(57)【要約】【課題】  ヌルレンズを使わずに非集光レンズの結像特性を、安価で容易に、また高速、高精度に検査することを目的とする。【解決手段】  被検レンズ２からの拡散光４を球面波として扱い、回折格子６で仮想光源中心に回転させ、その干渉縞１０より特性検査を行う。【選択図】図１
2005249621.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
拡散系の被検レンズに参照光を照射する第１ステップと、
被検レンズを透過した光を略球面波として扱いその球面波の仮想光源を中心にプラス方向とマイナス方向に回転させた２つの略球面波を発生させる第２ステップと、
回転させた２つの略球面波からシアリング干渉縞を検出する第３ステップと、
検出したシアリング干渉縞の計測結果に基づいて前記被検レンズの特性を判定する第４ステップと
を持つことを特徴とするレンズ特性検査方法。
【請求項２】
第２ステップにおいて、
回折格子上のピッチが光の入射角に合わせてその場所ごとによって異なる二重回折格子を用い、１つ目の回折格子でプラス方向とマイナス方向の略球面波を回転させて発生させ、２つ目の回折格子で１つ目の回折格子によってずれた２つの略球面波の仮想光源を一致させることを特徴とする
請求項１記載のレンズ特性検査方法。
【請求項３】
第２ステップにおいて、
波面を回転させる方法として、格子ピッチが半径方向の各位置で異なる同心円状のフレネルゾーンプレートを用いて略球面波を平行光としてその後、同一の格子ピッチを持った２つの回折格子を一定の間隔を空けて配置した二重回折格子を用いて、横ずらしを行わせてシアリング干渉縞を発生させる
請求項１記載のレンズ特性検査方法。
【請求項４】
第２ステップにおいて、
波面を回転させる方法として一般的な非球面レンズを用いて略球面波を平行光としてその後、同一の格子ピッチを持った２つの回折格子を一定の間隔を空けて配置した二重回折格子を用いて、横ずらしを行わせてシアリング干渉縞を発生させることを特徴とする
請求項１記載のレンズ特性検査方法。
【請求項５】
被検レンズを平行光系レンズとし、透過した光を略平行光として扱うことを特徴とする
請求項１記載のレンズ特性検査方法。
【請求項６】
拡散系の被検レンズに参照光を照射する第１の手段と、
被検レンズを透過した光を略球面波として扱いその球面波の仮想光源を中心にプラス方向とマイナス方向に回転させた２つの略球面波を発生させる第２の手段と、
回転させた２つの略球面波からシアリング干渉縞を検出する第３の手段と、
検出したシアリング干渉縞の計測結果に基づいて前記被検レンズの特性を判定する第４の手段と
を持つことを特徴とする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、非収束レンズのような、平行光に対してスポット集光せずに非収束光あるいは拡散光となるレンズ、または点光源に対して平行光とならないレンズの特性を検査する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
平行光に対してスポット集光せずに非収束光あるいは拡散光となるレンズ、または点光源に対して平行光とならない非収束型レンズは従来から少数は用いられてきたが、デジタルスチルカメラ、ＤＶＤドライブ、次世代光ディスク規格と言われている「Ｂｌｕ−ｒａｙディスク」ドライブの普及により、需要が急激に増大し、生産枚数が増大している。また小型化も進んでいるため、レンズへの要求精度も更に高まってきている。
【０００３】
そのようなレンズは複数枚を組んだときに収束するように設計されているが、それぞれを単体で評価し、アライメントする必要があるため、単体での検査が望まれる。
従来、非集束レンズの結像特性を調べる際には、ヌルレンズと呼ばれる補正レンズを被検レンズと組み合わせることで収束レンズ特性を持たせ、干渉測定などが行われている（特許文献１）。
【特許文献１】特開平９−２４３５１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしこのような方法には、下記のような問題点がある。
１．ヌルレンズを被検レンズに対して正確に位置合わせする必要があり、それは困難で時間を要する作業である。
【０００５】
２．ヌルレンズを各種被検レンズの特性に合わせて作成する必要があり、コストがかかる。
３．ヌルレンズ自体が非集光レンズであり、その結像特性を評価するためにさらにヌルレンズが必要になる。
【０００６】
また、他の手法としては、触針式の３次元計測での計測が行われているが、計測時間がかかるため、一部の抜き取り検査に使われているのみである。また、表面形状の評価しか行えないため、たとえばレンズ内部に屈折率の不均一性があってもレンズに光を透過させた評価ではないため、検出することができない。
