JP2007065365A - レンズ位置合わせ方法およびレンズ位置合わせ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 第１レンズの光軸と第２レンズの光軸とのレンズ位置合わせに要する作業時間の短縮および高精度の光軸合わせを行うことができるレンズ位置合わせ方法およびレンズ位置合わせ装置を提供する。
【解決手段】 レンズ位置合わせ装置３０は、第１レンズ１、第２レンズ２を視野内に収めて各光軸の偏心量を検出する偏心顕微鏡３と、第１レンズ１の姿勢を調整するＸＹＺθステージ１０と、第２レンズ２の位置調整を行うＸＹステージ９とを備える。鏡筒２０に第１レンズ１を配置して姿勢調整を行い、次に第２レンズ２を鏡筒２０に配置する。第２レンズ２による虚像点の軌跡を虚像点検出手段１１により検出し、第１レンズ１の光軸に対する第２レンズ２の光軸の偏心量を求め、偏心量から第２レンズ２の移動目標位置を演算手段１２により求め、ＸＹステージ９により第２レンズ２の光軸の位置合わせを行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、相互に対面する２枚のレンズの光軸合わせを行うレンズ位置合わせ方法およびレンズ位置合わせ装置に関する。

２枚のレンズの光軸を合わせる従来のレンズ位置合わせ方法として、図７に示す従来例１としてのレンズ位置合わせ装置を用いた方法が知られている。

図７は、従来例１に係るレンズ位置合わせ装置の概略構成を示すブロック図である。このような従来例１は例えば特許文献１に開示されている。

従来例１としてのレンズ位置合わせ装置１００は、対面した一対の第１レンズ１０１、第２レンズ１０２を視野内に収めて配置される偏心顕微鏡１０３と、第１レンズ１０１をその外周方向に沿って回転させる回転手段としての回転ローラ１０８及びモータ１０９と、第１レンズ１０１上に載置された第２レンズ１０２を必要な方向に沿って自在に移動させる移動手段としてのＸＹＺθステージ１１０と、偏心顕微鏡１０３で取得された画像から基準点の位置を検出する基準点検出手段１１１と、基準点の軌跡を検出する基準点追尾手段としてのサンプリング手段１１３と、基準点の軌跡に基づいて第１レンズ１０１、第２レンズ１０２同士の重心位置を演算して算出し、算出した重心位置へと第２レンズ１０２を移動させる動作指令を移動手段としてのＸＹＺθステージ１１０に与える演算手段１１２と、第１レンズ１０１を一定速度で回転させる速度制御手段１１４とを備えている。なお、演算手段１１２は、パソコンなどで構成され、必要な演算プログラムが予めインストールされている。

基準点検出手段１１１は、同一パターンで合致する複数の位置を加算平均して求められた位置を基準点の位置として検出するものであり、また、基準点追尾手段としてのサンプリング手段１１３は、基準点の軌跡を検出する。

偏心顕微鏡１０３は、基準点が設けられた十字チャート１０４と、十字チャート１０４を照らす光源１０５と、対面しあう第１レンズ１０１、第２レンズ１０２を透過してきた十字チャート１０４の画像をとらえる対物レンズ１０６と、対物レンズ１０６がとらえた画像を撮影するカメラ１０７とから構成されている。

レンズ位置合わせの方法としては、まず、第１レンズ１０１、第２レンズ１０２を回転ローラ１０８により一定速度で回転させ、対物レンズ１０６を介してカメラ１０７がとらえた十字チャート１０４の画像から基準点検出手段１１１が基準点の位置を検出し、さらに、この基準点検出手段１１１が検出した基準点の位置をサンプリング手段１１３が一定時間ごとに検出して基準点の軌跡を検出する。なお、検出された基準点の位置は記憶手段１１５に適宜記憶される。

次に、サンプリング手段１１３によって検出された基準点の軌跡に基づいて第１レンズ１０１、第２レンズ１０２同士の重心位置や偏心量を演算手段１１２により演算して算出し、ＸＹＺθステージ１１０により第２レンズ１０２を算出した重心位置へ移動させ、レンズ位置合わせを終了する。

従来例１に係るレンズ位置合わせ装置１００によるレンズ位置合わせ方法によれば、第１レンズ１０１、第２レンズ１０２が接合レンズの場合にはＸＹＺθステージ１１０を用い、３次元方向での調整により第１レンズ１０１、第２レンズ１０２相互間の軸ずれ、チルトを抑えることができる。

しかし、第１レンズ１０１、第２レンズ１０２が鏡筒内に配置され、その間に空隙を有する場合には、相互のレンズ位置は調整できるが、レンズ間のチルトは鏡筒の加工精度による影響を受けることからチルトによる偏心が発生する。

