JP2001281101A - 空間分解能により屈折力を決定するための装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡潔な構造を有し、短い測定時間で空間分解
能に関し最高の精度を実現できる光学要素を空間分解能
により決定する装置。 【解決手段】 光学要素（１）の屈折力分布を空間分解
能により決定する装置。拡がりのある光束（３）により
光学要素（１）を照射するための光源ユニットと、第１
の数量の光束を生じさせる光線変換器（５）と、空間分
解能のある検出器（１１）と、演算ユニットとを備えて
いる。光線変換器（５）の前又は後方に制御可能なマニ
ピュレータ（７）が配置されている。光線変換器（５）
とマニピュレータ（７）は、第２の数量の光束（２２
１）に対してのみ透過性があり、第２の数量は第１の数
量よりも小さく、しかし１よりも大きい。装置の測定原
理は、ハルトマンの波面センサの測定原理に対応してい
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、光学要素の屈折力
分布を空間分解能により決定するための装置および方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】眼科光学においては、プログレッシブレ
ンズ（累進多焦点レンズ）の使用が増えている。プログ
ロッシブレンズは、局部的に異なる複数の面屈折値を有
しており、異なる領域の間の移行部は連続的である。た
とえば欧州特許公開第００３９４９７号公報から知られ
ているこの種のレンズでは、その面の少なくとも１つは
回転対称な構成とは異なっている。

【０００３】このような非球面レンズの品質検査では、
ハルトマン方法が実用的であるように思われる。なぜな
ら、たとえばスキャンヘッドを用いた機械的測定方法或
いは干渉計による検査のような他の方式は時間を要し、
高価であり、或いは位置調整が困難だからである。

【０００４】１９００年に提唱されたJ. Hartmannの焦
点外方式では、被検査対象物である光学要素の直前に、
光軸に対し対称に設けられた小さな穴を備える絞りが装
着されている。穴の間隔を変えて光学要素の焦点面の前
後で２回測定を行なうことにより、焦点距離と球面収差
を決定することができる。

【０００５】ハルトマンの対物レンズ検査は、たとえば
ドイツ連邦共和国特許公開第３３１８２９３Ａ１号公報
から知られている。

【０００６】D. Malacara, Optical Shop Testing, Ka
p. 10I. Ghozeil, Hartmann and Other Screen Tests
第３２３頁以降、Wiley New York発行、１９７８年に
は、ハルトマンテストの変形例が示され、評価理論も説
明されている。

【０００７】OPTICAL ENGENEERING、 第３１巻、No.
7、１９９２年７月、BELLINGHAM, WA,US発行、第１５５
１−１５５５頁、XP289274のD. Malacara その他著、"
Testing and centering of lenses by means of a hart
mann test with four holes"には、ハルトマンテストを
簡潔にした変形例が説明されている。この場合、アパー
チャープレートは４個の光束しか生じさせない。この測
定構成は、空間分解能が小さすぎるので、眼鏡レンズの
測定には使用できない、

【０００８】ハルトマン方法をベースにした眼鏡レンズ
の品質検査用の測定器は、国際特許出願公表ＷＯ９５／
３４８００（米国特許第５８２５４７６号明細書）から
知られている。１つのアパーチャープレートとレンズア
レイにより、被検査対象である波面が個々の光束に分解
される。これらの光束はピントガラス上に強度分布を生
じさせる。縮小作用を行なう中間結像部を介して強度パ
ターンがＣＣＤカメラにより撮影される。被検査対象物
であるレンズの屈折力分布は、下流側に配置された演算
ユニットを用いてＣＣＤ画像の分析から得られる。ピン
トガラスの使用により、アパーチャープレートまたはレ
ンズアレイによって生じる強度ピークのピントと評価精
度が低下する。また、ピントガラスが検出器に縮小して
中間結像されるので、付加的な測定誤差も生じる。

【０００９】光路内に、コード化された種々の多数の穴
を配置した波面測定は、欧州特許第０４６６８８１Ｂ１
号公報に記載されている。複数の測定から一致した測定
結果を得るためには、光路内を前進可能なアパーチャー
プレートの安定性および位置調整に対する要求が非常に
高度である。測定精度を向上させるには、アパーチャー
プレートを前進させるたびに校正測定が必要である。こ
の測定装置は、合焦光学系と、この合焦光学系の焦点面
近傍に配置される、空間分解能のある検出器とを有して
いるが、被検査対象である波面へ悪影響しないようにす
るには、合焦光学系は綿密に修正されていなければなら
ない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の課題
は、光学要素を空間分解能により決定するための装置に
おいて、簡潔な構造を有し、短い測定時間で空間分解能
に関し最高の精度を実現できるように構成することであ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の課題は、拡がりの
ある光束により光学要素を照射するための光源ユニット
と、第１の数量の光束を生じさせるための光線変換器
と、空間分解能のある検出器と、演算ユニットとを備え
た前記装置であって、光線変換器の前方または後方にマ
ニピュレータが配置されていること、マニピュレータが
制御可能であること、光線変換器とマニピュレータの組
み合わせが、第２の数量の光束に対してのみ透過性があ
り、第２の数量が第１の数量よりも小さく、しかし１よ
りも大く、を特徴とする装置、および光学要素を拡がり
のある光束で照射し、第１の数量の光束を生じさせ、第
１の数量の光束を第２の数量の光束へ減少させ、この場
合第２の数量が１よりも大きく、空間的に分離された強
度ピークを空間分解能のある検出器で検出し、この場合
空間的に分離された強度ピークの数量が前記光束の数量
に等しく、光学要素の屈折力分布を演算ユニットで算出
することを特徴とする方法により解決される。本発明の
有利な構成は、従属項の特徴から明らかである。