【０００７】
一方、収束レンズであれば、干渉方法は使いやすく、たとえば収束レンズに平行光を入れ、光の収束したスポットの位置に回折格子を置くことにより、０次光、＋１次光、−１次光に分解し、それぞれ０次と＋１次、０次と−１次光を干渉させるフリンジ方式がある。
【０００８】
しかしながらこの方式に非集束レンズを適応させようとしても、回折格子上でスポットにすることができないため、干渉縞を発生させることができず、やはりここでもヌルレンズが必要となってくる。
【０００９】
従って、本発明の目的は、ヌルレンズといった補正レンズを用いることなく、安価で容易、且つ高速、高精度にレンズの検査方法、及びアライメント方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の請求項１記載のレンズ特性検査方法は、拡散系の被検レンズに参照光を照射する第１ステップと、被検レンズを透過した光を略球面波として扱いその球面波の仮想光源を中心にプラス方向とマイナス方向に回転させた２つの略球面波を発生させる第２ステップと、回転させた２つの略球面波からシアリング干渉縞を検出する第３ステップと、検出したシアリング干渉縞の計測結果に基づいて前記被検レンズの特性を判定する第４ステップとを持つことを特徴とする。この方法によりヌルレンズ等の補正レンズを用いることなく非収束レンズの単体での検査が可能となる。
【００１１】
本発明の請求項２記載のレンズ特性検査方法は、前記第２ステップにおいて、回折の方向を決定する格子ピッチを光の入射角に合わせてその場所ごとによって異なる２つの回折格子を用いることを特徴とする。そのピッチは、１つ目の回折格子でプラス方向とマイナス方向の回転させた２つの略球面波を発生させ、２つ目の格子で１つ目の回折格子によってずれた２つの略球面波の仮想光源を一致させるように設計されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項３記載のレンズ特性検査方法は、前記第２ステップにおいて、平行光を発生させるステップと、平行光を回折格子により回折させる２つのステップに分けることを特徴としている。ここで略球面波を平行光にする方法として半径方向の各位置で異なる同心円状のフレネルゾーンプレートを用いている。その後、同一の格子ピッチを持った２つの回折格子を一定の間隔を空けて配置した二重回折格子を用いて、横ずらしを行わせてシアリング干渉縞を発生させる。これにより、ステップと構成要素が増えるが、回折格子の設計が容易になる。
【００１３】
本発明の請求項４記載のレンズ特性検査方法は、前記第２ステップにおいて、上記のフレネルゾーンプレートの代替として、一般的な非球面レンズを用いて略球面波を平行光としてその後、同一の格子ピッチを持った２つの回折格子を一定の間隔を空けて配置した二重回折格子を用いて、横ずらしを行わせてシアリング干渉縞を発生させることを特徴とする。これにより、ステップと構成要素が増えるが、市販の一般的なレンズが使え、回折格子の設計が容易になる。
【００１４】
本発明の請求項５記載のレンズ特性検査方法は、被検レンズとして、平行光を入射した際に出射光が略平行光となる平行光系レンズの特性検査方法に関するものである。構成要素、ステップは上記と同一であるが、回折格子は一般的な平行光に対応するように設計されている。
【００１５】
本発明の請求項６記載のレンズ特性検査装置は、拡散系の被検レンズに参照光を照射する第１の手段と、被検レンズを透過した光を略球面波として扱いその球面波の仮想光源を中心にプラス方向とマイナス方向に回転させた２つの略球面波を発生させる第２の手段と、回転させた２つの略球面波からシアリング干渉縞を検出する第３の手段と、検出したシアリング干渉縞の計測結果に基づいて前記被検レンズの特性を判定する第４の手段とを持つことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のレンズ特性検査方法によれば、ヌルレンズといった補正レンズを用いることなく、安価で容易、且つ高速、高精度にレンズの検査可能であり、また最適な位置にアライメントが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明のレンズ特性検査方法を図１〜図６に示す具体的な実施の形態に基づいて説明する。
図１は、本発明のレンズ特性検査方法を採用したレンズ特性検査装置を示し、ここでは被検レンズ２が検査対象である。
【００１８】
