JP2000055630A

JP2000055630A - レンズ検定装置

Info

Publication number: JP2000055630A
Application number: JP10228191A
Authority: JP
Inventors: Mikio Mizutani; 美喜男水谷; Motonobu Mizuno; 元伸水野
Original assignee: NISSEI DENKI SEISAKUSHO KK; Sony Corp
Current assignee: NISSEI DENKI SEISAKUSHO KK; Sony Corp
Priority date: 1998-08-12
Filing date: 1998-08-12
Publication date: 2000-02-25

Abstract

(57)【要約】【課題】レンズ検定装置の小型化、検定の高精度化及
び能率化を図る。【解決手段】レーザ光出射部２５と、固体撮像カメラ
２３と、レーザ光出射部２５からのレーザ光４５Ｆを被
検定レンズ３０のレンズ面に照射し、この被検定レンズ
面からの反射レーザ光４５Ｒを固体撮像カメラ２３のＣ
ＣＤ撮像素子２２の撮像面に入射させるための光学系２
８とを一体となるようにユニット化し、このユニット体
に対向して被検定レンズ３０をＸ軸及びＹ軸方向に移動
可能に載置する載置部３１を設け、固体撮像カメラ２３
の撮像面において、基準平板からの反射レーザ光の入射
位置を原点とし、被検定レンズ３０のレンズ面からの反
射レーザ光の入射位置と、前記原点との間の距離から、
レンズ面の勾配を測定するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばカラー陰極
線管の蛍光面作製のための露光装置で使用される補正レ
ンズの検定等に用いられるレンズ検定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】カラー陰極線管においては、そのパネル
内面に赤（Ｒ），緑（Ｇ）及び青（Ｂ）に対応する各色
蛍光体ドット又は各色蛍光体ストライプが形成され、ネ
ック部内に配された電子銃から出射された各赤（Ｒ），
緑（Ｇ）及び青（Ｂ）に対応した電子ビームが色選別機
構を通って夫々対応する蛍光体層を発色させ、パネル面
に画像が表示されるように構成される。

【０００３】このようなカラー陰極線管のパネル内面へ
の蛍光面の作製は、次のようにして行われる。例えば感
光剤と蛍光体とを混合した蛍光体スラリーをパネル内面
に塗布し、次に色選別機構をマスクとしてビーム偏向中
心に置かれた光源からの光で蛍光体スラリー塗膜を露光
し、現像処理して蛍光体ドット又は蛍光体ストライプを
形成する。カラー陰極線管では、この工程を３回繰り返
して赤（Ｒ），緑（Ｇ）及び青（Ｂ）に対応する夫々の
蛍光体ドット又は蛍光体ストライプを形成する。

【０００４】図４は、上記露光工程で用いる露光装置の
概要を示す。この露光装置１は、陰極線管のパネル２を
載置固定するパネル載置台４と、電子ビームの偏向中心
に対応する位置に配置した光源６と、複数枚の補正レン
ズ７からなる補正レンズ系８を有して成る。補正レンズ
系８はレンズホルダー９に固定されて主ベース１０に支
持される。

【０００５】この露光装置１では、内面にブラックマト
リックス用の感光液塗膜又は蛍光体スラリー塗膜１１が
形成されたパネル２を内面が下向きとなるように、パネ
ル取付けベース５上のパネル載置台４に載置固定され
る。パネル２内には、露光用マスクとなる色選別機構
（例えばアパーチャグリル又はシャドウマスク等）３が
装着されている。光源６からの紫外線光Ｂは、補正レン
ズ系８を透過することによって、電子ビームの軌跡に近
似された後、色選別機構８を透過してパネル３内面の感
光液塗膜、又は蛍光体スラリー塗膜１１を露光する。

【０００６】ここで、感光液塗膜又は感光体スラリー塗
膜１１を露光する場合、電子ビームの軌跡に正確に近似
するべく、補正レンズ系８を必要とする。又、この補正
レンズ系８では、その各レンズ曲面が設計値通りの曲面
になっているか、否かを検定する必要がある。

