JPH06288863A - レンズ評価方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 レンズ、特に非球面レンズの表面形状を容易
にかつ正確に評価することのできる方法及び装置を提供
することを目的とする。 【構成】 本発明においては、レンズ設計値から求めら
れた最大法線角度と同じ照射角度となるように、回転ス
テージ（１６）の角度位置を調整してレーザ装置（１
２）からのレーザ光の照射方向を設定する。そして、レ
ーザ光を発した状態で被検レンズを平行移動させ、レン
ズからの反射レーザ光を光検出器（１４）で検出する。
この反射レーザ光が照射レーザ光と同一の光路を通るこ
とを検出した場合、前記最大法線角度を持つ点がレンズ
表面に存在していること、即ち、レンズが設計値通り製
造されていることを確認することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レンズ、特に非球面レ
ンズの表面形状を評価するための方法及び装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】近年のレンズ製造技術の向上に伴い、高
精度の非球面レンズが製造され、カメラのレンズ系等で
広く用いられるようになってきている。このような非球
面レンズの表面形状を評価する方法としては従来から種
々あるが、従来は、レンズ形状測定装置を用いて、非球
面レンズの表面の或る点についてレンズ表面の中心点か
らの変位量ないしは位置を求め、その値から形状を評価
するのが一般的であった。

【０００３】レンズ形状測定装置としては、図４に示す
ような接触子型のものが一般に知られている。この装置
は、被検レンズ１を水平方向に位置変更可能に支持する
レンズ支持装置２と、被検レンズ１の表面に先端が当接
されるよう設けられた接触子３と、この接触子３の垂直
方向の変位量を検出する変位量検出器４とから主に構成
されている。

【０００４】このようなレンズ形状測定装置を用いて非
球面レンズの表面形状を評価する場合、まず、レンズ支
持装置２を制御して被検レンズとしての非球面レンズ１
の位置を調整し、レンズ表面の中心点に接触子３の先端
を当接させる（図４の実線で示す状態）。次いで、非球
面レンズ１の表面の点、好ましくはレンズ１の最外周部
における点に接触子３の先端が接するようレンズ１を移
動させ、その時の接触子３の変位量を測定する。この結
果、レンズ表面の中心点と最外周部の点との間の相対的
位置関係が求められ、これを設計値と比較することで、
非球面レンズ１の表面形状を評価することが可能とな
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来技術においては、被検レンズの測定レン
ジ、即ち被検レンズの水平方向の移動量及び接触子の変
位量は比較的大きいにも拘わらず、測定精度はナノメー
トル単位まで要求される。このため、レンズの中心部で
の測定においては誤差は小さいものの、レンズの周辺部
分での測定には誤差が大きくなり易いという問題点があ
った。従って、高精度が要求されるレンズ形状測定装置
の構造は極めて複雑なものとなり、高額な装置となって
いる。また、構造が複雑であるがゆえに、メンテナンス
にも高度の技術が必要とされる。更に、測定精度が非常
に高いため、装置の取扱いにも細心の注意を必要とす
る。

【０００６】一方、カメラの組立現場等でもレンズの形
状評価を行う必要があるが、そのために、従来の高価で
メンテナンスの複雑なレンズ形状測定装置を現場に設置
することは好ましいものではなかった。また、組立現場
等では、レンズの形状評価は簡便に行いたいという要請
がある。

【０００７】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、レンズ、特に非球面レンズの表面形状を容易
にかつ正確に評価することのできる方法及び装置を提供
することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によるレンズ評価方法は、被検レンズの設計
値に基づいて、その被検レンズの被検面上の一点におけ
る法線と被検レンズの光軸との間の角度のうち最大のも
のを求める第１のステップと、所定の基準線と被検レン
ズの光軸とが一致するように被検レンズを配置する第２
のステップと、被検レンズの被検面に向かってレーザ光
が前記基準線に対して第１のステップで求められた角度
で照射されるよう、レーザ装置を配置する第３のステッ
プと、レーザ装置からレーザ光を被検レンズの被検面に
照射させながら、被検レンズを平行移動させる第５のス
テップと、レーザ装置から発せられたレーザ光の光路を
逆行する反射レーザ光の有無を検出する第６のステップ
とを含むことを特徴としている。

