(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、該光源から導かれた光束を第１の光束と第２の光束とに分割する分割手段と、前記第１の光束の光路中に配置された基準レンズの透過波面と前記第２の光束の波面とを干渉させると共にこれにより生じた干渉縞を記録する干渉縞記録手段を有する書き込みステップと、前記光源から導かれた光束を第３の光束と第４の光束とに分割する分割手段と、前記干渉縞記録手段に記録された干渉縞に前記第３の光束を前記第２の光束と対向する方向から入射し前記基準レンズの透過波面の位相共役波を発生させ更に該位相共役波を該基準レンズの位置に置き換えられた被検レンズに入射しその透過波面を前記第４の光束と干渉させる読み出しステップと、を備えたことを特徴とするレンズ総合検査機。
【請求項２】
前記干渉縞記録手段は、SBN結晶と、該結晶に電圧をかける手段とからなることを特徴とする請求項１に記載のレンズ総合検査機。
【請求項３】
前記干渉縞記録手段は、LiNbO3結晶と、該結晶を加熱する手段とからなることを特徴とする請求項１に記載のレンズ総合検査機。
【請求項４】
前記干渉縞記録手段は、記録消去が可能であることを特徴とする請求項１に記載のレンズ総合検査機。
【請求項５】
４光波混合あるいは自己励起型の位相共役波発生手段を有することを特徴とする請求項１に記載のレンズ総合検査機。
【請求項６】
前記干渉縞記録手段に入射する前記第２の光束と前記第３の光束とは位相共役の関係にあるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のレンズ総合検査機。
【請求項７】
第１の光束が通過する第１の光路と第２の光束が通過する第２の光路とで形成された第１の干渉光路と、
第１の干渉光路において干渉縞が形成される位置に配置された記録手段と、
第３の光束が通過する第３の光路と第４の光束が通過する第４の光路とで形成された第２の干渉光路とを有し、
前記第２の光路と前記第３の光路が、前記記録手段を挟んで向かい合うように形成された構成を用いて、
光を前記第１の干渉光路に導いた状態にするとともに、前記第１の光路中に基準レンズを配置して、前記基準レンズを通過した光束と前記第２の光束とによって生じた干渉縞を前記記録手段に記録し、
次いで、光を前記第２の干渉光路に導いた状態にするとともに、前記第１の光路中に配置された前記基準レンズを被検レンズに置き換えて、前記記録手段から発生し前記被検レンズを通過した光束と前記第４の光束とによって生じた干渉縞を撮像し、
撮像した干渉縞の縞解析を行なうことで前記被検レンズを検査することを特徴とするレンズ検査方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レンズ総合検査機及びレンズ検査方法に関するものであり、特に、レンズの面形状，中心肉厚，偏心，屈折率異常等を一度に測定して、被検レンズの合否を判定し得るレンズ総合検査機及びレンズ検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カメラ，顕微鏡，内視鏡等の光学機器には、多数のレンズが用いられている。近年は、これらのレンズに非球面レンズが用いられることが多くなってきており、これら非球面レンズの加工後の検査には大変な困難を伴うものである。
例えば、モールド，精密研削等で加工されたレンズの２つの面（非球面又は球面）の形状を、１面ずつフィゾー型の干渉計或いは接触針方式の形状測定機で測定し、最後に２つの面の偏心をサイダ方式の芯取機、類似の方法、又は、特開平１−２９６１３２号公報に記載されているような非球面専用に開発された特殊な偏心測定機等を用いて調べるという具合である。これらの方法は、レンズの測定項目毎に別の測定機を用いているため検査能率が悪く、接触方式の測定機では、被検レンズを傷つける虞もあり、大量生産品のレンズの検査には不向きであった。
【０００３】
そこで、これらの問題を解決するため、特開平６−１０９５８２号公報により、マッハツェンダー型の干渉計を用い、被検レンズを透過する波面を測定することにより、全ての項目を一度に非接触で検査する検査機が提案されている。この検査機では、基準レンズと被検レンズとの光路差が測定されるため、通常の測定機では測定しにくい非球面度の大きいレンズの測定も容易にできるという利点を有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記特開平６−１０９５８２号公報に開示された測定機は、基準レンズを通る光路と被検レンズを通る光路との差（残像収差）をなくすため、前記２つの光路内に配置されるミラーやレンズ等は、極めて高精度なものが要求され、更に、高精度のアラインメントも必要である。しかし、前記２光路間の残像収差を完全に除去することは困難を極める。従って、高精度の測定を行うためには、かかる残存収差の除去が極めて重要な問題となる。
【０００５】