【０００７】図２は、従来のレンズ検定装置の概略的構
成を示す。このレンズ検定装置１２は、検定すべき補正
レンズ（以下被検定補正レンズという）７をセットする
Ｘ軸方向及びＹ軸方向に移動可能のいわゆるＸＹテーブ
ル１３と、被検定補正レンズ７のレンズ曲面にレーザビ
ームを入射する例えばＨｅ−Ｎｅレーザ発振器１４と、
被検定補正レンズ７のレンズ曲面で反射した反射レーザ
ビームを受光検出するための反射ビーム追跡機能を有す
る半導体位置検出素子（ＰＳＤ：Position-Sensitive D
etectors）１７と、ミラー１５と、ハーフミラー１６と
を備え、之等が平面的に平面基台（図示せず）上に配設
されて成る。

【０００８】半導体位置検出素子１７は、レンズ曲面か
らの反射ビーム１８Ｒを常にその受光素子１７ａの中心
で受光するように受光素子１７ａ自体がＸＹテーブルを
介して移動し、基準位置からのＸＹ移動量に応じた出力
信号（電圧として）が得られるように構成される。この
出力信号はレンズ曲面の勾配（角度）に相当する。

【０００９】このレンズ検定装置１２によるレンズ検定
は、次のようにして行われる。被検定補正レンズ７のレ
ンズ検定に入る前に、まず、最初にＸＹテーブル１３上
に基準平板（図示せず）をセットした後、Ｈｅ−Ｎｅレ
ーザ発振器１４からのレーザビーム１８Ｆをミラー１５
で反射し、ハーフミラー１６を透過して基準平板に当
て、その反射ビーム１８Ｒをハーフミラー１６で反射し
て半導体位置検出素子１７に受光検出して基準位置、即
ちいわゆる原点出しを行なう。この原点のデータはコン
ピュータにファイルされる。

【００１０】次に、基準平板を外し、ＸＹテーブル１３
上に被検定補正レンズ７をセットする。そして、同じよ
うにＨｅ−Ｎｅレーザ発振器１４から出射したレーザビ
ーム１８Ｆをミラー１５、ハーフミラー１６を経て被検
定補正レンズ７のレンズ曲面の所定点に当て、その点か
らの反射ビーム１８Ｒを半導体位置検出素子１７にて受
光検出して、原点からの位置ずれ量に応じた出力信号を
得る。この出力信号が後述するレーザビームを当てた点
のレンズ勾配（角度）に相当する。そして、ＸＹテーブ
ル１３を移動させながら、同様の操作を繰り返して被検
定補正レンズ７のレンズ曲面の各点の勾配に相当する受
光素子１７ａの原点からの位置ずれ量を自動測定し、電
圧変換された出力信号を測定データとして上記コンピュ
ータにファイルする。

【００１１】一方、コンピュータには、予め被検定補正
レンズ７の設計勾配のデータが電圧変換されてファイル
されている。従って、最後に、上記測定データと設計勾
配のデータとの差を求め、夫々の被検定補正レンズ７の
感度から蛍光体層（ストライプ蛍光体層又はドット蛍光
体層）のシフト量を求め、このシフト量をシミュレーシ
ョン上でプロットする。

【００１２】ここで、図３に示すように、上述の被検定
補正レンズ７のレンズ曲面の勾配（角度）αは、Ｌ₁＝Ｈ₁ｔａｎ２α 但し、Ｌ₁：基準レンズ（平板）のレーザ戻り点からの
距離。Ｈ₁：被検定補正レンズ７の表面から半導体位置検出素
子１７までの距離、即ち図２の９₁＋９₂ の関係式から求められる。

