(57)【要約】【課題】測定対象面以外の面からの反射光の影響を抑えることにより測定精度を向上させた偏芯測定装置を提供する。【解決手段】偏芯測定装置１において、集光光学系２０は、測定部位５ａからの反射光を集光可能な互いに異なる焦点距離を有する複数の集光レンズ２１ａ，２１ｂと、複数の集光レンズ２１ａ，２１ｂのうちいずれか一つを選択的に切り替えて光路上に挿入するレボルバ装置２２とを有し、照明光学系１０は、レボルバ装置２２によって光路上に挿入されたいずれかの集光レンズ２１ａ，２１ｂにより反射光が集光面３１に集光されてスポット光が生じるように、照明光の集光位置を光軸に沿って移動させるフォーカスレンズ系１１を有している。【選択図】図１
2010243460.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物としてのレンズの光学面における所定測定部位に照明光を照射する照明部と、
前記照明光が照射された前記測定部位からの反射光を所定の集光面に集光する集光部と、
前記集光面に集光されて生じたスポット光を検出する検出部と、
前記検出部により検出された前記集光面における前記スポット光の位置に基づいて前記測定部位の偏芯量を測定する測定部とを備え、
前記集光部は、前記反射光を集光可能な互いに異なる焦点距離を有する複数の集光レンズと、前記複数の集光レンズのうち少なくともいずれか一つを選択的に切り替えて光路上に挿入する切り替え部とを有し、
前記照明部は、前記切り替え部によって前記光路上に挿入された集光レンズにより前記反射光が前記集光面に集光されて前記スポット光が生じるように、前記照明光の集光位置を光軸に沿って移動させるフォーカス調整部を有していることを特徴とする偏芯測定装置。
【請求項２】
前記測定部は、前記切り替え部により前記光路上に挿入された集光レンズに応じて前記偏芯量の測定感度を補正することを特徴とする請求項１に記載の偏芯測定装置。
【請求項３】
前記測定対象物としてのレンズは、複数のレンズを有して構成されたレンズ系であり、
前記検出部は、前記フォーカス調整部により前記照明光の集光位置を移動させることで前記集光面に複数回生じたスポット光をそれぞれ検出し、
前記測定部は、前記検出部によりそれぞれ検出された前記複数回生じたスポット光に基づいて、前記複数のレンズの光学面における前記測定部位の偏芯量をそれぞれ測定することを特徴とする請求項１または２に記載の偏芯測定装置。
【請求項４】
光を集光可能な互いに異なる焦点距離を有する複数の集光レンズのうち少なくともいずれか一つを選択的に切り替えて光路上に挿入する切り替え工程と、
測定対象物としてのレンズの光学面における所定測定部位に照明光を照射する照明工程と、
前記照明光が照射された前記測定部位からの反射光を前記光路上に挿入した集光レンズを用いて所定の集光面に集光する集光工程と、
前記集光面に集光して生じたスポット光を検出する検出工程と、
前記検出した前記集光面における前記スポット光の位置に基づいて前記測定部位の偏芯量を測定する測定部とを有し、
前記照明工程において、前記光路上に挿入した集光レンズにより前記反射光が前記集光面に集光されて前記スポット光が生じるように、前記照明光の集光位置を光軸に沿って移動させることを特徴とする偏芯測定方法。
【請求項５】
前記測定工程において、前記光路上に挿入した集光レンズに応じて前記偏芯量の測定感度を補正することを特徴とする請求項４に記載の偏芯測定方法。
【請求項６】
前記測定対象物としてのレンズは、複数のレンズを有して構成されたレンズ系であり、
前記検出工程において、前記照明工程で前記照明光の集光位置を移動させることにより前記集光面に複数回生じたスポット光をそれぞれ検出し、
前記測定工程において、前記検出工程でそれぞれ検出した前記複数回生じたスポット光に基づいて、前記複数のレンズの光学面における前記測定部位の偏芯量をそれぞれ測定することを特徴とする請求項４または５に記載の偏芯測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学機器等に用いられるレンズ系の偏芯を測定する偏芯測定装置および偏芯測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の偏芯測定装置には、光源からの光をフォーカスレンズ系によって測定対象面の近軸曲率中心に集光し、測定対象面で反射した光（測定光）を、フォーカスレンズ系を介して集光レンズにより光位置センサー（PSD：Position Sensitive Detector）に集光する構成のものがある。このような偏芯測定装置では、測定対象面を光軸中心に回転させ、光位置センサーによって検出したスポット光の動きから測定対象面の偏芯量を算出する。
