(57)【要約】【課題】共通の光源や、観測光学系によって、レンズの形状や表面精度、焦点距離、偏芯といった複数の検査を行い、検査項目ごとにその測定精度が大きく異なってしまうことを防ぐことができるレンズ検査装置を提供する。【解決手段】光源１から射出された光が集光レンズ２によって集光された後に検査対象である測定レンズ３の表側に入射する第１光路Ｌ１と、前記光源１から射出された光が前記測定レンズ３の裏側に入射する第２光路Ｌ２と、光軸に対して傾けて設けられた透明平行平板ＳＰと、入射した光の強度を出力する光検出素子４と、を具備し、前記測定レンズ３の表側において反射された光及び前記測定レンズを裏側から表側へと透過する光が、前記集光レンズ２を透過した後に、前記透明平行平板ＳＰによって反射されて、前記光検出素子４に入射する共通光路Ｌ３を備えた。【選択図】図１
2010133745.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から射出された光が集光レンズによって集光された後に検査対象である測定レンズの表側に入射する第１光路と、
前記光源から射出された光が前記測定レンズの裏側に入射する第２光路と、
対向する面が平行であり、その平行な二面が前記集光レンズの光軸に対して傾けて設けられた透明平行平板と、
前記透明平行平板に反射された光が入射する位置に設けられ、その入射した光の強度を出力する光検出素子と、を具備し、
前記第１光路を通り、前記測定レンズの表側において反射された光及び前記第２光路を通り、前記測定レンズを裏側から表側へと透過する光が、前記集光レンズを透過した後に、前記透明平行平板によって反射されて、前記光検出素子に入射する共通光路を備えたことを特徴とするレンズ検査装置。
【請求項２】
前記透明平行平板を支持し、前記透明平行平板の前記集光レンズの光軸に対する傾きを調節する傾き調節機構を更に備えた請求項１記載のレンズ検査装置。
【請求項３】
前記測定レンズを支持する支持機構を更に具備し、
前記支持機構が、前記集光レンズと前記測定レンズの相対距離を前記集光レンズの光軸に沿って調節する距離調節機構を備えた請求項１又は２記載のレンズ検査装置。
【請求項４】
前記支持機構が、前記測定レンズの光軸を回転軸として回転させる回転機構を更に備えた請求項１、２又は３記載のレンズ検査装置。
【請求項５】
前記共通光路上にダブプリズムが設けられ、その共通光路の光軸を回転軸として回転される請求項１、２、３又は４記載のレンズ検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レンズの検査を行うレンズ検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レンズの検査においては、その表面の形状や表面精度、焦点距離、偏芯など様々な検査項目を検査する必要がある。例えば、特許文献１に示されるように表面形状や表面精度を測定するために、測定対象となるレンズに光を照射し、干渉縞によってその表面形状を測定するものが開示されている。
【特許文献１】特開２０００−２６６６３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に示されるようなレンズ検査装置では、表面形状といった一種類の測定しか行うことができないので、焦点距離や偏芯も測定する場合には、別のレンズ検査装置を用意する必要がある。
【０００４】
このように別々のレンズ検査装置で検査を行うと、レンズ検査装置ごとにレンズに光を照射する照射光学系や、干渉縞などを検出する観測光学系が異なるため、測定される精度が検査項目ごとに大きくことなってしまい、検査の一貫性を欠くことになる。
【０００５】
本発明は上述したような問題を鑑みてなされたものであり、共通の光源や、観測光学系によって、レンズの形状や表面精度、焦点距離、偏芯といった複数の検査を行い、検査項目ごとにその測定精度が大きく異なってしまうことを防ぐことができるレンズ検査装置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】
【０００６】
