(57)【要約】【課題】空間分解能を向上させたハルトマン方式の検査装置を提供する。【解決手段】検査装置１０は、被検レンズ２０の射出瞳の少なくとも一部を分割し、分割された各々の領域の射出瞳の像を結像させる瞳分割手段であるマイクロレンズアレイ１６と、このマイクロレンズアレイ１６で結像された射出瞳の像を検出する撮像素子１７と、射出瞳を分割する面内で、マイクロレンズアレイ１６を被検レンズ２０に対して相対的に移動させる移動機構部１８と、を有する【選択図】図１
2012088267.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検レンズの射出瞳の少なくとも一部を分割し、分割された各々の領域の前記射出瞳の像を結像させる瞳分割手段と、
前記瞳分割手段で結像された前記射出瞳の像を検出する撮像素子と、
前記射出瞳を分割する面内で、前記瞳分割手段を前記被検レンズに対して相対的に移動させる移動機構部と、を有することを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
【請求項２】
前記移動機構部は、前記瞳分割手段を、前記面内で前記被検レンズに対して当該瞳分割手段の光軸を中心として相対的に回転させることを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
【請求項３】
前記移動機構部は、前記瞳分割手段を、前記面内で前記被検レンズに対して相対的にシフトさせることを特徴とする請求項１または２に記載の検査装置。
【請求項４】
前記瞳分割手段は、前記瞳の少なくとも一部を、２次元的に配置された複数の領域に分割することを特徴とする請求項１〜３いずれか一項に記載の検査装置。
【請求項５】
前記瞳分割手段は、前記瞳の少なくとも一部を、前記面内で、前記光軸を含み、直交する２つの方向に直線状に並ぶ複数の領域に分割することを特徴とする請求項１〜３いずれか一項に記載の検査装置。
【請求項６】
前記瞳分割手段は、前記瞳の少なくとも一部を、前記面内で、前記光軸を含み、直線状に並ぶ複数の領域からなる第１の列と、当該第１の列に隣接して平行に延びると共に、前記第１の列が延びる方向に所定の距離だけシフトされて配置された直線状に並ぶ複数の領域からなる第２の列とに分割することを特徴とする請求項１〜３いずれか一項に記載の検査装置。
【請求項７】
光源と、
前記光源からの光を集光して略平行光束に変換する第１コリメートレンズと、
前記第１コリメートレンズから出射した前記略平行光束を前記被検レンズに入射させて、当該被検レンズにより結像された光束を再び略平行光束に変換する第２コリメートレンズと、を有し、
前記瞳分割手段は、前記面内に配置された複数のマイクロレンズから構成され、前記第２コリメートレンズから射出した略平行光束が入射する位置であって、且つ、前記被検レンズの前記射出瞳と略共役な位置に配置されたマイクロレンズアレイであることを特徴とする請求項１〜６いずれか一項に記載の検査装置。
【請求項８】
光源と、
前記光源からの光を集光して略平行光束に変換して、前記被検レンズに入射させるコリメートレンズと、を有し、
前記瞳分割手段は、前記コリメートレンズと前記被検レンズとの間に配置され、前記コリメートレンズから出射した前記略平行光束を複数の領域に分割するハルトマンプレートであることを特徴とする請求項１〜６いずれか一項に記載の検査装置。
【請求項９】
前記移動機構部は、固定された前記被検レンズに対して、前記瞳分割手段を移動させることを特徴とする請求項１〜８いずれか一項に記載の検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、携帯電話に搭載されているカメラの光学系の出荷検査は、軸上と数カ所の軸外の光学性能をＭＴＦ検査装置で判定している場合が多い。デジタル一眼レフカメラ用のレンズの検査においても同様の判定方法が用いられている。このような判定方法では、デフォーカスした時の各像高の線像強度分布や点像強度分布の情報量は他の検査方法に比べて圧倒的に多いが、被検レンズの瞳と収差との関連付けの情報が無いために、収差の分類が不可能で不合格品に対して明確な改善方法を提示できる訳ではなかった。昨今のレンズは、軸上の調芯や周辺像の片ボケ調芯などを一般的に行っているため、周辺像評価に関してはＭＴＦ検査装置が適するが、センターの非対称性収差は、ＭＴＦ検査装置だけでは十分な判定ができない場合があった。これは、センター像評価では、直交する２つの断面での強度分布だけの情報しかなく、例えば、コマの方位がその２つの断面に都合良く重なれば良いが、一般的にはそうならないからである。