図８は、従来例２に係るレンズ位置合わせ方法で鏡筒内に配置された２枚のレンズの位置合わせ状況を説明する概念図である。

鏡筒１１６内で相互に空隙を有して配置された第１レンズ１１７（光軸Ｌａｘ１１７）と第２レンズ１１８（光軸Ｌａｘ１１８）の位置合わせを行う場合、それぞれのレンズ位置はＸＹ方向（図上、紙面に垂直な面での２次元方向）で規定される２次元方向にのみ調整可能になっているが、第１レンズ１１７、第２レンズ１１８相互間のチルトは鏡筒１１６の加工精度で決定されるため、チルトによる偏心が必ず発生することになる。

つまり、３次元調整により軸ずれによる偏心およびチルトによる偏心の両方を抑える接合レンズの場合とは異なり、従来例２のように鏡筒１１６内でレンズ位置合わせを行う場合は、軸ずれによる偏心およびチルトによる偏心の両方を抑えることはできない。したがって、偏心量が収束する最適なレンズ位置を容易に求めることはできず、結果としてレンズ位置合わせの調整収束に時間がかかってしまい、作業効率が低く、また精度も十分得られないという問題があった。
特開２００１−１３３８９号公報

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、第１レンズの光軸を回転軸に一致させて姿勢を制御し、姿勢を制御した第１レンズに対面させて第２レンズを配置し、第１レンズの光軸に対する第２レンズの光軸の偏心量を算出し、求めた偏心量に基づいて第２レンズの移動目標位置を算出し、求めた移動目標位置へ第２レンズを２次元方向で移動させることにより、第１レンズの光軸と第２レンズの光軸とのレンズ位置合わせに要する作業時間の短縮および高精度の位置合わせを行うことができるレンズ位置合わせ方法およびレンズ位置合わせ装置に関する。

本発明に係るレンズ位置合わせ方法は、互いに対面して配置される第１レンズと第２レンズの位置合わせを行うレンズ位置合わせ方法であって、第１レンズを載置台に配置する過程と、前記載置台を回転したときの回転軸に前記第１レンズの光軸を一致させて前記第１レンズの姿勢を調整する過程と、姿勢を調整した後の前記第１レンズに対面させて前記第２レンズを配置する過程と、前記第１レンズの光軸に対する前記第２レンズの光軸の偏心量を算出する過程と、前記偏心量に基づいて前記第２レンズの移動目標位置を算出する過程と、前記第２レンズを前記移動目標位置に２次元方向で移動させる過程とを備えることを特徴とする。

この構成により、第１レンズの光軸を回転軸に位置合わせし、回転軸に位置合わせした第１レンズの光軸に対して第２レンズの光軸を２次元方向で位置合わせするという簡単な調整作業でレンズ位置合わせができることから、短時間に効率良く高精度のレンズ位置合わせ（レンズ対の光軸合わせ）を行うことができる。

本発明に係るレンズ位置合わせ方法では、前記載置台は、前記第１レンズおよび前記第２レンズが装着される鏡筒であることを特徴とする。

この構成により、鏡筒（光学装置）に対してレンズ位置合わせを直接的に行うことができ、鏡筒の加工時に生じた鏡筒のチルトに関係なくレンズ対の光軸合わせを行うことができる。

本発明に係るレンズ位置合わせ方法では、前記載置台は、回転動作する回転ステージに載置されることを特徴とする。

この構成により、正確な回転軸を基準軸として確保することができる。

本発明に係るレンズ位置合わせ方法では、前記移動目標位置を算出する過程での前記偏心量は前記第１レンズの光軸に対する前記第２レンズの光軸の軸ずれ量であることを特徴とする。

この構成により、載置台のチルトに関係なく第１レンズの光軸に対して第２レンズの光軸を位置合わせすることができる。

本発明に係るレンズ位置合わせ方法では、前記第１レンズおよび前記第２レンズは離れて配置されることを特徴とする。

この構成により、分離して配置されたレンズ対の光軸合わせを容易かつ高精度で行うことができる。

本発明に係るレンズ位置合わせ方法では、前記第１レンズおよび前記第２レンズは当接して配置されることを特徴とする。

この構成により、当接して配置されたレンズ対の光軸合わせを容易かつ高精度で行うことができる。

本発明に係るレンズ位置合わせ装置は、互いに対面して配置される第１レンズと第２レンズの位置合わせを行うレンズ位置合わせ装置において、第１レンズを配置した載置台を回転させて前記第１レンズを回転させる回転ステージと、前記第１レンズの光軸を前記載置台の回転軸に合わせる第１レンズ調整部と、第２レンズを移動させて第１レンズに位置合わせする第２レンズ調整部と、前記第１レンズおよび第２レンズの虚像点を検出する虚像点検出手段と、検出した前記虚像点に基づいて前記第１レンズの光軸に対する第２レンズの光軸の偏心量を算出し、該偏心量から前記第２レンズの移動目標位置を算出する演算手段とを有することを特徴とする。