すなわち、本発明のレンズ検査装置は、光源から射出された光が集光レンズによって集光された後に検査対象である測定レンズの表側に入射する第１光路と、前記光源から射出された光が前記測定レンズの裏側に入射する第２光路と、対向する面が平行であり、その平行な二面が前記集光レンズの光軸に対して傾けて設けられた透明平行平板と、前記透明平行平板に反射された光が入射する位置に設けられ、その入射した光の強度を出力する光検出素子と、を具備し、前記第１光路を通り、前記測定レンズの表側において反射された光及び前記第２光路を通り、前記測定レンズを裏側から表側へと透過する光が、前記集光レンズを透過した後に、前記透明平行平板によって反射されて、前記光検出素子に入射する共通光路を備えたことを特徴とする。
【０００７】
このようなものであれば、第１光路と第２光路を通る光は同じ光源から射出された光であり、また、前記第１光路を通り、前記測定レンズの表側において反射された光及び前記第２光路を通り、前記測定レンズを裏側から表側へと透過する光が共通光路を通って前記光検出素子に入射するように構成されているので、測定レンズの反射光を用いた測定と透過光を用いた測定を共通の光源と観測光学系によって行うことができる。つまり、複数種類の検査間において光源と観測光学系を同じにすることができるので、検査の一貫性を向上させることができ、測定精度が検査項目ごとに大きく異なることを防ぐことができる。
【０００８】
また、前記測定レンズから反射又は透過してくる光は、前記透明平行平板において表面と裏面のそれぞれで反射された際のずれによって前記光検出素子において干渉縞を生じることになる。この干渉縞を利用して複数の検査項目を検査することができる。
【０００９】
具体的には、前記集光レンズと前記測定レンズの距離を適切な値に設定して、第１光路を通り前記測定レンズに入射する光の波面の曲率と前記測定レンズの曲率を一致させて、前記光検出素子で観測される干渉縞の強度分布から位相分布を求めることによって測定レンズの表面形状や面精度を測定することができる。
【００１０】
ここで、入射する光の波面の曲率と前記測定レンズの曲率を一致させるには、例えば、前記光検出素子で検出される光の強度が、光の入射している範囲において略同じ強度となり、前記集光レンズの焦点よりも内側に測定レンズが位置するようにすればよい。例えば、光検出素子上に入射すると予想されるビーム径の範囲において強度の分散が最も小さくなるようにし、測定レンズが集光レンズの焦点よりも内側にあるように離間距離を設定してもよい。
【００１１】
また、より簡単には、前記測定レンズの表側を反射する光が、前記透明平行平板において反射されずに透過した光を用いて、前記光検出素子において形成される干渉縞と略同じ干渉縞を目視することができるようにし、その干渉縞が略一様強度となるように前記集光レンズ前記測定レンズ間の距離を設定してもよい。
【００１２】
具体的な構成としては、前記測定レンズの表側を反射した光又は前記測定レンズの裏側から表側へ透過した光のうち、前記透明平行平板を透過した光の光軸上に、当該透明平行平板と同じ厚さと材質であり、光軸に対して同様に傾けて設けられたモニタ用透明平行平板と、そのモニタ用透明平行平板において反射された光が入射する位置に設けられたスクリーンとを備えたものであればよい。
【００１３】
以下の説明では、簡単のため、集光レンズと測定レンズ間の距離の調整では、前記モニタ用透明平行平板と前記スクリーンとによって形成される干渉縞を目視することによって調節するものを代表させて記述するが、この方法に限られるものではない。
【００１４】
また、測定レンズの後方焦点距離を測定するには、まず、前記スクリーンで観測される干渉縞を一様強度となるよう前記測定レンズと前記集光レンズ間の距離を調節して、第１光路を通る光が前記集光レンズの焦点において前記測定レンズの表面に入射するようにしておく。そして、その位置から前記測定レンズを前記集光レンズから離していき、前記集光レンズと前記測定レンズの焦点を一致させ、第２光路からの光によってもスクリーンで観測される干渉縞が一様強度になるようにする。このようにした時の測定レンズの移動距離が後方焦点距離である。
【００１５】
