(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝達における光学要素（２）の幾何学構造を測定する方法であって、
光学要素を波面が既知の第１の入射光線（８，１０）により照射する段階と、
前記第１の光線の波面を前記光学要素による伝達後に測定（１６，１８）する段階と、
光学要素を波面が既知の第２の入射光線（１２，１４）により照射する段階と、
前記第２の光線の波面を前記光学要素による伝達後に測定（１６，１８）する段階と、
前記光学要素の幾何学構造を前記各測定段階の間に測定された波面から計算する段階
とを含む光学要素の幾何学構造を測定する方法において、
前記種々の測定段階において光学要素の同じ表面に対面する側の波面が相互に異なっていることを特徴とする方法。
【請求項２】
伝達における光学要素（２）の幾何学構造を測定する方法であって、
前記光学要素を波面が既知の第１の入射光線（８，１０）により照射する段階と、
前記第１の光線の波面を前記光学要素による伝達後に測定（１６，１８）する段階と、
前記光学要素を波面が既知の第２の入射光線（１２，１４）により照射する段階と、
前記第２の光線の波面を前記光学要素による伝達後に測定（１６，１８）する段階と、
前記光学要素の幾何学構造を前記各測定段階の間に測定された波面から計算する段階
とを含む光学要素の幾何学構造を測定する方法において、
前記照射する段階が前記光学要素の表面の一方を照射することと、前記光学要素の表面の他方を照射することとを含むことを特徴とする方法。
【請求項３】
測定段階がハルトマン又はシャックーハルトマン偏差によって行われることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
測定段階が縞偏差によって行われることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項５】
測定段階が干渉による測定の段階であることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項６】
第１及び第２の光線が同一の波面を有していることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項７】
照射段階が光学要素を同一の入射光線によって照射することを含み、前記方法が光学要素を周りに回転する段階を含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
照射段階が光学要素の表面の一方のみを照射することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
第１及び第２の光線が異なった波面を有していることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
計算段階が少なくとも２つの測定段階から計算されたメリット関数を最適化することにより行われることを特徴とする請求項１から９のうちの１項に記載の方法。
【請求項１１】
光学要素の厚さを少なくとも１つの点で測定する段階を含むことを特徴とする請求項１から１０のうちの１項に記載の方法。
【請求項１２】
光学要素を波面が既知の第３の入射光線により照射する段階と、
前記第３の光線の波面を前記光学要素による伝達後に測定する段階
とを含むことを特徴とする請求項１から１１のうちの１項に記載の方法。
【請求項１３】
伝達における光学要素（２）の幾何学構造を測定する装置であって、
光学要素を波面が既知の第１の入射光線により照射する手段（８，１０）と、
前記第１の光線の波面を前記光学要素による伝達後に測定する手段（１６，１８）と、
光学要素を波面が既知でかつ異なっている第２の入射光線により照射する手段（１２，１４）と、
前記第２の光線の波面を前記光学要素による伝達後に測定する手段（１６，１８）と、
前記光学要素の幾何学構造を前記各測定段階の間に測定された波面から計算する手段、
とを具備している光学要素の幾何学構造を測定する装置。
【請求項１４】
伝達における光学要素（２）の幾何学構造を測定する装置であって、
前記光学要素を波面が既知の第１の入射光線により照射する手段（８，１０）と、
前記第１の光線の波面を前記光学要素による伝達後に測定する手段（１６，１８）と、
前記光学要素を波面が既知である第２の入射光線により照射する手段（１２，１４）と、
前記第２の光線の波面を前記光学要素による伝達後に測定する手段（１６，１８）と、
前記光学要素の幾何学構造を前記各測定段階の間に測定された波面から計算する手段と、
を具備している光学要素の幾何学構造を測定する装置において、
前記光学要素を第１の入射光線により照射する手段と、前記光学要素を第２の入射光線により照射する手段とが、前記光学要素の各表面をそれぞれ照射することを特徴とする装置。
【請求項１５】
測定手段がマイクロレンズの列（１６）を具備していることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の装置。
【請求項１６】
測定手段が配列からなることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の測定装置。
【請求項１７】
第１及び第２の光線が同一の波面を有していることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項１８】
