JP2001194266A - レンズ表面形状の評価方法及び評価装置 - Google Patents
レンズ表面形状の評価方法及び評価装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】形状測定結果より、光学特性を推定し、これを
基にレンズ性能を保証できる形状評価法の提供をその課
題とし、また、測定時のゴミ等による異常データの影響
で、光学特性の推定精度が落ちるのを防止すること。 【解決手段】レンズ表面形状の評価方法を、設計値での
各レンズ高さにおける像面又は焦点位置までの光路長を
求める光路長算出行程と、輪郭形状測定を行う形状測定
行程と、設計形状からの偏差を求める形状誤差抽出行程
と、設計形状からの偏差から各レンズ高さにおける部分
曲率を求める部分曲率演算行程と、任意のレンズ高さに
おける像面までの光路長、レンズ材料の屈折率、部分曲
率の値より焦点ずれ量を求める焦点ずれ推定行程からな
る評価方法としたこと。
基にレンズ性能を保証できる形状評価法の提供をその課
題とし、また、測定時のゴミ等による異常データの影響
で、光学特性の推定精度が落ちるのを防止すること。 【解決手段】レンズ表面形状の評価方法を、設計値での
各レンズ高さにおける像面又は焦点位置までの光路長を
求める光路長算出行程と、輪郭形状測定を行う形状測定
行程と、設計形状からの偏差を求める形状誤差抽出行程
と、設計形状からの偏差から各レンズ高さにおける部分
曲率を求める部分曲率演算行程と、任意のレンズ高さに
おける像面までの光路長、レンズ材料の屈折率、部分曲
率の値より焦点ずれ量を求める焦点ずれ推定行程からな
る評価方法としたこと。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、レンズの形状評価方法
及び形状評価装置に係るもので、特に光走査用レンズ、
プラスチックレンズの評価に効果的なものである。
及び形状評価装置に係るもので、特に光走査用レンズ、
プラスチックレンズの評価に効果的なものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、デジタルコピーやレーザプリンタ
に用いられる光書込み装置内の光学部品に射出成形で製
造したプラスチックレンズが使用されている。これらの
レンズ面の有効範囲は、光束の走査方向（以下主走査方
向）に数十ｍｍから数百ｍｍに対してこれに直交する方
向（以下副走査方向）には１０ｍｍ前後と偏平してい
る。
に用いられる光書込み装置内の光学部品に射出成形で製
造したプラスチックレンズが使用されている。これらの
レンズ面の有効範囲は、光束の走査方向（以下主走査方
向）に数十ｍｍから数百ｍｍに対してこれに直交する方
向（以下副走査方向）には１０ｍｍ前後と偏平してい
る。
【０００３】このようなレンズをプラスチックを射出成
形で製作する場合、主に除冷行程での樹脂の不均一な収
縮による設計値からの偏差（以下これを「形状誤差」と
呼ぶ）が発生する。これを改善するために成形品をラン
ク・テーラー・ホブソン社のフォームタリサーフに代表
される触針式の輪郭形状測定装置で長手方向設計原点を
通る面（母線）の輪郭形状を測定し、形状誤差を求め
る。この形状誤差データを基に成形金型の内レンズ面を
転写する鏡面駒の形状を補正するような技術が知られて
いる（例えば、特開平５−９６５７２号公報、特開平７
−６０８５７号公報を参照のこと）。通常、加工誤差、
成形条件の変更、成形品測定時の測定誤差、取付誤差等
の影響により上記形状誤差は１回では完全にはなくなら
ないので、これを繰り返して設計形状に近づけていく。
形状誤差が十分に小さくなったかどうかの判断は、一般
に形状誤差またはその近似曲線のＰＶ（Ｐｅａｋ ｔｏ
Ｖａｌｌｅｙ）で評価している。
形で製作する場合、主に除冷行程での樹脂の不均一な収
縮による設計値からの偏差（以下これを「形状誤差」と
呼ぶ）が発生する。これを改善するために成形品をラン
ク・テーラー・ホブソン社のフォームタリサーフに代表
される触針式の輪郭形状測定装置で長手方向設計原点を
通る面（母線）の輪郭形状を測定し、形状誤差を求め
る。この形状誤差データを基に成形金型の内レンズ面を
転写する鏡面駒の形状を補正するような技術が知られて
いる（例えば、特開平５−９６５７２号公報、特開平７
−６０８５７号公報を参照のこと）。通常、加工誤差、
成形条件の変更、成形品測定時の測定誤差、取付誤差等
の影響により上記形状誤差は１回では完全にはなくなら
ないので、これを繰り返して設計形状に近づけていく。
形状誤差が十分に小さくなったかどうかの判断は、一般