さらに、第２光路を通り、前記測定レンズを透過した光によってできる干渉縞の位相分布の歪みからレンズの偏芯や収差を測定することができる。
【００１６】
位相シフト法によって干渉縞の位相を算出し、前記測定レンズの表面形状や面精度を精度よく測定するには、前記透明平行平板を支持し、前記透明平行平板の前記集光レンズの光軸に対する傾きを調節する傾き調節機構を更に備えたものであればよい。
【００１７】
前記測定レンズの焦点距離や曲率を簡単に測定するには、前記測定レンズを支持する支持機構を更に具備し、前記支持機構が、前記集光レンズと前記測定レンズの相対距離を前記集光レンズの光軸に沿って調節する距離調節機構を備えたものであればよい。
【００１８】
干渉縞を回転させることにより前記測定レンズの偏芯を測定できるようにするには、前記支持機構が、前記測定レンズの光軸を回転軸として回転させる回転機構を更に備えたものであればよい。
【００１９】
より簡単に干渉縞を回転させるには、前記共通光路上にダブプリズムが設けられ、その共通光路の光軸を回転軸として回転されるものであればよい。
【発明の効果】
【００２０】
このように本発明のレンズ検査装置によれば、共通の光源と共通の観測系用いて、測定レンズの反射光を用いた測定と透過光を用いた測定という異なる種類の測定によって、表面形状や面精度、焦点距離、偏芯の検査を行うことができる。従って、複数の検査において測定精度が大きくことなることを防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２２】
本実施形態のレンズ検査装置１００は、検査対象である凸レンズやシリンドリカルレンズ凹レンズ等の測定レンズ３の表面形状や面精度、焦点距離、曲率、偏芯を測定し、検査するためのものである。
【００２３】
前記レンズ検査装置１００は、図１の側面図に示すように、４階構造である筐体Ｂに各種機構を設けたものである。各階に設けてある主要な機構について簡単に説明すると、前記筐体Ｂの４階部分には、中央部に凸レンズである前記測定レンズ３に照射される検査光を射出する光源１が設けてあり、３階部分には反射測定用に光を整形するための第１ビーム整形部Ｅ１と、目視によって干渉状態を確認するための干渉縞モニタ部ＭＮとが設けてある。２階部分には、前述した測定レンズ３からの反射光及び後述する透過光による干渉縞の強度を測定するための干渉画像測定部ＭＳが設けてあり、１階部分には、透過測定用に光を整形するための第２ビーム整形部Ｅ２と、前記測定レンズ３を支持するための支持機構５が設けてある。
【００２４】
以下では、まず、照射光学系を構成する各機器について、反射測定用光路の一部である第１光路Ｌ１と透過測定用光路の一部である第２光路Ｌ２に沿って各部について詳述する。その後に観測光学系を構成する各機器について反射測定用光路と透過測定用光路の共通部分である共通光路Ｌ３に沿って説明する。図１では、特に測定レンズ３の表面からの反射光によって干渉縞を形成し、測定を行う場合を示してある。図２では測定レンズ３の裏側から表側へ光を透過させて干渉縞を形成し、測定を行う場合を示してある。
【００２５】
図１に示すような反射測定用光路に沿って説明する。４階部分にある前記光源１は、Ｈｅ−Ｎｅレーザ発振器であり、図１に示すように光源１から射出された光は、強度調整用の偏光子Ｐを通過した後に、光軸に対して４５度傾けて角に設けてある第１ミラーＭ１によって下方に反射されて３階に導かれるようにしてある。
【００２６】
３階に導かれたレーザ光は、第１ミラーＭ１と対向するように光軸に対して４５度傾けて設けてある第２ミラーＭ２によって、前記光源１から射出された時とは逆方向に３階部分を進行するよう反射されるようにしてある。第２ミラーＭ２は後述する透過光測定においては光路から外すことができるように移動ステージ（図示しない）に取り付けてある。言い換えると、前記第２ミラーＭ２は反射光測定と透過光測定の切り替えを行うための切り替え機構も兼ねている。
【００２７】
前記第２ミラーＭ２で反射されたレーザは、前記第１ビーム整形部Ｅ１を通過し、ビーム径を大きくしたコリメート光となる。前記第１ビーム整形部Ｅ１は、上流から対物レンズＥ１１とピンホールＥ１２とコリメートレンズＥ１３からなるものであり、対物レンズＥ１１とピンホールＥ１２によって入射したレーザの波面を整え、ビーム径を広げた後に、コリメートレンズＥ１３によって平面波にするものである。