この構成により、第１レンズの光軸を回転軸に位置合わせし、回転軸に位置合わせした第１レンズの光軸に対して第２レンズの光軸を２次元方向で位置合わせするという簡単な調整作業でレンズ位置合わせができることから、短時間に効率良く高精度のレンズ位置合わせ（レンズ対の光軸合わせ）を行うことができる。

本発明に係るレンズ位置合わせ装置では、前記載置台は、前記第１レンズおよび前記第２レンズが装着される鏡筒であることを特徴とする。

この構成により、鏡筒（光学装置）に対してレンズ位置合わせを直接的に行うことができ、鏡筒の加工時に生じたチルトに関係なくレンズ対の光軸合わせを行うことができる。

本発明に係るレンズ位置合わせ装置では、前記虚像点検出手段が検出した前記虚像点を記憶する記憶手段を備えることを特徴とする。

この構成により、記憶した虚像点に基づいて演算手段による演算処理を行うことができることから、確実な演算処理を行うことが可能となる。

本発明に係るレンズ位置合わせ装置では、前記移動目標位置を算出するときに用いる前記偏心量は前記第１レンズの光軸に対する前記第２レンズの光軸の軸ずれ量であることを特徴とする。

この構成により、載置台のチルトに関係なく第１レンズの光軸に対して第２レンズの光軸を位置合わせすることができる。

本発明に係るレンズ位置合わせ装置では、前記第２レンズ調整部は、前記第２レンズを２次元方向で移動させることを特徴とする。

この構成により、載置台の加工時に生じたチルトに関係なくレンズ対の光軸合わせを行うことができる。

本発明に係るレンズ位置合わせ装置では、前記第１レンズおよび前記第２レンズは離れて配置されることを特徴とする。

この構成により、分離して配置されたレンズ対の光軸合わせを容易かつ高精度で行うことができる。

本発明に係るレンズ位置合わせ装置では、前記第１レンズおよび前記第２レンズは当接して配置されることを特徴とする。

この構成により、当接して配置されたレンズ対の光軸合わせを容易かつ高精度で行うことができる。

本発明に係るレンズ位置合わせ方法およびレンズ位置合わせ装置によれば、第１レンズの光軸を基準軸としての回転軸に位置合わせし、第１レンズに対面させて第２レンズを配置し、回転軸に位置合わせした第１レンズの光軸に対する第２レンズの光軸の偏心量を検出し、検出した偏心量から第２レンズの移動目標位置を算出し、移動目標位置に基づいて第２レンズを２次元方向で移動させてレンズ対の光軸合わせを行うことから、簡単な調整作業でレンズ位置合わせができるので、短時間に効率良く高精度のレンズ位置合わせ（レンズ対の光軸合わせ）を行うことができるという効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１に係るレンズ位置合わせ装置の構成を示す構成ブロック図である。

本実施の形態に係るレンズ位置合わせ装置３０は、相互に対面させた第１レンズ１、第２レンズ２を視野内に収めて、光軸の位置合わせに用いられる偏心顕微鏡３を備えている。

偏心顕微鏡３は、基準点が設けられた十字チャート４と、十字チャート４を照らす光源５と、対面させて配置した第１レンズ１、第２レンズ２を透過した十字チャート４の画像をとらえる対物レンズ６と、対物レンズ６がとらえた画像を撮影するカメラ７を備える。

したがって、偏心顕微鏡３は、光源５、十字チャート４、第１レンズ１、第２レンズ２、対物レンズ６、カメラ７で構成される光路上に透過虚像点を有する透過虚像型の偏心顕微鏡として構成してある。

偏心顕微鏡３には、第１レンズ１の姿勢を調整する第１レンズ調整部としてのＸＹＺθステージ１０と、鏡筒２０を回転させる回転手段として機能する回転ステージ８とが組み合わせてある。回転ステージ８は鏡筒２０を回転させて、基準軸としての回転軸Ｒａｘ（図３参照）を構成する。なお、ＸＹＺθステージ１０および回転ステージ８には、光源５からの照射光の光路を確保するために中央部に貫通孔（不図示）を設けてある。

