成方法を説明する図である。 本発明の光学系装置を示す概略断面図である。 本発明の別の光学系装置を示す概略断面図である。 本発明の別の光学系装置を示す概略断面図である。
　以下に、本発明のレンズ１について説明する。本発明のレンズ１は、図１に示すように、光軸を有し、入射面Ｆと出射面Ｂで主に構成される。
　入射面Ｆと出射面Ｂは、第１の位置Ｏから光軸に対して照射角度θで入射面Ｆに入射した光を、入射面Ｆと出射面Ｂの屈折により、出射面Ｂから光軸に対する出射角度θ／ｍ（ｍ＞１）で出射する。ここで、ｍは２以上とすることができ、さらに３以上とすることもできる。具体的には、ｍ＝２にすれば、出射角度を入射角度の半分にすることができる。また、入射面Ｆと出射面Ｂは、出射面Ｂから出射した光の見かけ上の位置が全て第２の位置Ｐから始まるように形成される。ここで見かけ上の位置（第２の位置Ｐ）とは、出射面Ｂから出射した光の光線を光軸方向に伸ばした場合に、光軸と交わる点の位置を意味する。
　もう少し詳述すると、入射面Ｆは、第１の位置Ｏから照射角度θで入射した光が第２の位置Ｐから角度θ／ｍの方向と出射面Ｂとの交点に照射されるように屈折させる形状である。
　また、出射面Ｂは、第１の位置Ｏから入射面Ｆを介して照射された光を出射角度θ／ｍの方向に屈折させる形状である。
　入射面Ｆと出射面Ｂは、どのように形成してもよいが、例えば、次のように形成される。
（１）図２に示すように、任意の第１の位置Ｏ（原点）と当該第１の位置Ｏを通る光軸（ｘ軸）を決定する。
（２）光軸を含むｘｙ平面（図２の紙面）において、光軸上の任意の位置に、入射面Ｆを表す点Ｆ０（ｆ，０）と出射面Ｂを表す点Ｂ０（ｂ，０）決定する。
（３）光軸上であって、第１の位置Ｏに対し入射面Ｆとは逆側に第２の位置Ｐ（－ｐ，０）を決定する。
（４）δβ＝δα／ｍ（ｍ＞１）の関係がある微小角δα、δβを定義する。
（５）入射面Ｆを表す点群を光軸側から順番にＦ０、Ｆ１、Ｆ２・・・Ｆｎ（ｎは自然数）とし、出射面Ｂを表す点群を光軸側から順番にＢ０、Ｂ１、Ｂ２・・・Ｂｎ（ｎは自然数）とする。
（６）Ｆ１＝（ｆ，ｆｔａｎ（δα））、Ｂ１＝（（ｂ＋ｌ），（ｂ＋ｌ）ｔａｎ（δβ））と定義する。
（７）ベクトルＯＦ１、Ｆ１Ｂ１、ＬＢ１が決まるので、スネルの法則により、光線ＯＦ１が屈折して光線Ｆ１Ｂ１となる入射面Ｆのｘ軸に対する傾きΦＦ１、光線Ｆ１Ｂ１が屈折して光線ＬＢ１となる出射面Ｂのｘ軸に対する傾きΦＢ１が決まる。
　点Ｆ１を通り、傾きΦｆを持つ直線と点Ｏを通り傾き２δαを持つ直線の交点がＦ２となる。
　また、点Ｂ１を通り、傾きΦｂを持つ直線と点Ｌを通り傾き２δβを持つ直線の交点がＢ２となる。
（８）同様に計算することにより、ベクトルＯＦｎ－１、Ｆｎ－１Ｂｎ－１、ＬＢｎ－１が決まるので、スネルの法則により、光線ＯＦｎ－１が屈折して光線Ｆｎ－１Ｂｎ－１となる入射面Ｆのｘ軸に対する傾きΦＦ（ｎ－１）、光線Ｆｎ－１Ｂｎ－１が屈折して光線ＬＢｎ－１となる出射面Ｂのｘ軸に対する傾きΦＢ（ｎ－１）が決まる。
　点Ｆｎ－１を通り、傾きΦＦ（ｎ－１）を持つ直線と点Ｏを通り傾きｎδαを持つ直線の交点がＦｎとなる。
　また、点Ｂｎ－１を通り、傾きΦＢ（ｎ－１）を持つ直線と点Ｌを通り傾きｎδβを持つ直線の交点がＢｎとなる。
（９）このようにして計算した点Ｆ０、Ｆ１、Ｆ２・・・Ｆｎ（ｎは自然数）、Ｂ０、Ｂ１、Ｂ２・・・Ｂｎ（ｎは自然数）を結ぶことにより、ｘｙ平面上の入射面Ｆと出射面Ｂを形成できる（図３参照）。なお、点Ｆｎと点Ｂｎの間は、光線ＦｎＢｎの妨げとならなければどのような形状としてもよい。
（１０）このようにして形成された平面形状を、光軸を中心に回転することにより本発明のレンズ１の入射面Ｆと出射面Ｂを形成することができる。