そこで、上記従来技術の有する問題点に鑑み、本発明は、レンズの形状，中心肉厚，偏心，材質の屈折率異常等を一度で測定し、且つ、従来のマッハツェンダー型干渉計に存在する残存収差を生じないレンズ総合検査機及びレンズ検査方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明によるレンズ総合検査機は、光源と、この光源から導かれた光束を第１の光束と第２の光束とに分割する分割手段と、前記第１の光束の光路中に配置された基準レンズの透過波面と前記第２の光束の波面とを干渉させると共にこれにより生じた干渉縞を記録する干渉縞記録手段を有する書き込みステップと、前記光源から導かれた光束を第３の光束と第４の光束とに分割する分割手段と、前記干渉縞記録手段に記録された干渉縞に前記第３の光束を前記第２の光束と対向する方向から入射し前記基準レンズの透過波面の位相共役波を発生させ更にその位相共役波を前記基準レンズの位置に置き換えられた被検レンズに入射しその透過波面を前記第４の光束と干渉させる読み出しステップと、を備えたことを特徴とする。
又、前記干渉縞記録手段は、SBN結晶と、この結晶に電圧をかける手段とから構成されている。又、この干渉縞記録手段は、LiNbO3結晶と、この結晶を加熱する手段とにより構成してもよい。
又、本発明によるレンズ総合検査機は、前記干渉縞記録手段は、記録消去が可能であることを特徴とする。
又、本発明によるレンズ総合検査機は、４光波混合あるいは自己励起型の位相共役波発生手段を有することを特徴とする。
又、本発明によるレンズ総合検査機は、前記干渉縞記録手段に入射する前記第２の光束と前記第３の光束とは位相共役の関係にあるようにしたことを特徴とする。
更に、本発明によるレンズ検査方法は、第１の光束が通過する第１の光路と第２の光束が通過する第２の光路とで形成された第１の干渉光路と、第１の干渉光路において干渉縞が形成される位置に配置された記録手段と、第３の光束が通過する第３の光路と第４の光束が通過する第４の光路とで形成された第２の干渉光路とを有し、前記第２の光路と前記第３の光路が、前記記録手段を挟んで向かい合うように形成された構成を用いて、光を前記第１の干渉光路に導いた状態にするとともに、前記第１の光路中に基準レンズを配置して、前記基準レンズを通過した光束と前記第２の光束とによって生じた干渉縞を前記記録手段に記録し、次いで、光を前記第２の干渉光路に導いた状態にするとともに、前記第１の光路中に配置された前記基準レンズを被検レンズに置き換えて、前記記録手段から発生し前記被検レンズを通過した光束と前記第４の光束とによって生じた干渉縞を撮像し、撮像した干渉縞の縞解析を行なうことで前記被検レンズを検査することを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明のレンズ総合検査機及びレンズ検査方法では、まず光源であるレーザーから射出された光をハーフミラーで第１の光束と第２の光束とに分割し、基準レンズを通過した第１の光束の波面と参照光である第２の光束の波面とを干渉させ、その干渉縞を一旦干渉縞記録手段に書き込み記録する。この干渉縞記録手段は、干渉縞の記録消去を可能とするものが好ましく、例えば、SBN結晶（Sr0.75Ba0.25Nb2O6）に電圧をかける方法や、ニオブ酸リチウム結晶（LiNbO3）を加熱する方法等が採用されている。
【０００８】
記録された干渉縞に、読み出し光である第２の光束の波面とは逆向きに進む第３の光束を入射させると、基準レンズを通り干渉縞記録手段に入射した第１の光束の位相共役波が発生する。この位相共役波を基準レンズと置き換えられた被検レンズに通すことにより、基準レンズに入射する以前の第１の光束の波面の位相共役波に基準レンズ及び被検レンズ夫々の透過面の位相差が加算された波面が生じ、この波面と参照光である第４の光束との干渉縞をスクリーン上に投影する。そして、この干渉縞から抽出された位相データに基づき被検レンズの合否が判定される。
このとき、書き込み時の参照光（第２の光束）と読み出し光（第３の光束）とは、位相共役の関係にあることが必要であるため、かかる参照光及び読み出し光には平面波が用いられる。スクリーン上に投影される参照光も同様に平面波が用いられる。
又、一度基準レンズの干渉縞を記録すれば、後は被検レンズを交換するだけで容易にレンズの検査が行えるので、多数の被検レンズの検査が可能になる。尚、異なる形状のレンズを検査するときは、その種の基準レンズの干渉縞を記録すればよい。
【０００９】
以上のように、本発明のレンズ総合検査機及びレンズ検査方法では、同一光路で検出された干渉縞に基づいて被検レンズの合否が判定されるため、高精度なアライメントを行う必要はなく、一度の測定で高精度なレンズの検査が可能となる。
【００１０】
