(57)【要約】【課題】球面形状から大きく乖離した非球面レンズに対しても、簡単かつ安価に偏芯測定することのできる非球面レンズの偏芯測定方法および偏芯測定装置を提供する。【解決手段】被測定レンズの設計式に基づいて被測定レンズの頂点から球面の一部と近似される球面近似領域を算出し（Ｓ１）、球面近似領域のみを照射するための光学絞りを作成し（Ｓ２）、球面近似領域に対応する対物レンズを選択し（Ｓ３）、被測定レンズＬ、光学絞りおよび対物レンズをそれぞれ配設し（Ｓ４）、被測定レンズに測定光を照射し（Ｓ５）、対物レンズと被測定レンズとの位置合わせを行うことにより測定光を球面近似領域のみに照射させ（Ｓ６），測定光の光軸を回転軸として被測定レンズを回転し（Ｓ７）、被測定レンズの球面近似領域で反射する測定光の反射光を検出することにより回転軸に対する被測定レンズの光軸の偏芯量を測定する（Ｓ８）。【選択図】図２
2011163970.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一部が非球面の表面を有する被測定レンズの偏芯量を測定する方法であって、
被測定レンズの設計式に基づいて前記被測定レンズの頂点から球面の一部と近似される球面近似領域を算出し、
前記被測定レンズを前記被測定レンズの光軸の近傍で且つこの光軸にほぼ平行に設定された回転軸の回りに回転し、
前記被測定レンズの前記球面近似領域のみに測定光を照射し、
前記被測定レンズの前記球面近似領域で反射する前記測定光の反射光を検出することにより前記回転軸に対する前記被測定レンズの光軸の偏芯量を測定する
ことを特徴とする非球面レンズの偏芯測定方法。
【請求項２】
開口部を有する光学絞りを用いることにより前記測定光を前記球面近似領域のみに照射する請求項１に記載の非球面レンズの偏芯測定方法。
【請求項３】
前記被測定レンズの表面をマスキングすることにより前記測定光を前記球面近似領域のみに照射する請求項１に記載の非球面レンズの偏芯測定方法。
【請求項４】
前記被測定レンズは、位置決めを行うためのコバ部を有し、
前記回転軸は、前記コバ部の中心を通るように設定される請求項１〜３のいずれか一項に記載の非球面レンズの偏芯測定方法。
【請求項５】
少なくとも一部が非球面の表面を有する被測定レンズの偏芯量を測定する装置であって、
被測定レンズの設計式に基づいて前記被測定レンズの頂点から球面の一部と近似される球面近似領域を算出する算出手段と、
前記被測定レンズを前記被測定レンズの光軸の近傍で且つこの光軸にほぼ平行に設定された回転軸の回りに回転する回転手段と、
前記被測定レンズの前記球面近似領域のみに測定光を照射する照射手段と、
前記被測定レンズの前記球面近似領域で反射する前記測定光の反射光を検出することにより前記回転軸に対する前記被測定レンズの光軸の偏芯量を測定する測定手段と
を備えたことを特徴とする非球面レンズの偏芯測定装置。
【請求項６】
前記照射手段は、
光源と、
前記光源から発せられた光を所定の照射角で前記被測定レンズに向けて照射するための対物レンズと、
前記対物レンズと前記被測定レンズとの間に配置されると共に開口部を有する光学絞りと
を含む請求項５に記載の非球面レンズの偏芯測定装置。
【請求項７】
前記光学絞りは、前記算出手段で算出された前記被測定レンズの前記球面近似領域に対応するサイズの開口部を有する請求項６に記載の非球面レンズの偏芯測定装置。
【請求項８】
前記光学絞りは、開口部のサイズを調整可能な可変絞りからなる請求項７に記載の非球面レンズの偏芯測定装置。
【請求項９】
前記照射手段は、
光源と、
前記光源から発せられた光を所定の照射角で前記被測定レンズに向けて照射するための対物レンズと、
前記被測定レンズの表面上に形成された遮光マスクと
を含む請求項５に記載の非球面レンズの偏芯測定装置。
【請求項１０】
前記被測定レンズは、位置決めを行うためのコバ部を有し、
前記回転手段は、前記回転軸を前記コバ部の中心を通るように設定する請求項５〜９のいずれか一項に記載の非球面レンズの偏芯測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非球面レンズの偏芯測定方法および偏芯測定装置に係り、特に、オートコリメーション法を用いて非球面レンズの偏芯量を測定する方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
