JP2009258046A

JP2009258046A - 偏芯量測定方法、偏芯量測定装置、および偏芯調整装置

Info

Publication number: JP2009258046A
Application number: JP2008110140A
Authority: JP
Inventors: Tomoyasu Yamamuro; 智康山室; Yuji Ikeda; 優二池田; Naoyuki Murata; 直之村田
Original assignee: FUJIKODEN CORP
Current assignee: FUJIKODEN CORP
Priority date: 2008-04-21
Filing date: 2008-04-21
Publication date: 2009-11-05

Abstract

【課題】レンズが光軸から偏芯することに伴って生じるコマ収差を、高精度で測定する。
【解決手段】レンズ系と光源との間にハルトマン板を配置し、光源からの光を、ハルトマン板が有する点対称に配置された複数の小穴を通してレンズ系に入射し、この組みレンズを射出した光線により得られるハルトマン像を利用するものであり、ハルトマン像の複数のスポット位置について、スポット位置の分布からコマ収差に相当する成分を算出することによって、レンズの偏芯量を求める。
【選択図】図１２

Description

本発明は偏芯量測定方法、および偏芯調整装置に関し、組みレンズの組み立て工程におけるレンズの偏芯量の測定、および測定した偏芯量に基づいて行うレンズの偏芯調整に関する。

複数のレンズからなる組みレンズにおいて、レンズが光軸に垂直な方向に対してシフトあるいはティルトといった偏芯が発生する場合があり、この偏芯の除去はレンズの光学系の性能を維持する上で重要な要素である。

ハイビジョン用カメラやコンパクトカメラに代表されるように、近年のレンズ系の高性能化や高画質化には伴って、厳しい偏芯公差が求められている。また、非球面レンズの使用が一般化したことも厳しい偏芯公差が求められる要因となっている。

上記したレンズ系に厳しい偏芯公差が求められる状況から、レンズの組み立て工程で行う偏芯調整や、特定のレンズに微小な偏芯を積極的に加えることによって、他のレンズの収差を補償するコンペンセーションといった偏芯調整に対する要求が高まっている。

レンズ組み立ての際に用いるレンズ系の偏芯測定において、反射偏芯測定によって被検レンズ面の曲率中心を測定する幾何偏芯測定と、透過偏芯測定によって被検レンズ面自体の屈折率不均一性を含んだ焦点を測定する光学偏芯測定とを同時に測定することが提案されている（特許文献１参照）。

上記幾何偏芯測定に対応するものとして、レンズ等の光学素子の被検面の偏芯量を測定する偏芯量測定方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この特許文献１には、軸回転可能な基台に被検光学素子を設置し、被検光学素子の被検面に光を照射し、被検光学素子を回転させながら反射光あるいは透過光により光点の移動軌跡を観察することによって被検面の偏芯量を測定する偏芯量測定方法が示されている。

また、上記光学偏芯測定に対応するものとして、透過光を用いて光学素子における被検面の偏芯量を測定する偏芯量測定方法も提案されている（例えば、特許文献３参照）。特許文献２では、互いに直交する２つの回折格子の透過光を被検レンズに照射するとともに被検レンズを回転させ、被検レンズの集光スポットを撮像することによって偏芯を計測することが示されている。
特開２００７−０１７４３１号公報特開２００６−３４８９号公報特開平１１−２８７６１５号公報レンズ設計法(初版第6刷,1987年) 松居吉哉著共立出版（株）81頁

光学系では、種々の原因によって光学系を通った実際の結像は理想的な結像から収差と呼ばれるずれが生じる。この光学系の結像性能を乱す収差は、色の波長の違いによって発生する色収差と、単色光において発生する単色収差に分類される。さらに、単色収差は、最も次数の低い３次収差（ザイデル収差）に限れば、球面収差、コマ収差、非点収差、像面湾曲、歪曲収差に分類される。

この内、コマ収差は軸外物点から出た光線が像面上の一点に集まらず入射瞳に対して斜入射する光線群のうちの中心部を通る光と周辺部を通る光とが結像面上で一点に集まらないという現象である。

本出願の発明者は、複数のレンズからなる組みレンズを含むレンズ系において、レンズが光軸に垂直な方向に対してシフトすることによって偏芯した際に、この偏芯をコマ収差として取り扱えることに注目した。