【０００９】かかるレンズ評価方法を実施するために、
本発明によるレンズ評価装置は、所望の角度位置に回動
可能な回転ステージと、この回転ステージ上に設けら
れ、回転ステージの回転軸線に直交するようにレーザ光
を発するレーザ装置と、レーザ装置から発せられたレー
ザ光が通過する位置にて被検レンズを位置調整可能に支
持することのできるレンズ支持装置と、レーザ装置及び
レンズ支持装置の間の回転ステージ上に設けられ、レー
ザ装置から発せられたレーザ光は透過するが、レンズ支
持装置により支持された被検レンズから反射されて逆行
するレーザ光については所定の方向に偏向するビームス
プリッタと、回転ステージ上に設けられ、ビームスプリ
ッタにより偏向されたレーザ光を検出する光検出器とを
備えることを特徴としている。

【００１０】

【作用】本発明は、レンズの表面の各点についての法線
とレンズの光軸との間の角度（以下、「法線角度」と称
する）からレンズの表面形状を評価しようとするもので
ある。そして、レンズの設計値から、そのレンズの最大
の法線角度を求めることができるが、本発明は、そのよ
うな最大法線角度を持つレンズ表面の点を見いだせれ
ば、そのレンズは設計値通りに製造されたものとみなす
ことができるという事実に基づいている。

【００１１】上記構成においては、レンズ設計値から求
められた最大法線角度と同じ照射角度となるようにレー
ザ光の照射方向を設定するので、被検レンズを平行移動
させ、当該最大法線角度を持つ点にレーザ光が照射され
れば、レーザ光の直進性から、レンズにより反射された
レーザ光は当該法線の方向、即ち照射方向とは反対の方
向に伝搬されることになる。従って、この反射レーザ光
を検出することにより、最大法線角度を持つ点の存在を
確認することができる。一方、照射レーザ光の光路を逆
行するような反射レーザ光が検出されない場合は、設計
値に基づく最大法線角度を持つ点がレンズの表面に存在
しないこととなる。このように、レンズから所定の方向
に沿って伝搬される反射レーザ光の有無を検出すること
により、レンズの表面形状を評価することが可能とな
る。

【００１２】

【実施例】以下、図面と共に本発明の好適な実施例につ
いて詳細に説明する。

【００１３】図１及び図２は本発明によるレンズ評価装
置の一実施例を示している。図示するように、本発明の
レンズ評価装置は、被検レンズ１０を支持するレンズ支
持装置１１と、レンズ支持装置１１により支持された被
検レンズ１０に向かってレーザ光を照射するＨｅ−Ｎａ
ガスレーザ装置等のレーザ装置１２と、レーザ装置１２
からのレーザ光（以下、「照射レーザ光」と称する）を
透過するが、被検レンズ１０により反射されたレーザ光
（以下、「反射レーザ光」と称する）は直角に偏向する
ビームスプリッタ１３と、ビームスプリッタ１３により
偏向された反射レーザ光を検出する光検出器としての光
パワーメータ１４とを備えている。

【００１４】レーザ装置１２は、一端が回転駆動装置１
５の回転軸に取り付けられた長尺板状の回転ステージ１
６の他端にて支持されている。回転駆動装置１５は土台
１７の水平上面に据え付けられており、パルスモータ１
８により高精度で駆動されるようになっている。回転駆
動装置１５の回転軸は垂直方向に延び、そこに取り付け
られた回転ステージ１６は水平方向に延びている。従っ
て、適当なコントローラ１９によりパルスモータ１８の
駆動を制御することによって、この実施例では０．００
１ｄｉｇ．の分解能で回転ステージ１６を水平面内で回
動させることができる。尚、回転ステージ１６の回転運
動を円滑化するために、土台１７の水平上面上に回転駆
動装置１５の回転軸の軸線Ａを中心として２本の半円弧
形の支持レール２０を設置し、回転ステージ１６の下面
のローラ２１を転動可能に支持するようにしている。

【００１５】レーザ装置１２は、そこから発せられる照
射レーザ光が回転ステージ１６の回転軸線（回転駆動装
置１５の回転軸の軸線）Ａに向かって水平方向に進むよ
う、取付装置２２を介して回転ステージ１６の先端に取
り付けられている。

【００１６】また、回転ステージ１６には、レーザ装置
１２と回転駆動装置１５との間の適宜位置に、ビームス
プリッタ１３が取付装置２３を介して取り付けられてい
る。この実施例におけるビームスプリッタ１３は、２個
の直角プリズムをその斜面に半透反射膜を設けて接合し
たものであり、レーザ装置１２からの照射レーザ光をそ
のまま直進させると共に、同光路を逆進してきた反射レ
ーザ光を直角に偏向して水平方向に伝搬させるよう、配
置されている。

【００１７】更に、レーザ装置１２とビームスプリッタ
１３との間には、レーザ装置１２からの照射レーザ光
を、例えば径が１μｍの平行光とするための絞り板２４
が配置され、取付装置２５により回転ステージ１６に取
り付けられている。

