(57)【要約】【課題】光学素子の成形後、光反射防止膜コーティング前に光学素子のくもりの有無の検査を行うことができ、かつ的確に光学素子のくもりの有無を判定できる光学素子の評価装置等を提供する。【解決手段】光学素子１０の表面の形状を計測するＡＦＭを利用した計測部２０と、計測部２０により計測された表面の形状の測定値をフーリエ変換してパワースペクトルを求め、パワースペクトル中の所定の周波数領域の強度和を解析値として所定の閾値と比較することで光学素子１０のくもりの有無を判定する演算装置３０と、を備える光学素子の評価装置１００。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
閾値を記憶する記憶部と、
光学素子の表面の形状を計測する計測部と、
前記計測部で計測された測定値をフーリエ変換しパワースペクトルを求め、当該パワースペクトル中の所定の周波数領域の強度から解析値を求める解析部と、
前記記憶部より閾値を読み出し、前記解析値と比較することで前記光学素子のくもりの有無の判定を行う判定部と、
を備えることを特徴とする光学素子の評価装置。
【請求項２】
前記解析値は、前記所定の周波数領域におけるパワースペクトルの強度和から求められることを特徴とする請求項１に記載の光学素子の評価装置。
【請求項３】
前記フーリエ変換は、２次元フーリエ変換であることを特徴とする請求項１に記載の光学素子の評価装置。
【請求項４】
前記所定の周波数領域は、可視光領域に対応する周波数領域を少なくとも一部に含むことを特徴とする請求項１に記載の光学素子の評価装置。
【請求項５】
前記計測部は、原子間力顕微鏡を利用するものであることを特徴とする請求項１に記載の光学素子の評価装置。
【請求項６】
モールド成形された光学素子の表面の形状を計測し、
計測された測定値をフーリエ変換しパワースペクトルを算出し、
前記パワースペクトルの所定の周波数領域についての強度より解析値を算出し、
前記解析値により前記光学素子のくもりの有無の判定を行う
ことを特徴とする光学素子の評価方法。
【請求項７】
前記判定は、前記解析値が所定の閾値を超えているか否かで行うことを特徴とする請求項６に記載の光学素子の評価方法。
【請求項８】
モールド成形により光学素子を成形する工程と、
前記光学素子の表面のくもりを評価する評価工程とを備え、
前記評価工程は、
前記光学素子の表面の形状を計測し、
計測された測定値をフーリエ変換しパワースペクトルを算出し、
前記パワースペクトルの所定の周波数領域についての強度より解析値を算出し、
前記解析値により前記光学素子のくもりの有無の判定を行う
ことを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項９】
コンピュータに、
計測された光学素子の表面の形状からフーリエ変換によりパワースペクトルを求める機能と、
前記パワースペクトル中の所定の周波数領域についての当該パワースペクトルの強度から解析値を求める機能と、
メモリから閾値を読み出し、前記解析値と当該閾値とを比較することで前記光学素子のくもりの有無の判定を行う機能と、
を実現するプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子の評価装置等に関し、より詳しくは、特に光学素子のくもりの有無を判定する評価装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信等に用いられるレンズや、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）のピックアップヘッドに搭載されるレンズ（光ピックアップ）及びデジタルカメラに用いられるレンズなどの光学素子は、プラスチック素材やガラス素材が用いられる場合が多い。そして、レンズの表面を非球面とすれば単一レンズで収差をなくすことができ、レンズを含むデバイスの軽量化が可能となる。
非球面ガラスレンズの製造方法の１つに、モールド成形を利用する方法がある。モールド成形を利用してレンズを製造するには、例えば、所望の精度に仕上げられた非球面成形面を有する金型の上で加熱され軟化されたプラスチックやガラスをプレスし、冷却後、取り出されたレンズの洗浄をし、表面に光反射防止膜をコーティングする工程を経て行われる。