いわゆるオートコリメーション法を用いて非球面レンズの偏芯測定を行う従来の方法が特許文献１に開示されている。
このオートコリメーション法は、本来、球面形状の偏芯測定に有効であることが知られており、測定が短時間で済み、精度が高いという特徴を有している。
【０００３】
しかし、非球面レンズを対象としたとき、球面形状からの変形量が小さいレンズでは測定可能であるが、球面形状から大きく乖離した非球面レンズでは、被測定レンズに照射した光が一定の位置に集光せず、偏芯測定ができなくなってしまう。
【０００４】
近年、特に、携帯電話の内蔵カメラや医療機器用カメラ等に用いられる撮像系レンズ、ＤＶＤドライブ等に用いられる光ピックアップ用対物レンズ等に対する需要が高まっている。このような撮像系レンズや光ピックアップ用対物レンズは、超小型のレンズであり、高い光学精度が要求される。
また、これらのレンズとして非球面レンズを採用すれば、球面レンズの場合と比べてレンズの枚数を低減することができ、レンズ搭載機器の小型化、軽量化、低コスト化に役立つことが期待される。
【０００５】
よって、超小型の非球面レンズについて高い光学精度を保つためにも、その偏芯測定を短時間に低コストで行う意義は大きい。
【０００６】
球面形状から大きく乖離した非球面レンズに対しても、偏芯測定を可能とするための方法が特許文献２〜４に提案されている。
特許文献２に開示された方法においては、形状測定機によって被測定面の形状を直接測定することで、偏芯測定を行っている。
また、特許文献３に記載の方法では、被測定レンズとこの被測定レンズの形状に合わせたヌル光学素子とを干渉計の測定光束中に配置し、被測定レンズの基準面および被測定面とヌル光学素子の基準面をそれぞれ干渉計の共通の参照面で検出することで、偏芯測定を行っている。
さらに、特許文献４に記載の方法では、回転軸の回りに回転する被測定面に２つの光束を照射し、この被測定面で反射したこれらの光束により形成される干渉縞の変動を測定することで偏芯測定を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−３４０８３８号
【特許文献２】特開平７−２２９８１１号
【特許文献３】特開２００７−３３４４号
【特許文献４】特開平１１−１７３８１２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献２の方法では、偏芯測定に多大の手間と時間を要し、特許文献３および４の方法では、偏芯測定のための設備が複雑となり、大きなコストが掛かるという問題があった。
【０００９】
上記従来技術の問題点を解決するべく、本発明は、球面形状から大きく乖離した非球面レンズに対しても、簡単かつ安価に偏芯測定することのできる非球面レンズの偏芯測定方法および偏芯測定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】
【００１０】
本発明に係る非球面レンズの偏芯測定方法は、少なくとも一部が非球面の表面を有する被測定レンズの偏芯量を測定する方法であって、被測定レンズの設計式に基づいて被測定レンズの頂点から球面の一部と近似される球面近似領域を算出し、被測定レンズを被測定レンズの光軸の近傍で且つこの光軸にほぼ平行に設定された回転軸の回りに回転し、被測定レンズの球面近似領域のみに測定光を照射し、被測定レンズの球面近似領域で反射する測定光の反射光を検出することにより回転軸に対する被測定レンズの光軸の偏芯量を測定する方法である。
【００１１】
なお、開口部を有する光学絞りを用いることにより測定光を球面近似領域のみに照射することができる。
また、被測定レンズは、位置決めを行うためのコバ部を有し、回転軸は、コバ部の中心を通るように設定されることが好ましい。
【００１２】