【００１８】ビームスプリッタ１３を取り付けている取
付装置２３の根元部にはサブ回転ステージ２６が固定さ
れている。このサブ回転ステージ２６は回転ステージ１
６の長手方向軸線に対して直角であって水平方向に延び
ており、回転ステージ１６の一部として一体的に回動さ
れる。サブ回転ステージ２６の先端には、ビームスプリ
ッタ１３により偏向された反射レーザ光を受光して、そ
の強度を測定する光パワーメータ１４が取付装置２７を
介して設置されている。尚、符号２８は、光パワーメー
タ１４の受光面の直前に設けられた反射レーザ光の散乱
成分を除去するためのフィルタ板である。

【００１９】また、上記の各取付装置２２，２３，２
５，２７は、レーザ光が所望の光路を通るよう、それぞ
れの取付物１２，１３，２４，１４の位置を微調整でき
るものが好ましい。

【００２０】一方、被検レンズ１０を支持するためのレ
ンズ支持装置１１は、土台１７上にブラケット２９を介
して設置されている。レンズ支持装置１１は、そのレン
ズ支持面３０上を回転ステージ１６の回転軸線Ａが通る
ように配置されている。また、図１及び図２に示す位置
においては、レンズ支持面３０は照射レーザ光が直角に
入射するようになっている。更に、このレンズ支持面３
０は、図示の位置における照射レーザ光の光路に対して
直角の水平方向（図１の矢印Ｘ，Ｘ′の方向）に移動可
能となっている。

【００２１】次に、このような構成のレンズ評価装置を
用いて非球面レンズの表面形状の評価する本発明の方法
について説明する。

【００２２】まず、この実施例で用いられる被検レンズ
１０である非球面レンズは、図３に明示するように、片
面凸レンズであり、被検面となる凸面の中心部の球面の
曲率ｒ₁ は周辺部の球面の曲率ｒ₂ よりも大きくなって
いる。

【００２３】本発明においては、最初に、このレンズ１
０の設計値に基づいて、被検面の任意の点における法線
とレンズ光軸との間の法線角度のうち最大の法線角度θ
を求めておく。図示のレンズ１０の場合、その形状か
ら、最大法線角度θを持つ被検面の点は最外周部の点と
なることは容易に理解されよう。

【００２４】次いで、この非球面レンズ１０をレンズ支
持装置１１のレンズ支持面３０の所定位置に取り付け
る。そして、回転駆動装置１５のパルスモータ１８をコ
ントローラ１９により制御して回転ステージ１６を図１
の位置に配置すると共に、レンズ１０の光軸がレーザ装
置１２からの照射レーザ光の光路と一致するように、レ
ンズ支持面３０及び回転ステージ１６の位置調整を行
う。この場合、レーザ装置１２からレーザ光を発し、光
パワーメータ１４に接続された出力表示装置３１の表示
値を観察しながら位置調整を行うのが好ましい。即ち、
レンズ１０の光軸と照射レーザ光の光路とが完全に一致
すれば、レンズ１０の被検面からの反射レーザ光のみな
らず、レンズ裏面からの反射レーザ光も光パワーメータ
１４により受光されるので、光パワーメータ１４に接続
された出力表示装置３１の表示値がピーク値を示し、位
置調整が適正になされたことを確認することができる。
図３の（ａ）はかかる位置調整が完了した直後の状態を
示しており、この状態でのラインａを以下、基準線と呼
ぶこととする。

【００２５】次に、ラインａに対する照射レーザ光の光
路のなす角δが前記の最大法線角度θと同じ角度となる
ように、回転ステージ１６を回転させる。この状態で
は、図３の（ｂ）に示すように、照射レーザ光の入射点
での法線ｂは当該照射レーザ光の光路ｃからずれている
ので、その反射レーザ光はビームスプリッタ１３には至
らず、光パワーメータ１４で受光されない。

【００２６】この後、レンズ支持装置１１のレンズ支持
面３０をＸ方向に移動させていき、レーザ１０の最外周
部に照射レーザ光が入射されると、当該レーザ１０が設
計値通りに作られたものであれば、その反射レーザ光は
照射レーザ光の光路ｃを逆行してビームスプリッタ１３
により偏向され、光パワーメータ１４により受光される
（図３の（ｃ））。この時、出力表示装置３１の表示値
が大きくなることから、オペレータは照射レーザ光と反
射レーザ光の方向が一致したこと、即ち最大法線角度θ
を持つ点の存在を確認することができる。