【０００３】
しかし、モールド成形を繰り返すと金型の成形面には、熱や圧力が頻繁にかかることになる。その結果、モールド成形を行うにつれ金型が劣化していく。この劣化は金型の表面に関して言えば、モールド成形を行う成形面の表面形状の粗れという現象となって現れる。そして、金型の表面形状に粗れが生じると、その形状がモールド成形の際に、レンズの表面の形状として転写することになる。成形後のレンズ表面の形状に粗れが転写するとその部分において入出射する光が乱反射されるため、レンズのくもりとして認識される。
【０００４】
このくもりの有無を評価するのに、従来は例えば目視による検査が行われている。
また、くもりの有無は上記のようにレンズ表面の粗れの有無に起因することから、ＡＦＭ（Atomic Force Microscope、原子間力顕微鏡）、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope、走査型電子顕微鏡）、光学式粗さ計といった装置により、レンズ表面の粗さを評価し、くもりの有無の評価を行う方法が、試みられている。例えば、特許文献１では、材料表面の微細な傷や曇りについて、それらのつき方、分布状態を評価するために、平面クロマトグラフ用デンシトメータの２次元スキャニング機能を利用して、被測定材料に光を２次元方向（Ｘ，Ｙ方向）にスキャニングし光学測定値を求める。そして、該光学測定値をＺ座標に、被測定材料の光照射位置をＸ，Ｙ座標にとって得られる３次元データより、被測定材料表面の特性の評価を行う材料表面の評価方法が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−９８２７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような従来の目視によるレンズ等の光学素子のくもりの有無を検査する方法では、くもりの有無は的確に判断できるものの、光学素子に光反射防止膜をコーティングするまでは検査を行うことができない。そのため成形加工時にロット単位で不良が発生した場合、光反射防止膜コーティングを行うまでの人件費、加工費、材料費等が無駄になり生産コストが増加する。また、光反射防止膜コーティングを行うまでには、数日の工程を要することから、金型のメンテナンスを行うのにそれだけ遅れを生じるという問題も生じる。
一方、ＡＦＭ、ＳＥＭ、光学式粗さ計といった装置により、光学素子の平均的な粗さを調べる方法では、光学素子の成形後、光反射防止膜コーティングの前に光学素子の表面形態を調べることができるため、この時点で光学素子のくもりの有無を検査することが可能である。ただし、この方法では、金型やガラスの種類によりくもりとなる粗さの目安にばらつきがあり、はっきりとした判定基準が得られにくいことから、判定結果にばらつきが生じ、的確な判定結果を得ることが困難であった。
【０００７】
本発明は、上記のような従来の技術が有する種々の問題点に鑑みてなされたものである。その目的とするところは、光学素子のくもりの有無の判定についてばらつきが少ない光学素子の評価装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、光学素子の成形後、光反射防止膜コーティング前に光学素子のくもりの有無の検査を行うことができ、かつ的確に光学素子のくもりの有無を判定できる光学素子の評価方法を提供することにある。
また更に、本発明の他の目的は、歩留まりの向上および生産コストの低減が可能である光学素子の製造方法を提供することにある。
また更に、本発明の他の目的は、光学素子のくもりの有無について的確な判定結果を得ることができるプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、鋭意検討した結果、光学素子の平均的な粗さにより直接くもりの有無を判定する従来の手法は、くもりの有無に関係のない粗さについてまで考慮しているため、判定結果がばらつくものと考えた。