光学要素を第１の入射光線によって照射する手段と光学要素を第２の入射光線により照射する手段とが光学要素の同一の表面を照射することを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１９】
光学要素の厚さを測定する手段を具備することを特徴とする請求項１３から１８のうちの１項に記載の装置。
【請求項２０】
光学要素を波面が既知の第３の入射光線によって照射する手段と、
前記第３の光線の波面を前記光学要素による伝達後に測定する手段
とを具備することを特徴とする請求項１３から１９のうちの１項に記載の装置。
【請求項２１】
光学要素のマイクロエッチングを表示する手段（６８，７０）を具備することを特徴とする請求項１３から２０のうちの１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明の目的は光学要素の幾何学的又は光学的構造を測定する方法と装置である。
【０００２】
本発明の方法は光学要素の１つもしくは複数の研摩された表面又は屈折率分布を絶対的な方法で測定することができるようにする。“絶対測定”なる用語は光学要素についての従来の知識を全く必要としない測定を言うものである。研摩された表面及び／又は屈折率分布の測定は多くの産業上の用途に適している。これは特に眼科の分野において目のレンズを検査又は測定するのに有用であり、この場合複雑な表面の製造は数百の係数の同時測定が必要となる。
【０００３】
本出願人名義のフランス特許公開第２，７１０，１６２号又はヨーロッパ特許公開第０，６４４，４１１号は反射又は伝達における偏差のための装置を記載している。この装置は光学要素の幾何学的構造を反射又は伝達によって測定することができるようにする。この種の測定装置の原理は測定される光学要素を公知の波面−最も簡単な場合は平面波−の放射により照射しそして測定される光学要素からの反射後又は光学要素を通過する伝達後に波面を測定することである。反射又は伝達後のこの波面の測定は測定されるべき要素の幾何学的特徴を再構成できるようにする。
【０００４】
ＷＯ特許公開第９，７０５，４６７号は同じ型の装置を記載している。この文献は測定されるべき光学要素による反射又は伝達の後に基準光線の横断収差を測定することにより装置を較正することを提案している。
【０００５】
これらの文献に記載された装置は実際には光学要素の単一の表面に対して作用するだけである。反射における作用にとって、これらの装置は既知の波面の光が反射される表面の幾何学構造を決定することができるようにする。伝達における作用にとって、これらの装置は他の表面と光学要素の屈折率とが知られていたならば光学要素の表面の１つの幾何学構造を決定できるようにする。このほかに、伝達においては、光学要素の２つの表面が知られていたならば、光学要素の屈折率分布を決定することができるようにする。さらにまた、実施上の観点から、測定装置を変更しないで光学要素の全ての特徴を測定することはほとんど不可能である。
【０００６】
これらの装置を用いて、光学要素の２つの表面の反射を連続して測定しそれにより光学要素を規定することができるが、この方法は次の欠点を有している。一方において１つの表面に反射防止被膜が設けられたならば、この被膜は測定に不利に作用するが、このような被膜は眼のレンズに設けられることが多い。他方において、反射の測定は光学要素の後面が曇らされ（つや消しされ）それにより疑似像をなくすることが必要となり、最後に、２つの表面が別々に測定されたとしても、これら表面の相対位置を知り光学要素を再構成すること、言いかえれば少なくとも１つの個所の光学要素又はプリズムの厚さを知ることが必要であるが、この相対的な位置決めは誤差の根源を加えるものとなる。
【０００７】
米国特許第５，８２５，４７６号は光学要素をマッピングする装置を提案している。この文献は既知の波面を有する光により光学要素を照射し次に光学要素を通って伝達された又は光学要素によって反射された光をマイクロレンズの配列上で修正することを提案している。これらのマイクロレンズは伝達又は反射された光をつや消しのスクリーン上に投射し、つや消しスクリーンの像がカメラによって記録され分析され基準の像との比較によって光学要素の構造を決定するようにしている。伝達において得られた結果は光学要素の能力マップでありまた反射で得られた結果は光学要素の高さマップである。
【０００８】
１つの実施態様では、この文献は２つの測定をつや消しスクリーンの２つの位置でしかもつや消しスクリーンの位置以外の装置に変更を施すことなく、行うことを提案している。これら２つの測定は各マイクロレンズがつや消しスクリーンの２つの位置の与えられた２つの点で、伝達後の光線を決定することができるようにする。入力点はこれが入力部に置かれた配列のマイクロレンズに対応するため、測定の前に知られている。光学要素の表面の１つを知ると、光学要素の第２の表面を決定することができる。
【０００９】
この文献はしたがって、３つの前に挙げた文献におけるように、光学要素の１つの表面の幾何学形状を決定することができるだけである。光学要素の他の表面の幾何学形状は計算するために知られることが推測される。
【００１０】