【００１２】これによれば、本発明による装置は、光源
ユニットと、光線変換器と、制御可能なマニピュレータ
と、空間分解能のある検出器と、演算ユニットとを有し
ている。光源ユニットは、たとえば上流側にアパーチャ
ープレートを備えたレーザー光源または加熱ランプのよ
うな光源と、被検査対象物である光学要素を照射する広
がりのある光束を生じさせるための反射要素および／ま
たは屈折要素とを含んでいる。被検査対象物である光学
要素は局所的に光束の拡がりに影響を及ぼす。この影響
は光線変換器とマニピュレータの組み合わせにより測定
可能である。

【００１３】光線変換器は第１のアパーチャープレート
またはレンズアレイであってよい。この光線変換器によ
り第１の数量の光束を生じさせる。アパーチャープレー
トは、入射する光束から穴の数量に対応して光束を切り
取る。レンズアレイの各レンズ（たとえばマイクロレン
ズから形成される）は入射光線を合焦させて、個々の光
束を生じさせる。各光束の光線は、被検査対象物である
光学要素の、光線が貫通した領域を表わしている。それ
ゆえ、個々の光束の延在態様から、被検査対象物である
光学要素の屈折力分布を逆算することができる。光束が
空間分解能のある検出器にあたると、いくつかのガウス
状の強度ピークが発生し、その重心位置が下流側に配置
された演算ユニットの評価ロガリズムにより決定され
る。既知である光束の生成個所および検出個所により、
被検査対象物である光学要素の屈折力分布を決定するこ
とができる。評価ロガリズムは、たとえば前記Malacara
の刊行物および引用した文書のものを採用する。

【００１４】被検査対象物である光学要素の屈折力が局
部的に正の高い屈折力であることにより個々の光束が重
畳するのを避けるため、光束の数量を減らすマニピュレ
ータが設けられている。このマニピューレータは、交換
可能な第２のアパーチャープレート、電子光学的シャッ
ターマスク、たとえばＬＣＤ(Liquid Crystal Device)
スクリーン、または個々のマイクロミラーを交換可能な
マイクロミラーアレイ、たとえばTexas Instrumentsの
ものであってよい。この制御可能なマニピュレータによ
り、屈折力分布が局所的に変化するために光束が交差し
ないよう光束を選定することが可能である。前記制御と
は、アパーチャープレートを使用する場合はアパーチャ
ープレートの交換であり、ＬＣＤスクリーンの場合は個
々のピクセルの透明／不透明切換えであり、マイクロミ
ラーアレイの場合は個々のミラーの選択的方向調整であ
る。制御可能な第２のマニピュレータを用いると、たと
えば眼鏡レンズの、特にプログレッシブ眼鏡レンズの全
生産ラインを±１２ｄｐｔの範囲で識別することが可能
である。

【００１５】光線変換器とマニピュレータの順番は、マ
ニピュレータの構成によって決定されている。マニピュ
レータを光線変換器の前に取り付けることが可能であ
る。マニピュレータと光線変換器の間には、マニピュレ
ータを光線変換器に拡大または縮小して結像するための
ミラー、レンズ等の光学要素が設けられていてよい。

【００１６】第１および第２のアパーチャープレートを
光線変換器およびマニピュレータとして使用する場合、
両アパーチャープレートが直接連続しているのが好まし
い。第１のアパーチャープレートの穴配置は、第１のア
パーチャープレートの各穴から出る各光束が検出器内に
分解可能な信号を発生させるように検出器に適合してい
るのが有利である。被検査対象物である光学要素がなく
且つマニピュレータがない場合の最小穴間隔は、最大に
可能な数量の光束が空間的に分離されて検出器にあたる
ように決定される。

【００１７】光学要素を円形領域または長方形領域内で
検査する必要がある場合は、第１のアパーチャープレー
トの穴間隔は円形領域の径または長方形領域の短辺のた
かだか１／３０、有利には１／５０である。有利な穴間
隔は１ｍｍと２ｍｍの間の範囲にある。第１のアパーチ
ャープレートの穴は、たとえば行列格子のような規則的
な格子上に配置されていてよいが、或いは１つの穴から
隣の穴までの穴間隔が等しくない格子上に配置されてい
てもよい。近距離用部分と遠距離用部分とを備えたプロ
グレッシブレンズを識別する際には、たとえば近距離用
部分内部の穴密度を高くすることにより、穴配置は屈折
力分布に適合せしめられる。

【００１８】被検査対象物である光学要素は、その屈折
力分布のために、強度ピークが重畳することがある。こ
のため、マニピュレータにより光束の数量を減少させ
る。第２のアパーチャープレートの穴密度は、被検査対
象物である光学要素の屈折力分布に個別に適合してい
る。このことは、たとえば正の球形レンズの場合には、
第１のアパーチャープレートによって生じた光束のうち
それぞれ１つおき（または２つおき）の光束だけが検出
器に到達することを意味している。プログレッシブレン
ズの場合には、第２のアパーチャープレートの穴密度が
局所的に屈折力分布に適合しているのが有利であり、よ
って規則的でないのが有利である。

【００１９】高空間分解能で測定時間を短縮させるに
は、空間的に分離された多数の光束が検出器にあたって
評価されるのが有利である。理想的には、１００個以上
の光束が評価に関与する。

【００２０】検出器上での強度ピークを個別に分解でき
るようにするため、個々の光束を光線変換器によって空
間的に境界づけるのが有利である。第１のアパーチャー
プレートの各穴は、この第１のアパーチャープレートに
あたる光束から円形の光束を切り取る。穴径は０．２ｍ
ｍと０．３ｍｍの間に選定するのが好ましい。

