(57)【要約】【課題】  ヌルレンズといった補正レンズを用いることなしに、安価で容易、かつ高速、高精度にレンズの検査およびアライメントを行えるようにする。【解決手段】  レンズ３の各局所ごとに光線２を照射することによって、レンズ３の特性変化を前記各局所ごとにおけるレンズ透過後の光線の結像位置の変化としてラインセンサ５にて検出する。計算機６にて、結像位置と設計基準となる位置との相対比較によりずれ量を計測する【選択図】        図１
2005114379.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズの各局所ごとに光線を照射することによって、レンズの特性変化を前記各局所ごとにおけるレンズ透過後の光線の結像位置の変化として検出し、その結像位置と設計基準となる位置との相対比較によりずれ量を計測することを特徴とするレンズ特性検査方法。
【請求項２】
レンズに照射する光線をこのレンズの径方向に走査させるとともに、前記レンズをその軸心のまわりに回転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】
収束光線をレンズに照射することにより、レンズ透過後の結像位置を直線状にそろえることを特徴とする請求項１または２記載のレンズ特性検査方法。
【請求項４】
光線の照射軸とレンズの中心軸とを互いに傾けることにより、レンズ透過後の結像位置を直線状にそろえることを特徴とする請求項１または２記載のレンズ特性検査方法。
【請求項５】
レンズを保持しかつその軸心のまわりに回転させることが可能なレンズホルダと、前記レンズの径方向に走査する光線をこのレンズに照射する光線照射手段と、レンズ透過後の光線の結像位置を検出するセンサと、このセンサの出力から前記レンズの特性を計算する計算手段とを備えたことを特徴とするレンズ特性検査装置。
【請求項６】
レンズホルダにて保持されたレンズの各局所ごとに光線を照射することによって、レンズの特性変化を前記各局所ごとにおけるレンズ透過後の光線の結像位置の変化として検出し、その結像位置と設計基準となる位置との相対比較によりずれ量を計測し、このずれ量を補正するようにレンズホルダによるレンズの保持姿勢を調整することを特徴とするレンズアライメント方法。
【請求項７】
レンズを保持しかつその軸心のまわりに回転させることが可能なレンズホルダと、前記レンズの径方向に走査する光線をこのレンズに照射する光線照射手段と、レンズの特性変化をレンズ透過後の光線の結像位置の変化として検出する検出手段と、この検出手段により検出された結像位置と設計基準となる位置との相対比較によりずれ量を計測する手段とを備え、前記レンズホルダは、前記ずれ量を補正するようにレンズの保持姿勢を調整可能とされていることを特徴とするレンズアライメント装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレンズ特性検査方法と装置に関し、特に、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集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ための、レンズ特性検査方法と装置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集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、すなわち非収束型レンズは、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、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為、レンズへの要求精度もさらに高まってきている。
【０００３】
そのようなレンズは複数枚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、非収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）。しかし、このような方法には下記のような問題点がある。すなわち、（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、（２）各種被検レンズの特性に合わせてそれぞれヌルレンズを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。
【０００４】