そこで、種々の手法を検討した結果、光学素子を使用する波長領域（通常は可視光領域）に関連した表面粗さを考慮すれば、くもりの有無についてばらつきの少ない光学素子の評価が可能であることを見出し、かかる知見に基づき本発明を完成した。即ち、本発明は以下を要旨とするものである。
【０００９】
即ち、本発明によれば、閾値を記憶する記憶部と、光学素子の表面の形状を計測する計測部と、計測部で計測された測定値をフーリエ変換しパワースペクトルを求め、パワースペクトル中の所定の周波数領域の強度から解析値を求める解析部と、記憶部より閾値を読み出し、解析値と比較することで光学素子のくもりの有無の判定を行う判定部と、を備えることを特徴とする光学素子の評価装置が提供される。
【００１０】
ここで、解析値は、所定の周波数領域におけるパワースペクトルの強度和から求められることが好ましく、フーリエ変換は、２次元フーリエ変換であることが更に好ましい。
また、所定の周波数領域は、可視光領域に対応する周波数領域を少なくとも一部に含むことが好ましく、計測部は、原子間力顕微鏡を利用するものであることが更に好ましい。
【００１１】
また、本発明によれば、モールド成形された光学素子の表面の形状を計測し、計測された測定値をフーリエ変換しパワースペクトルを算出し、パワースペクトルの所定の周波数領域についての強度より解析値を算出し、解析値により光学素子のくもりの有無の判定を行うことを特徴とする光学素子の評価方法が提供される。
【００１２】
ここで、判定は、解析値が所定の閾値を超えているか否かで行うことが好ましい。
【００１３】
また更に、本発明によれば、モールド成形により光学素子を成形する工程と、光学素子の表面のくもりを評価する評価工程とを備え、評価工程は、光学素子の表面の形状を計測し、計測された測定値をフーリエ変換しパワースペクトルを算出し、パワースペクトルの所定の周波数領域についての強度より解析値を算出し、解析値により光学素子のくもりの有無の判定を行うことを特徴とする光学素子の製造方法が提供される。
【００１４】
また更に、本発明によれば、コンピュータに、計測された光学素子の表面の形状からフーリエ変換によりパワースペクトルを求める機能と、パワースペクトル中の所定の周波数領域についてのパワースペクトルの強度から解析値を求める機能と、メモリから閾値を読み出し、解析値と閾値とを比較することで光学素子のくもりの有無の判定を行う機能と、を実現するプログラムが提供される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、光学素子の成形後、光反射防止膜コーティング前に光学素子のくもりの有無の検査を行うことができ、かつ的確に光学素子のくもりの有無を判定できる光学素子の評価装置等を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための最良の形態（実施の形態）について詳細に説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。
【００１７】
図１は、本実施の形態が適用される光学素子の評価装置の構成を説明した図である。
図１に示した光学素子の評価装置１００は、光学素子１０の表面の形状を計測する計測部２０と、計測部２０により計測された表面の形状に基づき光学素子１０のくもりの有無を判定する演算装置３０とを備える。評価対象となる光学素子１０としては、モールド成形後のプラスチック素材やガラス素材からなるレンズ等である。
【００１８】
計測部２０は、光学素子１０の凹凸を測定し、表面形状を計測する装置である。光学素子１０の凹凸を測定する手段については特に限定されるものではないが、例えばＡＦＭ（Atomic Force Microscope、原子間力顕微鏡）、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope、走査型電子顕微鏡）、光学式粗さ計等が挙げられる。このうち、測定精度、分解能等の観点から特にＡＦＭが好適に使用できる。
【００１９】
図２は、ＡＦＭを計測部２０に使用した場合にその構成の一例を説明する図である。