このレンズが光軸から偏芯することに伴って生じるコマ収差を、高精度、短時間で測定することは、組みレンズの軸芯調整の精度および効率を高める上で重要な要素である。

上記特許文献２，３に示される従来の偏芯量測定では、以下のような問題点を有しているため、レンズが光軸から偏芯することに伴って生じるコマ収差を測定する際に、精度や測定時間の点、さらに偏芯量の調整効率の点で好適なものとは云えない。

例えば、上記した特許文献２に示される、幾何偏芯を測定する偏芯量測定方法は以下のような問題を含んでいる。

（ａ）上記偏芯量測定は、被検面の形状から偏芯量を測定する方法であるため、光学的特性を直接的に測定するものではない。
（ｂ）上記偏芯量測定はレンズの偏芯を一面ずつ測定するため、測定および調整の効率が低いという問題がある。
（ｃ）複数のレンズからなる組みレンズの内部に組み込まれたレンズの偏芯量測定には、光学モデルを想定して途中のレンズの影響を考慮に入れる必要があるため、光学モデルと実際の態様とのずれが測定精度に影響するという問題がある。
（ｄ）上記偏芯量測定において透過光を用いた場合には、単体レンズから発生する球面収差によって高い測定精度が望めないという問題がある。

上記した特許文献３に示される、光学偏芯を測定する偏芯量測定によれば、反射光を利用することによる問題点の一部は解消されるものの、この偏芯量測定は、レンズ面の曲率中心とレンズの中心軸とのずれ量という、レンズの幾何学的な形状を測定するものであって、組みレンズのレンズが光軸から偏芯することに伴って生じるコマ収差を測定するものではなく、また、以下のような問題も含んでいる。

（ｅ）レンズを回転させる必要があるため、回転軸を高い精度で回転させることが求められる。
（ｆ）トータルな偏芯量を測定する構成であるため、レンズを調整するための具体的な調整量が得られず、調整に時間を要する。

したがって、従来提案される偏芯量測定では、レンズが光軸から偏芯することに伴って生じるコマ収差を高精度で測定し、さらに偏芯量を高効率で調整する上で好適であるとは云えず、偏芯量測定では測定精度の点で問題がある。また、測定した偏芯量を用いた偏芯調整では調整効率の点で問題がある。

本発明は、斯かる実情に鑑み、レンズが光軸から偏芯することに伴って生じるコマ収差を高精度で測定することを目的とする。また、測定したコマ収差から得られる偏芯量を用いて高い調整効率を持った偏芯調整を実現することを目的とする。

本発明は、組みレンズの少なくとも一つのレンズの偏芯量を測定する偏芯量測定方法、およびレンズの偏芯を調整する偏芯調整装置にかかるものであり、レンズが光軸から偏芯することに伴って生じるコマ収差から測定した偏芯量に基づいて組みレンズの少なくとも一つのレンズの光軸からの偏芯を調整するものである。

本発明は、ハルトマン板を通過した光線群を組みレンズに入射し、この組みレンズを射出した光線により得られる像（以下、ハルトマン像という）を利用するものであり、ハルトマン像の複数のスポット位置について、スポット位置の分布からコマ収差に相当する成分を算出することによって、レンズの偏芯量を求める。

ハルトマン像を利用することによって、従来のようにレンズの偏芯を一面ずつ測定するといった多くの工程数を要することなく、レンズが光軸から偏芯することに伴って生じるコマ収差の偏芯量の測定を、少ない測定回数で求めることができる。さらに、この偏芯量を用いてレンズを移動させることで偏芯量調整を高い効率で行うことができる。

本発明の偏芯量測定方法では、レンズ系と光源との間にハルトマン板を配置し、光源からの光は、前記ハルトマン板が有する点対称に配置された複数の小穴を通してレンズ系に入射する。ハルトマン板に入射した光は、小穴以外の部分は遮蔽され、ハルトマン板の小穴を通過した光のみが組みレンズに入射し、組みレンズを射出した光線は、組みレンズが有するレンズの偏芯量に応じた軌跡を通る。

取得したハルトマン画像上のスポット位置は、ハルトマン板の複数の小穴を通過した複数の光線が撮像面に入射する位置に対応しており、これらの複数のスポット位置からなる各々点対称な小穴により形成された複数のスポット群間の重心のずれ量は、レンズの偏芯量に依存する。