に形状誤差またはその近似曲線のＰＶ（Ｐｅａｋ ｔｏ
Ｖａｌｌｅｙ）で評価している。
【０００４】しかし、光学性能と全体の形状誤差または
そのＰＶとの明確な相関がとれないため、経験上最悪の
状態を考えて公差を決定していた。従って形状は不良で
あるが光学特性は良好であるサンプルが存在し、これが
生産時の歩留まりの低下や、射出成形装置のキャビティ
を構成する鏡面駒の補正加工回数の増加によるコスト上
昇を引き起こすという問題があった。
そのＰＶとの明確な相関がとれないため、経験上最悪の
状態を考えて公差を決定していた。従って形状は不良で
あるが光学特性は良好であるサンプルが存在し、これが
生産時の歩留まりの低下や、射出成形装置のキャビティ
を構成する鏡面駒の補正加工回数の増加によるコスト上
昇を引き起こすという問題があった。
【０００５】これに対して、形状測定結果から光学特性
を推定し、これを基にレンズの評価をしようというもの
がある（例えば特開平９−８９７１３号公報を参照のこ
と）。これは形状誤差の近似関数の２次導関数や、形状
誤差データの数値的２次微分を求め、これが特定の範囲
を超えないようにすることによりレンズ性能を保証しよ
うとするものである。しかし、この技術も実際の作成例
から経験的に強い相関があることを示しているに過ぎ
ず、スレッシュの決定は経験により行わなければならな
いという問題があった。
を推定し、これを基にレンズの評価をしようというもの
がある（例えば特開平９−８９７１３号公報を参照のこ
と）。これは形状誤差の近似関数の２次導関数や、形状
誤差データの数値的２次微分を求め、これが特定の範囲
を超えないようにすることによりレンズ性能を保証しよ
うとするものである。しかし、この技術も実際の作成例
から経験的に強い相関があることを示しているに過ぎ
ず、スレッシュの決定は経験により行わなければならな
いという問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、レン
ズの表面形状評価方法について、形状測定結果より、光
学特性を推定し、これを基にレンズ性能を保証できる形
状評価法の提供をその課題とし、また、測定時のゴミ等
による異常データの影響で、光学特性の推定精度が落ち
るのを防止することをその課題とし、さらに、より実際
の光学特性に近い、推定精度の良い評価方法の提供をそ
の課題とし、さらに、評価時の演算量を軽減し、演算時
間を短くする様な方法の提供をその課題とし、さらにま
た、形状測定結果から光学特性を推定し、これを基にレ
ンズ性能を保証する形状評価装置の提供をその課題とす
る。また、本手法を３次元形状測定装置に用いることに
より、副走査方向焦点ずれ量の評価を行う形状評価装置
の提供も、本発明の課題である。
ズの表面形状評価方法について、形状測定結果より、光
学特性を推定し、これを基にレンズ性能を保証できる形
状評価法の提供をその課題とし、また、測定時のゴミ等
による異常データの影響で、光学特性の推定精度が落ち
るのを防止することをその課題とし、さらに、より実際
の光学特性に近い、推定精度の良い評価方法の提供をそ
の課題とし、さらに、評価時の演算量を軽減し、演算時
間を短くする様な方法の提供をその課題とし、さらにま
た、形状測定結果から光学特性を推定し、これを基にレ
ンズ性能を保証する形状評価装置の提供をその課題とす
る。また、本手法を３次元形状測定装置に用いることに
より、副走査方向焦点ずれ量の評価を行う形状評価装置
の提供も、本発明の課題である。
【０００７】
【課題解決のために講じた手段】上記課題解決のために
講じた手段は、設計値での各レンズ高さにおける像面又
は焦点位置までの光路長を求める光路長算出行程と、輪
郭形状測定を行う形状測定行程と、設計形状からの偏差
を求める形状誤差抽出行程と、設計形状からの偏差から
各レンズ高さにおける部分曲率を求める部分曲率演算行
程と、任意のレンズ高さにおける像面までの光路長、レ
ンズ材料の屈折率、部分曲率の値より焦点ずれ量を求め
る焦点ずれ推定行程とで、上記表面形状評価方法を構成
したことであり、また、前述の部分曲率演算行程が、設
計形状からの偏差を多項式に近似し、その２次導関数の
値を求めるようにしたことである。また、前述の焦点ず
れ量推定行程が、形状誤差の部分曲率による焦点位置ず
れ量と形状誤差の和をとり、これを総合焦点ずれ量とし
て出力、評価するようにした。また、前述の光路長算出
行程が、複数の偏向角度で、像面または焦点位置までの
光路長を求め、評価対象レンズのレンズ高さと光路量と
の関係を多項式等の近似関数に近似し、近似関数の係数
を保存するようにした。また、測定データ処理用演算装