【００２１】マニピュレータは、光束を選定し減少させ
るために用いるのが有利であり、光線を制限するために
は用いられない。マニピュレータが光線変換器の後に配
置されている場合は、光束はすでに光線変換器によって
整形されてマニピュレータを貫通するか、或いは全体と
して周辺減光している。マニピュレータが光線変換器の
前に配置されている場合は、マニピュレータはまず光束
を生じさせ、制限するが、しかしこのような光束は通常
径が大きすぎる。これに続く光線変換器が光束を所望の
径に制限する。

【００２２】光線変換器およびマニピュレータに対し第
１および第２のアパーチャープレートを使用する場合、
第１のアパーチャープレートの穴は光束の大きさを決定
する。第２のアパーチャープレートは選択するだけなの
で、その第２のアパーチャープレートの穴の径を比較的
大きく選定することができる。有利には、第１のアパー
チャープレートの穴の少なくとも２倍の大きさであるの
がよい。これには、両アパーチャープレートが第１およ
び第２のアパーチャープレートの穴径の差だけ互いにず
れていることができ、しかもこれが測定結果に悪影響を
与えないという利点がある。第２のアパーチャープレー
トを交換する際には、位置決め精度が有限の値を持って
いること、たとえば第１のアパーチャープレートの穴の
穴径に相当する値を持っているのが好ましい。光束を発
生させ選択するという２つの段階に分割することによ
り、測定構成を簡潔にして、屈折力の変動が大きい光学
要素を迅速且つフレキシブルに識別できる。

【００２３】第２のアパーチャープレートの穴配置を被
検査対象物である光学要素に適合させることができるよ
うにするには、第２のアパーチャープレートを交換させ
ることのできるモジュールを使用するのが好ましい。こ
れはたとえば回転可能に支持されるディスクであり、そ
の周囲に複数個の第２のアパーチャープレートが配置さ
れ、その際それぞれのアパーチャープレートは光路内に
ある。光路に対し垂直に配置されているディスクを回転
させることにより、異なる第２のアパーチャープレート
を光路内へ持ちきたすことができる。他の可能な実施の
態様は変位装置である。第２のアパーチャープレートを
備蓄する備蓄マガジンであってもよく、この場合はロボ
ットアームを介して交換を行なう。

【００２４】連続検査用の測定装置を使用できるように
するには、被検査対象物である光学要素を交換するため
のモジュール、たとえばロボットが設けられているのが
有利である。

【００２５】光束が光線変換器を通過後、回折拡がり部
にいたるまで照準されて延在するようにするには、ほぼ
点状の光源を使用するのが有利である。これは、たとえ
ば熱的な光源の後にアパーチャープレートを設けること
により達成される。光源拡散度が小さなレーザー光源で
もこの特性を満たす。

【００２６】評価を容易にするため、光線変換器はほぼ
平面的な波で照射される。この場合、被検査対象物であ
る光学要素が光路から取り出されていれば、光束は光線
変換器と検出器の間において互いに平行に回折拡がり部
に至るまで延在する。これにより、光線変換器の穴配置
を校正のために使用することができる。

【００２７】特に好都合な測定装置の構成は、光線変換
器とマニピュレータとの間、及び光線変換器と検出器と
の間に他の透過性光学要素が光路内に設けられていない
ことである。光束は、収差のある中間結像部による影響
を受けることなく、光線変換器から検出器まで直線状に
伝播する。それゆえ、光源のエラーは最小限に押さえら
れている。これは特にほぼ平面的な波で照射する場合に
好都合である。なぜなら、この場合第１のアパーチャー
プレートの穴配置を直接リファレンスとして使用できる
からである。

【００２８】中間結像部のない構成は、拡がりに関し光
学要素の被検査領域に適合しているような空間分解能の
ある検出器を必要とする。７０ｍｍの径を持った眼鏡レ
ンズを識別する場合、空間分解能のある検出器も同様に
７０ｍｍの径、或いはそれ以上の径を持っているのが好
ましい。測定範囲全体をカバーするこの種の検出器を使
用できない場合は、測定範囲全体にわたって検出器を走
査してもよい。また、ラインに対し垂直に走査されるラ
イン型検出器を使用してもよい。

【００２９】検出器にゴースト像が生成されないように
するには、光線変換器とマニピュレータに、光源の使用
される波長範囲に対し反射防止コーティングを施すのが
有利である。アパーチャープレートを使用する場合は、
個々の穴の間の領域を黒色化し、透過性の穴に反射防止
膜を備えさせるのが好ましい。

【００３０】本発明は、光学要素の屈折力分布を空間分
解能により決定するための方法にも関する。この場合、
光源と空間分解能のある検出器の間にある光学要素は、
被検査対象物である光学要素の前方または後方において
第１の数量の光束に分割される、拡がりのある光束で照
射される。第１の数量の光束は、検出器により空間的に
分離された強度ピークが検出されるように第２の数量に
減少させられ、強度ピークの数量が第２の数量に対応し
ているのが有利である。検出器上での強度ピークの分布
から、被検査対象物である光学要素の屈折力分布が決定
される。

【００３１】第１の数量の光束の減少は、マニピュレー
タを用いて行なわれる。マニピュレータとしては、たと
えば交換可能なアパーチャープレートを使用することが
できる。マニピュレータの代わりに、電子光学的シャッ
ターマスクまたは制御可能なマイクロミラーアレイを使
用してもよい。