また、第１レンズ１および第２レンズ２が配置（装着）される載置台としての鏡筒２０は、回転ステージ８に設置され、回転ステージ８の回転に伴い回転する構成としてある。

レンズ位置合わせ装置３０は、偏心顕微鏡３で取得された十字チャート４の画像から第１レンズ１、第２レンズ２の各表面に対応して認識される透過虚像点の位置を検出する虚像点検出手段１１と、検出された虚像点の位置を記憶する記憶手段１５と、パソコンなどで構成してある演算手段１２とを備え、さらに、演算手段１２での演算結果に基づいて第２レンズ２を２次元方向で移動目標位置に移動させて第２レンズ２の光軸Ｌａｘ２（図３参照）を第１レンズ１の光軸Ｌａｘ１に位置合わせする第２レンズ調整部としてのＸＹステージ９および保持部材１６を備えている。

なお、虚像点検出手段１１、記憶手段１５、演算手段１２は、適宜のデジタル回路設計技術によりデジタル電子回路として形成することができ、演算手段１２に適宜のプログラムをインストールすることにより種々の作用（制御、演算）を行わせることができる。

＜実施の形態２＞
図２は、本発明の実施の形態２に係るレンズ位置合わせ方法の処理フローを示すフロー図である。図３は、本発明の実施の形態２に係るレンズ位置合わせ方法での第１レンズの姿勢調整の方法を概念的に示す概念図である。図４は、本発明の実施の形態２に係るレンズ位置合わせ方法での第２レンズの姿勢調整の方法を概念的に示す概念図である。

本実施の形態では、実施の形態１に係るレンズ位置合わせ装置３０を用いて、概略次の過程（ステップＳ１ないしステップＳ９）によりレンズ位置合わせの処理を行う。

ステップＳ１：
第１レンズ１を載置台としての鏡筒２０に固定して設置（配置。装着）する。なお、載置台として鏡筒２０以外のものを用いても良い。鏡筒２０をレンズ位置合わせ装置３０の回転ステージ８に載置する。

ステップＳ２：
鏡筒２０（および第１レンズ１）を載置した回転ステージ８を回転させて、虚像点検出手段１１により第１レンズ１の上表面および下表面における十字チャート４の透過虚像点の軌跡を検出し、回転ステージ８（および鏡筒２０）の回転軸Ｒａｘに対する第１レンズ１の光軸Ｌａｘ１の偏心量ｄ１ｘ、ｄ１ｙ、ｄ２ｘ、ｄ２ｙを算出する（図３参照）。

第１レンズ１の姿勢調整の方法（ステップＳ２ないしステップＳ４）について図３により説明する。同図（Ａ）は、座標軸Ｘ、座標軸Ｚを含む平面（ｙ＝０の平面）での位置関係を示す概念図、（Ｂ）は、座標軸Ｙ、座標軸Ｚを含む平面（ｘ＝０の平面）での位置関係を示す概念図である。

まず、第１レンズ１（鏡筒２０）を回転ステージ８により１回転させて、第１レンズ１の上表面および下表面における十字チャート４の透過虚像点の軌跡を虚像点検出手段１１により検出し、検出結果を記憶手段１５により記憶する。

次に、透過虚像点の軌跡および第１レンズ１の上表面、下表面の曲率半径ｒ１、ｒ２より、第１レンズ１の上表面における回転軸Ｒａｘに対する第１レンズ１（光軸Ｌａｘ１）の偏心量ｄ１ｘ（座標軸Ｘ方向での偏心量）、ｄ１ｙ（座標軸Ｙ方向での偏心量）、第１レンズ１の下表面における回転軸Ｒａｘに対する第１レンズ１（光軸Ｌａｘ１）の偏心量ｄ２ｘ（座標軸Ｘ方向での偏心量）、ｄ２ｙ（座標軸Ｙ方向での偏心量）を記憶手段１５に記憶したデータに基づいて演算手段１２により求める。

ステップＳ３：
ステップＳ２で求めた偏心量ｄ１ｘ、ｄ１ｙ、ｄ２ｘ、ｄ２ｙに基づいて回転軸Ｒａｘに対する第１レンズ１の軸ずれ量Ｓ１ｘ（座標軸Ｘ方向での軸ずれ量。不図示）、Ｓ１ｙ（座標軸Ｙ方向での軸ずれ量。不図示）、チルト量θ１ｘ（座標軸Ｘ方向でのチルト量）、θ１ｙ（座標軸Ｙ方向でのチルト量）を演算手段１２により算出する。

なお、第１レンズ１の上表面と回転軸Ｒａｘが交差する点を原点Ｏとし、ｚ＝０とする。また、上表面による透過虚像点Ｐｕ１と原点Ｏとの間のＺ軸方向での距離をｚ１、下表面による透過虚像点Ｐｄ１と原点Ｏとの間のＺ軸方向での距離をｚ２とする。