【０００３】
また、従来の偏芯測定装置には、光源からの光をフォーカスレンズ系によって測定対象面の近軸焦点に集光するものもある（例えば、特許文献１を参照）。このような従来の偏芯測定装置１００では、図３に示すように、図示しない光源からの光がフォーカスレンズ系１０１によって偏光ビームスプリッター１０２および１／４波長板１０３を介して測定対象面１０４の近軸焦点に集光されると、測定対象面１０４で反射した光が平行光となり、当該平行光が１／４波長板１０３を透過するとともに偏光ビームスプリッター１０２で反射し、集光レンズ１０５によって集光レンズ１０５の後側焦点面に配置された光位置センサー１０６に集光される。そして、測定対象面１０４を有するレンズ（図示せず）が載置された高精度回転台（図示せず）を光軸中心に回転させることで、光位置センサーに１０６により検出されたスポット光の光量重心の動きから測定対象面１０４の偏芯量を算出する。
【０００４】
測定対象となるレンズが複数のレンズからなるレンズ系の場合、測定対象面以外に、他のレンズの表面も光を反射する。そのため、例えば、光源からの光を測定対象面の近軸曲率中心に集光する場合、図４に示すように、或る測定対象面１１４の曲率中心Ａの近傍に他のレンズ表面１１５の曲率中心が存在すると、他のレンズ表面１１５から反射した光もノイズ光として光位置センサーにほぼ集光され、偏芯測定に悪影響を与える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２０５９９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このようなノイズ光による影響を取り除くために、光源からの光を測定対象面の近軸焦点および近軸曲率中心のいずれか一方に切り替えて集光し、光位置センサーでノイズ光が集光されない測定条件で偏芯測定を行う方法が考えられる。しかしながら、レンズの枚数が多い場合、２つの測定条件だけではノイズ光による影響を全て取り除くことが難しい。
【０００７】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、測定対象面以外の面からの反射光の影響を抑えることにより測定精度を向上させた偏芯測定装置および偏芯測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような目的達成のため、本発明を例示する態様に従えば、測定対象物としてのレンズの光学面における所定測定部位に照明光を照射する照明部と、前記照明光が照射された前記測定部位からの反射光を所定の集光面に集光する集光部と、前記集光面に集光されて生じたスポット光を検出する検出部と、前記検出部により検出された前記集光面における前記スポット光の位置に基づいて前記測定部位の偏芯量を測定する測定部とを備え、前記集光部は、前記反射光を集光可能な互いに異なる焦点距離を有する複数の集光レンズと、前記複数の集光レンズのうち少なくともいずれか一つを選択的に切り替えて光路上に挿入する切り替え部とを有し、前記照明部は、前記切り替え部によって前記光路上に挿入された集光レンズにより前記反射光が前記集光面に集光されて前記スポット光が生じるように、前記照明光の集光位置を光軸に沿って移動させるフォーカス調整部を有していることを特徴とする偏芯測定装置が提供される。
【０００９】
また、本発明を例示する態様に従えば、光を集光可能な互いに異なる焦点距離を有する複数の集光レンズのうち少なくともいずれか一つを選択的に切り替えて光路上に挿入する切り替え工程と、測定対象物としてのレンズの光学面における所定測定部位に照明光を照射する照明工程と、前記照明光が照射された前記測定部位からの反射光を前記光路上に挿入した集光レンズを用いて所定の集光面に集光する集光工程と、前記集光面に集光して生じたスポット光を検出する検出工程と、前記検出した前記集光面における前記スポット光の位置に基づいて前記測定部位の偏芯量を測定する測定部とを有し、前記照明工程において、前記光路上に挿入した集光レンズにより前記反射光が前記集光面に集光されて前記スポット光が生じるように、前記照明光の集光位置を光軸に沿って移動させることを特徴とする偏芯測定方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、測定対象面以外の面からの反射光の影響を抑えることができ、測定精度を向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態の偏芯測定装置を示す図である。