【０００３】
解析的な手法による光学性能の測定としては、干渉計を用いて透過波面を測定することにより実現できるが、この方法ではアライメント操作等が必要となり、量産検査には非常に不向きである。また、この方法は、コヒーレントな光源の取り扱いにも注意が必要であり、収差の大きな被検レンズの測定に適したものではない。
【０００４】
一方、ハルトマン方式による光学性能の測定は古くから知られた方法であり、ＭＴＦ検査装置のように光軸方向にスキャンする必要がないため測定時間が極めて短くなり、マイクロレンズアレイで分割された被検レンズの各瞳とセンサー面でのスポット位置との関連付けが可能な為に、被検レンズを構成するレンズ群のうち、調芯をするレンズ群をどの量だけどの方向に移動させれば良いかを教えてくれる。精度的にも波動光学的な光学系から、収差の大きい写真レンズやビデオカメラの光学系まで測定可能である（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−０９８９３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
こうしたハルトマン方式も、被検レンズの瞳内に対応したマイクロレンズアレイの光束の情報のみとなり、瞳内の分解能を空間分解能と言うならばそれは決して高くない。被検レンズの性能が波動光学的に無収差に近い光学系であれば空間分解能が高い必要は無いが、写真レンズのように、ピントが合った状態だけでなくデフォーカスした状態で使用される場合には収差のダイナミックレンジが大きくなり、このような光学系では情報が足りない場合も起き得る。また、通常知られているハルトマン方式では、径方向（光軸に直交する面内）に等間隔でマイクロレンズアレイを構成する各々のマイクロレンズが配置されている。そのため、例えば、被検レンズの絞りを開放から２段絞ったときの瞳面内の光束の径が極端に小さくなり、精度上の問題があった。上記特許文献１のように、被検レンズのＦナンバーに応じてコリメートレンズの焦点距離を変えて対応することも可能であるが、Ｆナンバーが変わる度にコリメートレンズを変えると作業が増大し、検査効率が悪くなる。
【０００７】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、空間分解能を向上させたハルトマン方式の検査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】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明に係る検査装置は、被検レンズの射出瞳の少なくとも一部を分割し、分割された各々の領域の射出瞳の像を結像させる瞳分割手段と、この瞳分割手段で結像された射出瞳の像を検出する撮像素子と、射出瞳を分割する面内で、瞳分割手段を被検レンズに対して相対的に移動させる移動機構部と、を有することを特徴とする。
【０００９】
このような検査装置において、移動機構部は、瞳分割手段を、前記面内で被検レンズに対して当該瞳分割手段の光軸を中心として相対的に回転させることが好ましい。
【００１０】
また、このような検査装置において、移動機構部は、瞳分割手段を、前記面内で被検レンズに対して相対的にシフトさせることが好ましい。
【００１１】
また、このような検査装置において、瞳分割手段は、瞳の少なくとも一部を、２次元的に配置された複数の領域に分割することが好ましい。
【００１２】
あるいは、瞳分割手段は、瞳の少なくとも一部を、前記面内で、光軸を含み、直交する２つの方向に直線状に並ぶ複数の領域に分割することが好ましい。
【００１３】
