(57)【要約】【課題】  非収束レンズなどのレンズ特性の検査を、短時間で容易に、且つ安価で行うことである。【解決手段】  本発明のレンズ特性検査方法は、異なる方向に進行する少なくとも２つの光を上記レンズに入射させる工程と、上記レンズを出射した少なくとも２つの光が形成する干渉縞像を捕捉する工程と、捕捉された干渉縞像からレンズの特性を検査する工程とを含むことを特徴とする。【選択図】図１
2006010599.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズの特性を検査する方法であって、
異なる方向に進行する少なくとも２つの光を上記レンズに入射させる工程と、
上記レンズを出射した少なくとも２つの光が形成する干渉縞像を捕捉する工程と、
捕捉された干渉縞像からレンズの特性を検査する工程とを含むことを特徴とするレンズ特性検査方法。
【請求項２】
レンズ特性検査装置であって、
上記レンズを取り外し可能に保持するレンズ保持手段と、
上記レンズに異なる方向に進行する少なくとも２つの光を入射させる光入射手段と、
上記レンズから出射される少なくとも２つの光が形成する干渉縞像を捕捉する干渉縞像捕捉手段と、
上記干渉縞像から上記レンズの特性を検査するレンズ特性検査手段とを含むことを特徴とするレンズ特性検査装置。
【請求項３】
上記レンズ保持手段が、上記レンズを保持した状態で、上記レンズの光軸を中心として上記レンズを回転させる手段であることを特徴とする請求項２に記載のレンズ特性検査装置。
【請求項４】
上記光入射手段が、１つの光を出力する光出力装置と、上記光出力装置から出力された上記１つの光を少なくとも２つの光に分割する光分割手段とを含むことを特徴とする請求項２または３のいずれかに記載のレンズ特性検査装置。
【請求項５】
上記光分割手段が回折格子であることを特徴とする請求項４に記載のレンズ特性検査装置。
【請求項６】
上記回折格子が、上記回折格子を保持した状態で上記レンズの光軸を中心として上記回折格子を回転させることが可能な回折格子保持手段によって保持されていることを特徴とする請求項５に記載のレンズ特性検査装置。
【請求項７】
上記干渉縞像捕捉手段が、スクリーンであることを特徴とする請求項２〜６のいずれかに記載のレンズ特性検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平行光をスポット集光せずに非収束光や拡散光を出射するレンズ、または、点光源からの光を平行光として出射しない非収束レンズの特性を検査する方法およびそれに用いるレンズ特性検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、平行光をスポット集光せずに非収束光や拡散光を出射するレンズ、または、点光源からの光を平行光として出射しないレンズは、デジタルスチルカメラ、ＤＶＤ装置などの普及により、重要が増大し、そのため、生産数も増大している。また、小型化された高精度なレンズが要求されている。このようなレンズは、通常、複数枚組み合わされて使用されることが多い。
【０００３】
従来、このようなレンズ、例えば、非収束レンズ（被検レンズ）の特性の検査は、ヌルレンズと呼ばれる補正レンズと組み合わせて光学系を形成し、該光学系を通過した光の干渉を測定することによって行われていた（特許文献１参照。）。また、被検レンズの形状を触針式の３次元測定器によって測定することにより、被検レンズの特性を検査していた。
【特許文献１】特開平０９−２４３５１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ヌルレンズは、被検レンズに対して正確に位置合わせするのに時間がかかるとともに、被検レンズの種類毎に用意しなければならず、その結果、被検レンズの検査コストが大きくなる問題があった。その上、ヌルレンズも非収束レンズであるため、特性を検査する必要があり、その場合には更なるヌルレンズが必要であった。
【０００５】