【００１３】また、感度とは、色選別機構と蛍光面まで
の距離、いわゆるグリルハイトＧＨと、色選別機構と光
源との間の距離Ｐの比ＧＨ／Ｐで定義する。この感度は
カラー陰極線管の機種によって異なる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来のレンズ検定装置１２は、次のような問題点があっ
た。（ｉ）反射ビームの当たる位置が基準の位置に対して大
きくとれば（距離Ｌ₁を大きくとれば）、検出誤差が小
さくなって検出精度が上がる。このため、長い光学経路
を必要とし、振動の影響を受け易い構成となっている。（ii) 平面基台上に夫々Ｈｅ−Ｎｅレーザ発振器１４、
ミラー１５、ハーフミラー１６、半導体位置検出素子１
７、ＸＹテーブル１３等を配設した構成であるため、装
置１２の全体が大型化される。 (iii) 光学系の調整が度々必要であった。（iv) 半導体位置検出素子１７の温度ドリフトが大きい
ので、温度ドリフトの測定結果に与える影響を少なくす
るために、距離Ｈを大きくする必要がある。（ｖ）半導体位置検出素子１７の出力がアナログ電圧で
あるため、ノイズ成分を含み、測定値にバラツキが生じ
ていた。（vi）原理的に高さ方向の変位、即ち被検定レンズ面か
らのハーフミラー１６の高さｈの変位が誤差を発生させ
るため、距離Ｈ（＝ａ₁＋ａ₂）を大きくする必要があ
った。 (vii）Ｈｅ−Ｎｅレーザ発振器１７は、大きなレーザパ
ワーを必要としていた。 (viii)半導体位置検出素子１７の外乱光に対するＳＮ比
を高くするため、レーザパワーをより高くする必要があ
った。

【００１５】本発明は、上述の点に鑑み、従来の問題点
を改善し、検定の高精度化、能率化を図り、且つ装置全
体の小型化を可能にしたレンズ検定装置を提供するもの
である。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明に係るレンズ検定
装置は、レーザ光出射部と、このレーザ光出射部からの
レーザ光の被検定レンズ面からの反射レーザ光を入射さ
せる固体撮像カメラと、光学系とが一体となるようにユ
ニット化され、このユニット体に対向して被検定レンズ
の載置部が設けられた構成とする。

【００１７】本発明のレンズ検定装置においては、レー
ザ光出射部から出射されたレーザ光が被検定レンズ面で
反射されて固体撮像カメラに入射される。この反射レー
ザ光のカメラ撮像面上での入射位置と基準の原点（基準
平面からの反射ビームの入射位置）間の距離が被検定レ
ンズ面の勾配（角度）に相当する。固体撮像カメラから
反射レーザ光の入射位置が読み出され、被検定レンズ面
の各点での勾配に対応した測定データとしてコンピュー
タにファイルされる。この測定データと既にファイルさ
れている設計勾配のデータとの差を求め、レンズの検定
が行われる。

【００１８】本発明のレンズ検定装置では、ユニット化
されているので、装置本体の小型化が図れる。また、位
置検出手段として固体撮像カメラを用いているので、光
学系の調整が不要であり、測定バラツキがなく、測定時
間の短縮が図れる等、検定の精度、能率が向上する。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明に係るレンズ検定装置は、
レーザ光出射部と、固体撮像カメラと、レーザ光出射部
からのレーザ光を被検定レンズ面に照射し、この被検定
レンズ面からの反射レーザ光を固体撮像カメラの撮像面
に入射させるための光学系とを一体となるようにユニッ
ト化し、このユニット体に対向して被検定レンズをＸ軸
及びＹ軸方向に移動可能に載置する載置部を設けた構成
とする。

【００２０】本発明は、上記固体撮像カメラの撮像面に
おいて、基準平板からの反射レーザ光の入射位置を原点
とし、被検定レンズのレンズ面からの反射レーザ光の入
射位置と原点との間の距離からレンズ面の勾配を測定す
る。

【００２１】以下、図１を参照して本発明のレンズ検定
装置の一実施の形態を示す。本実施の形態に係るレンズ
検定装置２１は、図１に示すように、固体撮像素子、例
えばＣＣＤ固体撮像素子２２を備えた固体撮像カメラ２
３と、半導体レーザ素子（レーザーダイオード）２４を
備えたレーザビーム出射部２５と、後述する光学系２８
とを１つの匣体２７内に配設してユニット化し、このユ
ニット体２６に対向するように、検定すべきレンズ３０
を載置する載置部３１を設けて構成される。