図２に示したＡＦＭは、光学素子１０の表面と微少な力で接触する探針２１と、先端部にて探針２１を支持するカンチレバー２２と、光学素子１０を水平方向に移動するＸ−Ｙ駆動部２３と、光学素子１０を上下方向に移動するＺ駆動部２４と、カンチレバー２２の先端部にレーザを照射するレーザ照射部２５と、カンチレバー２２の先端部に照射され反射したレーザを検出する位置検出器２６と、全体の制御を行う制御部２７とを備える。
【００２０】
光学素子１０は、Ｘ−Ｙ駆動部２３により水平方向に移動し、これにより探針２１は光学素子１０の表面上を走査することができる。この際に、カンチレバー２２の先端部は、圧電素子からなるＺ駆動部２４により上下方向に一定の基準位置に保たれるように制御される。この制御を行う方法は、カンチレバー２２の先端にレーザ照射部２５により照射されたレーザの反射スポットを位置検出器２６で検出することにより行う。
位置検出器２６は、分割型の検出器であり、上下２つの光センサ２６ａと２６ｂとを備えている。探針２１が上下方向に移動すると、カンチレバー２２がたわみ、カンチレバー２２の先端部は上下方向に変位する。この上下方向の微小な変位は、位置検出器２６上に拡大投影して検出することができる。即ち、カンチレバー２２の先端部が上下に変位し反射スポットの位置がずれると、光センサ２６ａ，２６ｂそれぞれの検出信号量の差の演算結果に変化が生じる。よって、この差を演算することでカンチレバー２２の先端部の上下方向の変位を検出することができる。
この変位の情報によりカンチレバー２２の先端部が上方に変位した場合にはＺ駆動部２４は光学素子１０を下方に移動させ、カンチレバー２２の先端が下方に変位した場合には、Ｚ駆動部２４は上方に光学素子１０を移動させることで、カンチレバー２２の先端部を基準位置からの誤差が最小になるようにフィードバック制御することができる。Ｚ駆動部２４は圧電素子であるため、Ｚ駆動部２４に流される電流の電圧を距離換算することで、光学素子１０の表面形状を凹凸の情報として取得することができる。
【００２１】
また、図３は、演算装置３０の構成を説明した図である。
図３に示した演算装置３０は、所定の閾値を記憶する記憶部３１と、計測部２０で計測された光学素子１０の表面の形状の測定値から所定の演算を行い解析値を求める解析部３２と、記憶部３１から光学素子１０の種別に対応した閾値を読み出し、解析部３２により求められた解析値との比較を行い、光学素子１０のくもりの有無の判定を行う判定部３３とからなる。この演算装置３０は、例えばパーソナルコンピュータ等で実現することができる。
【００２２】
また図４は、演算装置３０の動作を説明したフローチャートである。
以下、図３と図４に基づき、演算装置３０の動作の概略を説明する。
まず、解析部３２は、計測部２０で計測された光学素子１０の表面の形状の測定値を取得する（ステップ１０１）。次に解析部３２は、この測定値についてフーリエ変換を行い、パワースペクトルを算出する（ステップ１０２）。更に、解析部３２は、求められたパワースペクトル中から所定の周波数領域のパワースペクトルを抽出し、強度和を求め、それを利用して解析値を算出する（ステップ１０３）。そして、判定部３３は、記憶部３１から光学素子１０の種別に対応した閾値を読み出し（ステップ１０４）、解析部３２により求められた解析値との比較を行う。その結果、解析値が閾値を超えていた場合は光学素子１０にくもりがあるという判定を行い、閾値以下であった場合は、光学素子１０にはくもりがないという判定を行う（ステップ１０５）。
【００２３】
＜パワースペクトルの算出＞
次に、フーリエ変換によるパワースペクトルの算出について更に詳しく説明する。
計測部２０では、ＡＦＭを用いて、例えば、１０μｍ×１０μｍの領域について光学素子１０の表面の形状を測定する。この際、高速フーリエ変換を行うために空間分解能を２のべき乗個とすることが好ましい。例えば、上記領域を５１２×５１２の領域に分割し、その各点において表面の形状を計測する。
次に光学素子１０の表面形状の測定値についてフーリエ変換を行うが、２次元フーリエ変換を用いるのが測定精度の観点からより好ましい。２次元フーリエ変換を行う方法については、既存の方法が利用できる。
【００２４】