【００３２】光学要素を交換するためのモジュールを設
けると、光学要素、たとえばプログレッシブ眼鏡レンズ
の連続検査を簡単に実現できる。光学要素は光路内へ挿
入され、その際演算ユニットが光学要素に特有の信号を
得る。たとえば、スキャナーが光学要素の保持部のバー
コードを読み取る。この信号により、演算ユニットがフ
ァイルされている目標屈折力分布を光学要素に割り当て
ることが可能になる。目標屈折力分布に基づいて演算ユ
ニットはマニピュレータの制御を決定する。この決定が
意味するところは、たとえば、適切なアパーチャープレ
ートを光路内へ持ちだすこと、或いは、電子光学的シャ
ッターマスクの個々のピクセルを不透明に切換えるこ
と、或いは、マイクロミラーにより個々の光束を偏移さ
せて、光束が検出器に到達しないようにすることであ
る。マニピュレータにより、検出器上の強度ピークを空
間的に分離して検出できるように、第１の数量の光束を
第２の数量に減少させることができる。この強度ピーク
から、光学要素の実際の屈折力分布を決定することがで
きる。もし実際の屈折力分布が目標屈折力分布から所定
の許容差以上ずれている場合には、光学要素を公差外の
ものと特定する。光学要素を後加工するために差分布を
使用してもよい。

【００３３】光学要素が正の大きな屈折力を有している
と、検出器上の強度ピークが重畳しやすくなる。それゆ
え、光束の数量を減少させねばならない。他方、光束を
減少させることにより空間分解能と測定精度が低下す
る。光学要素を高空間分解能で識別することができるよ
うにするには、光束の種々異なる配置で光学要素を評価
するのが有利である。これはマニピュレータを制御する
ことにより簡単に実現できる。

【００３４】本発明により、高解像度で簡単に光学要素
の屈折力分布を決定できる測定装置と測定方法を提供す
ることができた。ハルトマンの方法に従って、屈折力分
布が異なる複数の光学要素の幅広のスペクトルを識別す
るためには、光束の数量と位置を変えることができるの
が望ましい。各測定の前に新たな校正を行なう必要がな
いようにするため、本発明は、光束の生成と選択を２つ
のステップで行なうことを提案するものである。これ
は、光線変換器とマニピュレータを組み合わせることに
より達成された。光線変換器は、かなり制限された光束
の固定配置を生じさせる。マニピュレータを介して光束
の連結、切り離しをすることができる。

【００３５】

【発明の実施の形態】次に、本発明を図面を用いて詳細
に説明する。図１には、波面測定器用の本発明の１つの
実施の形態が図示されている。光学要素１、たとえば眼
鏡レンズは、平行な光束３によって照射される。平行な
光束３はｚ方向に平行に延びている。放射方向において
光学要素１の後方に配置されている第１のアパーチャー
プレート５は、この第１のアパーチャープレートの穴か
ら出る第１の数量の光束を生じさせる。穴の密度がより
小さく、個々の穴の径がより大きい第２のアパーチャー
プレート７は、第１の数量の光束を第２の数量の光束に
減じる。第１のアパーチャープレート５が光束を生じさ
せるのに対し、第２のアパーチャープレート７により光
束の選択が行なわれる。第２のアパーチャープレート７
は交換可能であり、および／またはアパーチャープレー
ト面内で変位可能であるので、前記選択は被検査対象物
である光学要素１の屈折力分布に適合させて行なうこと
ができる。第２のアパーチャープレート７を交換および
／またはｘ方向とy方向に変位させるためのモジュール
９を二重矢印で示唆的に示した。第２のアパーチャープ
レート７は穴径がより大きいため、その位置決め精度に
対する要求は低い。

【００３６】第２の数量の光束は検出器１１に入射し、
そこで同数の強度ピークを発生させる。この場合、第２
のアパーチャープレート７の穴の配置は、強度ピークが
検出器１１の入射面上に空間的に分離して存在するよう
に選定される。１つの強度ピークの位置は、偏向のない
場合の位置、すなわち光学要素１がない場合の位置に比
べると、この強度ピークを発生させる光束の貫通点にお
ける光学要素１の局所的屈折力を表わす量である。

【００３７】検出器１１のサイズは、約５０mmの径を持
った被測定場が完全にカバーされるように選定されてい
る。これに対応する大きな面積のＣＣＤ検出器１１は最
近になって市場で入手可能になり、少なくとも２０００
×２０００個のピクセルを含んでいる。瞬間的には、最
大ピクセル数はほぼ４０００×７０００点であり、これ
はほぼ４８ｍｍ×８４ｍｍの面積の検出器に対応してい
る。この種のＣＣＤ検出器１１はフィリップス社のもの
が市場で入手できる。

【００３８】特に光学要素１（たとえば眼鏡レンズ）が
大きな正のジオプトリック値を持っている場合、検出器
１１の入射面上での強度ピークは、これら強度ピークが
個々に分解できないように観察される。従来の測定器の
場合、ほぼ１０ｄｐｔでこの限界に達する。

【００３９】いま、第２の光束のそれぞれを第２のアパ
ーチャープレート７によって絞ると、検出器１１上にあ
るすべての強度ピークを再び分離させることができる。
この第２のアパーチャープレート７をモジュール９を用
いて水平方向および鉛直方向に変位させることにより、
別の測定ステップにおいて、それ以前に絞られた強度ピ
ークの偏向が検出される。これによって全測定時間は４
倍になるが、それでも１分以下の時間である。個々の光
点を絞ることは、第２のアパーチャープレート７の寸法
安定度および位置決め精度に関し高度な要求はされな
い。測定精度は、光学要素１、第１のアパーチャープレ
ート５および検出器１１の位置決め精度および安定した
状態だけに依存しているにすぎない。