【００２８】
前記第１ビーム整形部Ｅ１から出た光は、前記干渉縞モニタ部ＭＮを透過した後に、光軸に対して４５度傾けて設けられた第３ミラーＭ３によって下方に反射されて２階に導かれる。なお、干渉縞モニタ部ＭＮについては後で詳述する。
【００２９】
２階部分に導かれたレーザは、後述する測定用シアプレートＳＰを透過した後に、集光レンズ２によって集光されて１階部分に導かれる。
【００３０】
１階部分に導かれたレーザは検査対象である測定レンズ３に入射する。ここまで説明してきた光源１から測定レンズ３に入射するまでの光路が請求項での第１光路Ｌ１に相当する。前記測定レンズ３は１階の底面に取り付けられた支持機構５によって支持してある。この支持機構５は中空となっており、測定レンズ３を支持し、中央部に透過窓を有した支持部５１と、１階の底面に取り付けられる概略直方体形状の中空の基礎部５３と、前記支持部５１と前記基礎部５３に上下方向に摺動可能に接続する距離調節機構５２とから構成してある。ここで、上下方向に移動可能とは、前記集光レンズ２との相対距離を調節する方向に移動することを言う。前記支持機構５には支持部５１の高さ方向の移動量を表示できるようにノギスが設けてある。また、前記距離調節機構５２は、前記支持部５１の中心軸を回転軸として回転させる回転機構５４を備えており、支持されている測定レンズ３を回転させることができる。
【００３１】
次に図２の透過測定用光路に沿って説明する。４階にある前記光源１から射出されたレーザは、前記第１ミラーＭ１によって、下方に反射されて、１階に導かられる。このとき前記第２ミラーＭ２は移動ステージによって光路から外してある。
【００３２】
１階に導かれたレーザは、前記第１ミラーＭ１と対向するように設けられ、レーザの光軸に対して４５度傾けて設けられた第４ミラーＭ４によって光源１からの射出時とは逆方向に進行するように反射される。反射されたレーザは第２ビーム整形部Ｅ２によって集光され、光ファイバＦに導入される。前記光ファイバＦは前記支持機構５の内部に接続されており、光ファイバＦの射出端から射出された光は、支持機構５内のコリメートレンズ５５によってコリメート光にされて、第５ミラー５６によって反射されて、前記支持部５１の透過窓を通過して前記測定レンズ３を裏側から照射するように構成してある。
【００３３】
ここまで説明してきた光源１から測定レンズ３の裏側に至るまでの光路が請求項での第２光路Ｌ２に相当する。
【００３４】
次に、図１及び図２に示される、前記測定レンズ３から後述するＣＣＤカメラ４（光検出素子）までの光路である共通光路Ｌ３上にある観測光学系を構成する機器について説明する。
【００３５】
前記測定レンズ３の表面において反射した光及び前記測定レンズ３の裏側から表側へ透過した光は、２階に設けられた集光レンズ２を通って、前記干渉画像測定部ＭＳに入射する。干渉画像測定部ＭＳは、共通光路Ｌ３の上流側から、前述した測定用シアプレートＳＰと、シアプレートにおいて反射されてレーザ射出時の方向に進行する光を集光する結像レンズ７と、結像レンズ７によって結像する干渉縞を測定するための光検出素子であるＣＣＤカメラ４とがこの順で構成してある。前記測定用シアプレートＳＰは、２階の底面に取り付けられた傾き調節機構６の側面に取り付けて支持されており、前記傾き調節機構６の円筒形の回転部が回転する事により、光軸に対して４５度傾いている状態から微小に角度を変化させることができるようにしてある。前記結像レンズ７は適当な大きさに干渉縞を結像させるために複数の倍率を選択できるように構成してある。また前記ＣＣＤカメラ４は結像位置に合わせることができるように３階の底面に設けられた前記結像レンズ７の光軸方向に移動可能なリニアステージＬＳに取り付けてある。
【００３６】