偏心量ｄ１ｘ、ｄ１ｙ、ｄ２ｘ、ｄ２ｙ、および回転軸Ｒａｘに対する第１レンズ１（光軸Ｌａｘ１）の軸ずれ量Ｓ１ｘ、Ｓ１ｙ、チルト量θ１ｘ、θ１ｙは式１ないし式４で示す関係式となる。

ｄ１ｘ＝Ｓ１ｘ＋ｚ１・ｔａｎ（θ１ｘ）・・・（１）
ｄ１ｙ＝Ｓ１ｙ＋ｚ１・ｔａｎ（θ１ｙ）・・・（２）
ｄ２ｘ＝Ｓ１ｘ＋ｚ２・ｔａｎ（θ１ｘ）・・・（３）
ｄ２ｙ＝Ｓ１ｙ＋ｚ２・ｔａｎ（θ１ｙ）・・・（４）
したがって、式１ないし式４の関係式から、軸ずれ量Ｓ１ｘ、Ｓ１ｙ、チルト量θ１ｘ、θ１ｙは式５ないし式８により表すことができる。

Ｓ１ｘ＝（ｚ２・ｄ１ｘ−ｚ１・ｄ２ｘ）／（ｚ２−ｚ１）・・・（５）
Ｓ１ｙ＝（ｚ２・ｄ１ｙ−ｚ１・ｄ２ｙ）／（ｚ２−ｚ１）・・・（６）
θ１ｘ＝ｔａｎ^-1｛（ｄ１ｘ−Ｓ１ｘ）／ｚ１｝・・・（７）
θ１ｙ＝ｔａｎ^-1｛（ｄ１ｙ−Ｓ１ｙ）／ｚ１｝・・・（８）
つまり、式５ないし式８に基づいて、回転軸Ｒａｘに対する第１レンズ１の軸ずれ量（Ｓ１ｘ、Ｓ１ｙ）、チルト量（θ１ｘ、θ１ｙ）を演算手段１２により求めることができる。

ステップＳ４：
軸ずれ量（Ｓ１ｘ、Ｓ１ｙ）、チルト量（θ１ｘ、θ１ｙ）に対する算出結果をＸＹＺθステージ１０にフィードバックし、ＸＹＺθステージ１０を用いて第１レンズ１の軸ずれ量およびチルト量が基準軸としての回転軸Ｒａｘに対して０となるように第１レンズ１の姿勢の調整を行う。姿勢調整の結果として、回転ステージ８の回転軸Ｒａｘと第１レンズ１の光軸Ｌａｘ１が一致することとなる。

本実施の形態では、回転ステージ８を回転させて回転軸Ｒａｘに対する偏心量ｄ１ｘ、ｄ１ｙ、ｄ２ｘ、ｄ２ｙを求め、偏心量ｄ１ｘ、ｄ１ｙ、ｄ２ｘ、ｄ２ｙに対応する軸ずれ量（Ｓ１ｘ、Ｓ１ｙ）およびチルト量（θ１ｘ、θ１ｙ）を算出し、ＸＹＺθステージ１０を用いて回転軸Ｒａｘに光軸Ｌａｘ１を位置合わせすることから、鏡筒２０（載置台）に対して第１レンズ１の位置合わせを容易に行うことができる。

ステップＳ５：
姿勢を調整した後の第１レンズ１に対面させて鏡筒２０に第２レンズ２を設置（配置）する。なお、本実施の形態では、第１レンズ１に対して第２レンズ２は離れて配置されている。

ステップＳ６：
第２レンズ２の姿勢調整の方法（ステップＳ６ないしステップＳ９）について図４により説明する。同図（Ａ）は、座標軸Ｘ、座標軸Ｚを含む平面（ｙ＝０の平面）での位置関係を示す概念図、（Ｂ）は、座標軸Ｙ、座標軸Ｚを含む平面（ｘ＝０の平面）での位置関係を示す概念図である。

回転ステージ８を回転させ、虚像点検出手段１１により、第２レンズ２の上表面および下表面における、十字チャート４の透過虚像点の軌跡を虚像点検出手段１１により検出し、検出結果を記憶手段１５により記憶する。

次に、透過虚像点の軌跡および第２レンズ２の上表面、下表面の曲率半径ｒ３、ｒ４より、第２レンズ２の上表面における回転軸Ｒａｘ（つまり、第１レンズ１の光軸Ｌａｘ１）に対する偏心量ｄ３ｘ（座標軸Ｘ方向での偏心量）、ｄ３ｙ（座標軸Ｙ方向での偏心量）、第２レンズ２の下表面における回転軸Ｒａｘ（つまり、第１レンズ１の光軸Ｌａｘ１）に対する偏心量ｄ４ｘ（座標軸Ｘ方向での偏心量）、ｄ４ｙ（座標軸Ｙ方向での偏心量）を記憶手段１５に記憶したデータに基づいて演算手段１２により求める。