本発明の偏芯量測定方法は、複数のスポットからなるスポット群を複数設定し、これらのスポット群間の重心のずれを求める。

ハルトマン板が有する点対称の複数の小穴は、これらの複数の小穴の重心位置がハルトマン板の中心に一致するように配置されると共に、中心に対して内側と外側に配置されて、それぞれ点対称の複数の小穴からなる内側小穴群と外側小穴群とを形成する。

本発明による偏芯量測定では、取得したハルトマン画像の信号強度から、各小穴に対応するスポットの位置を算出し、内側小穴群に対応する内側スポット群の重心位置（以下、内側重心位置という）と、外側小穴群に対応する外側スポット群の重心位置（以下、外側重心位置という）とを算出する。算出した内側重心位置と外側重心位置間のずれ量からレンズ偏芯量を求める。

複数のスポットとして最小で３点のスポットからずれを求めることができる。ハルトマン板が有する点対称の複数の小穴は、ハルトマン板の中心点と、当該中心点を点対称の中心とする２点の３点に配置される。

本発明の偏芯量測定では、点対称なハルトマン板の小穴に対応するスポットの両端の２点に対応する像位置の中点とハルトマン板の中心小穴に対応するスポット位置とのずれ量からレンズ偏芯量を求めることができる。

スポット位置の重心を用いて位置ずれを求める態様では、算出した重心の位置ずれ量とレンズ偏芯量との間には、その偏芯が小さい場合にはレンズ系に依存する所定の比例係数で定まる比例関係があるため、算出した重心の位置ずれ量に所定の比例係数を乗じることによってレンズ偏芯量を求めることができる。

本発明の偏芯量測定装置の第１の形態は、点対称に配置された複数の小穴を有したハルトマン板と、このハルトマン板に光を照射する光源手段と、ハルトマン板の小穴を通過した後、レンズ系を通過した光を撮像する撮像手段と、撮像手段で撮像したハルトマン画像に基づいて、ハルトマン板の複数の小穴を通過した複数の光線が形成するスポットの位置を求める画像処理手段と、算出した複数のスポット位置の分布からコマ収差に相当する成分を抽出し、抽出した成分をレンズ偏芯量に換算する演算手段とを備える。

また、本発明の偏芯量測定装置の第２の形態は、第１の形態と同様に、光源手段と撮像手段と、画像処理手段とを有すると共に、ハルトマン板が有する複数の小穴は、ハルトマン板の中心に対して点対称に配置され、かつ中心に対して内側と外側に二重に配置され、それぞれ点対称の複数の小穴からなる内側小穴群と外側小穴群とを形成する。第２の形態の演算手段は、内側小穴群に対応する内側スポット群を形成する複数のスポット位置の内側重心位置と、前記外側小穴群に対応する外側スポット群を形成する複数のスポット位置の外側重心位置とを算出し、内側重心位置と外側重心位置のずれ量からレンズ系が備える少なくとも一つのレンズが光軸から偏芯することによるコマ収差を求め、求めたコマ収差から偏芯量を算出する。

また、本発明の偏芯量測定装置の第３の形態は、第１の形態と同様に、光源手段と撮像手段と、画像処理手段とを有すると共に、ハルトマン板が有する複数の小穴は、ハルトマン板の中心点と、当該中心点を点対称の中心とする２点の３点に配置される。第３の形態の演算手段は、点対称の両端の小穴によって形成する２点スポット間の線分の中点とこの中心点の小穴によって得られるスポットとのずれ量からレンズ偏芯量を算出する。

この構成において、駆動手段で撮像手段を組みレンズの光軸方向に移動することによって、撮像面の位置を調整して異なる撮像面におけるハルトマン画像を取得し、異なる撮像面でのハルトマン画像を用いることで偏芯量演算に用いるデータを取得することができる。

本発明の偏芯調整装置は、点対称に配置された複数の小穴を有したハルトマン板と、このハルトマン板に光を照射する光源手段と、ハルトマン板の小穴を通過した後、レンズ系を通過した光の像を撮像する撮像手段と、レンズ系中の少なくとも一つのレンズを光軸方向と直交する方向に移動する偏芯調整用駆動手段と、撮像手段で撮像したハルトマン画像に基づいて、ハルトマン板の複数の小穴を通過した複数の光線が形成するスポット位置を求める画像処理手段と、スポット位置のずれ量から、レンズ系が備える少なくとも一つのレンズが光軸から偏芯することによって生じるコマ収差に対応するレンズ偏芯量を求める演算を行う演算手段とを備える。