【図２】本実施形態の偏芯測定方法を示すフローチャートである。
【図３】従来の偏芯測定装置を示す図である。
【図４】測定対象面と他のレンズ面との位置関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。本実施形態の偏芯測定装置１は、図１に示すように、測定対象となる光学面５に照明光を照射する照明光学系１０と、測定対象となる光学面５からの反射光を所定の集光面３１に集光する集光光学系２０と、集光面３１に集光されて生じたスポット光を検出する光位置センサー３０と、光位置センサー３０からの検出信号に基づいて測定対象となる光学面５（後述する測定部位５ａ）の偏芯量を測定する演算処理部３５とを主体に構成される。
【００１３】
なお、詳細な図示を省略するが、測定対象物となるレンズは、複数のレンズから構成されたレンズ系であり、当該レンズ系における光学面の一つが、測定対象となる光学面５となる。また、測定対象物となるレンズは、その光軸が照明光学系１０の光軸と重なるように高精度の回転台（図示せず）に載置され、レンズの光軸を中心に回転可能となっている。また、本実施形態において、測定対象となる光学面５の光軸近傍の領域を、測定対象となる光学面５における測定部位５ａとする。そのため、測定部位５ａの近軸曲率中心および近軸焦点は、照明光学系１０の光軸上に位置することになる。
【００１４】
照明光学系１０は、光源側から順に、フォーカスレンズ系１１と、偏光ビームスプリッター（PBS：Polarizing Beam Splitter）１２と、１／４波長板１３とを有して構成される。そして、図示しない光源から発せられた照明光は、フォーカスレンズ系１１を透過して集光されつつ偏光ビームスプリッター１２に入射する。偏光ビームスプリッター１２を透過した照明光は、１／４波長板１３を透過して測定対象となる光学面５の測定部位５ａに達する。なお、フォーカスレンズ系１１は、測定部位５ａに照射される照明光の集光点の位置（集光位置）を照明光学系１０の光軸（レンズ系の光軸）に沿って移動させることができるようになっている。また、光源（図示せず）は、レーザー光源を用いるようにしてもよく、ＬＥＤ照明等とピンホールの組み合わせを用いるようにしてもよい。
【００１５】
照明光学系１０により照明光が照射された測定部位５ａからの反射光は、１／４波長板１３を透過して偏光ビームスプリッター１２に入射する。偏光ビームスプリッター１２で反射した測定部位５ａからの反射光は、集光光学系２０に入射する。
【００１６】
集光光学系２０は、測定部位５ａからの反射光を集光可能な互いに異なる焦点距離を有する複数の集光レンズ２１ａ，２１ｂと、当該複数の集光レンズ２１ａ，２１ｂのうちいずれか一つを選択的に切り替えて光路上に挿入するレボルバ装置２２とを有して構成される。そして、偏光ビームスプリッター１２で反射した測定部位５ａからの反射光は、光路上に挿入されたいずれかの集光レンズ２１ａ，２１ｂを透過して光位置センサー３０の検出部に設けられた集光面３１に集光される。
【００１７】
光位置センサー３０は、集光光学系２０により集光面３１に集光されて生じたスポット光（スポット像）を検出する。この光位置センサー３０は、光位置センサー３０の検出部、すなわち集光面３１におけるスポット光（スポット重心）の位置を検出可能であり、その検出信号を演算処理部３５へ出力する。演算処理部３５は、光位置センサー３０により検出された集光面３１におけるスポット光の位置に基づいて、測定部位５ａの偏芯量を測定する。なお、実際に測定対象となる光学面５の偏芯測定を行うときには、図示しない回転台に載置されたレンズ（図示せず）を回転させる。そうすると、光位置センサー３０において集光面３１におけるスポット光（スポット重心）のリサージュ（軌跡）が検出され、検出されたリサージュの半径を演算処理部３５が測定することで測定部位５ａの偏芯量を求めることができる。
【００１８】