したがって、光学要素の種々の特徴、特にこの光学要素の２つの表面の特徴を決定することのできるレンズを測定する装置が必要となる。特に、この種の装置は２つの表面の各々の形状をこれら表面の一方に関する仮定を明確に表わす必要なしに正確に決定することにより、連続するレンズを効率的に測定できるようにする。この結果、本発明は伝達における光学要素の幾何学構造を測定する方法を提案し、この方法は、
−波面が既知の第１の入力光線により光学要素を照射する段階と、
−前記第１の光線の波面を前記光学要素による伝達の後に測定する段階と、
−光学要素を波面が既知の第２の入射光線により照射する段階と、
−前記第２の光線の波面を前記光学要素による伝達後に測定する段階と、
−前記各測定段階の間に測定された波面から前記光学要素の幾何学構造を計算する段階
とを含んでいる。
【００１１】
本発明の上記の方法において、種々の測定段階で、光学要素の同じ表面に対面する側の波面が異なっている。
【００１２】
有利には、ハルトマンもしくはシャックーハルトマン偏差、又は縞偏差、あるいは干渉による他の測定がこの測定段階のために用いることができる。
【００１３】
好ましくは、照射段階はその表面の一方で光学要素を照射し、またその表面の他方で光学要素を照射することを含んでいる。この場合は、第１及び第２の光線が同一の波面を有することができる。特に、照射段階が同一の入射光線により光学要素を照射することを含むようにする提案がなされ、この方法はしたがって光学要素を周りに回転する段階を含んでいる。
【００１４】
他の実施態様では、照射段階はその表面の一方のみで光学要素を照射することを含んでいる。この場合、第１及び第２の光線は異なった波面を有することができる。計算段階が少なくとも２つの測定段階から計算されたメリットファンクション（メリット関数）を最適化することにより行われることが可能となる。光学要素の厚さを測定する段階を少なくとも１つの点で行うことができる。
【００１５】
１つの実施態様では、本発明の方法は、さらに、
−波面が既知の第３の入射光線によって光学要素を照射する段階と、
−前記第３の光線の波面を前記光学要素による伝達の後に測定する段階
とを含んでいる。
【００１６】
本発明はまた光学要素の幾何学構造を伝達中に測定する装置を提供し、この装置は
−光学要素を波面が既知の第１の入射光線により照射する手段と、
−前記第１の光線の波面を前記光学要素による伝達の後に測定する手段と、
−光学要素を波面が既知でかつ異なっている第２の入射光線によって照射する手段と、
−前記第２の光線の波面を前記光学要素による伝達の後に測定する手段と、
−前記光学要素の幾何学構造を前記各測定段階の間に測定された波面から計算する手段
とを具備している。
【００１７】
１つの実施態様では、測定手段はマイクロレンズマトリックス（マイクロレンズ列）からなっている。測定手段はまた配列からなっている。
【００１８】
有利には、光学要素を第１の入射光線により照射する手段と光学要素を第２の入射光線により照射する手段とが光学要素をその表面の各々でそれぞれ照射する。この場合、第１及び第２の光線は同一の波面を有していてもよい。他の実施態様では、光学要素を第１の入射光線により照射する手段と光学要素を第２の入射光線により照射する手段とは光学要素の同一の表面を照射する。この場合、第１及び第２の光線は異なる波面を有していてもよい。
【００１９】
本発明装置はさらに光学要素の厚さを測定する手段を具備することができる。
【００２０】
１つの実施態様では、本発明装置は
−光学要素を波面が既知の第３の入射光線により照射する手段と、
−前記第３の光線の波面を前記光学要素による伝達の後に測定する手段
とを具備している。
【００２１】
光学要素上に微細なエッチングを表現する手段を設けることも可能である。
【００２２】
本発明の他の特徴と利点は例示としてのみ与えられまた図面を参照する本発明の以下の詳細な実施態様の記載を読むことにより明らかとなるであろう。
【００２３】
本発明は、フランス特許公開第２，７１０，１６２号又はＷＯ特許公開第９，７０５，４６７号に記載されている本出願人の装置のように、測定される光学要素による伝達の後と前の波面の分析−直角の光線の分析−に基礎をおいている。光学要素による伝達の後の光の波面を測定するために、これらの文献におけるように、縞偏差方法又は“ハルトマン”もしくは“シャックーハルトマン”偏差と称される他の偏差方法を用いることができる。また干渉方法と例えばマツハツエンダー干渉とによって、又は“横剪断干渉”と称される方法を用いる干渉によって、伝達された光の波面を測定することができる。
【００２４】
本発明は、伝達における２つの測定を２つの異なった光学形態で行ないまたそれにより従来の仮定を要しないで光学要素の２つの表面とその相対的な位置とを規定することを提案する。１つの可能な方法は、レンズの幾何学形状を変数として表わす係数の全てを取ることによりメリット関数を最小にし又は最大にし、それにより、メリット関数が最小又は最大である時−変数によって取られた値が光学要素の幾何学特徴を規定する係数の各々の値に対応するようにすることにある。この光学形態は光学要素が異なった光学経路により走査される程度に、異なっている。
【００２５】
特に、本発明は仕上がったレンズの測定に適用することができる。従来技術に比べて、本発明はレンズの表面の１つが既知であると推定することを回避する。光学要素の２つの面上の反射の２つの測定よりも実施するのがさらに正確でありまたさらに簡単となる。すなわち
−本発明は光学要素の表面が反射防止処理により被覆されていても実施することができる、