この構成において、偏芯調整用駆動手段は、演算手段で求めたレンズ偏芯量だけレンズを移動してレンズ系が備えるレンズの偏芯を調整する。

本発明の偏芯量調整装置は、コマ収差を正確に算出することができるため、少ない偏芯調整回数で偏芯量を調整、もしくは系全体のコマ収差が最小になるようにコンペンセーションすることができる

さらに、本発明の偏芯量測定装置および偏芯調整装置は、レンズの偏芯量の測定あるいは偏芯を調整するために、対象とするレンズを把持する構成を備える。このレンズ把持装置は、レンズ系を収納する開口部の周囲を囲む枠部と、レンズ系が備えるレンズの外周と当接して当該レンズを把持するレンズ押さえ部とを備える。

レンズ押さえ部は、レンズと当接する複数の押さえピンと、この複数の押さえピンの少なくとも1つの押さえピンを枠部に対してスライド移動自在に支持する支持部と、支持部を枠部に対して弾性的に支持するバネ部と、バネ部の保持端を枠に保持する保持部とを備える。バネ部は、このバネ部に外部から力が印加されない状態では、バネ部の弾性によって支持部および押さえピンを所定位置に保持し、一方、バネ部に外部から力が印加された状態では、バネ部の弾性変形によって支持部および押さえピンを前記開口部の方向に移動させる。レンズの把持は、複数の押さえピンをレンズの外周と当接させることにより行うことができる。

上記各態様によれば、以下のような作用が得られる。

ハルトマン板を通過した光を撮像面で撮像して得られるスポット位置に基づいて偏芯量を算出する。偏芯量の算出に要する演算量は、ハルトマン像から得られるスポットの個数に依存するため、ハルトマン板が有する小穴の個数を減らすことによって、偏芯量の算出に要する演算量を低減し、演算時間を短縮することができる。

本発明では、偏芯量の算出は少なくとも３個のスポット位置があれば行うことができ、少ないスポット位置で済むため、スポット位置の分離が容易となると共に測定精度を高めることができる。

本発明のレンズ把持装置によれば、レンズを把持して保持する押さえピンの駆動力をバネ部材の弾性力を利用することによって、モータやエアシリンダ等の複雑で大型の駆動機構を用いることなく構成することができる。

偏芯調整装置では、レンズとレンズ枠との隙間に接着剤を供給する機構や接着剤を固化する機構をレンズに接近させて設ける必要があり、レンズを把持する機構を設けるスペースは限られている。そのため、本発明の構成のレンズ把持装置を用いることで限られたスペースであっても、レンズを把持することが可能となる。

本発明の偏芯量測定方法によれば、レンズが光軸から偏芯することに伴って生じるコマ収差とその原因となるレンズ偏芯量を、高精度で測定することができる。

また、本発明の偏芯調整装置によれば、レンズが光軸から偏芯することに伴って生じるコマ収差とその原因となるレンズ偏芯量を高精度で測定することで、偏芯調整において高い調整効率を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

はじめに、本発明のハルトマン画像を用いて、レンズが光軸から偏芯することに伴って生じるコマ収差を測定する概略について図１〜図１１を用いて説明し、ハルトマンパターンを撮像したハルトマン画像からレンズの偏芯量を求めるアルゴリズムについて図１２〜図１７を用いて説明し、本発明の偏芯量測定装置および偏芯調整装置の構成例について図１８〜図２３を用いて説明し、本発明の実施例について図２４〜図２６を用いて説明する。

コマ収差の偏芯量測定の概略について図１〜図１１を用いて説明する。組レンズを含むレンズ系２０が備えるレンズに偏芯が生じると、そのレンズ系を通る光線に収差が生じる。本発明は、特に偏芯に敏感なコマ収差に着目し、このコマ収差を、小穴の個数が少ないハルトマン板を用いることで測定を極力簡便化させ、測定精度の向上、偏芯の測定効率および調整効率の向上を図る。

[偏芯とコマ収差]
偏芯とコマ収差との関係について説明する。複数のレンズによって構成された組レンズは、カメラやプロジェクタなどの撮像もしくは投影用途では、なるべく像がにじまないように、収差が充分に小さくなるように設計されている。