置と、表示装置より為り、測定データ処理用演算装置
が、輪郭形状測定装置の形状測定結果を入力する測定デ
ータ入力機能と、光路長算出機能と、形状誤差抽出機能
と、部分曲率演算機能と、焦点ずれ推定機能と、焦点ず
れ量をグラフとして表示装置に表示する評価結果表示機
能を持つようにした。また、測定データ処理用演算装置
と、表示装置より為り、測定データ処理用演算装置が、
３次元輪郭形状測定装置の形状測定結果を入力する測定
データ入力機能と、光路長算出機能と、形状誤差抽出機
能と、主走査部分曲率演算機能と、主走査焦点ずれ推定
機能と、焦点ずれ量をグラフとして表示装置に表示する
主走査評価結果表示機能と、副走査部分曲率演算機能
と、副走査焦点ずれ推定機能と、副走査評価結果表示機
能を持つようにした。
講じた手段は、設計値での各レンズ高さにおける像面又
は焦点位置までの光路長を求める光路長算出行程と、輪
郭形状測定を行う形状測定行程と、設計形状からの偏差
を求める形状誤差抽出行程と、設計形状からの偏差から
各レンズ高さにおける部分曲率を求める部分曲率演算行
程と、任意のレンズ高さにおける像面までの光路長、レ
ンズ材料の屈折率、部分曲率の値より焦点ずれ量を求め
る焦点ずれ推定行程とで、上記表面形状評価方法を構成
したことであり、また、前述の部分曲率演算行程が、設
計形状からの偏差を多項式に近似し、その２次導関数の
値を求めるようにしたことである。また、前述の焦点ず
れ量推定行程が、形状誤差の部分曲率による焦点位置ず
れ量と形状誤差の和をとり、これを総合焦点ずれ量とし
て出力、評価するようにした。また、前述の光路長算出
行程が、複数の偏向角度で、像面または焦点位置までの
光路長を求め、評価対象レンズのレンズ高さと光路量と
の関係を多項式等の近似関数に近似し、近似関数の係数
を保存するようにした。また、測定データ処理用演算装
置と、表示装置より為り、測定データ処理用演算装置
が、輪郭形状測定装置の形状測定結果を入力する測定デ
ータ入力機能と、光路長算出機能と、形状誤差抽出機能
と、部分曲率演算機能と、焦点ずれ推定機能と、焦点ず
れ量をグラフとして表示装置に表示する評価結果表示機
能を持つようにした。また、測定データ処理用演算装置
と、表示装置より為り、測定データ処理用演算装置が、
３次元輪郭形状測定装置の形状測定結果を入力する測定
データ入力機能と、光路長算出機能と、形状誤差抽出機
能と、主走査部分曲率演算機能と、主走査焦点ずれ推定
機能と、焦点ずれ量をグラフとして表示装置に表示する
主走査評価結果表示機能と、副走査部分曲率演算機能
と、副走査焦点ずれ推定機能と、副走査評価結果表示機
能を持つようにした。
【０００８】
【作用】上記構成によれば、形状誤差から焦点ずれ量を
推定することができ、これを基にレンズの評価が可能と
なる。これにより、形状誤差のＰＶ（Ｐｅａｋ ｔｏＶ
ａｌｌｅｙ）がある程度あっても、焦点ずれ量が目標を
達成していればその光学特性としてのレンズ性能が保証
される。また、設計形状からの偏差を多項式に近似し２
次導関数の値を求めるようにしたので、測定時のゴミ等
による異常データの影響を低減できる。また、形状誤差
の部分曲率による焦点位置ずれ量と形状誤差の和をと
り、総合焦点ずれ量を求めるようにしたので、より精度
良く焦点ずれ量が推定できる。また、光路算出行程にお
いて、レンズ高さと光路量との関係を多項式近似関数に
より近似したので、評価時の演算量が低減でき、演算時
間が短縮される。また、汎用の輪郭形状測定装置が利用
でき、その測定データより、形状の評価が行える。ま
た、測定以外の全ての機能がソフトウエアで実現されて
いるため、評価時間を優先したり、装置のコストを優先
するといった種々の選択ができる。また、汎用の３次元
形状測定装置が利用でき、測定した形状データから、主
走査方向に加え副走査方向の焦点ずれ量も評価すること
が可能となる。
推定することができ、これを基にレンズの評価が可能と
なる。これにより、形状誤差のＰＶ（Ｐｅａｋ ｔｏＶ
ａｌｌｅｙ）がある程度あっても、焦点ずれ量が目標を
達成していればその光学特性としてのレンズ性能が保証
される。また、設計形状からの偏差を多項式に近似し２
次導関数の値を求めるようにしたので、測定時のゴミ等
による異常データの影響を低減できる。また、形状誤差
の部分曲率による焦点位置ずれ量と形状誤差の和をと
り、総合焦点ずれ量を求めるようにしたので、より精度
良く焦点ずれ量が推定できる。また、光路算出行程にお
いて、レンズ高さと光路量との関係を多項式近似関数に
より近似したので、評価時の演算量が低減でき、演算時
間が短縮される。また、汎用の輪郭形状測定装置が利用
