JP2006003141A

JP2006003141A - レンズ反射偏芯測定装置

Info

Publication number: JP2006003141A
Application number: JP2004177850A
Authority: JP
Inventors: Koji Fukui; 厚司福井; Toshiyuki Okada; 敏幸岡田; Masahiro Kuwabara; 雅弘桑原; Yohei Takechi; 洋平武智
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-06-16
Filing date: 2004-06-16
Publication date: 2006-01-05

Abstract

【課題】レンズ反射偏芯測定において被検レンズのレンズ面反射光をご認識することなく高精度に位置を測定することが可能なレンズ反射偏芯測定装置を提供すること。
【解決手段】互いに直交する透過軸を有する偏光板１０８を用い、偏芯量を測定する光が被検レンズ面での反射により、同一の光路をとおり、ＣＣＤに撮像されるのに対し、その他のニセスポットを形成する反射光がレンズ面での反射により、光路を変えることから、偏光板１０８において、偏芯測定光のみを通過させることで、ニセスポット像を消し、誤認識の無い偏芯測定を行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、１つ或いは、複数のレンズについて、その各面の偏芯を測定するものであり、レンズに光線を照射し、その反射光を測定することで偏芯量を測定するレンズ反射偏芯測定装置に関するものである。

従来のレンズの各面の偏芯量を光学的に測定する装置として、図５〜図６に示すものが知られている（特許文献１参照）。

図５において、１はレーザ光源、２はビーム走査板、３はハーフミラー、５は被検レンズであり、レンズ５の２つの面６，７の偏芯量を測定するものである。４は被検レンズ５の保持枠、９は、被検レンズ５の位置決め基準面であり、８は評価スクリーンである。

レーザ光源１の光軸は、位置決め基準９のレンズ保持枠４が入る面に対して垂直で、かつ中心を通るように配置され、ハーフミラー３で折り返した光軸は、評価スクリーン８の原点に垂直となるように配置されている。ビーム走査板２を回転させることで、レーザ光軸回りにレーザ光が回転する。

以上の構成を有する偏芯測定器において、被検レンズ５の２つのレンズ面６，７が何れも保持枠の基準軸線に対して、偏芯量が０のばあいは、図５に示すように、被検レンズ５の２つのレンズ面６，７による反射ビームは、各々ハーフミラーで反射され評価スクリーンの原点を中心とした同心円を描く。同心円の半径は、各々のレンズ面の曲率半径に依存する。

２つのレンズ面６，７が偏芯している場合、評価スクリーン上に描くビームの軌跡の位置がレンズ面の偏芯量に応じて変る。

また、図６は、各レンズ面ごとに偏芯量を光学的に測定する装置である。

１１はランプ、１２はコンデンサーレンズ、１３は、ターゲット、１４はハーフミラー、５は被検レンズ、４は保持枠、１８は評価スクリーンである。

ランプ１１からの光は、コンデンサーレンズ１２により集光され、位置決め用基準面９の中心をとおり、保持枠４の入る面に垂直になるように配置される。ランプ１１、コンデンサーレンズ１２、ターゲット１３、ハーフミラー１４、および評価スクリーン１８は、一体となり、図面の上下方向に移動できる機構を備えた１９を有する。

以上のように構成された偏芯測定装置において、ランプ１１からの照明光は、コンデンサーレンズ１２により集光され、ターゲット１３を照明する。ターゲット１３の像が、被検レンズ５のそれぞれのレンズ面６、７で反射し、ハーフミラー１４で折り返し評価スクリーン１８で結像するように移動部１９を走査する。

被検レンズのレンズ面の偏芯が無い場合、レンズ面からの反射光は、評価スクリーン１８の原点に結像する。レンズ面に偏芯があると、評価スクリーン１８の原点から偏芯量に応じた位置にターゲット像が結像する。

従って、移動部１９を被検レンズの面数分走査して評価スクリーンにターゲット像を結像させることで、各レンズ面の偏芯量を測定することができる。
特開昭６１−４８７４２号公報

しかしながら、前述したような従来の技術では、複数のレンズ面の偏芯量を同時に測定できるという利点があるが、全てのレンズ面での反射光を一度に評価スクリーンに出すために評価スクリーン上でのビーム径を小さくできない、すなわち、各レンズ面の曲率にあわせた集光ビームを被検レンズに入射できないので、被検レンズの反射光は発散光となり評価スクリーン上では、大きなビーム径となり、ビームの位置を精度よく測定することができず、偏芯測定の精度を向上することが難しいという欠点がある。

更に、レンズ面の区別を評価スクリーン上でのビーム軌跡の半径で行っているが、レンズ枚数が増加すると、似通ったビーム軌跡の半径をもつものが生じ、誤検出を行ってしまうという課題がある。