あるいは、瞳分割手段は、瞳の少なくとも一部を、前記面内で、光軸を含み、直線状に並ぶ複数の領域からなる第１の列と、当該第１の列に隣接して平行に延びると共に、この第１の列が延びる方向に所定の距離だけシフトされて配置された直線状に並ぶ複数の領域からなる第２の列とに分割することが好ましい。
【００１４】
また、このような検査装置は、光源と、この光源からの光を集光して略平行光束に変換する第１コリメートレンズと、この第１コリメートレンズから出射した略平行光束を被検レンズに入射させて、当該被検レンズにより結像された光束を再び略平行光束に変換する第２コリメートレンズと、を有し、瞳分割手段は、前記面内に配置された複数のマイクロレンズから構成され、第２コリメートレンズから射出した略平行光束が入射する位置であって、且つ、被検レンズの射出瞳と略共役な位置に配置されたマイクロレンズアレイであることが好ましい。
【００１５】
あるいは、このような検査装置は、光源と、この光源からの光を集光して略平行光束に変換して、被検レンズに入射させるコリメートレンズと、を有し、瞳分割手段は、コリメートレンズと被検レンズとの間に配置され、コリメートレンズから出射した略平行光束を複数の領域に分割するハルトマンプレートであることが好ましい。
【００１６】
また、このような検査装置において、移動機構部は、固定された被検レンズに対して、瞳分割手段を移動させることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る検査装置を以上のように構成すると、空間分解能が向上し、被検レンズの光学性能に関する十分な情報を得ることができる検査装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】検査装置の構成を示す説明図である。
【図２】マイクロレンズアレイを回転させることにより空間分解能を向上させる方法を説明するための説明図であって、（ａ）は上下及び左右方向の空間分解能を上げる場合を示し、（ｂ）は（ａ）に対して４５°回転させた方向の空間分解能を上げる場合を示す。
【図３】マイクロレンズアレイをシフトすることにより空間分解能を向上させる方法を説明するための説明図である。
【図４】直線状に配置された複数のマイクロレンズからなるのマイクロレズアレイを回転させることにより空間分解能を向上させる方法を説明するための説明図であって、（ａ）は上下及び左右方向の空間分解能を上げる場合を示し、（ｂ）は（ａ）に対して４５°回転させた方向の空間分解能を上げる場合を示す。
【図５】２列のマイクロレンズをずらして配置することにより、空間分解能を上げるように構成されたマイクロレンズアレイの構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。まず、図１を用いてハルトマン方式の検査装置の構成について説明する。この検査装置１０は、拡散光源１１、コンデンサーレンズ１２、ピンホールが形成された遮光板１３、第１コリメートレンズ１４、第２コリメートレンズ１５、マイクロレンズアレイ１６、撮像素子１７、移動機構部１８及び制御部１９を有している。なお、被検レンズ２０は、第１コリメートレンズ１４と第２コリメートレンズ１５との間に配置される。
【００２０】
拡散光源１１から放射された光はコンデンサ−レンズ１２により遮光板１３のピンホール上に集光される。第１コリメートレンズ１４の光源側の焦点は、遮光板１３のピンホールと略一致するように配置されており、ピンホールを通過した光はこの第１コリメートレンズ１４で略平行光束に変換されて被検レンズ２０に入射する。第２コリメートレンズ１５は、その物体側（光源側）の焦点面が被検レンズ２０の結像面Ｉと略一致するように配置されており、被検レンズ２０から出射して、結像面Ｉを介してこの第２コリメートレンズ１５に入射した光束は、この第２コリメートレンズ１５で略平行光束に変換されてマイクロレンズアレイ１６に入射する。
【００２１】