図５は、このようにして光学素子１０の表面形状の測定値について２次元フーリエ変換を行い、その結果から求めたパワースペクトルの一例を示す図である。
図５（ａ）に示したパワースペクトルは、光学素子１０の表面の形状が十分に平滑である場合のパワースペクトルである。このパワースペクトルの下側の横軸は、周波数を表し、縦軸はその強度を表す。また上側の横軸には下側の横軸で示した周波数に対応する光の波長を示した。ここで、周波数は、測定領域の幅（本実施の形態では１０μｍ）を１周期とする周波数成分を１Ｈｚとして表しており、図５（ａ）中の各点は、上述した測定領域を５１２×５１２に分割した各点の周波数成分と強度に対応する。またこれらの各点に対し６次の多項式近似を行い、その結果を白抜きの実線で示した。
このパワースペクトルは、低周波領域から高周波領域にかけ、強度が穏やかに減少しているのがわかる。
【００２５】
また、図５（ｂ）に示したパワースペクトルは、光学素子１０の表面の形状に粗れがわずかに生じている場合のパワースペクトルである。但し、この光学素子１０では、くもりはまだ生じていない。
このパワースペクトルでは、低周波数領域から高周波数領域にかけ、強度が減少する点においては図５（ａ）に示したパワースペクトルと同様である。しかし、周波数が１００Ｈｚ前後において強度が増加しているのがわかる。この強度の増加は、光学素子１０の粗れに起因するものと考えられるが、可視光領域に対応するパワースペクトルの領域は図５（ｂ）で示した２０Ｈｚ前後の領域（図５（ａ）〜（ｃ）中の斜線部）であり、１００Ｈｚ前後の周波数領域は紫外線領域に対応するため、可視光領域では、この粗れの影響は少なく、よってくもりが生じていないものと考えられる。
【００２６】
一方、図５（ｃ）に示したパワースペクトルは、光学素子１０の表面の形状に粗れが更に多く生じている場合のパワースペクトルである。この光学素子１０では、くもりが発生している。
このパワースペクトルを観察すると、図５（ａ）に比べ、全体に低周波領域から高周波領域にかけて強度が増加している。そして、可視光領域に対応するパワースペクトルの領域である２０Ｈｚ前後の領域においても強度が増加している。
【００２７】
以上の図５（ａ）〜（ｃ）のパワースペクトルとレンズのくもりの発生の有無の関係より、パワースペクトルの中でも可視光領域に対応する周波数領域の部分の強度が重要であることがわかる。
よって、この領域のパワースペクトルの強度について定量的に評価を行えば、光学素子１０のくもりの有無の判定を行うことができる。この方法については例えば、以下のようにして行うことができる。
【００２８】
＜光学素子１０のくもりの有無の判定＞
パワースペクトル中の赤外光〜可視光に対応する領域について、上記各点の強度和を求める。赤外光〜可視光の波長は、具体的には、例えば１０μｍ〜４００ｎｍであり、図５で示したパワースペクトルにおいては、１Ｈｚ〜２５Ｈｚの領域に対応する。本実施の形態で使用する光学素子１０は、可視光領域で使用するものであるので、可視光領域に対応する周波数領域を少なくとも一部に含むことが好ましい。
【００２９】
図６は、光学素子１０の成形枚数とパワースペクトル中の１Ｈｚ〜２５Ｈｚの領域についての強度和との関係を示した図である。
図６に示したように、光学素子１０の成形枚数が増加するにつれ、強度和は増加していく。そして成形枚数が１５０枚を超え、強度和が２０５０以上になったときに光学素子１０にくもりが発生した。以上のことよりこの強度和はこの光学素子１０のくもりの有無を判定する解析値として使用できる。即ち閾値として２０５０を設定し、強度和がこの値を超えるか否かで光学素子１０のくもりの有無を判定できる。
【００３０】
図７は、従来の平均粗さによりくもりの有無を判定する場合と、本実施の形態によりくもりの有無を判定する場合とを比較した図である。
図７（ａ）は、従来の平均粗さによりくもりの有無を判定した場合を示した図である。また、図７（ｂ）は、図６で説明した方法による本実施の形態の方法でくもりの有無を判定した場合を示した図である。
図７（ａ）〜（ｂ）において、横軸は光学素子１０の成形枚数を表し、また縦軸は、図７（ａ）においては、平均粗さを、また図７（ｂ）においては、上述した強度和を表す。そして、サンプル１とサンプル２の２種類の光学素子についての評価を行った。