また、図６に示す装置では、レンズの各被検面について、その被検面の像とその被検面による空中像の２つの像が形成される。レンズ面数が増えると空中像が重なり非常に区別がつきにくくなり、誤検出してしまうという課題があった。

また、光学系の透過率向上、ゴースト防止のため、レンズ面には、反射防止膜が形成されル事が多く、レンズ面での反射光により偏芯を測定する本方法では、評価面に形成されるビーム光量が小さくなり、ノイズの影響を受けやすくなるという課題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、レンズ面の偏芯測定において、各レンズ面から反射光を分離し、各レンズ面からの偏芯計測に用いる反射光のみを評価面に結像させることで、誤検出なく、高精度な偏芯計測を行うことが可能なレンズ反射偏芯測定装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のレンズ偏芯測定装置は、平行光を射出する光源と、前記光源の射出光を入射光とし、透過軸が互いに直交する２つの領域を有し、かつ、前記光源の光軸に対し２つの領域を対称な位置に配置した偏光板と、前記偏光板の射出光を集光する集光レンズと、前記集光レンズを前記光源の光軸方向に移動させる移動手段と、前記光源の光軸上に配置され、かつ、前記集光レンズの射出光を入射光とする被検レンズと、前記被検レンズのレンズ面からの反射光を前記集光レンズで平行に補正し、前記偏光板を通過した光を受光する受光部とを備えるレンズ反射偏芯測定装置であって、前記被検レンズの各レンズ面からの反射光が受光部上でスポットとなるように集光レンズを調整したとき、スポット位置から前記被検レンズのレンズ面偏芯量を測定することで解決できる。

本構成によって、被検レンズのレンズ面からの反射光を精度よく、誤認識せずに位置測定を行い偏芯測定を行うことができる。

以上のように、本発明のレンズ反射偏芯測定によれば、被検レンズの各レンズ面からの反射光を評価面で小さなスポットに集光し、各レンズ面に対応した１つの反射光のみを評価面に結像することで、偏芯測定のスポット光位置を誤認識せず高精度に計測することがすることができる。

また、レンズに形成された反射防止膜の帯域外の光を測定光とすることにより、高いＳＮ比でスポット位置を計測できるため、偏芯測定の高精度化が可能となる。

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるレンズ反射偏芯測定光学系の模式図である。

図１において、１０１は平行光を射出するレーザ光源、１０２は偏光板、１０３はフォーカシングレンズ、１０６はハーフミラー、１０７はコリメータレンズ、１０８は透過軸が互いに９０°となるように組み合わせた偏光板、１１３は集光レンズ、１１４は集光レンズ１１３が配置された移動ステージ、１１６は被検レンズ、１１５は被検レンズを保持する保持枠、１２０は保持枠１１５の位置決め基準面、１１７はＣＣＤカメラである。

レーザ光源１０１の光軸は、ハーフミラー１０６でほぼ９０°折り返し、基準面１２０に垂直で、その中心を通るように配置される。また、基準面１２０の中心を通るこの光軸に対し、ＣＣＤ１１７の撮像面が垂直にかつ中心が光軸となるように配置される。レーザ光源の光軸上には、フォーカシングレンズ１０３のレンズ中心があり、ハーフミラー１０６で折り返した光軸上にはコリメータレンズ１０７のレンズ中心が来る。

フォーカシングレンズ１０３の後ろ側焦点位置と、コリメータレンズ１０７の前側焦点位置とは、レーザ光軸上で一致するようには配置する。フォーカシングレンズ１０３とコリメータレンズ１０７とでビームエキスパンダーを構成し、レーザ光源１０１の射出光を拡大し、コリメータレンズ１０７からは、レーザ光軸に平行な平行光が射出される。偏光板１０８は偏光板１０９、１１０の２枚を透過軸１１１、１１２が互いにほぼ９０°の角度をなすよう中央で接合したもので、レーザ光軸に対し偏光板１０８が垂直でかつ中心がレーザ光軸上にくるように配置する。偏光板１０２は、レーザ光軸に対して垂直でかつ中心がほぼ光軸上に来るように配置され、透過軸１０５は、偏光板１１０の透過軸１１２および偏光板１０９の透過軸１１１に対してほぼ４５°のとなるように配置される。集光レンズ１１３のレンズ中心は、レーザ光軸上にあり、移動ステージ１１４はレーザ光軸に平行に移動する。ＣＣＤ１１７の撮像面は、ハーフミラーを介してコリメータレンズの前側焦点位置となるように配置され、光軸位置が撮像面の原点となる。