本発明に係る非球面レンズの偏芯測定装置は、少なくとも一部が非球面の表面を有する被測定レンズの偏芯量を測定する装置であって、被測定レンズの設計式に基づいて被測定レンズの頂点から球面の一部と近似される球面近似領域を算出する算出手段と、被測定レンズを被測定レンズの光軸の近傍で且つこの光軸にほぼ平行に設定された回転軸の回りに回転する回転手段と、被測定レンズの球面近似領域のみに測定光を照射する照射手段と、被測定レンズの球面近似領域で反射する測定光の反射光を検出することにより回転軸に対する被測定レンズの光軸の偏芯量を測定する測定手段とを備えたものである。
【００１３】
なお、照射手段は、光源と、光源から発せられた光を所定の照射角で被測定レンズに向けて照射するための対物レンズと、対物レンズと被測定レンズとの間に配置されると共に開口部を有する光学絞りとを含むように構成することができる。この場合、光学絞りは、算出手段で算出された被測定レンズの球面近似領域に対応するサイズの開口部を有することが好ましい。また、光学絞りとして、開口部のサイズを調整可能な可変絞りを用いてもよい。
あるいは、照射手段を、光源と、光源から発せられた光を所定の照射角で被測定レンズに向けて照射するための対物レンズと、被測定レンズの表面上に形成された遮光マスクとを含むように構成することもできる。
また、被測定レンズは、位置決めを行うためのコバ部を有し、回転手段は、回転軸をコバ部の中心を通るように設定することが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、球面形状から大きく乖離した非球面レンズに対しても、簡単かつ安価に偏芯測定をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１に係る偏芯測定装置の構成を示す図である。
【図２】実施の形態１における偏芯測定方法を示すフローチャートである。
【図３】被測定レンズの頂点近傍における球面近似領域を示す概略図である。
【図４】実施の形態１において被測定レンズに測定光が入射する様子を示す図である。
【図５】被測定レンズのコバ部の中心と被測定レンズの光軸との偏芯量を示す図である。
【図６】実施の形態１の変形例で用いられる光学絞りを示す平面図である。
【図７】実施の形態２に係る偏芯測定装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
実施の形態１
図１に、本発明の実施の形態１に係る偏芯測定装置１０の構成を示す。偏芯測定装置１０は、いわゆるオートコリメーション法を利用して偏芯測定を行うもので、測定光Ｍを発する光源１２を有し、この光源１２にハーフミラー１４を備えたコリメータ１６が接続されている。コリメータ１６により平行光とされる測定光Ｍの光軸Ａ上には、コリメータ１６の前方に対物レンズ１８とその中心に開口部２０ａが形成された光学絞り２０とが順次配置され、さらに、光学絞り２０の前方に被測定レンズＬを保持するためのレンズ保持具２２が配置されている。被測定レンズＬは、光学機器等に搭載される際の位置合わせを行うために、その周縁に形成されたコバ部Ｋを有しており、レンズ保持具２２は、コバ部Ｋを押さえることで被測定レンズＬの保持を行う。また、レンズ保持具２２は、回転ステージ２４の上に固定されており、回転ステージ２４によって被測定レンズＬと共に測定光Ｍの光軸Ａの回りに回転されるように構成されている。
【００１７】
一方、コリメータ１６の後方には、測定光Ｍの光軸Ａ上に、被測定レンズＬの光学面による測定光Ｍの反射光を捉えるためのＣＣＤイメージセンサ２６ａ等を備えた受光部２６が配置され、この受光部２６にコンピュータからなる演算装置２８が接続されている。
なお、光源１２、コリメータ１６、対物レンズ１８および光学絞り２０により、被測定レンズＬの球面近似領域のみに測定光Ｍを照射する照射手段が構成されている。また、レンズ保持具２２および回転ステージ２４により、被測定レンズＬを回転する回転手段が構成され、受光部２６と演算装置２８により、被測定レンズＬの光軸の偏芯量を測定する測定手段が、それぞれ構成されている。また、演算装置２８は、被測定レンズＬの設計式に基づいて球面近似領域を算出する算出手段をも構成している。
【００１８】
次に、図２のフローチャートを参照して、この実施の形態１における偏芯測定方法を説明する。