　なお、本発明のレンズ１は、入射面Ｆと出射面Ｂに干渉しない部分、例えば側面に当該レンズ１を支持するための支持部等を備えていてもよい。
　また、本発明の光学系装置は、図４に示すように、測定対象物100の光学特性を測定するためのものであって、レンズ１と拡散板２で主に構成される。
　ここで測定対象物100とは、自ら発光するＬＥＤ等の発光素子や、マイクロレンズアレイ（ＭＬＡ）や回折光学素子（ＤＯＥ）等、入射した光を制御して出射する光学素子等を意味する。もちろん、入射した光を出射できるものであればこれに限られるものではない。
　レンズ１は、第１の位置Ｏから光軸に対して照射角度θで入射した光を、光軸に対する出射角度θ／ｍ（ｍ＞１）で出射すると共に、出射した光の見かけ上の位置が全て第２の位置Ｐから始まるように形成されるものである。すなわち、光源６や光学素子からの光の配光角を１／ｍ（ｍ＞１）にすることができるものである。ここで、ｍは２以上とすることができ、さらに３以上とすることもできる。これにより、拡散板２へ照射される光の入射角を小さくすることができ、拡散板２のサイズを小さくすることができる。例えば、ｍ＝２にすれば、出射角度を入射角度の半分にすることができる。当該レンズとしては、上述した本発明のレンズ１を用いることができる。
　拡散板２は、レンズ１から出射した光を拡散するものである。これによりレンズ１から出射する３次元的な光の配向を２次元的な像に変換することができる。
　また、本発明の光学系装置は、波長選択フィルタ３を備えていてもよい。波長選択フィルタ３は、特定波長の光のみを透過し、それ以外の波長の光を透過しない光学素子である。測定対象から検出する光の波長がわかっている場合には、当該光のみを透過する波長選択フィルタ３を用いることにより、その他のノイズとなる光をカットして測定することができる。波長選択フィルタ３は、特定波長の光以外の光が撮像素子４に入射しないように、測定対象物100と撮像素子４との間、好ましくは拡散板２と撮像素子４との間、更に好ましくは撮像素子４の直前に配置すればよい。波長選択フィルタ３としては、例えば、バンドパスフィルタ、ロングパスフィルタ、ショートパスフィルタ、カラーフィルタ等がある。
　また、光学特性を目視ではなく、データとして捉えるために、本発明の光学系装置は、図４に示すように、撮像素子４や演算手段等のその他の装置を備えていてもよい。
　撮像素子４は、拡散板２からの光を検出するものである。当該撮像素子４としては、画像を電気信号に変換する素子、例えば、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサ等の固体撮像素子４を用いることができる。また、撮像素子４は、可視光だけでなく、赤外線や紫外線、Ｘ線に感度のあるものを用いることもできる。なお、撮像素子４は、撮像素子４に光が入射する時間を調節する電子シャッタ等を別途備えていてもよい。
　演算手段は、撮像素子４が検出した光の情報から配向特性を計算するものである。例えば、撮像素子４が検出した光は、レンズ１の歪による誤差や、拡散板２に入射する光の角度や拡散板２の面内均一性による誤差、拡散板２と遠方界の光強度の違い等によって、実際に測定する対象物の配向特性とは異なる。演算手段は、撮像素子４が検出した光の情報から、上記誤差等を補正して、実際の配向特性を計算することもできる。
　レンズ１の歪を補正する場合には、例えば、寸法が既知である一枚のチェスボードを撮像素子４の画面内に位置を変えて配置し、各々の画像を取得する。次に、画像から格子点の座標を抽出し、実空間座標とカメラ座標の対応から補正パラメータを計算する。演算手段は、撮像素子４が検出した光の情報と補正パラメータに基づいて、レンズ１の歪みを補正して、実際の配向特性を計算すればよい。