また、他の手法としては、触針式の３次元計測によるレンズの特性検査が行われているが、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なえないため、たとえばレンズ内部に屈折率の不均一性があっても検出することが出来ない。
【０００５】
一方、収束レンズであれば、干渉方法が使いやすく、たとえば収束レンズに平行光を入れ、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 。
【０００６】
しかしながらこの方式に非収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出来ないため、干渉縞を発生させることが出来ず、やはりここでもヌルレンズが必要となってくる。
【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】
【０００７】
このように従来においては、非収束レンズの評価およびアライメントを行うための、安価で容易、かつ高速、高精度の検査手法は、提案されていない。
したがって、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しに、安価で容易、かつ高速、高精度にレンズの検査およびアライメントを行えるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するため、請求項１に係る本発明は、レンズの各局所ごとに光線を照射することによって、レンズの特性変化を前記各局所ごとにおけるレンズ透過後の光線の結像位置の変化として検出し、その結像位置と設計基準となる位置との相対比較によりずれ量を計測するものである。
【０００９】
このようにすると、レンズの特性変化をこのレンズの各局所ごとにおけるレンズ透過後の光線の結像位置の変化として検出し、その結像位置と設計基準となる位置との相対比較によりずれ量を計測するため、ヌルレンズ等の補正レンズを用いることなしに、非収束レンズの単体での検査が可能となる。
【００１０】
請求項２に係る本発明は、上記において、レンズに照射する光線をこのレンズの径方向に走査させるとともに、前記レンズをその軸心のまわりに回転させるものである。
このようにすると、レンズの全面にわたってその特性を検査することができ、しかも照射光線をレンズの径方向に走査させるため、レンズ透過後の光線の結像位置の変化をラインセンサなどによって容易に検出することができる。
【００１１】
請求項３に係る本発明は、上記において、収束光線をレンズに照射することにより、レンズ透過後の結像位置を直線状にそろえるものである。
すなわち、被検査レンズが拡散レンズである場合は、平行な光線を照射してもスポットを作ることが出来ないが、入射光線に一定の収束角度を与えることにより、スポット形状とすることが可能である。これにより、非収束レンズの検査も可能となる。また、レンズ内の一部に同じように光線を照射しても、その位置によりスポット位置が変わるが、テーパを付けたガラス板や検査分解能毎に異なる厚みとする段形状が連続した平行平板等を用いることにより、レンズ透過後の結像位置を直線状にそろえることができて、検出部を直線状に配置した既存のセンサで検査を行うことが可能となる。
【００１２】
請求項４に係る本発明は、上記において、光線の照射軸とレンズの中心軸とを互いに傾けることにより、レンズ透過後の結像位置を直線状にそろえるものである。
このようにすれば、同様に非収束レンズの検査も可能となるとともに、非収束レンズの種類によっては、収束光線を用いなくてもセンサ上にスポット位置を持ってくることが可能となる。
【００１３】
請求項５に係る本発明は、レンズを保持しかつその軸心のまわりに回転させることが可能なレンズホルダと、前記レンズの径方向に走査する光線をこのレンズに照射する光線照射手段と、レンズ透過後の光線の結像位置を検出するセンサと、このセンサの出力から前記レンズの特性を計算する計算手段とを備えたものである。
【００１４】
このような構成であると、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。
請求項６に係る本発明は、レンズホルダにて保持されたレンズの各局所ごとに光線を照射することによって、レンズの特性変化を前記各局所ごとにおけるレンズ透過後の光線の結像位置の変化として検出し、その結像位置と設計基準となる位置との相対比較によりずれ量を計測し、このずれ量を補正するようにレンズホルダによるレンズの保持姿勢を調整するものである。
【００１５】