前記測定用シアプレートＳＰでは、裏面と表面において反射がそれぞれ起きるので、その反射光のずれから前記ＣＣＤカメラ４において干渉縞が観測される。また、前記測定用シアプレートＳＰを透過した光は３階部分に導かれ、図３に示すように前記干渉縞モニタ部ＭＮに入射する。なお、図３では簡単のため入射光は図示していない。前記干渉縞モニタ部ＭＮは光軸に対して４５度奥行き方向に傾けてあるモニタ用シアプレートＭＰと、前記モニタ用シアプレートＭＰによって反射された光による干渉縞を目視するためのスクリーンＳＣとから構成してある。このスクリーンＳＣに形成された干渉縞の状態を確認しながら、前記支持機構５の高さや測定用レンズの取り付け、その他の光学機器の微調整を行うことができる。
【００３７】
次に測定レンズ３の曲率、表面形状や面精度、後方焦点距離、偏芯についての測定方法を説明する。
【００３８】
まず、曲率の測定について説明する。曲率の測定では、前記第１光路Ｌ１を通るレーザを用いて、前記測定レンズ３の表面の反射光により生じる干渉縞によって測定を行う。
【００３９】
図４（ａ）に示すようにまず、集光レンズ２の焦点と前記測定レンズ３の表面が一致するように距離調節機構５２によって測定レンズ３と集光レンズ２の間の距離を調節する。この位置の事を簡便のため第１基準点とする。ここで、図４（ａ）で示されるような位置に測定レンズ３が配置されると、測定レンズ３表面に入射した光は、反射すると入射してきた光路と全く同じ光路で戻っていく事になる。そのため、反射光が集光レンズ２に入射すると平行光となり、平行光であるためにモニタ用シアプレートMPで反射されてスクリーンSC上に生じる干渉縞は一様強度のものとなる（縞模様などが現れない）。従って、実際に測定レンズ３を第１基準点に移動させるには、前記測定レンズ３の位置を前記集光レンズ２の焦点距離だけ離したものにしておき、モニタ用シアプレートＭＰによるスクリーンＳＣ上の干渉縞が一様強度になる点を探せばよい。
【００４０】
次に図４（ｂ）に示すように前記測定レンズ３を前記集光レンズ２に近づけて、スクリーンSC上の干渉縞が一様強度となる点に移動させる。この点のことを第２基準点と呼ぶことにする。このとき、入射光の波面の曲率と、測定レンズ３の曲率が一致しており、この場合にも入射した光は入射時の光路と全く同じ光路で反射して戻っていくので、モニタ用シアプレートＭＰには平行光が入射するため干渉縞が一様強度となる。
【００４１】
このように第１基準点から第２基準点に測定レンズ３を移動させたときの移動距離ＭＤ１が測定レンズ３の曲率である。この距離は前記支持機構５に設けられたノギス等で求めることができる。
【００４２】
次に、表面形状や面精度の測定方法について説明する。この表面形状や面精度の測定においても前記第１光路Ｌ１を通るレーザを用いて、前記測定レンズ３の表面の反射光により生じる干渉縞によって測定を行う。
【００４３】
図５に示すように、前記測定レンズ３の位置を前述した第２基準点に移動させて、入射する光の波面の曲率と前記測定レンズ３の曲率が一致するようにしたうえで、位相シフト法によって表面形状や面精度を算出する。具体的には、傾き調節機構６により、前記測定用シアプレートＳＰの取り付け角度を光軸に対して４５度から複数変化させて、それぞれにおいて干渉縞の強度を計測する。例えば、基準の４５度の状態から前記測定用シアプレートＳＰの表面と裏面でそれぞれ反射している光の位相差ＰＤがπ／２、π、３π／２、２πとなるように測定用シアプレートＳＰの傾きを変化させる。
【００４４】
これらそれぞれ５つの状態について干渉縞の強度分布をＣＣＤカメラ４によって測定しておき、その強度から干渉縞の位相分布を算出する。求められた位相分布は２πごとに折り返されているので、アンラップ処理を行い、実際の位相分布を求める。この実際の位相分布を積分することによって測定レンズ３の表面形状を算出することができる。
【００４５】
次に、後方焦点距離の測定方法について説明する。後方焦点距離の測定では前記第１光路Ｌ１を通って、前記測定レンズ３の表面で反射された光による干渉縞と前記第２光路Ｌ２を通って、前記測定レンズ３を透過した光による干渉縞を用いて測定を行う。
【００４６】
図６（ａ）に示すように、まず、反射測定によって測定レンズ３を前述したようにして第１基準点に移動させて、集光レンズ２の焦点と測定レンズ３の表面が一致するようにする。
【００４７】