【００２２】この検定すべきレンズ３０は、本例ではカ
ラー陰極線管の蛍光面作製工程での露光装置に使用され
る補正レンズ（以下、被検定補正レンズという）であ
る。

【００２３】レーザビーム出射部２５は、レンズ３２及
び例えば直径１ｍｍのピンホールが形成されたピンホー
ル板３３を有し、半導体レーザ素子２４からのレーザビ
ームがレンズ３２によって平行光となり、さらにピンホ
ール板３３により所定のビーム径となって光学系２８に
出射されるように構成されている。

【００２４】光学系２８は、その光軸がＣＣＤ固体撮像
素子２２の撮像面の中心を通る軸に一致するように、固
体撮像カメラ２３から被検定補正レンズ３０の載置部３
１に向かって、順次収束レンズ３４、赤色光を選択する
赤フィルタ３５、外乱光防止フィルタ３６、偏光ビーム
スプリッタ３７及び１／４波長板３８が配列されて成
る。レーザビーム出射部２５は、レーザビームがこの光
学系２８の偏光ビームスプリッタ３７に入射するように
配置される。

【００２５】被検定補正レンズ３０の載置部３１は、Ｘ
軸方向に移動可能なテーブル４１Ｘと、Ｘ軸方向と直行
するＹ軸方向に移動可能なテーブル４１Ｙからなる、い
わゆるＸＹテーブル４１と、このＸＹテーブル４１上に
支持され被検定補正レンズ３０を保持するレンズホルダ
ー４２とから成る。ＸＹテーブル４１は、モータ４３
Ｘ，４３Ｙによって夫々のＸ軸方向及びＹ軸方向へ例え
ば１μｍ単位のステップで移動できるように構成されて
いる。

【００２６】固体撮像カメラ２３のＣＣＤ固体撮像素子
２２の出力部は、図示せざるもデータ処理を行なうコン
ピュータに接続され、さらにコンピュータで処理された
データをプロット表示するディスプレイが接続される。
また、ＸＹテーブル４１は、その駆動がコンピュータに
よって制御されるようになっている。

【００２７】このレンズ検定装置２１では、レーザビー
ム出射部２５の半導体レーザ素子２４から出射されたレ
ーザビームが光学系２８の偏光ビームスプリッタ３７に
入射し、この偏光ビームスプリッタ３７によりＳ成分の
みの直線偏光、即ちＳ偏光が反射され、１／４波長板３
８を通過し、円偏光となって載置部３１上の被検定補正
レンズ３０のレンズ曲面に照射される。レンズ曲面で反
射された円偏光は回転方向が逆の円偏光となって再び１
／４波長板３８を通過する。円偏光は、１／４波長板３
８を透過することにより、ｐ成分のみの直線偏光、即ち
Ｐ偏光となる。このＰ偏光が偏光ビームスプリッタ３７
を透過し、さらに外乱光防止フィルタ３６、赤フィルタ
３５を通過し、収束レンズ３４により収束されて固体撮
像カメラ２３即ち、そのＣＣＤ固体撮像素子２２の撮像
面の所定位置に入射される。

【００２８】次に、このレンズ検定装置２１を用いて補
正レンズのレンズ曲面を検定する場合について説明す
る。

【００２９】使用されるレンズホルダー４２としては機
種等の系別に応じて複数種類のレンズホルダーが用意さ
れる。そして、基準平板を用いて平板原点出しを行な
う。即ち、各レンズホルダー４２毎に、夫々レンズホル
ダー４２上に基準平板（図示せず）をセットし、この基
準平板に半導体レーザ素子２４からのレーザビームを照
射し、基準平板からの反射レーザビームを光学系を通し
て固体撮像カメラ２３におけるＣＣＤ固体撮像素子２２
の撮像面上に入射する。この入射点がその後レンズホル
ダー４２にセットされる被検定補正レンズ３０の基準平
面に対応する原点となる。