【００４０】図１の第２のアパーチャープレート７の代
わりに、電子光学的シャッターマスク、たとえばＬＣＤ
スクリーンを使用してもよい。光束は第１のアパーチャ
ープレート５により配置と拡がりに関し決定され、他方
電子光学的シャッターマスクにより、貫通する光束の数
量だけが制御される。この場合、電子光学的シャッター
マスクの個々のピクセルの透過領域の大きさは、第１の
アパーチャープレート５の穴の大きさよりも大きい必要
がある。電子光学的シャッターマスクの利点は、各ピク
セルが個別に制御され、したがって光束の配置を任意に
制御できる点にある。また、電子光学的シャッターマス
クを使用すると、プレートの配置の迅速な変更とその都
度の被測定光学要素１への迅速な適合という可能性も理
想的に達成される。

【００４１】図２は、測定構成の原理を側面図で示した
略図である。図２において、図１の構成要素に対応する
構成要素には、図１の符号に２００をプラスしている。
これらの構成要素の説明に関しては、図１の説明を参照
してもらいたい。光源２１３として、アパーチャープレ
ート２１５を下流側に備えたハロゲンランプが設けられ
ている。照明光学系２１７はほぼ平行な光束２０３を生
じさせる。したがって、被検査対象物である光学要素２
０１、たとえば眼鏡レンズは、ほぼ平面波によって照射
される。光学要素２０１の後には、第１の数量の光束２
１９を生じさせるための第１のアパーチャープレート２
０５が続いている。この定性的な例では、７本の光束２
１９が図示されている。第２のアパーチャープレート２
０７により、第１の数量の光束２１９は第２の数量の光
束２２１に減らされ、図示の例では３本の光束２２１に
減らされる。第２のアパーチャープレート２０７の穴の
間隔ｒ₂は、第１のアパーチャープレート２０５の穴の
間隔ｒ₁の２倍である。光束２２１は、正の屈折力を持
った光学要素２０１に対しては、焦点距離ｆの間隔で位
置する焦点２２３へ収束する。第１のアパーチャープレ
ート２０５から間隔ａ _Sをおいて空間分解能のある検出
器２１１、たとえばＣＣＤカメラが取り付けられ、その
入射面上に第２の数量のアパーチャープレート２２１は
ガウス状の強度ピーク２２５を生じさせる。

【００４２】最大に可能な測定範囲は、 −光学要素２０１の屈折力Ｄ −第２のアパーチャープレート２０７の穴の間隔ｒ₂に
よって与えられている、光束２２１の間隔ｒ₂ −検出器２１１の入射面上での強度ピーク２２５の間隔
ｂ_S −第１のアパーチャープレート２０５と検出器２１１の
間隔ａ_Sに依存しているが、この最大に可能な測定範囲
を算出するため、以下の式 Ｄ＝（ｒ₂−ｂ_S）／（ａ_S・ｒ₂）・１０００・ｄｐｔ／
ｍｍ が与えられている。ここで、 Ｄ＝光学要素２０１のジオプトリー値 ｒ₂＝第２のアパーチャープレート２０７の穴の間隔
（単位ｍｍ） ｂ_S＝強度ピーク２２５の間隔（単位ｍｍ） ａ_S＝第１のアパーチャープレート２０５と検出器２１
１との測定間隔（単位ｍｍ） である。

【００４３】２本の光束の延在態様を観察すると、中央
の光束はアパーチャープレート２０７の中央の穴とその
次の穴の一方を通過する。測定範囲の制限は、検出器表
面２１１上での強度ピーク２２５が最小間隔ｂ_Sに維持
されることにより、２つの強度ピーク２２５が別々に分
解できるように与えられている。強度ピーク２２５の径
が０．５ｍｍで、ピークエッジの所定最小間隔が０．１
ｍｍであるとすると、強度ピーク２２５の間隔はｂ_S＝
０．６ｍｍである。測定間隔ａ_Sが典型値のａ_S＝５０ｍ
ｍで、両アパーチャープレートを通過した後の光束の間
隔がｒ₂＝１．０ｍｍである場合、上記の式に従えば、
測定範囲限界値は８ｄｐｔである。

【００４４】第２のアパーチャープレート２０７を用い
て絞ることにより光束２２１の間隔を２倍の値に変化さ
せると、測定範囲はすでに１４ｄｐｔへ増大する。

【００４５】表１は、光束２２１の３つの異なる間隔ｒ
₂に対する測定範囲の限界を示している。

【表１】 第２のアパーチャープレート２０７を用いて個々の光束
２２１の間隔を適宜増大させれば、２５ｄｐｔ以上のか
なり大きなジオプトリー値さえも検出することができ
る。第１のアパーチャープレート２０５は光路内の基準
として設けられているので、新たに修正することなく個
々の光束２２１の間隔を変化させることができる。

【００４６】図３は、第１のアパーチャープレート３０
５の実施の形態を示している。わかりやすくするため、
穴３２７は誇張して大きく図示されており、また穴３２
７はその一部だけを示した。典型的には、第１のアパー
チャープレート３０５は３０×３０個の穴３２７を有し
ている。第１のアパーチャープレート３０５を、典型的
な形態の眼鏡レンズとともに使用できるようにするに
は、第１のアパーチャープレートの拡がりは７０ｍｍ×
７０ｍｍまたはそれ以上である必要がある。最適な格子
間隔ｒ₁は１ｍｍと２ｍｍの間である。光の回折に関し
最適な穴径ｄ₁は、以下の式から明らかなごとく、０．
２ｍｍと０．３ｍｍの間である。

【００４７】回折を増大させる強度ピークの限界角度
は、 ρ＝１．２２λ／ｄ₁ によって決定される。ここで、 ρ＝限界角度 ラムダ＝波長 ｄ₁＝第１のアパーチャープレート３０５の穴３２７の
穴径 である。