以上のように構成される偏芯測定装置１を用いた偏芯測定方法について、図３に示すフローチャートを参照しながら説明する。まず、レボルバ装置２２により、複数の集光レンズ２１ａ，２１ｂのうちいずれか一つを選択的に切り替えて光路上に挿入する（ステップＳ１０１）。この切り替え工程において、レボルバ装置２２は、レボルバ装置２２に保持された互いに焦点距離の異なる複数の集光レンズ２１ａ，２１ｂを回転させることで、複数の集光レンズ２１ａ，２１ｂのうちいずれか一つを選択的に切り替えて偏光ビームスプリッター１２と光位置センサー３０との間の光路上に挿入する。これにより、集光光学系２０（集光レンズ）の焦点距離を切り替えることができる。
【００１９】
なお、前述したように、測定対象物となるレンズは、複数のレンズから構成されたレンズ系であり、測定対象となる光学面がレンズの枚数に応じて複数存在することになる。そこで、本実施形態においては、予めレンズデータから光学設計ソフト（例えば、ZEMAXやCodeV等）を用いて近軸計算を行うことにより、測定対象となる全ての光学面において他の光学面からノイズ光が集光されない（ノイズとなるスポット光が生じない）測定条件となる適切な集光レンズを求め、求めた集光レンズをレボルバ装置２２により選択して光路上に挿入することが好ましい。また、図１において、複数の集光レンズのうち第１の集光レンズ２１ａおよび第２の集光レンズ２１ｂが示されているが、上述したように、測定対象となる全ての光学面において他の光学面からノイズ光が集光されない測定条件となる適切な集光レンズを選択できるように、互いに焦点距離の異なる集光レンズの枚数は少なくとも３〜５枚程度であることが好ましい。これにより、１０〜２０枚程度のレンズからなるレンズ系に対応可能となる。
【００２０】
次に、照明光学系１０により、測定対象となる光学面５における測定部位５ａに照明光を照射する（ステップＳ１０２）。この照明工程において、レボルバ装置２２によって光路上に挿入されたいずれかの集光レンズ２１ａ，２１ｂにより測定部位５ａからの反射光が集光面３１に集光されてスポット光が生じるように、フォーカスレンズ系１１を駆動して測定部位５ａに照射される照明光の集光点の位置（集光位置）を光軸に沿って移動させる。このように集光点の位置を調整した状態で、図示しない光源から発せられた照明光は、フォーカスレンズ系１１を透過して集光されつつ偏光ビームスプリッター１２に入射する。偏光ビームスプリッター１２を透過した照明光は、１／４波長板１３を透過して測定対象となる測定部位５ａに達する。
【００２１】
照明光学系１０により照明光が照射された測定部位５ａからの反射光は、１／４波長板１３を透過して偏光ビームスプリッター１２に入射する。偏光ビームスプリッター１２で反射した測定部位５ａからの反射光は、集光光学系２０に入射する。そこで、集光光学系２０により、測定部位５ａからの反射光を光位置センサー３０の検出部に設けられた集光面３１に集光する（ステップＳ１０３）。この集光工程において、偏光ビームスプリッター１２で反射した測定部位５ａからの反射光は、光路上に挿入されたいずれかの集光レンズ２１ａ，２１ｂを透過して光位置センサー３０の検出部に設けられた集光面３１に集光される。
【００２２】
次に、光位置センサー３０により、集光面３１に集光されて生じたスポット光を検出する（ステップＳ１０４）。この検出工程において、光位置センサー３０は、集光面３１におけるスポット光（スポット重心）の位置を検出し、その検出信号を演算処理部３５へ出力する。なおこのとき、図示しない回転台により測定対象物であるレンズ（図示せず）が回転駆動され、光位置センサー３０において集光面３１におけるスポット光（スポット重心）のリサージュ（軌跡）が検出される。
【００２３】
またこのとき、測定対象となる光学面５以外の他の光学面からノイズ光が集光されない（ノイズとなるスポット光が生じない）測定条件となる集光レンズを光路上に挿入しているため、集光面３１に集光されて生じるスポット光は、測定部位５ａからの反射光によるスポット光だけである。すなわち、測定対象となる光学面５の近軸曲率中心（もしくは近軸焦点）が他の光学面の近軸曲率中心（もしくは近軸焦点）に近い場合でも、測定部位５ａからの反射光が集光面３１に集光できると、他の光学面からの反射光は集光面３１に集光できない。しかしながら、集光されない他の光学面からのノイズ光（反射光）が集光面３１に達しているため、光位置センサー３０で検出する光量に、スポット光の光量よりも小さな光量の光を検出しないように閾値を設けることが好ましい。