すなわち、レンズ自体の特性に問題がなくても、レンズの設置位置にずれがあれば、機器に搭載した時に、ぼけが発生する等の不具合が起こる。これに対し、請求項６に係る本発明によれば、レンズ単体毎にその設置位置を適切にすることが可能となる。
【００１６】
請求項７に係る本発明は、レンズを保持しかつその軸心のまわりに回転させることが可能なレンズホルダと、前記レンズの径方向に走査する光線をこのレンズに照射する光線照射手段と、レンズの特性変化をレンズ透過後の光線の結像位置の変化として検出する検出手段と、この検出手段により検出された結像位置と設計基準となる位置との相対比較によりずれ量を計測する手段とを備え、前記レンズホルダは、前記ずれ量を補正するようにレンズの保持姿勢を調整可能とされているようにしたものである。
【００１７】
このような構成であると、レンズ単体毎にその設置位置を適切にすることが可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
以上で説明したように本発明によれば、ヌルレンズのような補正レンズを用いることなく、安価で容易、かつ高速、高精度に、レンズの検査が可能であり、また最適な位置への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】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図１、図２、図３、図４、図５、図６を用いて説明する。
図１は、本発明の実施の形態のレンズ特性検査装置の構成を示す図である。同図のレンズ特性検査装置においては、レーザスキャナ１よりレーザ２が非収束な被検レンズ３に入射する。被検レンズ３はレンズホルダ４に固定されており、かつその軸心のまわりに回転させることが可能となっている。レーザ２は、レーザスキャナ１によって、被検レンズ３の中心を通る径方向にスキャンされる。レーザ２が被検レンズ３に入射すると、レンズ３における入射した箇所での所定の屈折率により、レーザ２は曲げられる。そのレーザ２はレンズ３の後部に設置されたラインセンサ５に入射される。そのラインセンサ５の出力から、そのラインセンサ５のどの箇所にレーザ２が当たったのかの情報が、計算機６に入力される。計算機６には、レンズ３のどの場所にレーザ２が入射した時にそのレーザ２がラインセンサ５のどの位置に当るかの設計値がデータとして与えられており、その設計値と実際に得られた値との差を計算することで、レンズ３がどれだけ設計値からずれているかが算出される。ここで、ラインセンサ５の替わりに、分解能が合えば、エリアセンサを用いても良い。
【００２０】
次に、レーザスキャナ１の詳細について、図２を用いて説明する。レーザ光源１１からレーザ１０が平行な光束として照射され、ガルバノミラー１２に入射する。ガルバノミラー１２は一定速度で回転しており、これによりレーザ１０はその回転方向に振られる。その後、収束レンズ１３に入射して、平行光から収束光となる。レーザ１０は、次に収束位置補正板１４に入射することにより、最終の収束スポット位置が図１のラインセンサ５上になるように調整される。ここで、ガルバノミラー１２の替わりに、ポリゴンミラーや音響光学素子などの、レーザ１０を角度方向に振る他の光学デバイスを用いても構わない。また、収束レンズ１３は、単一レンズではなく、設計に応じたレンズ群となる場合がある。また、収束位置補正板１４は、図１の被検レンズ３の位置に合わせて、薄ガラス板を重ねたものであり、これにより被検レンズ３を通った光が全てセンサ上で集光するが、ヌルレンズのように個別のレンズ毎に作成して細かい調整をする必要はなく、予め用意した薄ガラスを何枚か重ねるのみで良い。これにより、被検レンズ３を透過した後のレーザ２をラインセンサ５に対応させて直線状に結像させることができる。
【００２１】
次に、レンズホルダ４の詳細について、図３を用いて説明する。レンズホルダ４には、レンズ３を保持するための保持機構とともに位置の調整機構があり、さらに回転角を検出するエンコーダが備えられている。２１は保持調整機構である。図３において、図１に示したようにレーザ２がレンズ３をスキャンする方向をｘ軸の方向、これに垂直な方向をｙ軸の方向とする。位置の調整および回転角の検出は、ｘ軸に沿った位置δｘと、ｘ軸まわりの回転角δθｘと、ｙ軸に沿った位置δｙと、ｙ軸まわりの回転角δθｙとについて行われる。
【００２２】
保持調整機構２１によってレンズ３の中心軸を図１に示すレーザ２の光軸に対して傾けると、図２に示すような収束レンズ１３や収束位置補正板１４を用いなくても、最終のスポット位置を図１のラインセンサ５上に調整することができる。