【００４８】測定間隔ａ_S＝５０ｍｍに対しては、検出
器表面上の強度ピークの径は表２に記載したようにな
る。

【表２】 穴径ｄ₁が小さくなると、回折は強度ピークの径を増大
させる。したがって、５０ｍｍの投射距離に対しては、
検出器表面上の強度ピークの最小径のために最適な穴径
ｄ₁は０．３ｍｍである。

【００４９】反射光線による妨害を回避するため、アパ
ーチャープレートは、穴と穴の間の領域３２９において
黒色化されており、透過ゾーン３２７には、光源から放
射される波長スペクトルλ₀±Δλに対し反射防止膜を
備えている。

【００５０】図４は、第２のアパーチャープレート４０
７の実施の形態を示すもので、図３に図示した第１のア
パーチャープレート３０５に比べて２倍の穴間隔ｒ₂を
有している。すなわち各行において一つごとの光束が通
過する。この第２のアパーチャープレート４０７をその
半分の格子間隔ｒ₂／２だけ水平方向および鉛直方向に
変位させることにより、以下の測定ステップでは、それ
以前に絞られた光束が検出される。第２のアパーチャー
プレート４０７の穴４３１の穴径ｄ₂は重要でない。穴
径ｄ₂は使用する第１のアパーチャープレート３０５の
穴径ｄ₁よりも大きくなければならない。２倍の穴径ｄ₂
＝２・ｄ₁は実用的であることが判明した。第２のアパ
ーチャープレート４０７の穴径ｄ₂はｄ₁＜ｄ₂≦２・ｄ₁
の範囲である必要がある。わかりやすくするため、穴４
３１は大きく図示されており、しかもこれら穴４３１の
一部だけを示した。典型的には、第２のアパーチャープ
レート４０７は１００個以上の穴４３１を有しており、
その結果、対応的に多数の光束が検出器に衝突する。

【００５１】図５には、第１のアパーチャープレート５
０５の他の実施の形態が図示されている。図５におい
て、図３の構成要素に対応する構成要素には同一の符号
に２００をプラスして示した。これらの構成要素の説明
に関しては、図３の説明を参照してもらいたい。この穴
配置は、隣の穴すべてに対し均一な穴間隔ｒ１を有して
いる。これにより、図３に図示したような正方形配置の
場合よりも光学要素の空間的測光をムラなく均一に行な
うことができる。

【００５２】図６には、第１のアパーチャープレート６
０５の他の実施の形態が図示されており、その穴配置は
特に近距離、遠距離用の二焦点眼鏡レンズまたはプログ
レッシブレンズの測定に適している。図６において、図
３の構成要素に対応する構成要素には同一の符号に３０
０をプラスして示した。これらの構成要素の説明に関し
ては、図３の説明を参照してもらいたい。眼鏡レンズの
近距離用部分の領域に対応している関連領域においては
（符号６３３で示した縁取り線によって囲まれてい
る）、他の領域に比べて穴密度が２倍になっている。図
６においては、第１のアパーチャープレート６０５の穴
配置における定性的処置を示すため、穴径を拡大して示
した穴６２７の一部だけを図示した。

【００５３】図６の第１のアパーチャープレート６０５
の場合、近距離用領域６３３の光束が検出器上での強度
ピークを重畳させることが期待される。この場合、第２
のアパーチャープレート６０５により近距離用領域６３
３の個々の光束を絞ることが特に好ましい。それにもか
かわらず、第１のアパーチャープレート６０５によって
生じるすべての光束を用いて高い空間分解能を活用でき
るように、第２のアパーチャープレートの種々の穴配置
による複数の連続測定ですべての光束を検出してもよ
い。これは特に電子光学的シャッターマスクを用いると
特に簡単に実現できる。

【００５４】近距離用部分６３３に対する第１の一定穴
密度と眼鏡レンズの他の領域用の第２の一定穴密度とを
不連続に交替させる以外に、他の実施の形態では、穴密
度が連続的に変化するのが好ましい。たとえば、局所的
な穴密度は屈折力分布に適合されていてよい。屈折力が
高勾配の領域では、たとえば穴密度は高く、屈折力勾配
が小さい領域では穴密度は低く設定される。

【００５５】図７は、本発明による測定器を自動生産管
理に適用した例を示している。図７において、図１の構
成要素に対応する構成要素には同一の符号に７００をプ
ラスして示した。これらの構成要素の説明に関しては、
図１の説明を参照してもらいたい。光学要素７０１、た
とえば眼鏡レンズは、矢印で示唆した走行ベルト７３５
上にあり、ロボットアームにより測定器内へ挿入され
る。光学要素またはそのホールダーは識別部７３７、た
とえばバーコードを備えている。この識別部７３７は読
取り器７３９によって検知され、信号線７４１を介して
信号として演算ユニット７４３、たとえばＰＣまたはワ
ークステーションへ転送される。演算ユニット７４３は
測定過程全体を制御する。演算ユニット７４３内には、
検査対象物である光学要素７０１の目標屈折力分布と、
マガジン７４５に収納されている第２のアパーチャープ
レート７０７の穴配置とがファイルされている。受信し
た信号に基づき、光学要素７０１にはその目標屈折力分
布が割り当てられる。この目標屈折力分布に基づいて演
算ユニット７４３は、保管されている第２のアパーチャ
ープレート７０７から適切な第２のアパーチャープレー
ト７０７を選定する。穴配置が異なる複数個の第２のア
パーチャープレート７０７を使用し、これらのアパーチ
ャープレートを連続的に使用するようにしてもよい。第
２のアパーチャープレート７０７をたとえばロボットア
ーム７４７またはオリフィスホーイルを用いて光路内へ
位置決めしたあと、光学要素７０１の測定に引き続いて
実際の屈折力分布の演算を行なう。目標屈折力分布と実
際の屈折力分布との差に基づいて光学要素７０１を所定
の許容差に従って演算ユニットにより評価することがで
きる。