　また、拡散板２に入射する光の角度や拡散板２の面内均一性による誤差を補正する場合には、例えば、第２の位置Ｐからレーザポインタで直接拡散版に光を照射し、拡散板２上に照射する光の位置（ｘ，ｙ）を色々と変化させて撮像素子４で画像データを取得する。次に、レーザポインタの光の輝度を基準にして、下記式で表される補正係数Ｋ（ｘ，ｙ）を求める。
Ｋ（ｘ，ｙ）＝位置（ｘ，ｙ）における光の輝度／レーザポインタの光の輝度
演算手段は、撮像素子４が検出した光の情報と上記補正係数Ｋ（ｘ，ｙ）に基づいて、拡散板２に入射する光の角度や拡散板２の面内均一性による誤差を補正すればよい。
　また、拡散板２と遠方界の光強度の違いには、見かけ上の光源と拡散板２との距離をＤ、拡散板２上の光軸からの距離をｒ、光源からレンズ１への光軸に対する光の入射角をθ、レンズ１から拡散板２への光軸に対する光の入射角をθ/ｍ、拡散板２での光強度をＩｒ（ｒ）、レンズ１を通した時の遠方界での光強度をI’θ（θ/ｍ）とすると、下記の式が成立する。
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
　また、レンズ１を通さない時の遠方界の光強度をIθ（θ）とすると、
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
であるから、下記の式が成立する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000003
したがって、演算手段は、撮像素子４が検出した光の情報と上記式に基づいて、拡散板２と遠方界の光強度の違いを補正すればよい。
　表示手段は、撮像素子４が検出した光の配向特性を表示するものである。これにより、測定対象物100の配向特性を簡易に確認することができる。表示手段としては、承知のディスプレイを用いることができる。
　また、拡散板２で拡散された光のうち、撮像素子４に直接入射する光を除くその他の光は、反射等して撮像素子４に入射するとノイズとなる。そこで、本発明の光学系装置は、拡散板２の周囲にレンズ１の光軸と平行に配置され、拡散板２から入射した光を吸収する反射防止部材５を有する方が好ましい。反射防止部材５で拡散板２から入射した光を吸収すれば、当該光が反射して撮像素子４に入射するのを防止することができる。
　また、発光素子のように、測定対象物100が自ら発光するものである場合には必要ではないが、測定対象物100がマイクロレンズアレイ（ＭＬＡ）や回折光学素子（ＤＯＥ）等の光学素子である場合には、図５に示すように、当該測定対象物100に光を照射する光源６が必要である。当該光源６は第１の位置Ｏに配置される測定対象物100に光を照射できるものであればどのようなものでもよいが、例えば、垂直共振面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を用いることができる。なお、光源６と第１の位置Ｏとの距離は、測定対象物100の測定範囲に光を照射できれば任意である。
　また、マイクロレンズアレイ等の測定対象は、量産時に全数検査が望まれる。この場合、光源６に対する測定対象物100の位置制御をアクチュエータ等によって行うことになるが、光源６と測定対象物100の間の距離が近いと接触する可能性が高い。そこで、本発明の光学系装置は、図６に示すように、光源６の光を結像して第１の位置Ｏに照射するための結像レンズ７を有していてもよい。結像レンズ７を介して光源６の光を第１の位置Ｏに照射すれば、光源６と測定対象物100の距離を離すことができる。なお、結像位置と第１の位置Ｏとの距離は、測定対象物100の測定範囲に光を照射できれば任意である。