収差が小さい領域では一般に、その大きさは３次収差の展開式として次の式で表される。

なお、上記式（１）、（２）の詳細は非特許文献１に記載されている。ここでは、光軸の方向をｚ、光軸方向ｚと直交する方向をｘ，ｙで表している。

図１は３次収差展開式のパラメータを示す図であり、レンズ系２０の入射側の面を入射瞳面３１とし、射出側の面を射出瞳面３２としている。上記式（１）、（２）において、式（１）中のＩ_j〜Ｖ_jは組レンズのレンズ系２０を構成する各レンズのうち、j番目のレンズによるザイデルの収差係数を表し、Σはその各レンズで生じる収差を全レンズについて和をとることを表している。

ここで、組レンズを含むレンズ系２０に光軸と平行な平行光線が入射する場合には、ω＝０であるため（Ｎ_１tanω）＝０となる。したがって、式（１）、（２）のΔｘ、Δｙは、第１項目以外は“０”となる。

以下、y方向の収差について示す。図２はy方向収差を説明するための図である。図２に示すように、y方向の収差Δｙのみに着目し、入射光線をｚ−ｙ平面内のみと仮定し、−Ｒ≦Ｈ≦Ｒとなる光軸高Ｈを導入すると、収差は式（１）の第１項目においてΦ＝０とすることで表される。

ここで、簡易化するために、j＝１，２として、図３に示すような２枚の薄肉レンズ２１，２２から構成される光学系に基づいて説明する。

１番目のレンズ２１および２番目のレンズ２２の光線の光軸からの距離を光軸高Ｈ_１および光軸高Ｈ_２とし、２枚のレンズ間隔をｄ、１番目のレンズ２１の焦点距離をｆ_１とすると、収差Δｙは以下の式（３）で表される。

なお、図３において、Ｈ，Ｈ_１，Ｈ_２は光軸の上側であるときは正の値となり、光軸の下側であるときは負の値となる。式（３）で示す収差Δｙは偏芯の無い光学系について示している。

次に、偏芯が生じた場合について示す。図４は２枚の薄膜レンズ（レンズ２１，２２）で構成される光学系の偏芯状態を示す図である。

上記した光学系の２番目のレンズ２２にy方向に沿ったΔＨの偏芯が生じた場合の収差Δｙ′は、式（３）のＨ_２を（Ｈ_２―ΔＨ）で置き換えることにより定数κを使って次式(４)で表される。

上記式（４）で示す収差Δｙ′は、第１項目の収差Δｙに、レンズ２２にΔＨの偏芯が生じることによってＨ^２に比例した第２項目の収差が付加されることを示している。

式（４）は光線がｙ平面内で入射する場合に、レンズのｙ方向の偏芯によりコマ収差と同様の収差が発生することを示している。

この式（４）を用いて、例えばｙ方向の収差Δｙ（Ｈ^３）＝０の光学系において、入射光の光軸高がそれぞれ−Ｈ，０，＋Ｈの３本の光線の収差Δｙ′を計算すると、
となる。

上記３個の収差Δｙ′の内で、入射光線の光軸高が−Ｈの入射光線の収差Δｙ′と入射光線の光軸高が＋Ｈの入射光線の収差Δｙ′は共に同じ値となり、同じ位置に結像する。

このことは、レンズ開口の両端と中心を通る光線を追跡し、結像位置におけるずれ量を評価することによって、偏芯量ΔＨを換算で求めることができることを意味している。

図４はこの状況を模式的に表し、図５は横収差曲線を表している。図５の横収差曲線において、横軸は光軸からの距離Ｈを示し、縦軸は収差Δｙ′を示している。両端の収差Δｙ′はＨ^２に比例するため、距離Ｈの正負で同符号の量となる。

また、式（４）において、収差Δｙ（Ｈ^３）≠０の場合を考えると、第１項目の収差Δｙ（Ｈ^３）はＨ^３に比例するため、−Ｈ,０,＋Ｈの３本の光線の収差Δｙ′は次の通りとなり、横収差曲線は図６のようになる。

このときの両端の収差の平均は、
となる。

この平均収差は、収差Δｙ（Ｈ^３）＝０場合の収差と同量である。すなわち、光学系が偏芯していない状態で収差Δｙ（Ｈ^３）が残留していても、両端の光線の収差について平均をとることで、収差Δｙ（Ｈ^３）の影響は解消できるので、その平均値から偏芯の量を導出することができる。

この偏芯量は、図６では、横収差曲線の両端を結ぶ直線と中心との間の収差の差分に相当しており、中心と両端などの光軸に点対称な最低限３本の光線によって偏芯量を推定できることを示している。