同図のレンズ特性検査装置は、被検レンズ２はレンズホルダ３に固定されており、回転させることが可能に保持されている。被検レンズ２にレーザによる参照光１を入射する。入射したレーザは被検レンズ２により所定の屈折率により、曲げられて拡散される。その拡散された光を略球面波４として取り扱っていく。ここで略球面波とは、完全球面波から光の波長（λ）の数λ程度までのずれを持ったものが該当する。
【００１９】
出射した略球面波４は１つ目の回折格子５ａと２つ目の回折格子５ｂとで構成される二重回折格子６に入射する。二重回折格子６は、回折格子上のピッチが光の入射角に合わせてその場所ごとによって異なっており、１つ目の回折格子５ａでプラス方向とマイナス方向の略球面波を回転させて発生させ、２つ目の回折格子５ｂで１つ目の回折格子５ａによってずれた２つの略球面波の仮想光源を一致させる。
【００２０】
回折格子５ａ，５ｂには、図２（ａ）（ｂ）に示すようにその入射する場所によりピッチＰが変化するように深さｄの格子パターンが形成されている。なお、図２（ａ）（ｂ）は模式的にあらわしたものであり、実際のピッチとしては最小でサブミクロンオーダのピッチとなっている。
【００２１】
１つ目の回折格子５ａに入射した光は、図１の第１格子後回折球面波７として、プラス方向とマイナス方向の２つの略球面波を発生する。この時点では回転が与えられ、それぞれの波面の光源位置がずれているため、このまま干渉を行っても波面上の位相差の違いが大きく、被検レンズ２の特性を十分な精度で計測することが不可能である。
【００２２】
そこで、２つ目の回折格子５ｂを設置し、１つ目の回折格子５ａによってずれた２つの略球面波の仮想光源を一致させ、第２回折格子後回折球面波８に変換する。この波面はレンズから出射した仮想光源９を中心に回転させた２つの波面として取り扱うことができるため、波面自体の位相差がほとんどないため、このシアリング干渉縞（図１の（ｂ）を参照）１０をカメラで検出することにより、被検レンズ２のそれ自体の特性を精度良く評価できる。
【００２３】
具体的には、検出したシアリング干渉縞１０の状態からゼルニケ（Ｚｅｒｎｉｋｅ）初級展開等の算出法を用いて被検レンズ２の特性をマイクロコンピュータで計算し、被検レンズ２がどれだけ設計値からずれているか判定する。
【００２４】
ここでさらに、より具体的な例として図３を用いて説明する。なお、この例では１８が被検レンズである。
レーザ光源１２から参照用レーザ１２ａが照射される。このレーザ光の径を大きくするために、まず対物レンズ１３を用いて拡散光とする。さらに、余分な成分を除去し、また出射角を大きくするためにピンホール１４を通過させて球面波とし、この球面波をコリメートレンズ１５に透過させることにより平行光とする。レーザ光源１２からの光源系をこのようにして大きく拡大することにより均一な光量を得ることが可能となる。
【００２５】
これを位相コントローラ１６に入射させ収差成分を必要な分だけ位相変調させる。この光を、前記コリメートレンズ１５と位相コントローラ１６の間に介装されているハーフミラー１７を用いて反射させ、被検レンズ１８に入射させる。場合によっては被検レンズ１８から出射された光を適度な厚みの平行平面板１９を挿入することにより、３次の球面成分を除去することが可能となる。
【００２６】
被検レンズ１８からの出射光を、コリメートレンズ２０を用いて再び平行光とする。この場合、コリメートレンズ２０の替わりに図４（ａ）（ｂ）に例として示すような半径方向に回折ピッチＰが異なる深さｄの格子パターンが形成されている同心円状のフレネルゾーンプレート２１を用いても構わない。なお、図４（ａ）（ｂ）は模式的にあらわしたものであり、実際のピッチとしては最小でサブミクロンオーダのピッチとなっている。
【００２７】
図３に示したように一般的な非球面レンズを用いて略球面波を平行光としてその後、同一の格子ピッチを持った２つの回折格子を一定の間隔を空けて配置した二重回折格子を用いて、横ずらしを行わせてシアリング干渉縞を発生させることにより、ステップと構成要素が増えるが、市販の一般的なレンズが使え、回折格子の設計が容易になる。
【００２８】
また、略球面波を平行光にする方法として半径方向の各位置で異なる同心円状のフレネルゾーンプレート２１を用いた場合には、その後、同一の格子ピッチを持った２つの回折格子を一定の間隔を空けて配置した二重回折格子を用いて、横ずらしを行わせてシアリング干渉縞を発生させる。ステップと構成要素が増えるが、回折格子の設計が容易になる。
【００２９】
コリメートレンズ２０またはフレネルゾーンプレート２１を通過した平行光は、２枚の回折格子２２ａ，２２ｂを用いた二重回折格子２３を用いてシアリング干渉を行わせる。