−疑似の像を防止するために測定される光学要素の後側表面をつや消しにすることを要しないで実施される、
−本発明は反射により別々に測定される２つの表面の相互の位置決めの問題を回避する。
【００２６】
波の表面が“ハルトマン”又は“シャックハルトマン”の偏差と称される偏差によって決定される本発明の実施態様が以下に記載されるが、この偏差の原理は米国特許第５，８２５，４７６号に記載されている。この文献に説明されているように、測定される光学要素は既知の波面を有する光によって照射される。光学要素によって伝達された光はつや消しされたスクリーン又は電荷結合センサーの列（ＣＣＤ）によって物理的に構成された平面上に像を形成するマイクロレンズの列に当てられる。各マイクロレンズの像点の位置はマイクロレンズに当てられた波面に依存する。この装置における光学要素の挿入はマイクロレンズに入射される波面に変動を生じ、またそのため各マイクロレンズの像点の位置に変動を生じ、各マイクロレンズの像点の変位の分析が、装置における光学要素の挿入によりひき起こされる波面の変動を測定することができるようにする。
【００２７】
図１は本発明を実施するための装置の第１の実施態様の概略図を示し、図１の実施態様では２つの異なる入射光線、さらに詳細には２つの異なる形態の、平面の波面を有する光線と球面の波面を有する光線とが伝達における２つの測定のために用いられる。
【００２８】
図１の装置はしたがって後面４と前面６とを有する光学要素２を収容するための支持体（図示しない）を有し、“前側”及び“後側”なる用語はここでは単に表面を確認するために用いられ光学要素の後の使用に必ずしも対応するものではなく、言いかえれば、光学要素は装置の中で“前後に”置かれるものである。
【００２９】
さらに、本装置は平面波面を有する光の供給源を有している。ＷＯ特許公開第９，７０５，４６７号におけるように、点光源８とレンズ１０とが用いられ、測定される光学要素の後面４に入射する平面波面の光線を発生する。本装置はまた球面波面を有する光源を有する。球面波面を有する光学要素の後面に入射する光線を発する第２の点光源１２を用いることができる。半反射プレート１４が光学要素の後面４を照射するために用いられ、光源８と１２から来る光線、すなわち光源８とレンズ１０とから来る光線が半反射プレート１４を通過するとともに、光源１２から来る光がプレート１４によって反射されるようにする。例えば視準レンズ１０を伸縮自在とすることにより２つの光線のために共通の光源を用いることがまた可能となる。したがって、本発明の装置においてはそれぞれが既知の波面を有する２つの光線に連続して後側の光学要素の表面４を照射することが可能となる。
【００３０】
本装置はまた光学要素の厚さを１つの点で測定する手段を有することができる。例えば光学要素が光学要素のいずれかの側の装置の軸線に沿う反射で測定されるようにすることができる。この種の測定は装置の軸線との交点で光学要素の表面に対する垂線を決定することができるようにしまたこの軸線上で光学要素の厚さを決定することもできるようにする。これらの測定のために、後面に対面する側から又は前面に対面する側からフランス特許公開第２，７１０，１６２号又はＷＯ特許公開第９，７０５，４６７号に記載されている手段を用いることができるが、ここではさらに記載されない。
【００３１】
この種の厚さの測定は本発明を実施するのに欠くことのできないものではなく、厚さの測定は光学要素の特徴の決定を促進するのを可能にする。光学要素の厚さを測定せず光学要素を以下に記載される最適化により調査の間に決定することが可能である。
【００３２】
次に、本装置は光学要素によって伝達された光の波面を決定する手段を有している。上記のように、図の実施態様では、マイクロレンズが用いられる時ハルトマン偏差又はシャックーハルトマン偏差を用いることができ、本装置はしたがって、マイクロレンズが像を形成するマイクロレンズ列１６と解析平面１８とを有する。この解析平面はつや消しされたスクリーン、又は直接ＣＣＤ（荷電結合センサー）からなるものとすることができる。上記のように、解析平面上に形成された像の解析は光学要素を通って伝達された光の波面を決定できるようにする。
【００３３】
図１の装置の典型的な次元は次のとおりである。すなわちレンズ１０は測定される光学要素２とマイクロレンズ列１６とを通る主軸線上に配置され、１００mmの直径と１１０mmと２５０mmの間の焦点長さとを有している。スプリッタープレート１４は１５０mmの直径を有する。第２の光源１２（主軸線に直角な軸線上に配置された）とスプリッタープレート１４と主軸線の間の交点との間の距離は約７０mmである。この同じ点と光学要素２の表面との間の距離もまた７０mmである。光学要素２とシャックーハルトマンとの間の距離はまた０と３０mmの間とすることができる。光源８と１２はレーザーダイオード又は発光ダイオードとすることができる。
【００３４】
図１の装置はしたがって光学要素によって伝達された２つの光線の波面を測定することができるようにする。言い換えれば、本装置は２つの異なった形態で測定される光学要素を通過する既知の波面の入射光線の伝達を測定できるようにする。本装置は必要に応じて、また光学要素の厚さを一点で測定できるようにする。図１において、光学要素は装置の光軸上に中心が置かれ、以下に説明されるように、本発明の方法では光学要素が装置の光軸上に正確に中心を置くことが必要ではなく、大体の位置決めで十分である。