次に、以上のように構成されたレンズ反射偏芯光学系の動作を説明する。

まず、レーザ光源１０１から射出された光は、偏光板１０２の透過軸１０５と平行な方向に振動する光成分が通過し、フォーカシングレンズ１０３とコリメータレンズ１０７で拡大される。コリメータレンズ１０７を射出した光は、偏光板１０８を通過し、偏光方向が、それぞれ偏光板１０９の透過軸方向１１１、偏光板１１０の透過軸方向１１２と平行な光となる。偏光板１０８を射出した光は、集光レンズ１１３を通過することで、平面波から球面波に変換される。この球面波の曲率は、集光レンズ１１３の焦点位置からの距離で決まり、ステージ１１４の位置を移動し、集光レンズの焦点位置を動かすことで被検レンズ１１６の各レンズ面における球面波の曲率を変えることができる。

被検レンズのレンズ面が基準１２０に対して偏芯が無い場合、球面波の曲率と被検レンズのレンズ面曲率が一致すると、光は、レンズ全面に対して垂直に入射することになる。このとき、被検レンズのレンズ面で反射した光は、入射光線と同じ光路を戻ることになる。被検レンズのレンズ面で反射した光は、集光レンズ１１３で光軸に平行な平行光となり、偏光板１０８を通過する。図２に示すように、レンズ面へ垂直に入射した光１２０は、レンズ面１２１で垂直に反射し、１２４となる。このとき、偏光方向は変化しないので、偏光板１０８でほぼ吸収されずに通過することができる。コリメータレンズ１０７を通過した光は、光軸上の焦点位置に集光する。ＣＣＤカメラ１１７の撮像面は、コリメータレンズ１０７の焦点位置のあるのでＣＣＤカメラで撮像するスポットは原点に位置することになる。

被検レンズのレンズ面が基準１２０に対して偏芯があると、偏芯が無い場合のステージ１１４の位置において、光は、レンズ全面に対して一定の角度で入射する。この入射角は、レンズ面の偏芯量に比例する。このためレンズ面からの反射光は、集光レンズ１１３により、平行光になるが、光軸に対して、レンズ偏芯量に比例した角度を有する。従って、コリメータレンズ１０７により集光された光は、撮像面で原点より偏芯量に応じた距離だけ離れた位置にスポット１２５を形成する。

ところで、被検レンズ１１６での反射光として、集光レンズ１１３の焦点位置がレンズ面と一致するときにも反射光が生じる。図２に示すように、集光レンズ１１３の焦点位置とレンズ面１２２とが一致すると、被検レンズへの入射光１２０は、レンズ面で反射し、反射光１２３となる。反射光１２３は、集光レンズ１１３の焦点位置を通過しているので集光レンズ１１３により、平行光となる。このため、コリメータレンズ１０７を通過するとＣＣＤで撮像されニセのスポット１２６が撮像面の原点に形成され、レンズ面１２１からの反射光によるスポット１２５と一緒に撮像面に現れ、誤検出してしまう。

しかし、レンズ面１２２で反射した光は、光路が光軸に対して逆側であるため集光レンズ１１３を通過した光は、偏光板１０８において、吸収される。これは、偏光板１０８が光軸に対して逆側の透過軸方向が互いに直交するように形成しているためである。このため光は偏光板によりほとんど吸収され、ＣＣＤ１１７へは到達しない。このため、レンズ面の偏芯測定において、ニセスポット像による誤検出を防ぐことができる。

なお、本実施の形態において、偏光板１０２を用いたが、レーザ光源に直線偏光を射出するものを用い、偏光板１０２の透過軸方向と同じ方向に配置し、偏光板１０２を用いてもよい。

また、レーザ光源の光軸をハーフミラーで９０°折り返したが、レーザ光源を折り返さずに、ＣＣＤ側をハーフミラーで折り返した構成にしても良い。

また、偏光板１０８を偏光板１０９と偏光板１１０とをつなぎ合わせたが、１枚のガラス板上に互いに透過軸が直交する偏光膜を形成してもよい。

また、被検レンズのレンズ面を走査するために、ステージ１１４で集光レンズを移動させたが、被検レンズ側を移動させてもよい。

また、偏光板１０８を２分割で構成したが、偏光板中心に対し、対称位置の透過軸方向が直交していれば、３分割以上しても構わない。

また、偏光板１０８の分割方向を図では上下方向としたが、どの方向を向けても構わない。

また、図では、偏光板１０８をコリメータレンズ１０７の近傍に配置したが、集光レンズの近傍でもよい。

また、コリメータレンズ１０７の焦点位置にＣＣＤカメラ１１７を配置したが、ＣＣＤカメラ１１７の撮像面を拡大する拡大光学系を付加し、スポット像を拡大してもよい。

また、光源をレーザ光源としたが、ＬＥＤやＥＬなどのインコヒーレント光源を平行光かしたものを用いてもよい。

また、偏光板１０２，１０８或いは、フォーカスレンズ１０３、コリメータレンズ１０７、集光レンズ１１３の表面に反射防止膜を形成し反射率を低減することでニセスポット像などのノイズを生じるのを防ぐことができる。