ステップＳ７：
ステップＳ６で求めた偏心量ｄ３ｘ、ｄ３ｙ、ｄ４ｘ、ｄ４ｙに基づいて回転軸Ｒａｘ（光軸Ｌａｘ１）に対する第２レンズ２の軸ずれ量Ｓ２ｘ（座標軸Ｘ方向での軸ずれ量。不図示）、Ｓ２ｙ（座標軸Ｙ方向での軸ずれ量。不図示）、チルト量θ２ｘ（座標軸Ｘ方向でのチルト量）、θ２ｙ（座標軸Ｙ方向でのチルト量）を算出する。

なお、第２レンズ２の上表面と回転軸Ｒａｘが交差する点を原点Ｏとし、ｚ＝０とする。また、上表面による透過虚像点Ｐｕ２と原点ＯとのＺ軸方向での距離をｚ３、下表面による透過虚像点Ｐｄ２と原点ＯとのＺ軸方向での距離をｚ４とする。

偏心量ｄ３ｘ、ｄ３ｙ、ｄ４ｘ、ｄ４ｙ、および回転軸Ｒａｘ（光軸Ｌａｘ１）に対する第２レンズ２の軸ずれ量Ｓ２ｘ、Ｓ２ｙ、チルト量θ２ｘ、θ２ｙは式９ないし式１２で示す関係式となる。

ｄ３ｘ＝Ｓ２ｘ＋ｚ３・ｔａｎ（θ２ｘ）・・・（９）
ｄ３ｙ＝Ｓ２ｙ＋ｚ３・ｔａｎ（θ２ｙ）・・・（１０）
ｄ４ｘ＝Ｓ２ｘ＋ｚ４・ｔａｎ（θ２ｘ）・・・（１１）
ｄ４ｙ＝Ｓ２ｙ＋ｚ４・ｔａｎ（θ２ｙ）・・・（１２）
したがって、式９ないし式１２の関係式から、軸ずれ量Ｓ２ｘ、Ｓ２ｙ、チルト量θ２ｘ、θ２ｙは式１３ないし式１６により表すことができる。

Ｓ２ｘ＝（ｚ４・ｄ３ｘ−ｚ３・ｄ４ｘ）／（ｚ４−ｚ３）・・・（１３）
Ｓ２ｙ＝（ｚ４・ｄ３ｙ−ｚ３・ｄ４ｙ）／（ｚ４−ｚ３）・・・（１４）
θ２ｘ＝ｔａｎ^-1｛（ｄ３ｘ−Ｓ２ｘ）／ｚ３｝・・・（１５）
θ２ｙ＝ｔａｎ^-1｛（ｄ３ｙ−Ｓ２ｙ）／ｚ３｝・・・（１６）
つまり、式１３ないし式１６に基づいて、回転軸Ｒａｘ（第１レンズ１の光軸Ｌａｘ１）に対する第２レンズ２の軸ずれ量（Ｓ２ｘ、Ｓ２ｙ）、チルト量（θ２ｘ、θ２ｙ）を求めることができる。

したがって、３次元調整による位置合わせの場合には、軸ずれ量（Ｓ２ｘ、Ｓ２ｙ）、チルト量（θ２ｘ、θ２ｙ）に対する算出結果をフィードバックし、軸ずれ量Ｓ２ｘ、Ｓ２ｙ、チルト量θ２ｘ、θ２ｙが０となる位置（つまり、偏心量ｄ３ｘ、ｄ３ｙ、ｄ４ｘ、ｄ４ｙがすべて０となる位置）を目標としてレンズ位置合わせを行えば良い。

しかし、鏡筒２０などでのＸＹステージ９を用いた２次元調整による位置合わせの場合には、調整の対象となるチルト量θ２ｘ、θ２ｙは鏡筒２０の加工精度により発生することから、チルト量θ２ｘ、θ２ｙは０にはならない。つまり、偏心量ｄ３ｘ、ｄ３ｙ、ｄ４ｘ、ｄ４ｙがすべて０となる位置は存在せず、チルト量θ２ｘ、θ２ｙが０となる位置を目標としてレンズ位置合わせをすることはできない。

したがって、本ステップＳ７では、軸ずれ量Ｓ２ｘ、Ｓ２ｙを演算手段１２により算出すれば十分である。

ステップＳ８：
本実施の形態では、ＸＹステージ９を用いた２次元調整を行うことから、演算手段１２により算出された軸ずれ量Ｓ２ｘ、Ｓ２ｙに基づいて移動目標位置を演算手段１２により算出する。移動目標位置では軸ずれ量Ｓ２ｘ、Ｓ２ｙが最小（Ｓ２ｘ＝０、Ｓ２ｙ＝０）となり、適切なレンズ位置合わせを行うことができる。