【００３５】
図２は本発明を実施するための装置の第２の実施態様の概略図を示す。図２の実施態様では、単一の光源が２つの異なった形態による伝達の２つの測定のために用いられるが、その光学要素はその２つの表面を照射するために周りに回転される。本装置はしたがって既知の波面の光線−図の例では球面波面の光線を発する光源２０を有している。光線は支持体（図示しない）に取付けられた光学要素２２に衝突し、光学要素は後面２４と前面２６とを有している。装置はまた光学要素によって伝達された光の波面を決定する手段を有し、図１の支持態様のように、マイクロレンズ列２８と解析平面３０とが用いられる。
【００３６】
図２の装置は以下に説明されるように、異なる形態による光学要素によって伝達された光の波面を測定することができるようにする。最初に、光学要素が図に示されるように、支持体に取付けられ、光源２０から来る光が光学要素の後面２４を照射し伝達された光の波面が列２８と平面３０とによって決定される。光学要素２２はついで図２に矢印３２によって示されるように、支持体を回転することにより周りに回転される。光源２０から来る光は次に光学要素の前面２６を照射し伝達された光の波面が列２８と平面３０とによって決定される。
【００３７】
言いかえれば、第１の形態は光源２０によって発せられた既知の光による光学要素の後面２４の照射に対応する。第２の形態は光源２０によって発せられた既知の光による光学要素の前面２６の照射に対応する。図２の装置の重要な形態は光学要素に組合された同一の座標系にこの２つの形態を戻すことができるようにすることがあり、この目的で１つの方法はその周りの回転の性質を正確に知ることにあり、このため、光学要素の既知の回転を提供する支持体を用いることが簡単にできる。
【００３８】
図３は本発明を実施するための装置の第３の実施態様の概略図を示す。図３の実施態様では、光学要素の２つの表面を照射する異なった光源が２つの異なった形態による伝達の２つの測定のために用いられる。
【００３９】
図３の装置はしたがって、後面３６と前面３８とを有する光学要素３４を収容するため支持体（図示しない）を有する。さらにまた、この装置は平面の波面を有する光源を有し、２つ光源は半反射プレート４４を通って、測定される光学要素の後面３６に入射する平面の波面の光を発する点光源４０とレンズ４２からなっている。光学要素によって伝達された光は第２の半反射プレート４６によってマイクロレンズ列４８とＣＣＤ平面５０とに向って反射される。
【００４０】
本装置はまた光学要素の前面を照射する球面の波面を有する光源を有している。第２の点光源５２が用いられ、半反射プレート４６を通って、光学要素３４の前面３８に入射する球面の波面の光を発する。光源５２から来て光学要素により伝達された光は半反射プレート４４によって第２のマイクロレンズ列５４と第２のＣＣＤ平面５６とに向って反射される。
【００４１】
明らかに、本装置は光学要素によって伝達された光を２つの形態で測定できるようにする。第１の形態では、光学要素は後面と称されるその表面３６が平面の波面を有する光によって照射され、第２の形態では、光学要素は前面と称されるその表面３８が球面の波面を有する光によって照射される。もちろん、装置を変更し例えば追加の鏡と半反射プレートとを用いて伝達された波面を測定する単一の組の手段のみを用いるようにすることが可能である。
【００４２】
図４は本発明を実施するための装置の第４の実施態様の概略図を示す。図４の装置は図３の装置とは、第２の形態で、平面の波面を有する光が用いられる点でのみ相違し、図３の点光源５２がしたがって図４においては光学要素の前面を照射し光が平面の波面を有する点光源５８とレンズ６０とに置換えられている。
【００４３】
図５は本発明を実施する装置の第５の実施態様の概略図を示す。図５の装置は測定される光学要素の構造に関するデータだけでなくこの光学要素のエッチングをも表示することのできる利点を有している。眼のレンズにとって、これらのエッチングは眼鏡屋にとって重要であるが、その理由はエッチングが調整（縁取り）作用の間基準として採用され、レンズを着用者によって選択されたフレーム形状に合致させることができるようにするからである。図５の装置はしたがって２つの異なった形態のための照射及び測定手段を有している。レンズの表面に焦点を集めるＣＣＤカメラがエッチングを表示することができるようにする。
【００４４】
本装置はしたがって、後面６４と前面６６とを有する光学要素６２を収容するための支持体（図示しない）を有する。ＣＣＤカメラ６８がレンズ７０を用いて光学要素の表面上に焦点を合わせる。カメラとレンズの軸線７２は実質的に光学要素の光軸と実質的に一致している。
【００４５】
さらにまた、本装置は平面の波面を有する光源を有し、この光源は測定される光学要素の前面に入射し平面の波面を有する光を発生する点光源７４とレンズ７６とからなっている。平面波面の光は光学要素によりマイクロレンズ列７８とＣＣＤ平面８０に伝達される。平面波面の光は測定される光学要素に斜めに入射し、それにより光学要素のエッチングが表示できるようにし、さらに詳細には、測定経路の軸線８２とマイクロエッチングを表示するための経路の軸線７２との間の角度αが１０°より大きくなるようにする。
【００４６】