でき、その測定データより、形状の評価が行える。ま
た、測定以外の全ての機能がソフトウエアで実現されて
いるため、評価時間を優先したり、装置のコストを優先
するといった種々の選択ができる。また、汎用の３次元
形状測定装置が利用でき、測定した形状データから、主
走査方向に加え副走査方向の焦点ずれ量も評価すること
が可能となる。
【０００９】
【実施例】本発明の実施例では、設計形状の各レンズ高
さにおける焦点又は像面までの光路長を求める手段を有
しており、被測定物の表面を断面形状測定装置で測定
し、この形状より設計形状からの偏差を求め部分曲率を
求めた後、これと前記光路長から任意のレンズ高さにお
ける焦点位置ずれを推定し、これをもってレンズ特性を
評価する。
さにおける焦点又は像面までの光路長を求める手段を有
しており、被測定物の表面を断面形状測定装置で測定
し、この形状より設計形状からの偏差を求め部分曲率を
求めた後、これと前記光路長から任意のレンズ高さにお
ける焦点位置ずれを推定し、これをもってレンズ特性を
評価する。
【００１０】実施例の詳細な説明をするにあたって、ま
ず、全てのレンズが理想形状をしている場合を考える。
任意の時間において、ポリゴンモータの回転角に依存し
て、各レンズの特定位置でレンズの有効領域のごく一部
を光束が通過し、像面近傍の決まった位置に焦点を結
ぶ。これは、任意のポリゴンモータの角度で、それぞれ
光学系が独立していると考えることができる。すなわ
ち、それぞれについて光学系の焦点距離等を求めること
ができ、また全てのレンズ面は滑らかにつながっている
ので、焦点距離等の光学特性も滑らかにつながっている
と考えられる。
ず、全てのレンズが理想形状をしている場合を考える。
任意の時間において、ポリゴンモータの回転角に依存し
て、各レンズの特定位置でレンズの有効領域のごく一部
を光束が通過し、像面近傍の決まった位置に焦点を結
ぶ。これは、任意のポリゴンモータの角度で、それぞれ
光学系が独立していると考えることができる。すなわ
ち、それぞれについて光学系の焦点距離等を求めること
ができ、また全てのレンズ面は滑らかにつながっている
ので、焦点距離等の光学特性も滑らかにつながっている
と考えられる。
【００１１】あるポリゴンモータ回転角に対応する光束
近傍の光学系を取り出したものを図１に示す。１は評価
対象のレンズ、すなわち形状誤差を有するレンズで、ｆ
はそのレンズの焦点距離である。形状誤差のＰＶがおお
よそ１０μm 以下のある程度小さい場合、形状誤差の傾
斜成分による光軸の傾きの影響は十分小さいとみなせる
ので、形状誤差による曲率Ｃの変化のみを考慮すればよ
い。よって、曲率変化のみに起因する光軸方向の焦点位
置ずれ量Δｆへの影響を考える。
近傍の光学系を取り出したものを図１に示す。１は評価
対象のレンズ、すなわち形状誤差を有するレンズで、ｆ
はそのレンズの焦点距離である。形状誤差のＰＶがおお
よそ１０μm 以下のある程度小さい場合、形状誤差の傾
斜成分による光軸の傾きの影響は十分小さいとみなせる
ので、形状誤差による曲率Ｃの変化のみを考慮すればよ
い。よって、曲率変化のみに起因する光軸方向の焦点位
置ずれ量Δｆへの影響を考える。
【００１２】理想的な設計形状のレンズの光路を考える
場合、形状誤差を有するレンズの光路中に薄肉レンズを
置いた考察が有効である。ｄは理想的設計形状のレンズ
面から焦点位置又は像面までの光路長で、ｓ’は形状誤
差を有するレンズの光路上に薄肉レンズを置いた際の新
たな焦点位置である。ｓ’，ｄ，ｆの関係及び焦点位置
ずれ量Δｆは、近似的に以下のように示すことができ
る。
場合、形状誤差を有するレンズの光路中に薄肉レンズを
置いた考察が有効である。ｄは理想的設計形状のレンズ
面から焦点位置又は像面までの光路長で、ｓ’は形状誤
差を有するレンズの光路上に薄肉レンズを置いた際の新
たな焦点位置である。ｓ’，ｄ，ｆの関係及び焦点位置
ずれ量Δｆは、近似的に以下のように示すことができ
る。
【数式１】
【００１３】ここで、ｎは屈折率、Ｃはレンズの曲率で
ある。従って、設計時に各レンズ面についてレンズ高さ
と焦点又は像面までの光路長ｄの関係を求めておき、評
価対象レンズの形状誤差から部分曲率を求めれば、焦点
位置ずれ量を推定することができる。この処理の流れを
図２に示す。簡単にこの処理について説明すると、まず
従来公知の方法により、評価対象のレンズ面の測定を行
う。それにより得られたデータから形状誤差を求め、あ
るレンズ高さのレンズ面における部分曲率Ｃを算出し、
また、予め理想的設計形状を有するレンズのあるレンズ
高さのレンズ面における焦点または像面までの光路長ｄ