次に、図６（ｂ）に示すように測定レンズ３を透過する光によって干渉縞が生じるようにし、前記測定レンズ３を前記集光レンズ２から離すことによって前記測定レンズ３の焦点と前記集光レンズ２の焦点が一致する位置にする。このような位置のことを第３基準点と呼ぶ。第３基準点に測定レンズ３が移動すると、前記集光レンズ２から射出される光は平行光となるので、スクリーンＳＣ上の干渉縞は一様強度のものとなる。従って、干渉縞が一様強度になるように測定レンズ３を集光レンズ２から離していけばよい。このときの測定レンズ３の移動量ＭＤ２が後方焦点距離であるので、前述したノギスなどで距離調節機構５２の移動量ＭＤ２を測定する。
【００４８】
次に、測定レンズ３の偏芯の測定方法について説明する。この偏芯の測定では、前記第２光路Ｌ２を通って、前記測定レンズ３を透過した光による干渉縞を用いて測定を行う。
【００４９】
測定レンズ３を透過する光によって干渉縞の強度分布をＣＣＤカメラ４によって測定し、その値から位相分布を算出する。この際、偏芯が存在する場合にはレンズを透過した光の波面のひずみとして検出する事ができる。さらに、図７に示すように前記回転機構５４によって測定レンズ３を回転させながら干渉縞を測定する事によって、レンズ全体での偏芯の測定を行うことができる。
【００５０】
このように、本実施形態のレンズ検査装置１００によれば、曲率、表面形状や面精度、焦点距離、偏芯といった異なる種類の検査項目において一つの光源１と、同じ観測光学系を用いて、測定レンズ３の表面の反射光による測定と、測定レンズ３を透過した光による測定を行うことができる。従って、共通の光源１と観測光学系を用いることができるので、検査を一貫性のあるものとすることができ、検査項目ごとに測定精度が異なるものになるのを防ぐことができる。
【００５１】
その他の実施形態について説明する。
【００５２】
前記実施形態では、反射光による測定と透過光による測定を切り替えるために第２ミラーを移動させるようにしていたが、例えば、ハーフミラーなどにしておき、片側を第１光路と第２光路のいずれかを遮蔽板でふさぐようにするようにしてもよい。
【００５３】
前記実施形態では、偏芯の検査を行うために、支持機構を回転させるようにしていたが、測定レンズは静止させておいて、共通光路上にダブプリズムを設けておき、ダブプリズムを回転させるようにしても構わない。
【００５４】
前記実施形態では測定レンズは凸レンズであったが、シリンドリカルレンズであっても同様に測定を行うことができる。また、凹レンズの場合には、各種測定において基準位置に移動させる際にその方向を逆にすればよい。
【００５５】
その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて、様々な変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の一実施形態に係るレンズ検査装置の反射測定における態様を示す模式的側面図。
【図２】同実施形態における透過測定における態様を示す模式的側面図。
【図３】同実施形態における３階部分の模式的平面図。
【図４】同実施形態における測定レンズの曲率の測定方法を示す模式図。
【図５】同実施形態における測定レンズの表面形状や面精度の測定方法を示す模式図。
【図６】同実施形態における測定レンズの焦点距離の測定方法を示す模式図。
【図７】同実施形態における測定レンズの偏芯の測定方法を示す模式図。
【符号の説明】
【００５７】
１００・・・レンズ検査装置
１・・・光源
２・・・集光レンズ
３・・・測定レンズ
ＳＰ・・・シアプレート（透明平行平板）
４・・・ＣＣＤカメラ（光検出素子）
５・・・支持機構
５２・・・距離調節機構
５４・・・回転機構
６・・・傾き調節機構
Ｌ１・・・第１光路
Ｌ２・・・第２光路
Ｌ３・・・共通光路
【図１】
2010133745.tif 000003
【図２】
2010133745.tif 000004
【図３】
2010133745.tif 000005
【図４】
2010133745.tif 000006
【図５】
2010133745.tif 000007
【図６】
2010133745.tif 000008
【図７】
2010133745.tif 000009