【００２７】一方、レンズ支持面３０を移動しても、出
力表示装置３１の表示値に変化が見られない場合は、レ
ンズ１０には設計値に基づく法線を形成する点がないも
のと考えられる。この場合は、公差の範囲内で最大法線
角度θを小さく設定しなおし、上記作業を繰り返し、そ
れでもなお、反射レーザ光が光パワーメータ１４により
検出されないときには、そのレンズ１０の形状を不良と
判定する。

【００２８】また、上述したように反射レーザ光が検出
された場合、レンズ１０の表面形状は良好であるとの評
価をすることは可能である。しかしながら、更に精度を
高めるためには、最大法線角度θを公差範囲を越える角
度に変更し、その角度で上記作業を繰り返すのが好まし
い。このような過大な角度に照射レーザ光の光路を設定
した状態において、反射レーザ光が光パワーメータ１４
により検出されるような場合には、最外周部よりも中心
側に前記の最大法線角度θを持つ点が存在するものと推
定されるので、この場合も不良レンズとみなすことがで
きる。

【００２９】上記実施例は非球面レンズの形状評価につ
いてであるが、本発明は、上記形状の非球面レンズに限
らず、他の形状の非球面レンズや通常の球面レンズに対
しても適用可能である。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、反射レーザ光の有無を検出するだけで、レンズの形
状の評価を容易に行うことができる。

【００３１】また、本発明による検出部は非接触式であ
るため、従来のような接触子式のものに比して、検出結
果の精度は安定している。

【００３２】更に、従来の寸法の変位量を求める方法で
はレンズの周辺部での精度が中心部での精度よりも悪く
なる傾向があったが、本発明による方法では、角度の変
位量を見るものであり、周辺部と中心部での精度の差は
生じない。従って、周辺部の形状を評価する必要がある
非球面レンズに対して、本発明は特に有効となる。

【００３３】また、本発明によるレンズ評価装置におい
ては、回転ステージの精度を向上させてレーザ光の照射
方向を正確に定めることができれば精度上の要求は満足
される。従って、接触子及びレンズ支持装置の２点につ
いて精度を高める必要がある従来の装置に比して、本発
明の構成は単純で良く、よって製造価格も低廉化され、
メンテナンスも容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるレンズ評価装置の一実施例を示す
平面図である。

【図２】図１のレンズ評価装置を一部切り欠いて示す側
面図である。

【図３】本発明に従って非球面レンズの評価する場合の
手順を示す説明図である。

【図４】従来一般の接触子型レンズ形状測定装置を示す
概略説明図である。

【符号の説明】

１０…被検レンズ（非球面レンズ）、１１…レンズ支持
装置、１２…レーザ装置、１３…ビームスプリッタ、１
４…光パワーメータ（光検出器）、１５…回転駆動装
置、１６…回転ステージ、２６…サブ回転ステージ、３
０…レンズ支持面、３１…出力表示装置。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検レンズの設計値に基づいて、該被検
   レンズの被検面上の一点における法線と該被検レンズの
   光軸との間の角度のうち最大のものを求める第１のステ
   ップと、 所定の基準線と前記被検レンズの光軸とが一致するよう
   に該被検レンズを配置する第２のステップと、 前記被検レンズの被検面に向かってレーザ光が前記基準
   線に対して前記第１のステップで求められた角度で照射
   されるよう、レーザ装置を配置する第３のステップと、 前記レーザ装置からレーザ光を前記被検レンズの被検面
   に照射させながら、該被検レンズを平行移動させる第５
   のステップと、 前記レーザ装置から発せられたレーザ光の光路を逆行す
   る反射レーザ光の有無を検出する第６のステップと、を
   備えるレンズ評価方法。
2. 【請求項２】 所望の角度位置に回動可能な回転ステー
   ジと、 前記回転ステージ上に設けられ、該回転ステージの回転
   軸線に直交するようにレーザ光を発するレーザ装置と、 前記レーザ装置から発せられたレーザ光が通過する位置
   にて被検レンズを位置調整可能に支持することのできる
   レンズ支持装置と、 前記レーザ装置と前記レンズ支持装置との間の前記回転
   ステージ上に設けられ、前記レーザ装置から発せられた
   レーザ光は透過するが、前記レンズ支持装置により支持
   された被検レンズから反射されて逆行するレーザ光につ
   いては所定の方向に偏向するビームスプリッタと、 前記回転ステージ上に設けられ、前記ビームスプリッタ
   により偏向されたレーザ光を検出する光検出器と、を備
   えるレンズ評価装置。