また、３次元測定器による被検レンズの形状測定は、時間がかかるために作製された複数の被検レンズの一部にのみ行われ、その上、被検レンズの内部は測定できないという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、ヌルレンズと呼ばれる補正レンズを必要とせず、短時間で容易に、且つ安価で被検レンズの特性を検査できるレンズ特性検査方法とそれに用いるレンズ特性検査装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する本発明のレンズ特性検査方法は、異なる方向に進行する少なくとも２つの光を上記レンズに入射させる工程と、上記レンズを出射した少なくとも２つの光が形成する干渉縞像を捕捉する工程と、捕捉された干渉縞像からレンズの特性を検査する工程とを含むことを特徴とする。
【０００８】
本発明のレンズ特性検査方法に用いるレンズ特性検査装置は、上記レンズを取り外し可能に保持するレンズ保持手段と、上記レンズに異なる方向に進行する少なくとも２つの光を入射させる光入射手段と、上記レンズから出射される少なくとも２つの光が形成する干渉縞像を捕捉する干渉縞像捕捉手段と、上記干渉縞像から上記レンズの特性を検査するレンズ特性検査手段とを含むことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明のレンズ特性検査装置は、上記レンズ保持手段が、上記レンズを保持した状態で、上記レンズの光軸を中心として上記レンズを回転させる手段であることを特徴とする。
【００１０】
さらに、本発明のレンズ特性検査装置は、上記光入射手段が、１つの光を出力する光出力装置と、上記光出力装置から出力された上記１つの光を少なくとも２つの光に分割する光分割手段とを含むことを特徴とする。
【００１１】
これらの特徴を有する本発明のレンズ特性検査装置は、回折格子を光分割手段として用いることができる。
【００１２】
また、上記回折格子は、上記回折格子を保持した状態で上記レンズの光軸を中心として上記回折格子を回転させることが可能な回折格子保持手段によって保持されてもよい。
【００１３】
加えて、これらの特徴を有する本発明のレンズ特性検査装置は、スクリーンを干渉縞像捕捉手段として用いることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ヌルレンズと呼ばれる補正レンズを必要とせず、短時間で容易に、且つ安価で被検レンズの特性を検査でき、その結果、作製された全ての被検レンズに対して特性を検査することも可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、本発明に係るレンズ特性検査方法に必要である概念的または基本的な光学系を概略的に示している。光学系は、レンズ特性を検査される被検レンズ１０と、１つの光を複数の光に分割する光分割手段である回折格子１２と、被検レンズ１０から出射された複数の光が形成する干渉縞の像を捕捉する干渉縞像捕捉手段１４とを光軸１６上に有する。干渉縞像捕捉手段１４は、後述でも説明されるが、ＣＣＤカメラなどの撮像素子やスクリーンなどである。
【００１６】
図１のＡ領域を拡大した図２に示すように、回折格子１２は、サブミクロンオーダの格子ピッチｐと格子深さｄを有する光軸１６方向と直交する方向に並列した複数の溝を有する。回折格子１２から出射された異なる方向に進行する２つの光、＋１次回折光Ｌ+１と−１次回折光Ｌ-１は、被検レンズ１０に入射される。続いて、２つの光は、被検レンズ１０によって屈折されて出射され、干渉縞像１８を干渉縞像捕捉手段１４上に形成する。干渉縞像１８はシアリング干渉縞と呼ばれるものであり、この干渉縞像１８の特徴、例えば、縞のピッチや本数などから被検レンズ１０のレンズ特性、例えば、収差を検査することができる。
【００１７】
以下、この光学系を基本とする、いくつかの被検レンズの種類に対応したレンズ特性検査装置を説明する。
【００１８】
第１の実施形態：
第１の実施形態のレンズ特性検査装置１１０を、概略的構成を示す図３を参照しながら説明する。レンズ特性検査装置１１０は、光入射手段として、光を出力するレーザ装置１１２と、レーザ装置１１２から出力された光の径を拡大して拡散光を出射する対物レンズ１１４と、対物レンズ１１４から出射された拡散光の余分な成分を除去するとともに、該拡散光の出射角を拡大して球面波の光を出射するピンホール１１６を有するフィルター１１８と、ピンホール１１６からの球面波の光が入射されて平行光を出射するコリメータレンズ１２０と、コリメータレンズ１２０から出射された平行光が入射され、＋１次回折光Ｌ+１と−１次回折光Ｌ-１（２つの光）を出射する、格子ピッチｐと格子深さｄを有する回折格子１２２とを有する。