マイクロレンズアレイ１６は、複数のマイクロレンズ（単位レンズ）が、その頂点が同一平面上に位置するようにマトリクス状に配置されたレンズであり、この検査装置１０の光学系の光軸（以下、「機構軸」と呼ぶ）に略直交する面内に上記マイクロレンズの各々が位置するように配置される。そして、このマイクロレンズアレイ１６の結像面に撮像素子１７が配置されており、マイクロレンズアレイ１６の各々のマイクロレンズにより形成される点像を検出し、その情報が制御部１９に出力される。なお、撮像素子１７は、複数の光検出素子がマトリクス状に配置された２次元センサー（エリアセンサー）で構成されている。ここで、マイクロレンズアレイ１６を、被検レンズ２０の射出瞳と略共役な位置に配置することにより、撮像素子１７で検出したマイクロレンズアレイ１６により形成された点像の位置から、被検レンズ２０の瞳をマイクロレンズアレイ１６の複数のマイクロレンズで分割した各領域の波面の傾きを求め、さらに幾何収差や波面収差を測定することができる。すなわち、マイクロレンズアレイ１６は、被検レンズ２０の射出瞳を複数の領域に分割して結像させる瞳分割手段として機能する。
【００２２】
上述のようにマイクロレンズアレイ１６のマイクロレンズは、２次元平面上に配置されるが、例えば、図２に示すように各マイクロレンズ１６ａの形状が略正方形で、これらのマイクロレンズ１６ａが格子状に並ぶとするならば、マイクロレンズ１６ａの開口の大きさが、空間分解能を制限することになる。ここで、被検レンズ２０の射出瞳と略共役な位置に配置されているマイクロレンズアレイ１６を、このマイクロレンズアレイ１６の光軸若しくは上述の機構軸の位置において、その光軸若しくは機構軸に直交する平面内で被検レンズ２０に対して相対的に移動させることができれば、その平面内のある位置で各々の点像を取り込み、更にその平面内の別の位置で各々の点像を取り込むという操作を順次時系列的に繰り返すことにより空間分解能を上げることができる。以下に、本実施形態に係る検査装置１０において、空間分解能を上げる構成について説明する。
【００２３】
上述のように、各マイクロレンズ１６ａが略正方形の形状を有しており、それらが格子状に配置されてマイクロレンズアレイ１６が構成されている場合ついて考える。なお、ここで、マイクロレンズアレイ１６に入射する光束をＰとして示している。例えば、図２（ａ）において、上下及び左右方向（破線で示す方向）ではそれぞれ７個のマイクロレンズ１６ａに光束Ｐが入射するが、４５°傾いた方向（一点鎖線で示す方向）では、５個のマイクロレンズ１６ａに光束Ｐが入射することになる。すなわち、正方形のマイクロレンズ１６ａに対しては、その辺に沿った方向の空間分解能に比べて、対角線に沿った方向の空間分解能が低くなってしまう。そのため、図２（ｂ）に示すように、このマイクロレンズアレイ１６の光軸（中心）を回転軸としてこの光軸周りに４５°回転させることにより、対角線方向の空間分解能を高くすることができる。
【００２４】
本実施形態に係る検査装置１０においては、例えば移動機構部１８を、マイクロレンズアレイ１６を光軸を中心に回転させるステッピングモータで構成する。そして、制御部１９は移動機構部１８を作動させてマイクロレンズアレイ１６を図２（ａ）の位置に移動させ、この状態において、撮像素子１７からマイクロレンズアレイ１６により形成された点像を取得する。さらに、制御部１９は、移動機構部１８を作動させてマイクロレンズアレイ１６を図２（ｂ）の位置に移動させ、この状態において、撮像素子１７からマイクロレンズアレイ１６により形成された点像を取得する。そして、それぞれの位置において取得された点像を解析することにより、空間分解能を向上させ、精度の良い、被検レンズ２０の光学性能を取得することができる。この場合、移動機構部１８でマイクロレンズアレイ１６を回転させたときは、回転による振動が収まる制動時間を待って画像を取り込むようにすることが望ましい。
【００２５】