つまり、式１３、式１４の関係式から、Ｓ２ｘ＝０、Ｓ２ｙ＝０としたとき、式１７、式１８で示す関係式が成立するので、第２レンズ２の上表面の偏心量ｄ３ｘ、ｄ３ｙと、下表面の偏心量ｄ４ｘ、ｄ４ｙが式（１７）、（１８）を満たす位置を移動目標位置として演算手段１２により探索（算出）する。

ｄ３ｘ＝ｚ３・ｄ４ｘ／ｚ４・・・（１７）
ｄ３ｙ＝ｚ３・ｄ４ｙ／ｚ４・・・（１８）
ステップＳ９：
ステップＳ８で求めた移動目標位置（演算結果）をＸＹステージ９にフィードバックし、第２レンズ２をＸＹ方向（図上、水平方向。２次元方向）に移動（摺動）させることにより、第１レンズ１に対する第２レンズ２の最適なレンズ位置合わせを行うことができる。

つまり、第１レンズ１の光軸Ｌａｘ１に対する第２レンズ２の光軸Ｌａｘ２の位置合わせは、偏心量ｄ３ｘ、ｄ３ｙ、ｄ４ｘ、ｄ４ｙに基づいて算出すれば良いこととなる。

以上のステップＳ１ないしステップＳ９によるレンズ位置合わせ方法によれば、鏡筒２０内などで２次元方向にレンズ位置を調整する場合においても、簡単な構成と演算処理により、軸ずれ量Ｓ２ｘ、Ｓ２ｙが最小（偏心量が最適）となるレンズ目標位置を算出して移動（レンズ位置合わせ）することが可能であることから、レンズ位置合わせに要する作業時間を短縮することができ、高精度のレンズ位置合わせが可能となる。

なお、第１レンズ１の光軸Ｌａｘ１に対する第２レンズ２の光軸Ｌａｘ２の位置合わせを終了した後、適宜の手段を用いて第２レンズ２を鏡筒２０に固定（装着）する。

＜実施の形態３＞
図５は、本発明の実施の形態３に係るレンズ位置合わせ装置の構成を示す構成ブロック図である。

本実施の形態に係るレンズ位置合わせ装置３０は、偏心顕微鏡３の構成を実施の形態１の場合と異ならせている。その他の点は同一であるので詳細な説明は省略する。

本実施の形態での偏心顕微鏡３では、対物レンズ６とカメラ７の間にビームスプリッタ１７を配置し、ビームスプリッタ１７に対応させて十字チャート４と光源５を配置している。つまり、十字チャート４と光源５は対面させて配置した第１レンズ１、第２レンズの上方に分離して配置されている。

したがって、偏心顕微鏡３は、（光源５、十字チャート４、ビームスプリッタ１７、対物レンズ６、第２レンズ２、）第１レンズ１、第２レンズ２、対物レンズ６、ビームスプリッタ１７、カメラ７で構成される光路上に反射虚像点を有する透過型の偏心顕微鏡として構成してある。

つまり、第１レンズ１、第２レンズ２それぞれの上表面、下表面における、十字チャート４の反射虚像点の軌跡をカメラ７により検出し、反射虚像点に基づいて実施の形態２に示したレンズ位置合わせ方法を実行することとなる。

実施の形態１に係るレンズ位置合わせ装置３０では、検出する対象が透過虚像点であったのに対して、本実施の形態に係るレンズ位置合わせ装置３０では、検出する対象が反射虚像点である点が異なる。しかし、動作原理、作用効果は実施の形態１、実施の形態２と全く同様であるので説明は省略する。

＜実施の形態４＞
実施の形態１ないし実施の形態３は、鏡筒２０内で相互に離れて対面する第１レンズ１および第２レンズ２の間でのレンズ位置合わせ方法、レンズ位置合わせ装置３０に関するが、レンズの組み合わせはこれに限るものではない。

図６は、本発明の実施の形態４に係るレンズ位置合わせ方法でのレンズ状況を説明する概念図である。

本実施の形態では、他方のレンズに対する面が平面状の凹レンズを第１レンズ１とし、他方のレンズに対する面が平面状の凸レンズを第２レンズ２として２つのレンズを相互に当接させてある。つまり、平坦面同士の摺動によるレンズ位置合わせなどでの２次元方向の調整に適用することができる。