【００２４】
光位置センサー３０からの検出信号が演算処理部３５に入力されると、次の測定工程において、演算処理部３５は、光位置センサー３０により検出されたスポット光のリサージュの半径を測定し、測定したリサージュの半径に基づいて測定部位５ａの偏芯量を求める（ステップＳ１０５）。
【００２５】
演算処理部３５が測定部位５ａの偏芯量を求めると、全ての測定対象（光学面）について偏芯量を求めたか否かを判定する（ステップＳ１０６）。判定がＮｏの場合、ステップＳ１０２へ戻り、偏芯量を求めていない他の測定部位からの反射光が集光レンズにより集光面３１に集光されてスポット光が生じるように、フォーカスレンズ系１１を駆動して照明光の集光点の位置（集光位置）を光軸に沿って移動させ、ステップＳ１０２からステップＳ１０５までの工程を再び行う。一方、判定がＹｅｓの場合、すなわち、全ての測定対象（光学面）について偏芯量を求めると、測定を終了する。なお、フォーカスレンズ系１１を駆動させる際、前述の光学設計ソフトを用いてフォーカスレンズ系１１の適切な駆動量を予め算出しておくようにしてもよく、スポット光が検出されるまでフォーカスレンズ系１１を順次一方向に駆動させるようにしてもよい。いずれの方法を用いても、どの光学面からの反射光によるスポット光かを判別することは可能である。
【００２６】
この結果、本実施形態の偏芯測定装置１および偏芯測定方法によれば、必要に応じて焦点距離の異なるいずれかの集光レンズ２１ａ，２１ｂを光路上に挿入し、挿入したいずれかの集光レンズ２１ａ，２１ｂにより測定部位５ａからの反射光が集光面３１に集光されてスポット光が生じるように、フォーカスレンズ系１１を駆動して照明光の集光点の位置（集光位置）を光軸に沿って移動させてから、測定部位５ａの偏芯測定を行うことで、測定対象となる光学面５以外の他の光学面からのノイズ光（反射光）の影響を抑えることができ、測定精度を向上させることが可能になる。
【００２７】
また、フォーカスレンズ系１１を駆動して照明光の集光点の位置（集光位置）を移動させることにより、測定対象となる光学面５の数に応じて集光面３１に複数回生じたスポット光をそれぞれ検出し、検出したスポット光に基づいて複数の光学面５における測定部位５ａの偏芯量をそれぞれ測定するようにすれば、複数の光学面５における測定部位５ａの偏芯量を効率よく測定することができる。
【００２８】
なお、上述の実施形態において、レボルバ装置２２により、複数の集光レンズ２１ａ，２１ｂのうちいずれか一つを選択的に切り替えて光路上に挿入するように構成されているが、これに限られるものではない。例えば、図１の二点鎖線で示すように、光路上に挿入された第１の集光レンズ２１ａに加え、焦点距離の異なる第３の集光レンズ２５を光路上に挿抜させることにより、集光光学系２０における合成焦点距離を切り替えるようにしてもよい。また、複数の集光レンズ２１ａ，２１ｂおよびレボルバ装置２２を光軸に沿って２列に並べることも可能である。
【００２９】
なおこの場合、集光光学系２０（集光レンズ）の後側焦点面（すなわち集光面）の位置が変わってしまうため、図示しない駆動装置により光位置センサー３０を光軸に沿って移動可能に構成されることが好ましい。またこの場合、集光光学系２０（集光レンズ）における合成焦点距離が変わると変倍比も変わるため、演算処理部３５がスポット光のリサージュに基づいて測定部位５ａの偏芯量を求める際、偏芯量の測定感度が一定となるように、光路上に挿入した集光レンズに応じて偏芯量の測定感度を補正することが好ましい。
【符号の説明】
【００３０】
１  偏芯測定装置
５  測定対象となる光学面（５ａ  測定部位）
１０  照明光学系（照明部）
１１  フォーカスレンズ系（フォーカス調整部）
２０  集光光学系（集光部）
２１ａ  第１の集光レンズ                ２１ｂ  第２の集光レンズ
２２  レボルバ装置（切り替え部）
２５  第３の集光レンズ
３０  光位置センサー（検出部）          ３１  集光面
３５  演算処理部（測定部）
【図１】
2010243460.tif 000003
【図２】
2010243460.tif 000004
【図３】
2010243460.tif 000005
【図４】
2010243460.tif 000006