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２のレンズ偏芯測定の模式図である。図３において、図１および図１，２と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

図３において、２０１は可視光の光を射出するレーザ光源であり、例えば、５３２ｎｍや６３３ｎｍのＨｅＮｅレーザ、６３５ｎｍ、６７０ｎｍの半導体レーザなどである。２０２は、近赤外の光を射出するレーザ光源であり、例えば７８０ｎｍや８３０ｎｍの半導体レーザである。光源２０２の射出光は、ハーフミラー２０４で折り返しフォーカシングレンズ１０３へ入射する。偏芯測定の光学系は、レーザ光源２０２の光軸を基に配置される。光源２０１の光軸は、ハーフミラー２０３で折り返し、ハーフミラー２０４で折り返された光源２０２の光軸と一致するように、ハーフミラー２０３の角度と、光源２０１の位置を調整し配置する。

一般的なカメラ用のレンズは、可視光で使用するため可視光域でのレンズ面反射率を低減するために、反射防止膜が形成されている。このため、レンズ面からの反射率は、図４に示すように波長４５０ｎｍ程度から７００ｎｍ程度の範囲で非常に小さくなっている。このため、レンズ面の偏芯測定に可視光のレーザを用いるとレンズ面での反射光量が非常に小さくなり、ＣＣＤでの撮像スポットのＳＮ比が小さくなる。そこで、ＣＣＤでの測定感度があり、かつレンズの反射防止膜による反射率低減の影響が小さくなる近赤外の波長の光源２０２を用いることにより、被検レンズのレンズ面での反射率を高くし、ＣＣＤでのスポット撮像において高いＳＮを得ることができる。

また、レンズ面の偏芯測定用光源２０２と同一の光軸となるように光源２０１を配置することで、偏芯測定光学系の光軸調整を行うときに、目視でレーザ光の位置を確認できるため、高精度な光学系の調整を行うことができ、レンズ面の偏芯測定の高精度化を図ることができる。

なお、レンズ面の偏芯を測定する光源２０２を近赤外としたが、可視光用反射防止膜の反射率が高くなる４０５ｎｍなどの近紫外のレーザを用いても良い。

本発明のレンズ反射偏芯測定によれば、被検レンズの各レンズ面からの反射光を評価面で小さなスポットに集光し、各レンズ面に対応した１つの反射光のみを評価面に結像することで、偏芯測定のスポット光位置を誤認識せず高精度に計測することがすることができる。また、レンズに形成された反射防止膜の帯域外の光を測定光とすることにより、高いＳＮ比でスポット位置を計測できるため、偏芯測定の高精度化が可能となる。

このため、カメラの組レンズの組立、調整、検査或いは、ＣＤやＤＶＤの光ピックアップのレンズ組立、調整、検査などに適用することができる。

本発明の実施の形態１におけるレンズ偏芯計測を示す模式図本発明の実施の形態１における被検レンズでの反射光線を示す図本発明の実施の形態２におけるレンズ偏芯測定を示す模式図本発明の実施の形態２を説明するための被検レンズの反射特性を示す図従来のレンズ偏芯測定装置を示す図従来の他のレンズ偏芯測定装置を示す図

符号の説明

１０１光源
１０２偏光板
１０３フォーカシングレンズ
１０６ハーフミラー
１０７コリメータレンズ
１０８偏光板
１１３集光レンズ
１１４移動ステージ
１１６被検レンズ
１２０基準面
１１７ＣＣＤカメラ

Claims

平行光を射出する光源と、前記光源の射出光を入射光とし、透過軸が互いに直交する２つの領域を有し、かつ、前記光源の光軸に対し２つの領域を対称な位置に配置した偏光板と、前記偏光板の射出光を集光する集光レンズと、前記集光レンズを前記光源の光軸方向に移動させる移動手段と、前記光源の光軸上に配置され、かつ、前記集光レンズの射出光を入射光とする被検レンズと、前記被検レンズのレンズ面からの反射光を前記集光レンズで平行に補正し、前記偏光板を通過した光を受光する受光部とを備えるレンズ反射偏芯測定装置であって、
前記被検レンズの各レンズ面からの反射光が受光部上でスポットとなるように集光レンズを調整したとき、スポット位置から前記被検レンズのレンズ面偏芯量を測定すること
を特徴とするレンズ反射偏芯測定装置。
光源を可視領域以外の波長であることを特徴とする請求項１記載のレンズ偏芯測定装置。