【００１９】
また、レンズ特性検査装置１１０は、回折格子１２２からの２つの光が入射される被検レンズ１２４を有し、また、干渉縞像捕捉手段として、被検レンズ１２４から屈折されて出射された２つの光が入射され後述のＣＣＤカメラのＣＣＤ撮像素子上に集光する集光レンズ１２６と、集光レンズ１２６から出射された２つの光から形成される干渉縞を像として撮像するＣＣＤカメラ１２８とを有する。
【００２０】
さらに、レンズ検査装置１１０は、回折格子１２２を保持する手段であるホルダ１３０と、被検レンズ１２４を取り外し可能に保持する手段であるチャック１３２とを有する。ホルダ１３０またはチャック１３２のいずれか一方は、モータなどの回転駆動手段１３６により、回折格子１２２または被検レンズ１２４を保持した状態で光軸１３４を中心として回転させる手段として構成されている（図３においては、ホルダ１３０に回転駆動手段１３６が駆動連結されている。）。
【００２１】
回折格子１２２の設計は、使用されるレーザ装置１１２や、所望される干渉縞像、言い換えると、干渉縞像を形成する±１次回折光の回折角θなどによって異なり、例えば、出力する光の波長λが５３２．８ナノメートル（ｎｍ）であるＨｅ−Ｎｅレーザ装置が使用され、２つの光、＋１次回折光Ｌ+１と−１次回折光Ｌ-１の回折角θが±５°である場合、回折格子の格子ピッチｐは、６１１３ｎｍに決定される。格子ピッチｐは、数１の式で求めることができる。
【数１】
2006010599.tif 000003
【００２２】
また、回折格子１２２の格子深さｄは、０次回折光が被検レンズ１２４に向かって出射されないように決定される。格子深さｄは、回折格子の屈折率ｎと大気上の屈折率１（近似値）とから、数２に示す式で求めることができる。
【数２】
2006010599.tif 000004
【００２３】
回折格子１２２が屈折率ｎ＝１．４５６２５の石英ガラスである場合、格子深さｄは６９４ｎｍに決定される。
【００２４】
回折格子１２２と被検レンズ１２４との距離、集光レンズ１２６とＣＣＤカメラ１２８との距離は、チャック１３２や集光レンズ１２６を保持して光軸方向１３６に該チャック１３２や集光レンズ１２６を平行移動させることによって該距離を調整する、例えば、アクチュエータなどから構成される距離調整手段１３８、１４０によって調整される。これらの距離は、所望される干渉縞像によって決定される。具体的には、回折格子１２２と被検レンズ１２４との距離をシアリング率が可能な限り大きくなるように決定し、また、集光レンズ１２６とＣＣＤカメラ１２８との距離をＣＣＤカメラ１２８のＣＣＤ撮像素子面全体に干渉縞像が可能な限り大きいサイズで形成されるように決定する。
【００２５】
このようにして得られた干渉縞像は、図４に示すＣＣＤカメラ画像に示すように、２つの光それぞれが形成する略円形の投影光が重なる領域１４２に形成される。この干渉縞像の特徴から被検レンズ１２４の収差などの特性が検査される。
【００２６】
回折格子１２２を保持するホルダ１３０または被検レンズ１２４を保持するチャック１３２のいずれか一方が回転駆動手段１３４によって回転されることにより、異なる複数の干渉縞像を得ることができる。例えば、回折格子１２２を保持するホルダ１３０を、図５に示す。図に示すホルダ１３０は、光軸１３４を中心として矢印１４４方向に回転駆動手段１３４によって回転されることにより、２つの光（＋１次回折光Ｌ+１と−１次回折光Ｌ-１）の被検レンズ１２４に対する入射方向を変更する。これにより、２つの光の入射方向が異なる複数の干渉縞像を獲得し、複数の干渉縞像から被検レンズ１２４の異なる方向（放射方向）の収差、例えば、０°と９０°方向（直交する２つの放射方向）の被検レンズ１２４の収差成分（放射方向によって異なる波面収差）を評価することが可能になる。干渉縞像からレンズの波面収差を評価する方法は、特願平１１−２１２１７０号公報に説明されている。
【００２７】
被検レンズ１２４における異なる放射方向の収差成分の評価は、回転駆動手段１３４がチャック１３２に駆動連結され、チャックが保持する被検レンズ１２４を回転させて行ってもよい。
【００２８】
第２の実施形態：