まず、ステップＳ１で、被測定レンズＬの設計式が演算装置２８に入力され、この設計式に基づいて被測定レンズＬの頂点から球面の一部と近似し得る球面近似領域が算出される。例えば、図３に示されるように、少なくとも頂点付近が球面形状から離れた形状を有する被測定レンズＬに対して、頂点部の曲率に見合った近似球面Ｃを想定し、頂点から球面の一部と近似し得る球面近似領域Ｒを求める。
【００１９】
次に、ステップＳ２で、ステップＳ１において演算装置２８で算出された球面近似領域Ｒのみを照射するための光学絞り２０が作成される。
球面近似領域Ｒ以外の部分に測定光Ｍが照射されると、被測定レンズＬからの反射光が一定の位置に集光しなくなり、偏芯測定が困難になる。このため、球面近似領域Ｒのみに測定光Ｍが照射されるようなサイズの開口部２０ａを有する光学絞り２０の作成が行われる。
【００２０】
さらに、ステップＳ３で、被測定レンズＬの球面近似領域Ｒに対応する対物レンズ１８が選択される。図４に示されるように、被測定レンズＬの球面近似領域Ｒに対して測定光Ｍが垂直に入射するような対物レンズ１８、すなわち、被測定レンズＬがレンズ保持具２２に保持されたときに球面近似領域Ｒの見かけの曲率中心Ｐに測定光Ｍが集光するような焦点距離を有する対物レンズ１８の選択が行われる。選択する代わりに、このような対物レンズ１８を作成してもよい。
【００２１】
次に、ステップＳ４で、レンズ保持具２２に被測定レンズＬを保持させると共に、ステップＳ２で作成された光学絞り２０およびステップＳ３で選択された対物レンズ１８をそれぞれコリメータ１６の前方における測定光Ｍの光軸Ａ上に配設する。
このとき、レンズ保持具２２は、被測定レンズＬのコバ部Ｋを押さえることで被測定レンズＬを保持するが、コバ部Ｋの中心が測定光Ｍの光軸Ａと一致するように被測定レンズＬが保持される。
【００２２】
その後、ステップＳ５で、被測定レンズＬに測定光Ｍを照射する。光源１２から発せられた測定光Ｍは、ハーフミラー１４で反射され、コリメータ１６によって平行光とされた後、対物レンズ１８により集光されると共に光学絞り２０の開口部２０ａを通過することによって絞られた状態で被測定レンズＬを照射する。
【００２３】
次に、ステップＳ６で、対物レンズ１８による測定光Ｍの焦点と被測定レンズＬとの位置合わせが行われる。具体的には、図４に示したように、被測定レンズＬの球面近似領域Ｒに対して測定光Ｍが垂直に入射する、すなわち、球面近似領域Ｒの見かけの曲率中心Ｐに測定光Ｍが集光するように、対物レンズ１８と被測定レンズＬの相対距離が調整される。
このとき、測定光Ｍの光軸Ａに沿って、対物レンズ１８を移動してもよく、また、被測定レンズＬを移動してもよい。さらに、対物レンズ１８と被測定レンズＬの両者を移動しながら相対距離を調整してもよい。ただし、対物レンズ１８を移動する場合には、被測定レンズＬの球面近似領域Ｒのみへの測定光Ｍの照射を実現するために、対物レンズ１８と光学絞り２０との相対的な位置関係を維持したまま、光学絞り２０も対物レンズ１８と共に移動する必要がある。
【００２４】
このようにして、対物レンズ１８と被測定レンズＬとの位置合わせを行うことにより、測定光Ｍが被測定レンズＬの球面近似領域Ｒに垂直に入射しながら、この球面近似領域Ｒのみに照射されることとなる。このため、測定光Ｍは、被測定レンズＬの球面近似領域Ｒで反射され、入射の時と同じ経路をたどって、光学絞り２０の開口部２０ａ、対物レンズ１８およびコリメータ１６を順次通り、さらにハーフミラー１４を透過して受光部２６のＣＣＤイメージセンサ２６ａ上に集光する。
【００２５】
さらに、ステップＳ７において、回転ステージ２４によりレンズ保持具２２と共に被測定レンズＬを、測定光Ｍの光軸Ａの回りに回転させる。上述したように、レンズ保持具２２は、コバ部Ｋの中心が測定光Ｍの光軸Ａと一致するように被測定レンズＬを保持しているため、被測定レンズＬは回転ステージ２４によりコバ部Ｋの中心を通る回転軸の回りに回転する。