ここでは第１回折格子２２ａでの＋１次、−１次回折光を第２回折格子２２ｂで−１次、＋１次回折に回折させた。（＋１、−１）回折光および、（−１、＋１）回折光をシアリング干渉に用いる。不要な（＋１、＋１）、（−１、−１）回折光は回折格子間を一定距離、例えばピッチが７．３６μｍの場合は４６ｍｍ以上離すことにより入らないようにする。その際、±１次より大きい回折光はより大きな回折角を持つため入射しない。シアリング率は出来るだけ大きく取れるように、格子間距離を上記の範囲で出来るだけ小さくすることにより、正確な計測が可能となる。
【００３０】
二重回折格子２３を通過することによって発生したシアリング干渉縞を、集光レンズ２４にてＣＣＤカメラ２５のＣＣＤ受光素子２５Ａの上に結像させる。集光レンズ２４の位置、集光レンズ２４の焦点距離ｆは出射光が出来るだけＣＣＤ受光素子２５Ａの全面が使えるように選択される。これによって図５のような干渉縞２６を得ることができ、中央のラグビーボール状の干渉縞２６の縞の状態をマイクロコンピュータ２７で計算することにより、被検レンズ１８の収差を判定することが可能となる。なお、マイクロコンピュータ２７での計算は、予め計測しておいた良好な被検レンズの収差との比較を行うように構成してもよい。
【００３１】
また、二重回折格子２３は、図６に示すような回折格子ホルダ２７を用いて９０゜回転可能とすることにより０゜、９０゜方向の収差計測が可能となるため、全方向の収差成分の計測が可能となる。もしくは９０゜回転させるために０゜の回折縞の隣に９０゜回折の方向が異なる。連続した回折格子を用いることも可能である。
【００３２】
なお、上記の実施の形態では被検レンズが、平行光に対してスポット集光せずに非収束光あるいは拡散光となるレンズであったが、平行光系レンズを検査対象とし、透過した光を略平行光として扱う場合も同様に実施できる。但し、構成要素、ステップは上記と同一であるが、この場合には回折格子は一般的な平行光に対応するように設計される。
【００３３】
また、図３において、検査対象となる拡散系の被検レンズ１８に参照光を照射する第１の手段は、レーザ光源１２，対物レンズ１３，ピンホール１４，コリメートレンズ１５，位相コントローラ１６，ハーフミラー１７で構成されており、被検レンズ１８を透過した光を略球面波として扱いその球面波の仮想光源を中心にプラス方向とマイナス方向に回転させた２つの略球面波を発生させる第２の手段はコリメートレンズ２０，二重回折格子２３で構成されており、回転させた２つの略球面波からシアリング干渉縞を検出する第３の手段は集光レンズ２４，ＣＣＤカメラ２５で構成され、検出したシアリング干渉縞の計測結果に基づいて前記被検レンズ１８の特性を判定する第４の手段は、マイクロコンピュータ２７で構成されている。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、ヌルレンズといった補正レンズを用いることなく、レンズの検査可能であり、デジタルスチルカメラ、ＤＶＤドライブ、次世代光ディスク規格と言われている「Ｂｌｕ−ｒａｙディスク」ドライブなどの生産工程の改善に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】レンズ検査装置の構成図
【図２】レンズ検査装置の球面波を干渉させる回折格子の模式図
【図３】レンズ検査装置の一例の構成図
【図４】レンズ検査装置の球面波を平行光とするフレネルゾーンプレートの模式図
【図５】レンズ検査装置のＣＣＤ受光面に得られる干渉縞の説明図
【図６】レンズ検査装置の回折格子ホルダの模式図
【符号の説明】
【００３６】
１    参照光
２    被検レンズ
３    レンズホルダ
４    略球面波
５ａ    １つ目の回折格子
５ｂ    ２つ目の回折格子
６    二重回折格子
７    第１格子後回折球面波
８    第２回折格子後回折球面波
９    仮想光源
１０    シアリング干渉縞
１２    レーザ光源
１２ａ    参照用レーザ
１３    対物レンズ
１４    ピンホール
１５    コリメートレンズ
１６    位相コントローラ
１７    ハーフミラー
１８    被検レンズ
１９    平行平面板
２０    コリメートレンズ
２１    フレネルゾーンプレート
２２ａ，２２ｂ    ２枚の回折格子
２３    二重回折格子
２４    集光レンズ
２５    ＣＣＤカメラ
２５Ａ    ＣＣＤ受光素子
２６    干渉縞
２７    マイクロコンピュータ
【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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