　偏光フィルタは、特定方向に偏光した光のみを透過する光学素子である。測定対象が偏光子や位相差素子のような光を特定方向に偏光させるものである場合には、偏光フィルタを用いることにより、所定方向に偏光した光のみを測定することができる。偏光フィルタは、当該偏光フィルタを回転する回転手段を有していてもよい。偏光フィルタは、特定方向に偏光した光以外の光が撮像素子４に入射しないように、測定対象物100と撮像素子４との間、好ましくは拡散板２と撮像素子４との間、更に好ましくは撮像素子４の直前に配置すればよい。
　Ｆ　入射面
　Ｂ　出射面
　Ｏ　第１の位置
　Ｐ　第２の位置
　１　レンズ
　２　拡散板
　３　波長選択フィルタ
　４　撮像素子
　５　反射防止部材
　６　光源
　７　結像レンズ
　100　測定対象物

Claims (14)

  1. 　光軸を有し、入射面と出射面からなるレンズであって、
    　前記入射面と前記出射面は、第１の位置から前記光軸に対して照射角度θで前記入射面に入射した光を、前記入射面と前記出射面の屈折により出射面から前記光軸に対する出射角度θ／ｍ（ｍ＞１）で出射すると共に、前記出射面から出射した光の見かけ上の位置が全て第２の位置から始まるように形成されるものであることを特徴とするレンズ。
  2. 　前記入射面は、前記第１の位置から前記照射角度θで入射した光が前記第２の位置から角度θ／ｍの方向と前記出射面との交点に照射されるように屈折させる形状であり、
    　前記出射面は、前記第１の位置から前記入射面を介して照射された光を前記出射角度θ／ｍの方向に屈折させる形状であることを特徴とする請求項１記載のレンズ。
  3. 　ｍ≧２であることを特徴とする請求項１又は２記載のレンズ。
  4. 　第１の位置から光軸に対して照射角度θで入射した光を、前記光軸に対する出射角度θ／ｍ（ｍ＞１）で出射すると共に、出射した光の見かけ上の位置が全て第２の位置から始まるように形成されるレンズと、
    　前記レンズから出射した光を拡散する拡散板と、
    を具備することを特徴とする光学系装置。
  5. 　特定波長の光のみを透過する波長選択フィルタを具備することを特徴とする請求項４記載の光学系装置。
  6. 　前記拡散板からの光を検出する撮像素子を具備することを特徴とする請求項４又は５記載の光学系装置。
  7. 　前記撮像素子に光が入射する時間を調節する電子シャッタを具備することを特徴とする請求項６記載の光学系装置。
  8. 　前記撮像素子が検出した光の情報から配向特性を計算する演算手段を具備することを特徴とする請求項６又は７記載の光学系装置。
  9. 　前記撮像素子が検出した光の配向特性を表示する表示装置を具備することを特徴とする請求項６ないし８のいずれかに記載の光学系装置。
  10. 　前記拡散板の周囲に前記レンズの光軸と平行に配置され、前記拡散板から入射した光を吸収する反射防止部材を具備することを特徴とする請求項４ないし９のいずれかに記載の光学系装置。
  11. 　前記第１の位置に光を照射する光源を具備することを特徴とする請求項４ないし１０のいずれかに記載の光学系装置。
  12. 　前記光源の光を結像して前記第１の位置に照射するための結像レンズを具備することを特徴とする請求項４ないし１１のいずれかに記載の光学系装置。
  13. 　特定方向に偏光した光のみを透過する偏光フィルタを具備することを特徴とする請求項４ないし１２のいずれかに記載の光学系装置。
  14. 　前記レンズは、請求項１ないし３のいずれかに記載のレンズであることを特徴とする請求項４ないし１３のいずれかに記載の光学系装置。
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