本装置はまた光学要素の後面を照射する球面の波面を有する光源を有している。第２の点光源８４が用いられ、光学要素の後面６４に入射し球面の波面を有する光を発生する。光源８４から来る光が光学要素により第２のマイクロレンズ列８６と第２のＣＣＤ平面８８とに向って伝達される。球面波面の光がまた光学要素のエッチングが表示できるようにするために測定される光学要素に斜めに入射し、さらに詳細には、測定経路の軸線９０とマイクロエッチングを表示する経路の軸線７２との間の角度βが１０°より大きくなっている。
【００４７】
図５の装置は図３の形態と同様の２つの形態で光学要素により伝達された光を入射する角度の近くで測定できるようにする。さらにまたこの装置は、レンズのマイクロエッチングを表示しまたそれによりマイクロエッチングに関連する座標系において光学要素の測定ができるようにする。
【００４８】
図５の装置においては同一の波面の光で照射する光源又は光学要素の同じ表面を照射する他の光源を用いることができることがさらに理解される。全ての場合、図１を参照して記載されるように、光学要素の厚さを一点で測定する手段を提供することができる。
【００４９】
記載された全ての装置にとって、以下に記載される最適化のため、組立体の基準の枠組の中で光学要素の位置とは無関係にその表面と厚さとを再構成することができる。また光学要素の表面を組合わすことができるようにするため、図５に説明されるように、基準の枠組の中で光学構造の１つの点の位置を決定するのが有利である。図５に提案されている方法に加えて、本装置では光学要素の表面の一方の１つの点の位置を測定する手段を設けることが結果として可能となる。例えば、レーザーの視準又は本装置の基準の枠組で光学要素の１つの点の位置を測定するそれ自体が既知の他の手段を用いることが可能であり、光学要素の表面と装置の光軸とで形成される角度を測定することも可能となる。この方法は本発明による光学要素の規定された表面と光学要素自体とを組合せることが、いろいろのやり方で、できるようにする。
【００５０】
２つの形態の伝達におけるこれらの波面の測定から、本発明は光学要素の構造を規定することを提案する。この目的で、本発明は、２つの異なる形態で伝達された２つの波面を表わすメリットファンクション（メリット関数）を用いて、光学要素の２つの表面の最適化による探究を用いることを提案する。このメリット関数の決定は２つの表面とは無関係であり、どの場合も、これら２つの表面を再構成することができるようにする。従来の方法とは異なり、本発明は２つの測定の同時の利用が光学要素の２つの表面を規定することができるとの観察に基づいている。
【００５１】
光学要素の厚さが測定されなかったならば、この厚さもまた最適化による探究の間に決定することができる。この場合、メリット関数はある厚さの値にとって局部的な最小値を有しているが、いつも光学要素の実際の厚さにとって絶対的な最小値を有していることが分かる。厚さが既知であったならば、この厚さの値にとっての最小値を探究することで十分である。ある場合には、局部的な最適化は光学要素の厚さを確かめることができなくなり、この点で全体の最適化が極限値を求めることができるようにし、したがってまた光学要素の厚さを求めることが可能となる。
【００５２】
最適化による探究の原理はそれ自体知られている。最初の値が光学要素の前面と後面に対して規定される。光学要素の前面と後面の現在の値について計算することのできるメリット関数が規定され、このメリット関数は前面と後面の現在の値が測定される値に等しかった時に最小値又は最大値を有するように設定される。最適化は最初の値から始まりメリット関数の極限値を見出すまで連続する反復によって変わるようにすることからなっている。
【００５３】
図６は前後の表面を計算するためのメリット関数の規定の一例を示し、図６の場合、光学要素の後面を照射した時の波面について説明がなされている。
【００５４】
同図において、再構成されている光学要素の状態が示されており、換言すれば後面９２と前面９４との現在の値が示されている。後面９２に入射する光の既知の波面９６が光学要素によって伝達された光の測定された波面９８と共に図面上に描かれている。同図はまた測定形態のうちの１つで、光学要素を通って伝達された後に記録された光線１００を示している。後面９２と前面９４との現在の値が得られたならば、入射する波面の空間において光学要素を通る逆方向の伝達により入射光線１０２を計算することができる。したがって入射光線１０２と既知の入射波面９６との交点を決定することができる。こうして決定された交点において、光線１０２の方向コサイン余弦（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と波面の垂線１０４の方向コサイン（Ｘ，Ｙ，Ｚ）との間の差違が計算される。ここで、光線と同一直線の又は垂線と同一直線のユニットベクトルを有座標系の座標が方向コサインと称される。
【００５５】
メリット関数はしたがって種々の光線と２つの測定形態とに関する方向コサインの差違の２乗の合計として表わされる、すなわち
【数１】
0005173106.tif 000002
として表わされる。
【００５６】
この規定はメリット関数に対応する、すなわち、
−これが実際の数字を現在の表面の値に組合せる、
−関数が正又はゼロである、
−これが、２つの測定形態において逆方向の伝達により計算された光線が入射する光の光線と同一であったならば、換言すれば前面と後面に関する現在の値が実際の前面と後面と同一であったならば、消去される、
ことが明らかである。