本発明の実施の形態１に係るレンズ位置合わせ装置の構成を示す構成ブロック図である。 本発明の実施の形態２に係るレンズ位置合わせ方法の処理フローを示すフロー図である。 本発明の実施の形態２に係るレンズ位置合わせ方法での第１レンズの姿勢調整の方法を概念的に示す概念図である。 本発明の実施の形態２に係るレンズ位置合わせ方法での第２レンズの姿勢調整の方法を概念的に示す概念図である。 本発明の実施の形態３に係るレンズ位置合わせ装置の構成を示す構成ブロック図である。 本発明の実施の形態４に係るレンズ位置合わせ方法でのレンズ状況を説明する概念図である。 従来例１に係るレンズ位置合わせ装置の概略構成を示すブロック図である。 従来例２に係るレンズ位置合わせ方法で鏡筒内に配置された２枚のレンズの位置合わせ状況を説明する概念図である。

符号の説明

１ 第１レンズ
２ 第２レンズ
３ 偏心顕微鏡
４ 十字チャート
５ 光源
６ 対物レンズ
７ カメラ
８ 回転ステージ
９ ＸＹステージ（第２レンズ調整部）
１０ ＸＹＺθステージ（第１レンズ調整部）
１１ 虚像点検出手段
１２ 演算手段
１５ 記憶手段
１６ 保持部材（第２レンズ調整部）
１７ ビームスプリッタ
２０ 鏡筒（載置台）
３０ レンズ位置合わせ装置
Ｒａｘ 回転軸
Ｌａｘ１ 第１レンズの光軸
Ｌａｘ２ 第２レンズの光軸

Claims (13)

1. 互いに対面して配置される第１レンズと第２レンズの位置合わせを行うレンズ位置合わせ方法であって、
   第１レンズを載置台に配置する過程と、
   前記載置台を回転したときの回転軸に前記第１レンズの光軸を一致させて前記第１レンズの姿勢を調整する過程と、
   姿勢を調整した後の前記第１レンズに対面させて前記第２レンズを配置する過程と、
   前記第１レンズの光軸に対する前記第２レンズの光軸の偏心量を算出する過程と、
   前記偏心量に基づいて前記第２レンズの移動目標位置を算出する過程と、
   前記第２レンズを前記移動目標位置に２次元方向で移動させる過程と
   を備えることを特徴とするレンズ位置合わせ方法。
2. 前記載置台は、前記第１レンズおよび前記第２レンズが装着される鏡筒であることを特徴とする請求項１に記載のレンズ位置合わせ方法。
3. 前記載置台は、回転動作する回転ステージに載置されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレンズ位置合わせ方法。
4. 前記移動目標位置を算出する過程での前記偏心量は前記第１レンズの光軸に対する前記第２レンズの光軸の軸ずれ量であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一つに記載のレンズ位置合わせ方法。
5. 前記第１レンズおよび前記第２レンズは離れて配置されることを特徴とする請求項４に記載のレンズ位置合わせ方法。
6. 前記第１レンズおよび前記第２レンズは当接して配置されることを特徴とする請求項４に記載のレンズ位置合わせ方法。
7. 互いに対面して配置される第１レンズと第２レンズの位置合わせを行うレンズ位置合わせ装置において、
   第１レンズを配置した載置台を回転させて前記第１レンズを回転させる回転ステージと、
   前記第１レンズの光軸を前記載置台の回転軸に合わせる第１レンズ調整部と、
   第２レンズを移動させて第１レンズに位置合わせする第２レンズ調整部と、
   前記第１レンズおよび第２レンズの虚像点を検出する虚像点検出手段と、
   検出した前記虚像点に基づいて前記第１レンズの光軸に対する第２レンズの光軸の偏心量を算出し、該偏心量から前記第２レンズの移動目標位置を算出する演算手段と
   を有することを特徴とするレンズ位置合わせ装置。
8. 前記載置台は、前記第１レンズおよび前記第２レンズが装着される鏡筒であることを特徴とする請求項７に記載のレンズ位置合わせ装置。
9. 前記虚像点検出手段が検出した前記虚像点を記憶する記憶手段を備えることを特徴とする請求項７または請求項８に記載のレンズ位置合わせ装置。
10. 前記移動目標位置を算出するときに用いる前記偏心量は前記第１レンズの光軸に対する前記第２レンズの光軸の軸ずれ量であることを特徴とする請求項７ないし請求項９のいずれか一つに記載のレンズ位置合わせ装置。
11. 前記第２レンズ調整部は、前記第２レンズを２次元方向で移動させることを特徴とする請求項７ないし請求項１０いずれか一つに記載のレンズ位置合わせ装置。
12. 前記第１レンズおよび前記第２レンズは離れて配置されることを特徴とする請求項８ないし請求項１１のいずれか一つに記載のレンズ位置合わせ装置。
13. 前記第１レンズおよび前記第２レンズは当接して配置されることを特徴とする請求項８ないし請求項１１のいずれか一つに記載のレンズ位置合わせ装置。

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