を求めておき、このＣ，ｄおよび屈折率ｎと上記式によ
り、焦点位置ずれ量を推定する。
ある。従って、設計時に各レンズ面についてレンズ高さ
と焦点又は像面までの光路長ｄの関係を求めておき、評
価対象レンズの形状誤差から部分曲率を求めれば、焦点
位置ずれ量を推定することができる。この処理の流れを
図２に示す。簡単にこの処理について説明すると、まず
従来公知の方法により、評価対象のレンズ面の測定を行
う。それにより得られたデータから形状誤差を求め、あ
るレンズ高さのレンズ面における部分曲率Ｃを算出し、
また、予め理想的設計形状を有するレンズのあるレンズ
高さのレンズ面における焦点または像面までの光路長ｄ
を求めておき、このＣ，ｄおよび屈折率ｎと上記式によ
り、焦点位置ずれ量を推定する。
【００１４】次に、形状測定から形状誤差の部分曲率を
求める方法について考える。部分曲率は各レンズ高さに
おいて光束の透過範囲の形状データを抽出し、それを球
面に近似した時の曲率を用いる。また、この時の曲率半
径は有効範囲に比べて大きいので、球面は近似的に放物
線とすることができる。これは円錐断面形状の円錐定数
ｋ＝−１とすることにより、以下に示すようになる。こ
の時の曲率は２次多項式近似の２乗項係数の２倍であ
る。
求める方法について考える。部分曲率は各レンズ高さに
おいて光束の透過範囲の形状データを抽出し、それを球
面に近似した時の曲率を用いる。また、この時の曲率半
径は有効範囲に比べて大きいので、球面は近似的に放物
線とすることができる。これは円錐断面形状の円錐定数
ｋ＝−１とすることにより、以下に示すようになる。こ
の時の曲率は２次多項式近似の２乗項係数の２倍であ
る。
【数式２】 この焦点ずれ量をレンズの評価項目に加えることによっ
て、像面湾曲を直接評価するため、形状誤差のＰＶに公
差を割り当てる場合に比べて歩留まりの向上、鏡面駒の
補正加工回数の低下などに貢献する。
て、像面湾曲を直接評価するため、形状誤差のＰＶに公
差を割り当てる場合に比べて歩留まりの向上、鏡面駒の
補正加工回数の低下などに貢献する。
【００１５】また、本方法で求めた焦点ずれ量を光軸の
方向、主走査方向の軸に対して求め、レンズの１面と２
面の値を和を求めることにより、レンズ自体の焦点ずれ
量を求めるようにしてもよい。このずれを適当な範囲内
に収めれば各面の焦点ずれ量の公差を緩めることがで
き、より有効な評価が可能となる。
方向、主走査方向の軸に対して求め、レンズの１面と２
面の値を和を求めることにより、レンズ自体の焦点ずれ
量を求めるようにしてもよい。このずれを適当な範囲内
に収めれば各面の焦点ずれ量の公差を緩めることがで
き、より有効な評価が可能となる。
【００１６】しかし、前述の方法では測定時にレンズ表
面に付着したゴミ等による異常データの影響を受けやす
く、再現性の高い評価を行うことが難しい。そこで、曲
率が放物線の２次係数の２倍で示されることを用いて部
分曲率を求める方法を示す。任意の関数の特定位置にお
ける２次係数成分を抽出するためには関数の２次導関数
を求め、これを特定の位置において解くことにより求め
られる。従って設計形状からの偏差を全域で多項式近似
し、この２次導関数を求める。求めた２次導関数を各レ
ンズ高さにおいて解き、これを曲率として使用する。多
項式近似次数を適当に選ぶことにより近似関数は形状誤
差に沿った滑らかな曲線として表現されるため、ゴミ等
の異常データの影響を小さくすることができる。
面に付着したゴミ等による異常データの影響を受けやす
く、再現性の高い評価を行うことが難しい。そこで、曲
率が放物線の２次係数の２倍で示されることを用いて部
分曲率を求める方法を示す。任意の関数の特定位置にお
ける２次係数成分を抽出するためには関数の２次導関数
を求め、これを特定の位置において解くことにより求め
られる。従って設計形状からの偏差を全域で多項式近似
し、この２次導関数を求める。求めた２次導関数を各レ
ンズ高さにおいて解き、これを曲率として使用する。多
項式近似次数を適当に選ぶことにより近似関数は形状誤
差に沿った滑らかな曲線として表現されるため、ゴミ等
の異常データの影響を小さくすることができる。
【００１７】上記の方法により、形状誤差の曲率成分に
よる焦点位置ずれ量を求めたが、形状誤差それ自体が薄
肉レンズの主点の光軸方向のシフトとなり、この主点の
シフトがレンズ高さによって変動することにより像面湾
曲を起こす。よって形状誤差を前述の焦点ずれ量に加え
ることにより、より実際の焦点ずれ量に近い焦点ずれ量
を求めることが可能となる。
よる焦点位置ずれ量を求めたが、形状誤差それ自体が薄
肉レンズの主点の光軸方向のシフトとなり、この主点の