第２の実施形態のレンズ特性検査装置は、焦点距離が極端に小さい被検レンズ、例えば、曲率半径の小さい凸レンズで焦点距離が０ｍｍ以上１０ｍｍ以下であるものを対象とする。このようなレンズから出射された光は出射直後、収束または発散する。そのため、結像レンズやＣＣＤカメラなどの干渉縞像捕捉手段を被検レンズに接近して配置する必要がある。ところが、干渉縞像捕捉手段がその形状のために該被検レンズに接近して配置することができない、言い換えると、接近して配置すると干渉縞像捕捉手段と被検レンズとが接触する。本実施の形態は、これを解決するためのレンズ特性検査装置である。
【００２９】
第２の実施形態のレンズ特性検査装置２１０を、図６に概略的に示す。レンズ特性検査
装置２１０は、光入射手段として、光を出力するレーザ装置２１２と、レーザ装置２１２から出力された光を集光する対物レンズ２１４と、対物レンズ２１４で集光された光の焦点または焦点近傍に配置された、＋１次回折光Ｌ+１と−１次回折光Ｌ-１とを出射する、格子ピッチｐと格子深さｄを有する回折格子２１６とを有する。
【００３０】
また、レンズ特性検査装置２１０は、回折格子２１６からの２つの光が入射される被検レンズ２１８を有し、また、干渉縞像捕捉手段として、被検レンズ２１８から屈折されて出射された２つの光が入射され後述のＣＣＤカメラのＣＣＤ素子面に集光する集光レンズ２２０と、集光レンズ２２０から出射された２つの光から形成される干渉縞を像として撮像するＣＣＤカメラ２２２とを有する。加えて、回折格子２１６を保持するホルダ２２４と被検レンズ２１８を取り外し可能に保持するチャック２２６とを有する。
【００３１】
回折格子２１６の格子ピッチｐや格子深さｄは、第１の実施形態と同様に、レーザ装置２１２や所望する交渉縞像によって決定される。また、回折格子２１６と被検レンズ２１８との距離、集光レンズ２２０とＣＣＤカメラ２２２との距離も、第１の実施形態と同様に、チャック２２６や集光レンズ２２０を保持して光軸方向２２８に該チャック２２６や集光レンズ２２０を平行移動させることによって該距離を調整する、例えば、アクチュエータなどから構成される距離調整手段２３０、２３２によって調整される。これらの距離は、所望される干渉縞像によって決定される。しかしながら、対物レンズ２１４から出射された集光の集光角度φは、＋１次回折光Ｌ+１と−１次回折光Ｌ-１（２つの光）の回折角θより大きくしなければならない。これは、集光角度φが回折角θより小さくなると、２つの光が重なって形成する干渉縞像が形成されなくなるためである。
【００３２】
また、回折格子２１６に入射される光が平行光でないため、本実施形態で得られる干渉縞像は、図７に示すＣＣＤカメラ画像に示すように、＋１次回折光と０次回折光の略円形の投影光が重なる領域２４０と、−１次回折光と０次回折光の略円形の投影光が重なる領域２４２に形成される。２つの領域２４０、２４２に形成された干渉縞像の少なくとも一方の特徴から、被検レンズ２１８の収差などの特性が検査される。
【００３３】
本実施形態も第１の実施形態と同様に、ホルダ２２４またはチャック２２６のいずれか一方が、モータなどの回転駆動手段２３４によって回折格子２１６または被検レンズ２１８を保持した状態で光軸２２８を中心として回転させる手段として構成されてもよい（図６においては、ホルダ２２４に回転駆動手段２３４が駆動連結されている。）。
【００３４】
このような第の２の実施形態のレンズ特性検査装置２１０によれば、焦点距離が極端に小さい被検レンズ、例えば、焦点距離が０ｍｍ以上１０ｍｍ以下である曲率半径の小さい凸レンズの特性を検査することができる。
【００３５】
第３の実施形態：
第３の実施形態のレンズ特性検査装置は、焦点距離が極端に小さい被検レンズ、例えば、曲率半径の小さい凸レンズで焦点距離が０ｍｍ以上１０ｍｍ以下であるものや、焦点距離が極端に負に小さい被検レンズ、例えば、曲率半径の小さい凹レンズで−１０ｍｍ以上０ｍｍ以下であるものを対象とする。
【００３６】
図８は、第３の実施形態のレンズ特性検査装置３１０を概略的に示している。レンズ特性検査装置３１０の構成要素は、被検レンズ３２４と集光レンズ３２６との間に配置されたスクリーン３４２を除いて、第１の実施形態のレンズ特性検査装置１１０の構成要素と同一である。そのため、同一の構成要素は、第１の実施形態の構成要素の符号に２００を加えた符号で示している。また、同一である構成要素に関しては、説明を省略する。
【００３７】