【００５６】第２のアパーチャープレート７０７の代わ
りに電子光学的シャッターマトリックスを使用する場合
は、演算ユニットは目標屈折力分布に基づいて電子光学
的シャッターマトリックスの個々のピクセルの制御値を
算出する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１および第２のアパーチャープレートを備え
た本発明による波面測定器の斜視図である。

【図２】最大測定範囲の分路で使用される個々の略符を
説明するため、図１の波面測定器を断面で示した原理説
明図である。

【図３】第１のアパーチャープレートの１実施形態の平
面図である。

【図４】第２のアパーチャープレートの１実施形態の平
面図である。

【図５】第１のアパーチャープレートの他の実施形態の
平面図である。

【図６】第１のアパーチャープレートの他の実施形態の
平面図である。

【図７】自動測定器の概略構成図である。

【符号の説明】

１；２０１；７０１ 光学要素 ３；２０３；７０３ 光束 ５；２０５；３０５；５０５；６０５；７０５ 第１の
アパーチャープレート ７；２０７；４０７；７０７ 第２のアパーチャープレ
ート ９ モジュール １１；２１１；７１１ 検出器 ２１３ 光源 ２１５ アパーチャープレート ２１７ 照明光学系 ２１９ 第１の数量の光束 ２２１ 第２の数量の光束 ２２５ 強度ピーク ３２７５２７；６２７ 穴 ７３５ 走行ベルト ７４３ 演算ユニット ７４５ マガジン ７４７ ロボットアーム