シフトがレンズ高さによって変動することにより像面湾
曲を起こす。よって形状誤差を前述の焦点ずれ量に加え
ることにより、より実際の焦点ずれ量に近い焦点ずれ量
を求めることが可能となる。
【００１８】前述のレンズ面から像面までの光路長は、
設計形状データと光線追跡プログラムがあればいつでも
求められるが、評価のたびにこれを演算すると１回の評
価に用いる演算量の大幅な増加をまねく。よってこれを
レンズ高さと光路長の関係を近似的に示す関数のパラメ
ータを保存することにより、演算量を大幅に減らすこと
ができる。複数のポリゴンモータの角度で光線追跡を行
い、この時の評価対象レンズ面高さとレンズ面から像面
までの光路長を求め、これを多項式などの関数で最小二
乗近似する。この近似係数を設計形状の係数といっしょ
に保存しておけば、少ない演算量で任意のレンズ高さに
おける像面までの光路長を求めることができる。
設計形状データと光線追跡プログラムがあればいつでも
求められるが、評価のたびにこれを演算すると１回の評
価に用いる演算量の大幅な増加をまねく。よってこれを
レンズ高さと光路長の関係を近似的に示す関数のパラメ
ータを保存することにより、演算量を大幅に減らすこと
ができる。複数のポリゴンモータの角度で光線追跡を行
い、この時の評価対象レンズ面高さとレンズ面から像面
までの光路長を求め、これを多項式などの関数で最小二
乗近似する。この近似係数を設計形状の係数といっしょ
に保存しておけば、少ない演算量で任意のレンズ高さに
おける像面までの光路長を求めることができる。
【００１９】上記の行程はパーソナルコンピュータやワ
ークステーションの様な汎用の計算機の中でプログラム
を開発することにより実現可能である。よって、汎用の
計算機に上記の行程を実現する機能をプログラムとして
付加することにより、測定データの入力と設計データの
選択をすれば、その後は自動で焦点ずれ量が求められる
ので、これを公差と比較し、製品の評価を行うことがで
きる。
ークステーションの様な汎用の計算機の中でプログラム
を開発することにより実現可能である。よって、汎用の
計算機に上記の行程を実現する機能をプログラムとして
付加することにより、測定データの入力と設計データの
選択をすれば、その後は自動で焦点ずれ量が求められる
ので、これを公差と比較し、製品の評価を行うことがで
きる。
【００２０】この手法による焦点ずれ量の推定は、主走
査方向のみならず、副走査方向にも適応可能である。３
次元輪郭形状測定装置により、主走査断面と複数の副走
査断面の形状を測定し、設計値からの偏差を求め、主走
査方向の評価は前述の方法でおこなう。また副走査方向
の評価は、各副走査断面を球面に近似し、その曲率を求
め、これを前述の式のΔＣとして焦点ずれ量を求める。
実際の光束は光量分布を持っているため、焦点ずれ量に
対応した曲率を求めるためには単なる最小二乗法ではな
く、有効範囲内で重み付き最小二乗近似で曲率を求める
と、さらに推定精度が高まる。
査方向のみならず、副走査方向にも適応可能である。３
次元輪郭形状測定装置により、主走査断面と複数の副走
査断面の形状を測定し、設計値からの偏差を求め、主走
査方向の評価は前述の方法でおこなう。また副走査方向
の評価は、各副走査断面を球面に近似し、その曲率を求
め、これを前述の式のΔＣとして焦点ずれ量を求める。
実際の光束は光量分布を持っているため、焦点ずれ量に
対応した曲率を求めるためには単なる最小二乗法ではな
く、有効範囲内で重み付き最小二乗近似で曲率を求める
と、さらに推定精度が高まる。
【００２１】また、レンズ面形状の評価装置に焦点ずれ
量をグラフとして表示する機能を備えるようにすれば、
操作者が目視によりずれ量を把握でき、より迅速で正確
なレンズ評価が可能となる。
量をグラフとして表示する機能を備えるようにすれば、
操作者が目視によりずれ量を把握でき、より迅速で正確
なレンズ評価が可能となる。
【００２２】
【発明の効果】本発明の構成によれば、形状誤差から焦
点ずれ量を推定することができ、これを基にレンズの評
価が可能となる。これにより、形状誤差のＰＶがある程
度あっても、焦点ずれ量が目標を達成していればその光
学特性としてのレンズ性能が保証でき、歩留まりの向
上、鏡面駒の補正加工回数の減少により、レンズの生産
コストを少なくすることが可能である。また、設計形状
からの偏差を多項式に近似し２次導関数の値を求めるよ
うにしたので、測定時のゴミ等による異常データの影響
が低減できる。また、形状誤差の部分曲率による焦点位
置ずれ量と形状誤差の和をとり、総合焦点ずれ量を求め
るようにしたので、より精度良く焦点ずれ量が推定でき