【００３０】この各レンズホルダー４２における平板原
点の位置データは、コンピュータにファイルさせて置
く。一方、被検定補正レンズ３０の設計値データ（多項
式から得られたデータ）と具体的な測定点に対応した位
置データとからなる設計勾配のデータ、いわゆる検定デ
ータ及びレンズ感度のデータもコンピュータにファイル
される。

【００３１】次に、被検定補正レンズ３０に応じたレン
ズホルダー４２を選択してＸＹテーブル４１上に配置
し、このレンズホルダー４２に被検定補正レンズ３０を
セットする。次いで、半導体レーザ素子２４からのレー
ザビーム４５Ｆを光学系２８を介して被検定レンズ３０
のレンズ曲面の測定点に照射し、レンズ曲面からの反射
レーザビーム４５ＲをＣＣＤ固体撮像素子２２の撮像面
に入射させる。

【００３２】撮像面では、被検定補レンズ曲面の測定点
での勾配に応じて反射レーザビーム４５Ｒの入射位置が
変位する。この入射位置と原点との間の距離Ｌ₂が被検
査補正レンズ曲面の測定点での勾配に相当することにな
る。従って、固体撮像カメラ２３からの上記入射位置を
読み出し、コンピュータ内で入射位置と原点間の距離Ｌ
₂に対応した、従ってレンズ曲面の勾配に対応した測定
データを求めて、ファイルされる。そして、順次ＸＹテ
ーブル４１をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させ、被検定
補正レンズ３０のレンズ曲面での各点の測定データが自
動測定されてコンピュータにファイルされる。

【００３３】ここで、被検定補正レンズ３０のレンズ曲
面の各点の勾配αと、ＣＣＤ固体撮像素子２２における
距離Ｌ₂との関係は、次式で与えられる。Ｌ₂＝ｆｔａｎ（２α）但し、ｆ：収束レンズ３４の焦点距離

【００３４】そして、最後に、測定データ（勾配）と検
定データ（勾配）の差を求め、それぞれのレンズ感度か
ら露光時の蛍光体層のシフト量を求め、ディスプレイの
シミュレーション上でそのシフト量をプロットする。こ
の様にして被検定補正レンズ３０のレンズ曲面の検定が
行われる。

【００３５】上述の本実施の形態に係るレンズ検定装置
によれば、固体撮像カメラ２３、レーザビーム出射部２
５及び光学系２８が一体となるようにユニット化したこ
とにより、従来のレンズ検定装置１２に比べて、光学経
路が短くなり、振動による影響がなくなり、且つ装置本
体を小型化することができる。

【００３６】反射レーザビームの位置検出手段として、
固体撮像カメラ２３、即ちＣＣＤ固体撮像素子２２を用
いることにより、次のような効果を奏する。収束レンズ
３４、赤フィルタ３５、外乱光防止フィルタ３６、偏光
ビームスプリッタ３７及び１／４波長板３８からなる光
学系２８が一体化され、固体撮像素子２２、レーザビー
ム出射部２５、被検定補正レンズ３０の載置部３１の夫
々に対して光学系２８が位置決めされるようにユニット
化されているので、光学系２８の調整が不要となる。Ｃ
ＣＤ固体撮像素子２２は、前述の半導体位置検出素子１
７のような温度ドリフトはなく、反射レーザビームの光
路長対策は不要となる。

【００３７】ＣＣＤ固体撮像素子２２からのＣＣＤ出力
によって勾配に対応した位置を検出しているので、ノイ
ズを含むことはなく、測定データのバラツキは生じな
い。半導体レーザ素子２４としては、ＣＣＤ固体撮像素
子で信号として得られる程度のレーザパワーがあればよ
いので、従来例に比べて使用するレーザ素子２４のレー
ザパワーは小さくて済む。従来の半導体位置検出素子１
２では反射レーザビーム追跡機能のスピードに限界があ
り、測定時間に６０分程度要したが、本実施の形態で
は、測定時間が１５分程度と短縮することができる。