本実施の形態のレンズ特性検査装置３１０において、被検レンズ３２４から出射された２つの光が投影される、例えば、すりガラスなどの半透光性の平面形状のスクリーン３４２が、被検レンズ３２４近傍に配置されている。スクリーン３４２上には、２つの光が重なって形成される干渉縞像が投影される。集光レンズ３２６は、スクリーン上に投影されている干渉縞像を、ＣＣＤカメラ３２８のＣＣＤ撮像素子面上に集光させる。
【００３８】
また、スクリーン３４２は、図に示すように、スクリーン３４２の平面が光軸３３４に対して略直交するように配置されているが、必ずしもこのような配置に限定するわけでない。例えば、スクリーン３４２は、その平面が光軸３３４に対して所定の角度で交わるように配置されてもよい。このような場合、ＣＣＤカメラは、半透光性のスクリーンに投影されている干渉縞像を、該スクリーンを介して被検レンズと対向している側から捕捉する必要はない。ＣＣＤカメラは、非透光性のスクリーンに投影された干渉縞像を、該スクリーンに対して被検レンズと同じ側から捕捉することも可能である。
【００３９】
第３の実施形態のレンズ特性評価装置３１０によれば、焦点距離が正または負に極端に小さい被検レンズでもその特性を検査することができる。
【００４０】
最後に、実施の形態においては、被検レンズに入射される２つの光（＋１次回折光Ｌ+１と−１次回折光Ｌ-１）は、回折格子によって１つの光から分割されたものであったが、回折格子に限らず、例えば、ハーフミラーを光分割手段として用いてもよい。また、１つの光を分割して２つの光を形成したが、２つの光は、例えば、２台のレーザ装置から出力されたものでもよい。さらに、被検レンズに入射される光は、必ずしも２つに限定されるわけでない。例えば、４つの光を、４つの光が被検レンズの光軸に対して略同一の角度で、また、被検レンズの光軸を含む２つの直交する平面上それぞれに２つずつ通過するように被検レンズに入射すれば、上記の実施形態において回折格子を回転させることによって得られる結果と同様に、被検レンズの異なる放射方向の収差成分を一度に検査することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係るレンズ特性検査装置の基本的な光学系を示す図である。
【図２】図１のＡで示される部分を拡大した回折格子を示す図である。
【図３】第１の実施形態のレンズ特性検査装置の光学系を示している。
【図４】第１の実施形態のレンズ特性検査装置が捕捉した干渉縞像を示す図である。
【図５】回折格子ホルダを示す図である。
【図６】第２の実施形態のレンズ特性検査装置の光学系を示している。
【図７】第２の実施形態のレンズ特性検査装置が捕捉した干渉縞像を示す図である。
【図８】第３の実施形態のレンズ特性検査装置の光学系を示している。
【符号の説明】
【００４２】
１０：被検レンズ、  １２：回折格子、  １４：干渉縞像捕捉手段、  １６：光軸、  １８：干渉縞像、
１１０：レンズ特性検査装置、  １１２：レーザ装置、  １１４：対物レンズ、  １１６：ピンホール、  １１８：フィルタ、  １２０：コリメータレンズ、  １２２：回折格子、  １２４：被検レンズ、  １２６：集光レンズ、  １２８：ＣＣＤカメラ、  １３０：ホルダ、  １３２：チャック、  １３４：回転駆動手段、  １３６：光軸、  １３８：距離調整手段、  １４０：距離調整手段、  １４２：領域、  １４４：方向、
２１０：レンズ特性検査装置、  ２１２：レーザ装置、  ２１４：対物レンズ、  ２１６：回折格子、  ２１８：被検レンズ、  ２２０：集光レンズ、  ２２２：ＣＣＤカメラ、  ２２４：ホルダ、  ２２６：チャック、  ２２８：光軸、  ２３０：距離調整手段、  ２３２：距離調整手段、  ２３４：回転駆動手段、２４０：領域、  ２４２：領域、
３１０：レンズ特性検査装置、  ３１２：レーザ装置、  ３１４：対物レンズ、  ３１６：ピンホール、  ３１８：フィルタ、  ３２０：コリメータレンズ、  ３２２：回折格子、  ３２４：被検レンズ、  ３２８：ＣＣＤカメラ、  ３３０：ホルダ、  ３３２：チャック、  ３３４：回転駆動手段、  ３３６：光軸、  ３３８：距離調整手段、  ３４０：距離調整手段、  ３４２：スクリーン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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