【００３１】
ここで、図７（ａ）に示した従来の方法では、平均粗さが３ｎｍを超えるとくもりが発生するという判定を行っていた。しかし、サンプル１では、成形枚数が、約１９０枚を超える時点で平均粗さＲａが３ｎｍを超えたが、実際にはくもりは発生していなかった。一方、サンプル２では、成形枚数が３００枚までの範囲で、平均粗さＲａが３ｎｍを超える場合はなかったが、実際には成形枚数が１９０枚を超える時点でくもりが発生していた。このように従来の方法では、判定結果と実際のくもりの有無との関係が一致しない場合が多い。
【００３２】
一方、図７（ｂ）に示した本実施の形態による方法では、サンプル１について成形枚数が４００枚までの領域では、強度和が２０５０を超える場合はなかったが、サンプル２では、成形枚数が１９０枚を超える時点で強度和が２０５０を超えることがわかる。
このように従来の方法に比較して、本実施の形態による光学素子１０のくもりの有無の判定方法は、実際の光学素子１０のくもりの有無との関係において非常によく一致していることがわかる。
【００３３】
なお、上記の例では、強度和を求めるのにパワースペクトル中の１Ｈｚ〜２５Ｈｚの領域において強度和を求めたが、光学素子１０の特性、使用条件等によりこの範囲に限られるものではなく、それぞれの特性、使用条件等に合致した領域を選択すればよい。即ち、光学素子１０が赤外光領域で使用するものであれば、パワースペクトル中の赤外光領域に対応する周波数領域を中心とする領域について強度和を求めればよい。
【００３４】
また、光学素子１０のくもりの有無に使用される解析値は、上述のようにして求められた強度和に限られるものではない。
例えば、図５において、多項式近似後のパワースペクトルの周波数と強度との関係を表す白抜きの実線で示した関数を所定の周波数領域について積分をしてもよい。また、図５で示したパワースペクトルについて上述の所定の範囲の強度和を求めるのに使用した領域よりもっと広い領域について強度和を算出し、それとの比を解析値とすることが考えられる。この方法によれば、判定の精度を向上させることができる。なおこの場合広い領域に対応する周波数領域は、光学素子１０が使用される波長の１０倍から１／１０倍程度であることが好ましい。
また、パワースペクトル中の最も大きな値と、上述の所定の範囲の強度和との比を解析値とする方法でも同様のことが可能である。
【００３５】
モールド成形により光学素子を成形する工程後に、以上詳述したような本実施の形態による評価方法を取り入れた評価工程を採用することで、光反射防止膜を形成する工程の前に光学素子のくもりの有無を的確に判定することができる。これにより人件費、加工費、材料費等の無駄が生じにくくなり、また、金型のメンテナンスを迅速に行うことができる。そのため歩留まりの向上および生産コストの低減が実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本実施の形態が適用される光学素子の評価装置の構成を説明した図である。
【図２】ＡＦＭを計測部に使用した場合にその構成の一例を説明する図である。
【図３】演算装置の構成を説明した図である。
【図４】演算装置の動作を説明したフローチャートである。
【図５】光学素子の表面形状の測定値について２次元フーリエ変換を行い、その結果から求めたパワースペクトルの一例を示す図である。
【図６】光学素子の成形枚数とパワースペクトル中の１Ｈｚ〜２５Ｈｚの領域についての強度和との関係を示した図である。
【図７】従来の平均粗さによりくもりの有無を判定する場合と、本実施の形態によりくもりの有無を判定する場合とを比較した図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０…光学素子、２０…計測部、３０…演算装置、３１…記憶部、３２…解析部、３３…判定部、１００…光学素子の評価装置
【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】
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