【００３８】さらに、ＣＣＤ固体撮像素子２２により反
射レーザビーム４５Ｒの位置検出を行なうので、測定の
毎にレンズホルダーに基準平板をセットして原点出しを
行なう必要がない。因みに従来は半導体位置検出素子１
２の出力がアナログ電圧であるため、電源電圧変動を考
慮して、測定の都度、レンズホルダーに基準平板をセッ
トして原点出しを行なう必要があった。従って、本実施
の形態では、プログラム変更により原点出しが毎回必要
としなくなり、それだけ、測定時間の短縮が図れる。

【００３９】尚、上述の本発明の実施の形態では、カラ
ー陰極線管の蛍光面作製のための露光装置で使用される
補正レンズの検定に適用したが、その他のレンズの検定
にも適用することができる。

【００４０】

【発明の効果】本発明に係るレンズ検定装置によれば、
固体撮像カメラ、レーザ光出射部及び光学系が一体とな
るようにユニット化したことにより、光学経路が短くな
り、振動による影響がなくなり、且つ装置本体を小型化
することができる。

【００４１】反射レーザビームの位置検出手段として、
固体撮像カメラを用いることにより、光学系の調整が不
要となる。ＣＣＤ固体撮像素子２２は、温度ドリフトが
なく、従来のような反射レーザビームの光路長対策が不
要となる。

【００４２】また、固体撮像カメラからの出力によって
勾配に対応した位置を検出しているので、ノイズを含む
ことはなく、測定データのバラツキが生じない。レーザ
光出射部としては、固体撮像カメラで信号として得られ
る程度のレーザパワーがあればよいので、従来例に比べ
て使用するレーザ光出射部でのレーザパワーは小さくて
済む。固体撮像カメラは位置検出に際して移動しないの
で、従来に比べて測定時間を短縮することができる。

【００４３】さらに、固体撮像カメラにより反射レーザ
ビームの位置検出を行なうので、測定の毎にレンズホル
ダーの原点出しを行なう必要がなくなり、それだけ測定
時間の短縮が図れる。

【００４４】従って、本発明のレンズ検定装置は、検定
の高精度化、能率化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るレンズ検出装置の一実施の形態を
示す構成図である。

【図２】従来のレンズ検定装置を示す概略的構成図であ
る。

【図３】従来例のレンズ面の勾配と距離Ｌ₁との関係式
の説明に供する説明図である。

【図４】カラー陰極線管の蛍光面作製時の露光装置を示
す概略構成図である。

【符号の説明】

２１‥‥レンズ検定装置、２２‥‥ＣＣＤ固体撮像素
子、２３‥‥固体撮像カメラ、２４‥‥半導体レーザ素
子、２５‥‥レーザビーム出射部、２８‥‥光学系、３
０‥‥被検定補正レンズ、３１‥‥載置部、３４‥‥収
束レンズ、３５‥‥赤フィルタ、３６‥‥外乱光防止フ
ィルタ、３７‥‥偏光ビームスプリッタ、３８‥‥１／
４波長板、４１‥‥ＸＹテーブル、４２‥‥レンズホル
ダ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者水野元伸愛知県名古屋市中川区下之一色町宮分32 株式会社日成電機製作所内Ｆターム(参考） 2F065 AA03 AA07 AA35 AA46 CC22 DD02 DD03 DD06 FF09 FF23 FF42 FF61 FF67 GG06 HH03 JJ03 JJ26 LL04 LL22 LL30 LL36 LL37 MM03 PP12 PP22 QQ21 QQ28 SS03 SS13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光出射部と、固体撮像カメラと、前記レーザ光出射部からのレーザ光を被検定レンズ面に
照射し、該被検定レンズ面からの反射レーザ光と前記固
体撮像カメラの撮像面に入射させるための光学系とが一
体となるようにユニット化され、このユニット体に対向して被検定レンズをＸ軸及びＹ軸
方向に移動可能に載置する載置部が設けられて成ること
を特徴とするレンズ検定装置。
【請求項２】前記固体撮像カメラの撮像面において、基準平板からの反射レーザ光の入射位置を原点とし、前記被検定レンズのレンズ面からの反射レーザ光の入射
位置と、前記原点との間の距離から、前記レンズ面の勾
配を測定することを特徴とする請求項１に記載のレンズ
検定装置。