また、移動機構部１８をリニアモータとして、図３に示す矢印の方向に、マイクロレンズアレイ１６を、１個のマイクロレンズの径の１／２だけシフトさせるように構成すると、シフトする前に取得した点像及びシフトした後に取得した点像を解析することにより、このシフト方向において、空間分解能を倍にすることができる。また、シフトする距離を１個のマイクロレンズの径の１／３にし、移動前、１／３シフトした時及び２／３シフトしたときの点像を取得して解析することにより、空間分解能を３倍にすることができる。以上より、マイクロレンズアレイ１６の光軸若しくは機構軸に直交する面内で、このマクロレンズアレイ１６を回転させてそれぞれの位置で点像を取得する処理と、この面内でマイクロレンズアレイ１６をシフトさせてそれぞれの位置で点像を取得する処理のうち、少なくとも一方を行うことにより、この検査装置で取得できる被検レンズ２０を通過する光束に対する空間分解能を向上させることができる。
【００２６】
なお、以上の説明では、２次元状に配置された（正方配列の）マイクロレンズアレイ１６を用いた場合について説明したが、図４に示すように、直交する２本の経線上に複数のマイクロレンズが配置されたマイクレンズアレイ１６′を回転させて、その経線がある方位角に位置する瞬間に同期させて点像を取り込むことにより、正方配列のマイクロレンズアレイ１６を用いるよりも空間分解能を上げることが可能となる。図４においては、回転は、９０°未満で瞳内全周を測定することができる。例えば、図４（ａ）の状態から図４（ｂ）の状態を経て全９０°回転させるのに、１５°ずつステッピングモータ（移動機構部１８）でマイクロレンズアレイ１６′を回転させ、振動が収まる制動時間を待ってから点像の取り込みを行い、次の位置に移るように構成することが可能である。
【００２７】
ところで、既に述べたとおり、図２に示すような正方配列のマイクロレンズアレイ１６を用いた場合、開放Ｆナンバーで瞳面内に対応するマイクロレンズの数、すなわち、瞳分割数が決定される。この開放状態から被検レンズ２０の絞りを２段絞ると、瞳分割数は開放時の１／４個になる。そのため、瞳の径方向の空間分解能を上げるために、図５に示すように、線状に並ぶマイクロレンズ１６ａの列（第１の列）１６ｂに隣接させて、この第１の列１６ｂが延びる方向に、１個のマイクロレンズ１６ａの径の１／２だけずらして配置された列（第２の列）１６ｃを設けることにより、空間分解能を２倍にすることができ、例えば、被検レンズ２０の絞りを２段絞った場合でも、開放時の１／２の瞳の分割数を得ることができる。なお、この場合、このようなマイクロレンズアレイ１６″を１８０°回転させることにより、瞳内全周の測定を行うことができる。また、このような列を３列形成し、各々マイクロレンズ１６ａの径の１／３ずつずらして配置すれば、空間分解能を３倍にすることができる。すなわち、得たい瞳分割数に合わせて最適なピッチを決めれば良い。このように構成するとこで、被検レンズ２０の絞りを変化させても、検査装置１０の構成を変化させずに測定が可能となる。
【００２８】
なお、以上の説明では、被検レンズ２０の瞳を分割する瞳分割手段としてマイクロレンズアレイ１６，１６′，１６″を用いた場合について説明したが、このマイクロレンズアレイ１６，１６′，１６″の代わりに、被検レンズ２０の光源側の近傍に、上記の配列を反映させたハルトマンプレートを配置し、被検レンズ２０から出射する光束を集光して射出瞳の像を撮像素子１７上に結像するように構成しても良い。このハルトマンプレートを回転させるか、若しくはシフトさせて点像を取り込むことにより、同様の測定を行うことができる。
【００２９】
また、以上の説明では、検査装置１０に対して固定された被検レンズ２０に対して、瞳分割手段であるマイクロレンズアレイ１６を移動機構部１８により回転又はシフトさせるように構成した場合について説明したが、瞳分割手段を固定して、被検レンズ２０を回転又はシフトさせるように構成することも可能である。
【符号の説明】
【００３０】
１０  検査装置    １１  光源    １４  第１コリメートレンズ
１５  第２コリメートレンズ
１６，１６′，１６″  マイクロレンズアレイ（瞳分割手段）
１７  撮像素子    １８  移動機構部    ２０  被検レンズ
【図１】
2012088267.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2012088267.tif 000006
【図５】
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