【００５７】
換言すれば、関数は前と後の表面の値が光学要素の実際の表面に等しい時極限値を有する。メリット関数は現在の波面と基準波面との間の相違を数量化する任意の関数からなっている。
【００５８】
図７は図６と同様であるが、平面である入射基準波面の場合を示している。この場合、入射波面の垂線は光学要素の全面にわたって一定であり、したがって垂線は全ての光線１０２に対して同一となり、計算を簡単にするが、その理由は波面への垂線の方向コサインを計算することが１度必要であるにすぎないからである。このような形態においては、平面波面の光線によって照射された光学要素の表面において、光線１０２の逆方向の伝達を続ける必要なしに、光線１０２の方向コサインを知ることで十分である。第２の光線１０６と逆方向の伝達によって構成された光線１０８とが図上に描かれている。
【００５９】
他のメリット関数を用いることもできる。全ての場合、メリット関数は上記の２つの異なった光学形態における光の伝達から計算される。２つの異なった形態から計算されたメリット関数を用いることは光学要素の２つの表面を同時に規定できるようにする。
【００６０】
本発明は伝達における２つの測定の後に光学要素の２つの表面を正確に規定することができるようにする。本発明の実施可能な例が以下に漸増レンズを測定するために与えられる。測定された漸増レンズは商標名Ｖａｒｉｌｕｘ  Ｃｏｍｆｏｒｔのもとに本出願人によって市販されているレンズであり、その後面は球面であり前面は漸増状であった。このレンズは７．２５ジオプターの基部と５．００ジオプターの倍率とゼロ規格の円筒部と２．００ジオプターの付加部分とを有している。この例では、伝達における２つの測定は光学要素を対向する方向に通過する平面の入射波面の２つの光線と共に用いられた。マイクロレンズ列は２mmのピッチを有し、また入射光が５０mmの直径にわたってレンズを照射し、レンズの後面とセンサー列との間の距離は入射光の各方向で１２mmであった。
【００６１】
最適化のために、上記の型のメリット関数が８４５光線と共に用いられた。前面と後面に対して用いられた最初の値と厚さとは次のとおりである。
−後面：１６０mm半径の球面の表面
−前面：５６mm直径の１xr2 の任意の放物線表面
−光学要素の厚さ：２mm
【００６２】
最適化は最小二乗法により、４６１の変数について実施され、すなわち各表面に対しては２３０の変数で厚さに対しては１つの変数でＺｅｒｎｉｋｅ多項式を用いるモデルにより実施された。１０回の反復の後、メリット関数は０．１×１０-14 の値に達する。
【００６３】
得られた結果は、１μｍより良好な精度と２mmの測定ピッチで３次元の測定機械を用いて、光学要素の各表面の機械的な測定の結果と比較される。各測定点において、また各表面に対し、本発明により計算された高さと測定された高さとの間の相違は１μｍよりも小さい。
【００６４】
図８から２２は本発明のこの実施例におけるレンズの特徴を示している。図８から１３は本発明の機械的測定から得られたレンズの特徴を示し、さらに正確には、
−図８はレンズの前面の子牛線の平均球面と最大及び最小の曲率、
−図９は前面の平均球面マップ、
−図１０は前面の円筒部マップ、
−図１１はレンズの後面の子牛線の平均球面と最大及び最小の曲率、
−図１２は後面の平均球面マップ、
−図１３は後面の円筒部マップ、
である。
【００６５】
図８から１１に対しては、子牛線は本出願人のフランス特許公開第２，６８３，６４２号と２，６８３，６４３号に説明されているように、３つの部分によって規定される。
【００６６】
図１４から１６は、後面が完全に球面でありまた１６４．３８mmの半径を有していると仮定することにより、本出願人のフランス特許公開第２，７１０，１６２号又はヨーロッパ特許公開第０，６４４，４１１号に記載されている方法により得られた結果に実際上対応する、従来技術による再構成の結果を示している。これらの図は、
−図１４がレンズの前面の子牛線の平均球面と最大及び最小の曲率、
−図１５が前面の平均球面のマップ、
−図１６が前面の円筒部のマップ、
を示している。
【００６７】
図１７から２２は図８から１３と同様であるが、本発明の方法によって得られた結果を示している。顕著な類似点が各図の間に認められるであろう。特に、光学要素の後面の欠陥がその設定値が完全に球面状である本発明によって見出される。
【００６８】
比較によると、図１０と１９は図１６とは、特に遠く離れた可視領域に対応するレンズの上方部分に関し、全く異なっている。換言すれば、実質的に同じ結果が機械的な測定におけるように本発明により得られるが、しかしこれらの結果はレンズの後面が完全に球面であると仮定することにより得られた結果とは異なっている。従来技術の方法と比べると、本発明はレンズの後面がその設定値に正確に一致していない時に、レンズの前面上に後面の欠陥を示すことができるようにする。
【００６９】
同様に、図２０に示される子牛線は図１１に示される測定された子牛線に良く対応している。この場合、後面に関する球面であると仮定した相違は小さい。
【００７０】
もちろん、本発明は実例により記載された実施態様に限定されず、したがって、伝達された光の波面を決定するため、ハルトマン偏差以外の方法、例えばＲｏｎｃｈｉ刻線を用いるフランス特許公開第２，７１０，１６２号又はＷＯ特許公開第９，７０５，４６７号におけるような縞偏差方法を用いることができる。また干渉方法を用いることもできる。本発明の方法は小さな相違を強調することに限定されず、本発明は２つの表面に関する従来の仮定を要しないで２つの表面の各々によってもたらされる補正を決定することができる。