Claims (25)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光学要素（１；２０１；７０１）の屈折
   力分布を空間分解能により決定する装置であって、 拡がりのある光束（３；２０３；７０３）により光学要
   素（１；２０１；７０１）を照射する光源ユニット（２
   １３；２１５；２１７）と、 第１の数量の光束（２１９）を生じさせるための光線変
   換器（５；２０５；３０５；５０５；６０５；７０５）
   と、 空間分解能のある検出器（１１；２１１；７１１）と、 演算ユニット（７４３）と、を備えた前記装置におい
   て、 光線変換器（５；２０５；３０５；５０５；６０５；７
   ０５）の前方または後方にマニピュレータ（７；２０
   ７；４０７；７０７）が配置され、 マニピュレータが制御可能であり、 光線変換器（５；２０５；３０５；５０５；６０５；７
   ０５）とマニピュレータ（７；２０７；４０７；７０
   ７）の組み合わせが、第２の数量の光束（２２１）に対
   してのみ透過性があり、 第２の数量が第１の数量よりも小さく、しかし１よりも
   大きいことを特徴とする装置。
2. 【請求項２】 光線変換器（５；２０５；３０５；５０
   ５；６０５；７０５）が第１のアパーチャープレート
   （５；２０５；３０５；５０５；６０５；７０５）であ
   ることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 【請求項３】 マニピュレータ（７；２０７；４０７；
   ７０７）が第２のアパーチャープレート（７；２０７；
   ４０７；７０７）であることを特徴とする請求項１およ
   び２の一方に記載の装置。
4. 【請求項４】 第２のアパーチャープレート（７；２０
   ７；４０７；７０７）が、光線変換器（５；２０５；３
   ０５；５０５；６０５；７０５）の直前または直後に配
   置されていることを特徴とする請求項３に記載の装置。
5. 【請求項５】 第２のアパーチャープレート（７；２０
   ７；４０７；７０７）が交換可能であることを特徴とす
   る、請求項３および４の一方に記載の装置。
6. 【請求項６】 第１のアパーチャープレート（５；２０
   ５；３０５；５０５；６０５；７０５）の最小穴間隔
   は、光学要素（１；２０１；７０１）が光路内になく且
   つマニピュレータ（７；２０７；４０７；７０７）が光
   路内にないときに第１の数量の光束（２１９）が検出器
   （１１；２１１；７１１）の入射面に第１の数量と同数
   の空間的に分離された強度ピーク（２２５）を生じさせ
   る大きさであることを特徴とする請求項２から５までの
   いずれか一つに記載の装置。
7. 【請求項７】 第１のアパーチャープレート（５；２０
   ５；３０５；５０５；６０５；７０５）の穴間隔が、光
   学要素（１；２０１；７０１）の被検査対象領域の横方
   向の拡がりのたかだか１／３０、有利には１／５０であ
   ることを特徴とする請求項６に記載の装置。
8. 【請求項８】 第２のアパーチャープレート（７；２０
   ７；４０７；７０７）の穴配置は、第２の数量の光束
   （２２１）が検出器（１１；２１１；７１１）の入射面
   上に第２の数量と同数の空間的に分離された強度ピーク
   （２２５）を生じさせるように、光学要素（１；２０
   １；７０１）の屈折力分布に適合していることを特徴と
   する請求項３から７までのいずれか一つに記載の装置。
9. 【請求項９】 検出器（１１；２１１；７１１）の入射
   面上における空間的に分離された強度ピーク（２２５）
   の数量が１００よりも大きいことを特徴とする請求項１
   から８までのいずれか一つに記載の装置。
10. 【請求項１０】 第２の数量の光束（２１１）が、第１
    のアパーチャープレート（５；２０５；３０５；５０
    ５；６０５；７０５）の穴（３２７；５２７；６２７）
    だけで制限されることを特徴とする請求項２から９まで
    のいずれか一つに記載の装置。
11. 【請求項１１】 第１のアパーチャープレート（５；２
    ０５；３０５；５０５；６０５；７０５）の穴（３２
    ７；５２７；６２７）が第１の径を有し、第２のアパー
    チャープレート（７；２０７；４０７；７０７）の穴
    （４３１）が第２の径を有し、第１のアパーチャープレ
    ート（５；２０５；３０５；５０５；６０５；７０５）
    に対する第２のアパーチャープレート（７；２０７；４
    ０７；７０７）の横方向の位置決め精度が、第１の径と
    第２の径の量的な差よりも小さいことを特徴とする請求
    項１０に記載の装置。
12. 【請求項１２】 第２のアパーチャープレート（７；２
    ０７；４０７；７０７）を交換するためのモジュール
    （９；７４７）が設けられていることを特徴とする請求
    項２から１１までのいずれか一つに記載の装置。
13. 【請求項１３】 穴径が異なる第２のアパーチャープレ
    ート（７；２０７；４０７；７０７）を備えたマガジン
    （７４５）が設けられ、第２のアパーチャープレート
    （７；２０７；４０７；７０７）が演算ユニット（７４
    ３）により制御されて交換可能であることを特徴とする
    請求項１２に記載の装置。
14. 【請求項１４】 光学要素（１；２０１；７０１）を交
    換するためのモジュール（７３５）が設けられているこ
    とを特徴とする請求項１から１３までのいずれか一つに
    記載の装置。
15. 【請求項１５】 光源ユニット（２１３；２１５；２１
    ７）が、ほぼ点状の有効な光源（２１３，２１５）を有
    していることを特徴とする請求項１から１４までのいず
    れか一つに記載の装置。
16. 【請求項１６】 光学要素（１；２０１；７０１）がほ
    ぼ平面的な波（３；２０１；７０３）で照射されている
    ことを特徴とする請求項１から１５までのいずれか一つ
    に記載の装置。
17. 【請求項１７】 光線変換器（５；２０５；３０５；５
    ０５；６０５；７０５）とマニピュレータ（７；２０
    ７；４０７；７０７）が光学要素（１；２０１；７０
    １）の後に配置されていること、光線変換器（５；２０
    ５；３０５；５０５；６０５；７０５）とマニピュレー
    タ（７；２０７；４０７；７０７）の後に、他の透過性
    要素を中間接続せずに検出器（１１；２１１；７１１）
    が続いていることを特徴とする請求項１から１６までの
    いずれか一つに記載の装置。
18. 【請求項１８】 検出器（１１；２１１；７１１）が第
    １の横方向の拡がりを有し、光学要素（１；２０１；７
    ０１）の被検査対象領域が第２の横方向の拡がりを有
    し、かつ第１の横方向の拡がりが第２の横方向の拡がり
    よりも大きいことを特徴とする請求項１から１７までの
    いずれか一つに記載の装置。
19. 【請求項１９】 光源（２１３）が波長範囲λ₀±Δλ
    の範囲内で光を生じさせ、第１のアパーチャープレート
    （５；２０５；３０５；５０５；６０５；７０５）と第
    ２のアパーチャープレート（７；２０７；４０７；７０
    ７）が波長範囲λ₀±Δλに対し反射防止コーティング
    されていることを特徴とする請求項３から１８までのい
    ずれか一つに記載の装置。
20. 【請求項２０】 光学要素（１；２０１；７０１）の屈
    折力分布を空間分解能により決定する方法において、 光学要素（１；２０１；７０１）を拡がりのある光束
    （３；２０３；７０３）で照射し、 第１の数量の光束（２１９）を生じさせ、 第１の数量の光束（２１９）を１よりも大きい第２の数
    量の光束（２２１）へ減少させ、 空間的に分離された強度ピーク（２２５）を空間分解能
    のある検出器（１１；２１１；７１１）で検出し、この
    場合空間的に分離された強度ピーク（２２５）の数量が
    前記光束（２２１）の数量に等し、 光学要素（１；２０１；７０１）の屈折力分布を演算ユ
    ニット（７４３）で算出することを特徴とする方法。
21. 【請求項２１】 前記減少を、制御可能なマニピュレー
    タ（７；２０７；４０７；７０７）を用いて行なうこと
    を特徴とする請求項２０に記載の方法。
22. 【請求項２２】 マニピュレータ（７；２０７；４０
    ７；７０７）がアパーチャープレート（７；２０７；４
    ０７；７０７）であり、この場合アパーチャープレート
    （７；２０７；４０７；７０７）を交換することを特徴
    とする請求項２１に記載の方法。
23. 【請求項２３】 光学要素（１；２０１；７０１）を交
    換することを特徴とする請求項２０から２２までのいず
    れか一つに記載の方法。
24. 【請求項２４】 既知の目標屈折力分布を用いて異なる
    光学要素（１；２０１；７０１）を検査する際に適用す
    ること、 光学要素（１；２０１；７０１）を組み込む際に、演算
    ユニット（７４３）への信号を介して、ファイルされて
    いる目標屈折力分布を光学要素（１；２０１；７０１）
    に割り当てること、演算ユニット（７４３）が、光束を
    減少させるためにマニピュレータ（７；２０７；４０
    ７；７０７）を制御すること、 強度ピーク（２２５）の位置を測定すること、 実際の屈折力分布を演算ユニット（７４３）により決定
    することを特徴とする請求項２０から２３までのいずれ
    か一つに記載の方法。
25. 【請求項２５】 光学要素（１；２０１；７０１）に対
    し、マニピュレータ（７；２０７；４０７；７０７）の
    第１制御により測定を行なうこと、 少なくとも１つの他の測定をマニピュレータ（７；２０
    ７；４０７；７０７）の第２制御により行い、この場合
    マニピュレータ（７；２０７；４０７；７０７）はそれ
    ぞれ他の光束を貫通すること、 上記測定から、光学要素（１；２０１；７０１）の実際
    の屈折力分布を決定すること、 を特徴とする請求項２０から２３までのいずれか一つに
    記載の方法。