る。また、光路算出行程において、レンズ高さと光路量
との関係を多項式近似関数により近似したので、評価時
の演算量が低減でき、演算時間が短縮される。また、汎
用の輪郭形状測定装置が利用でき、その測定データよ
り、形状の評価が行える。また、測定以外の全ての機能
がソフトウエアで実現されているため、評価時間を優先
したり、装置のコストを優先するといった種々の選択が
できる。また、グラフとして表示機能を備えたので、操
作者が目視により焦点ずれ量を把握でき、より迅速で正
確なレンズ評価が可能となり、歩留まりの向上、生産コ
スト低減に寄与する。また、汎用の３次元形状測定装置
が利用でき、測定した形状データから、主走査方向に加
え副走査方向の焦点ずれ量も評価することが可能とな
る。主走査方向と副走査方向の焦点ずれ量の差は非点収
差となり、像面でのスポット径を太らせるなどの悪影響
をあたえるので、これが評価できることは非常に重要で
ある。
点ずれ量を推定することができ、これを基にレンズの評
価が可能となる。これにより、形状誤差のＰＶがある程
度あっても、焦点ずれ量が目標を達成していればその光
学特性としてのレンズ性能が保証でき、歩留まりの向
上、鏡面駒の補正加工回数の減少により、レンズの生産
コストを少なくすることが可能である。また、設計形状
からの偏差を多項式に近似し２次導関数の値を求めるよ
うにしたので、測定時のゴミ等による異常データの影響
が低減できる。また、形状誤差の部分曲率による焦点位
置ずれ量と形状誤差の和をとり、総合焦点ずれ量を求め
るようにしたので、より精度良く焦点ずれ量が推定でき
る。また、光路算出行程において、レンズ高さと光路量
との関係を多項式近似関数により近似したので、評価時
の演算量が低減でき、演算時間が短縮される。また、汎
用の輪郭形状測定装置が利用でき、その測定データよ
り、形状の評価が行える。また、測定以外の全ての機能
がソフトウエアで実現されているため、評価時間を優先
したり、装置のコストを優先するといった種々の選択が
できる。また、グラフとして表示機能を備えたので、操
作者が目視により焦点ずれ量を把握でき、より迅速で正
確なレンズ評価が可能となり、歩留まりの向上、生産コ
スト低減に寄与する。また、汎用の３次元形状測定装置
が利用でき、測定した形状データから、主走査方向に加
え副走査方向の焦点ずれ量も評価することが可能とな
る。主走査方向と副走査方向の焦点ずれ量の差は非点収
差となり、像面でのスポット径を太らせるなどの悪影響
をあたえるので、これが評価できることは非常に重要で
ある。
【図１】はあるポリゴンモータ回転角に対応する光束近
傍の光学系を取り出した際の概念図である。
傍の光学系を取り出した際の概念図である。
【図２】は焦点位置ずれ量推定フローチャート図であ
る。図１〜図２における符号の説明 １・・・・・・・・・・・・形状誤差を有するレンズ ２・・・・・・・・・・・・薄肉レンズ ｆ・・・・・・・・・・・・形状誤差を有するレンズの
焦点距離 ｄ・・・・・・・・・・・・理想的設計形状のレンズ面
から焦点位置又は像面までの光路長 ｓ’・・・・・・・・・・・新たな焦点位置
る。図１〜図２における符号の説明 １・・・・・・・・・・・・形状誤差を有するレンズ ２・・・・・・・・・・・・薄肉レンズ ｆ・・・・・・・・・・・・形状誤差を有するレンズの
焦点距離 ｄ・・・・・・・・・・・・理想的設計形状のレンズ面
から焦点位置又は像面までの光路長 ｓ’・・・・・・・・・・・新たな焦点位置
Claims (6)
- 【請求項１】設計値での各レンズ高さにおける像面又は
焦点位置までの光路長を求める光路長算出行程と、輪郭
形状測定を行う形状測定行程と、設計形状からの偏差を
求める形状誤差抽出行程と、設計形状からの偏差から各
レンズ高さにおける部分曲率を求める部分曲率演算行程
と、任意のレンズ高さにおける像面までの光路長、レン
ズ材料の屈折率、部分曲率の値より焦点ずれ量を求める
焦点ずれ推定行程からなることを特徴とするレンズ面形
状の評価方法。 - 【請求項２】前記部分曲率演算行程が、設計形状からの
偏差を多項式に近似し、その２次導関数の値を求めるこ
とを特徴とする請求項１記載のレンズ面形状の評価方
法。 - 【請求項３】前記焦点ずれ量推定行程が、形状誤差の部
分曲率による焦点位置ずれ量と形状誤差の和をとり、こ
れを総合焦点ずれ量として出力、評価することを特徴と
する請求項１記載のレンズ面の評価方法。 - 【請求項４】前記光路長算出行程が、複数の偏向角度
で、像面または焦点位置までの光路長を求め、評価対象
レンズのレンズ高さと光路量との関係を多項式等の近似