以下、図１及び図２に基づき本発明を詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本発明によるレンズ総合検査機の構成を示す図である。本発明の検査機では、まず、光路内への着脱が可能なミラー６が光路から外された状態で、アルゴンレーザー１から光が射出される。この射出光は、コリメータレンズ８により平行光束にされた後、ハーフミラー３１により２つの光束に分割される。ハーフミラー３１を透過した光束は、ハーフミラー３２で光路を曲げられ基準レンズ１１を透過した後、干渉縞記録手段であるＳＢＮ  結晶２に入射する。このとき、基準レンズ１１の有効径いっぱいに光束が通り、且つその透過波面がＳＢＮ  結晶２に入射するように、必要に応じてハーフミラー３２と基準レンズ１１との間若しくは基準レンズ１１とＳＢＮ  結晶２との間、又はその双方に適宜光学系を挿入してもよい。一方、ハーフミラー３１で反射された光束は、ミラー２１で再度反射された後、参照光としてＳＢＮ  結晶２に入射し、この結晶内に干渉縞を形成する。この状態で、ＳＢＮ  結晶２に電圧をかけると、ＳＢＮ  結晶２内に干渉縞の分布に応じた基準レンズ１１の屈折率分布が記録される。尚、図示しないが、基準レンズ１１の前後の位置に必要に応じて光束径の大きさや基準レンズ１１への入射角を変えるための光学系を挿入してもよい。
【００１２】
次に、基準レンズ１１を外し、被検レンズを同様の位置に装着し、ミラー６を光路内に挿入する。すると、アルゴンレーザー１から射出された光は、コリメータレンズ８により平行光束とされた後、順にミラー６，２２，２３で反射され、更にハーフミラー３３で反射され、前記参照光の進行方向とは逆向きにＳＢＮ  結晶２に入射する。ＳＢＮ  結晶２では、結晶内部に記録された前記干渉縞（屈折率分布）により、基準レンズ１１を通ってＳＢＮ  結晶２に入射した波面とは進行方向のみが逆向きである所謂位相共役波が生成される。更に、この位相共役波は、被検レンズ，ハーフミラー３２，３４を順に経た後、ハーフミラー３３で分割されたもう一方の光束と共にスクリーン３上に干渉縞を形成する。
【００１３】
本発明では、書き込み時の参照光及び読み出し光に平面波を用いているが、この２つの光束は位相共役の関係を保持していることが好ましい。この関係を保つために、例えば、ミラー２３に代えて図２に示すような位相共役ミラー４０を用いれば、平面波の波面に多少の乱れを生じても検出データには影響はなく、又、コリメータレンズ８にも高い精度は要求されず、更にアラインメントも容易になり、製造コストの低減を図ることができる。位相共役ミラー４０には、所謂４光波混合型や、ＢａＴｉＯ３結晶による自己励起型のもの等がある。図２に示した位相共役ミラー４０は、ハーフミラー３５とＢａＴｉＯ３結晶１２とにより構成されたものである。
【００１４】
スクリーン３は、レーザーのスペックルパターンを避けるため、図示しない駆動装置により光軸を中心として図の矢印Ａ方向に毎秒数回回転している。スクリーン３上に表示される干渉縞は、前記被検レンズと基準レンズ１１の透過波面の位相差分だけ平面波同士の干渉縞に加算された縞になる。
【００１５】
本発明の測定機では、この干渉縞を結像レンズ９を介してＣＣＤ１０で取り込み縞解析を行うが、このとき、光路中に配置されたミラー２４をピエゾ素子７を用いて図の矢印Ｂ方向に移動させてミラー２４を含む方の光路長をλ／２ずつ変動させることにより得られた干渉縞を５組取り込み、位相データを抽出している。このようにして得られた位相データは、縞解析装置において、周知のツェルニケ（Ｚｅｒｎｉｋｅ）  の多項式を用いて展開され解析されることにより、前記被検レンズの合否が判定される。
【００１６】
以上説明したように、本発明によるレンズ総合検査機は、特許請求の範囲に記載の特徴と合わせ、以下の（１）〜（４）に示す特徴も備えている。
【００１７】
（１）前記干渉縞記録手段に入射する第２の光束と第３の光束とは共に平面波であることを特徴とする請求項１に記載のレンズ総合検査機。
【００１８】
（２）前記干渉縞記録手段に入射する第２の光束と第３の光束とは位相共役の関係にあるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のレンズ総合検査機。
【００１９】
（３）前記読み出しステップにおける前記光源から導かれた光束を第３の光束と第４の光束とに分割する手段の前方には、位相共役ミラーが配置されていることを特徴とする請求項１に記載のレンズ総合検査機。
【００２０】
（４）前記位相共役ミラーは、ハーフミラーとＢａＴｉＯ３結晶とからなることを特徴とする請求項１に記載のレンズ総合検査機。
【００２１】
【発明の効果】
上述のように、本発明によれば、レンズの面形状，中心肉厚，偏心，材質の屈折率異状等を一度に測定し、アラインメントを容易にすると共に、安価な光学系で且つ従来のマッハツェンダー型干渉計に存在する残像誤差を生じないレンズ総合検査機及びレンズ検査方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるレンズ総合検査機の構成を示す図である。
【図２】位相共役ミラーをハーフミラーとＢａＴｉＯ３結晶とにより構成した例を示す図である。
【符号の説明】
１    アルゴンレーザー
２    ＳＢＮ  結晶
３    スクリーン
６，２１，２２，２３，２４    ミラー
７    ピエゾ素子
８    コリメータレンズ
９    結像レンズ
１０    ＣＣＤ
１１    基準レンズ
１２    ＢａＴｉＯ３結晶
３１，３２，３３，３４，３５    ハーフミラー
【図１】
0003579173.tif 000002
【図２】
0003579173.tif 000003