【００２３】
レンズホルダ４によってレンズ３を保持したときのずれ量の補正方法を、図４にもとづいて説明する。ずれをなくすことを指標としてレンズ３を保持すると、機構的に複雑になるが、図１に示すようにレンズホルダ４によってレンズ３をその軸心のまわりに回転させることで、図４（ａ）に示すようにレンズの端面に偏心検出プローブ３１およびあおり検出プローブ３２を対応させ、レンズホルダ４とともにレンズ３を１回転させることによって、図示のように初期の保持位置がどれくらいずれているかを検出することが出来る。すなわち，図４（ｂ）（ｃ）には、偏心の度合いとあおりの度合いとがそれぞれδとして示されている。そこで、図３の保持調整機構２１によって、検出された分をアクティブに補正してやればよい。
【００２４】
次に計算機６における動作の詳細について、図５を用いて説明する。レンズ３の軸心まわりの回転方向(θ方向)については、レンズホルダ４を回転させるための回転機構のエンコーダから、その回転の位置を検出する。ｒは径方向を示す。スポットの位置はセンサ５の入力から検出されるため、これをレンズ３内の検出位置に変換し、どの位置にスポットが来たのかを検出することが可能となる。図５（ａ）はθとｒを用いて直交座標表示したものを示し、図５（ｂ）はθとｒを用いて極座標表示したものを示す。
【００２５】
計算機６における解析計算手法について説明する。収差からでる位置ずれに関しては図６に示す３つが大きなものである。すなわち、図６（ａ）に示す半径方向の位置ずれと、図６（ｂ）に示す中心の位置ずれと、図６（ｃ）に示す歪みとである。その３つに対して、中心から第ｋ番目のリングにおける第ｉ番目のスポットの実際の位置を（Ｘｋｉ，Ｙｋｉ）、設計上の理想的な位置を（Ｘｒｋｉ，Ｙｒｋｉ）とすると、評価値Δは、
Δ＝ａ１Σδｋ１  ＋  ａ２Σδｋ２  ＋  ａ３Σδｋ３
(式１)
δｋ１＝｜Σ｛（Ｘｒｋｉ２＋Ｙｒｋｉ２）１／２  −  （Ｘｋｉ２＋Ｙｋｉ２）１／２｝｜
(式２)
δｋ２＝Σ｛（Ｘｒｋｉ−Ｘｋｉ）２  ＋  （Ｙｒｋｉ−Ｙｋｉ）２｝１／２
(式３)
δｋ３＝Σ｛｜（Ｘｒｋｉ２＋Ｙｒｋｉ２）１／２  −  （Ｘｋｉ２＋Ｙｋｉ２）１／２｜｝
(式４)
と決めればよい。ここでａ１〜ａ３は評価定数であり、レンズ３の望目性能によって決められる。δｋ１は、スポットが設計基準に対して全体的に半径方向にどれくらいずれているかを示す指標となる。δｋ２は、スポットの中心位置が設計基準に対してどれくらいずれているかを示す指標である。δｋ３は、スポット群が設計基準に対してどれくらい歪んでいるかを示す指標である。そして、これらにδｋ１〜δｋ３に定数ａ１〜ａ３を乗算し足し合わせた評価値Δと、レンズの望目特性より決められる所定の値との比較により、レンズ３の評価を行うことが可能となる。また、アライメントではこの値が最小になるように調整してやればよい。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明のレンズ特性検査方法と装置は、ヌルレンズのような補正レンズを用いることなく、安価で容易、かつ高速、高精度に、レンズの検査が可能であり、このため、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集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ための、レンズ特性検査方法と装置などとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態のレンズ特性検査装置の構成図
【図２】図１におけるレーザスキャナの詳細図
【図３】図１の装置におけるレンズ保持調整機構の詳細図
【図４】図３のレンズ保持調整機構の動作説明図
【図５】図１の装置における計算機の計算方法の説明図
【図６】図１の装置における計算機の解析計算方法の説明図
【符号の説明】
【００２８】
１    レーザスキャナ
２    レーザ
３    被検レンズ
４    レンズホルダ
５    ラインセンサ
６    計算機
【図１】
2005114379.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005114379.tif 000005
【図４】
2005114379.tif 000006
【図５】
2005114379.tif 000007
【図６】
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