関数に近似し、近似関数の係数を保存することを特徴と
する請求項１記載のレンズ面形状の評価方法。 - 【請求項５】測定データ処理用演算装置と、表示装置よ
り為り、測定データ処理用演算装置が、輪郭形状測定装
置の形状測定結果を入力する測定データ入力機能と、光
路長算出機能と、形状誤差抽出機能と、部分曲率演算機
能と、焦点ずれ推定機能と、焦点ずれ量をグラフとして
表示装置に表示する評価結果表示機能を持つことを特徴
とするレンズ面形状の評価装置。 - 【請求項６】測定データ処理用演算装置と、表示装置よ
り為り、測定データ処理用演算装置が、３次元輪郭形状
測定装置の形状測定結果を入力する測定データ入力機能
と、光路長算出機能と、形状誤差抽出機能と、主走査部
分曲率演算機能と、主走査焦点ずれ推定機能と、焦点ず
れ量をグラフとして表示装置に表示する主走査評価結果
表示機能と、副走査部分曲率演算機能と、副走査焦点ず
れ推定機能と、副走査評価結果表示機能を持つことを特
徴とするレンズ面形状の評価装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000001850A JP2001194266A (ja) | 2000-01-07 | 2000-01-07 | レンズ表面形状の評価方法及び評価装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000001850A JP2001194266A (ja) | 2000-01-07 | 2000-01-07 | レンズ表面形状の評価方法及び評価装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001194266A true JP2001194266A (ja) | 2001-07-19 |
Family
ID=18531031
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000001850A Pending JP2001194266A (ja) | 2000-01-07 | 2000-01-07 | レンズ表面形状の評価方法及び評価装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001194266A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6778940B2 (en) * | 2000-05-01 | 2004-08-17 | Ricoh Company, Ltd. | Estimation of the configuration of an optical element for an optical writing device |
| KR101462890B1 (ko) * | 2013-09-02 | 2014-11-20 | 에스엔유 프리시젼 주식회사 | 프레넬 렌즈 형상을 갖는 렌티큘러 렌즈의 형상 측정방법 |
| WO2017061162A1 (ja) * | 2015-10-09 | 2017-04-13 | Hoya株式会社 | 光学素子の評価値算出方法、評価値算出プログラム及び評価値算出装置 |
-
2000
- 2000-01-07 JP JP2000001850A patent/JP2001194266A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6778940B2 (en) * | 2000-05-01 | 2004-08-17 | Ricoh Company, Ltd. | Estimation of the configuration of an optical element for an optical writing device |
| KR101462890B1 (ko) * | 2013-09-02 | 2014-11-20 | 에스엔유 프리시젼 주식회사 | 프레넬 렌즈 형상을 갖는 렌티큘러 렌즈의 형상 측정방법 |
| WO2017061162A1 (ja) * | 2015-10-09 | 2017-04-13 | Hoya株式会社 | 光学素子の評価値算出方法、評価値算出プログラム及び評価値算出装置 |
| CN108139294A (zh) * | 2015-10-09 | 2018-06-08 | Hoya株式会社 | 光学元件的评价值计算方法、评价值计算程序以及评价值计算装置 |
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