【００７１】
図１の組立体においては図２の組立体のように、異なった波面を有する光を発生する他の手段を用いることができ、図１の実施態様では視準レンズ１０を変え又は余分のレンズを付加することができるようになる。図２の実施態様では、単一の光源を用いまた光学要素を周りに回転することができる。またこれら実施態様を結合しまた図２の実施態様における平面波面の光源と球面波面の光源とを用いることもできる。これはまた図３から５についても言えることである。
【００７２】
光学要素の中心の又は１つの点の厚さが既知であったならば、この厚さを測定する手段を省くことができ、代わりに光学要素のプリズム又は厚さを決定する既知の手段を全て用いることができる。
【００７３】
上記の実例においては２つの組の測定を用い２つのレンズの２つの表面の特徴を決定することが提案されている。また依然として伝達形態で２組以上の組の測定を行うこともできる。上記の説明のように、異なった形態、すなわち異なった入射し伝達される波面が用いられる。
【００７４】
２つより多い測定を行うことは特に最適化により光学要素の他の特徴を決定するのに有用である。例えば、可変の屈折率の光学要素のために、３つの組の測定を用いて、光学要素の表面と屈折率の分布とを決定することができる。また平面の面と平面でない面とを有しその平面の面によって組立てられる２つの円板から光学要素を形成することが知られている。この種の光学要素に対して、本発明は光学要素の表面と厚さばかりでなくまた２つの円板の間の接触面の位置をも決定することができるようにする。
【００７５】
各場合に、入射する光が光学要素の有用な表面の全部を照射する、すなわちその特徴が求められている光学要素の部分を照射するのが有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明を実施する装置の１つの実施態様の概略図である。
【図２】  本発明装置の他の実施態様の概略図である。
【図３】  本発明装置のまた他の実施態様の概略図である。
【図４】  本発明装置のさらに他の実施態様の概略図である。
【図５】  本発明装置のさらにまた他の実施態様の概略図である。
【図６】  メリット関数を計算するための概略図である。
【図７】  平面入射波面の場合の図６と同様な図である。
【図８】  レンズの機械的な測定によって得られたレンズの特徴を示す図である。
【図９】  レンズの機械的な測定によって得られたレンズの特徴を示す図である。
【図１０】  レンズの機械的な測定によって得られたレンズの特徴を示す図である。
【図１１】  レンズの機械的な測定によって得られたレンズの特徴を示す図である。
【図１２】  レンズの機械的な測定によって得られたレンズの特徴を示す図である。
【図１３】  レンズの機械的な測定によって得られたレンズの特徴を示す図である。
【図１４】  従来技術による再構成によって得られた図８から１３のレンズの特徴を示す図である。
【図１５】  従来技術による再構成によって得られた図８から１３のレンズの特徴を示す図である。
【図１６】  従来技術による再構成によって得られた図８から１３のレンズの特徴を示す図である。
【図１７】  本発明の方法によって得られた図８に対応するレンズの特徴を示す図である。
【図１８】  本発明の方法によって得られた図９に対応するレンズの特徴を示す図である。
【図１９】  本発明の方法によって得られた図１０に対応するレンズの特徴を示す図である。
【図２０】  本発明の方法によって得られた図１１に対応するレンズの特徴を示す図である。
【図２１】  本発明の方法によって得られた図１２に対応するレンズの特徴を示す図である。
【図２２】  本発明の方法によって得られた図１３に対応するレンズの特徴を示す図である。
【図１】
0005173106.tif 000003
【図２】
0005173106.tif 000004
【図３】
0005173106.tif 000005
【図４】
0005173106.tif 000006
【図５】
0005173106.tif 000007
【図６】
0005173106.tif 000008
【図７】
0005173106.tif 000009
【図８】
0005173106.tif 000010
【図９】
0005173106.tif 000011
【図１０】
0005173106.tif 000012
【図１１】
0005173106.tif 000013
【図１２】
0005173106.tif 000014
【図１３】
0005173106.tif 000015
【図１４】
0005173106.tif 000016
【図１５】
0005173106.tif 000017
【図１６】
0005173106.tif 000018
【図１７】
0005173106.tif 000019
【図１８】
0005173106.tif 000020
【図１９】
0005173106.tif 000021
【図２０】
0005173106.tif 000022
【図２１】
0005173106.tif 000023
【図２２】
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