このとき、図５に示されるように、被測定レンズＬの光学面の中心を通る被測定レンズＬの光軸Ｇ１と、被測定レンズＬのコバ部Ｋの中心Ｇ２とが一致せず、これらの間に偏芯量ΔＷが存在する場合には、被測定レンズＬは、被測定レンズＬの光軸Ｇ１の近傍にあってこの光軸Ｇ１にほぼ平行に設定された回転軸の回りに回転することとなり、被測定レンズＬの回転に伴って被測定レンズＬの光軸Ｇ１がコバ部Ｋの中心Ｇ２を通る回転軸の回りに回転する。これに伴い、受光部２６のＣＣＤイメージセンサ２６ａ上に集光していた測定光Ｍの反射光も測定光Ｍの光軸Ａを中心として回転する。
【００２６】
続くステップＳ８で、演算装置２８は、受光部２６で得られた信号に基づいて、回転軸とされた被測定レンズＬのコバ部Ｋの中心Ｇ２に対する被測定レンズＬの光軸Ｇ１の偏芯量ΔＷを測定する。仮に偏芯量ΔＷが０であれば、被測定レンズＬを回転軸の回りに回転しても、測定光Ｍの反射光による受光部２６のＣＣＤイメージセンサ２６ａ上における集光点は移動することがなく、偏芯量ΔＷが大きくなるほど、被測定レンズＬを回転した際に受光部２６のＣＣＤイメージセンサ２６ａ上で観測される集光点は大きな半径を有する円周に沿って移動する。従って、ＣＣＤイメージセンサ２６ａで検出される集光点の位置の変化を捉えることで、被測定レンズＬの偏芯量ΔＷを求めることができる。
【００２７】
このように、被測定レンズＬの球面近似領域Ｒのみに測定光Ｍを照射しながら、被測定レンズＬをコバ部Ｋの中心Ｇ２を通る回転軸の回りに回転することにより、球面形状から大きく乖離した非球面レンズに対しても、容易に偏芯測定をすることが可能となる。
【００２８】
なお、光学絞り２０として、図６に示されるような、開口部２０ａのサイズを調整可能の可変絞りを用いれば、個々の被測定レンズＬに対応する光学絞りを測定毎に作成しなくても、容易に種々の被測定レンズＬの測定を行うことができる。
【００２９】
また、上記の実施の形態１では、受光部２６に接続された演算装置２８が、偏芯量を測定する測定手段を構成するだけでなく、被測定レンズＬの設計式に基づいて球面近似領域を算出する算出手段をも兼ねていたが、この算出手段を測定手段と分けて、演算装置２８から独立した別のコンピュータ等で球面近似領域を算出するようにしてもよい。
【００３０】
実施の形態２
図７に実施の形態２に係る偏芯測定装置３０の構成を示す。この偏芯測定装置３０は、図１に示した実施の形態１の偏芯測定装置１０において、測定光Ｍの光軸Ａ上に配置された光学絞り２０の代わりに、被測定レンズＬの光学面上にマスク３２を形成したものであり、他の部材は実施の形態１と同様である。
マスク３２は、遮光性を有する材料からなり、被測定レンズＬの光学面において、球面近似領域Ｒ以外の箇所をマスキングすることにより球面近似領域Ｒのみが露出するように形成されている。このマスク３２は、遮光性材料からなるシート状部材を被測定レンズＬの光学面上に貼付する、あるいは、遮光性材料からなる薄膜を被測定レンズＬの光学面上に積層形成することにより形成することができる。
このような構成としても、被測定レンズＬの球面近似領域Ｒのみに測定光Ｍを照射することができ、実施の形態１と同様の作用効果が得られる。
【００３１】
この実施の形態２においては、輪帯照明法により被測定レンズＬに測定光Ｍを照射し、マスキングにより被測定レンズＬの複数の領域で同様にして偏芯測定を行うことにより、非球面の軸の傾斜も測定することが可能となる。
【００３２】
この他、実施の形態１における光学絞り２０および実施の形態２におけるマスク３２の代わりに、被測定レンズＬの球面近似領域Ｒのみに測定光Ｍが照射されるような透過領域を有する対物レンズ１８を作成することもできる。このような対物レンズ１８を用いても、実施の形態１および２と同様に、球面形状から大きく乖離した非球面レンズに対して、容易に偏芯測定をすることができる。
【符号の説明】
【００３３】
１０、３０  偏芯測定装置
１２  光源
１４  ハーフミラー
１６  コリメータ
１８  対物レンズ
２０  光学絞り
２０ａ  開口部
２２  レンズ保持具
２４  回転ステージ
２６  受光部
２６ａ  ＣＣＤイメージセンサ
２８  演算装置
３２  マスク
【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】
2011163970.tif 000009