次に、光線がｙ平面にない一般の場合について、レンズ偏芯に伴って発生する収差について示す。

図７は、光線がレンズ偏芯に伴って発生する収差を説明するための図である。なお、図７は２枚構成レンズについて示している。

式（１），（２）は、入射光線が光軸に対して平行でない場合（ω≠0）を含む一般式を示している。

入射光線が光軸に対して平行な場合（ω＝0）について、光線がｙ方向に対してφの角度で入射したとき、偏芯が無い場合の収差Δｙ、Δｘは次の（５）、（６）で表される。

２枚目のレンズ２２にy方向への偏芯ΔＨが生じると、光線がレンズ２２に当たる位置は２枚目のレンズの中心を基準にすると−ΔＨだけずれる。ここで、ΔＨはy方向に限っているが、ここで考えている軸対称系のレンズ構成を前提にする限りにおいては一般性を有し、y方向に限らず適用することができる。

偏芯がある場合の収差Δｙ′、Δｘ′は、式（３）の場合と同様に偏芯ΔＨが微小な場合について整理すると以下の式（７）、（８）で表され、偏芯ΔＨと入射のzy平面からの角度φに依存したコマ収差の項が加算された形になる。

式（７），（８）で示される収差Δｙ′、Δｘ′の各々の第２項は、偏芯ΔＨに比例し、
を係数とするコマ収差と同様の収差が発生することを示しており、これは式（４）で表される光線がｙ平面内で入射する場合の収差Δｙ′と同様である。

上記したように、φ＝０の場合に限らずφ≠０でもコマ収差が生じることから、φ＝０の光線によってｙ平面に入射する場合に限らず、任意の（Ｒ，φ）の光線を用いることによって、偏芯の状況を調べることができる。

例えば、φ＝±９０°などの対称位置の光線を使えば、前記したように、両端と中央の３本の光線を用いることで、元々の球面収差Δｙの影響を受けることなく、偏芯のみを算出することができる。

なお、式(３)以降では簡単のために２枚構成のレンズについて示したが、収差Δｙを以下の式（９）で表すことで３枚以上の任意のレンズ枚数の光学系に適用可能である。

この場合には、式(７)に示す収差Δｙ′は次式（１０）で表すことができ、レンズ偏芯に伴う収差Δｙ′はやはりＨ^２に比例する。

なお、ここでζ_jは入射光軸高Ｈとその光線のj番目のレンズでの光軸高Ｈ_jの比（Ｈ／Ｈ_j）である。なお、上記式（９）、（１０）はｙ方向について示しているが、ｘ方向についても同様である。

上記式（１０）の収差Δｙ′において、第２項目のレンズ偏芯に伴う収差分はＨ^２に比例する。この収差分はコマ収差と同様の傾向を示す。以下ではこの収差分をレンズ偏芯に伴うコマ収差（或いは単にコマ収差）と呼ぶ。

なお、以上の説明では、組みレンズの一箇所に偏芯が生じた場合に、それを調整することを目的としていた。しかしコマ収差の発生箇所が二箇所以上ある場合に、そのうちの一箇所に積極的に偏芯を与えることで、組みレンズ全体としてコマ収差が最小となるように調整することは可能である。即ち組みレンズの一箇所をコンペンセータとして、像が良好となるように調整する目的にも本件の手法はそのまま適用可能である。

[ハルトマン検査によるコマ収差の検出]
次に、前記した偏芯とコマ収差との関係に基づいて、ハルトマン検査を用いたコマ収差の検出について説明する。ハルトマン検査は、レンズの開口部あるいは光軸上のレンズと像面との途中に、小穴が空いたハルトマン板と呼ばれるマスクを置いて光線を遮蔽し、その小穴を通り抜けた光を“光線”として扱い、光学系中の光線の経路を求めることで光学系の性能を評価する検査方法である。

このハルトマン検査によれば、“光線”の経路を求めることによって、結像面上でのスポットダイアグラムや、当該収差を基にして最小錯乱円直径などの光学系の性能の指標となる情報を引き出すことができる。

このハルトマン検査は“光線”の経路を求めることができるため、小穴の位置を適切に設定することによってザイデル収差の状況を調べることができる。例えば、図８に示すように、y方向に小穴３１ａが並んでいる遮蔽版３１Ａをレンズ系２０の入射瞳面３１の位置に配置し、小穴３１ａを通過した後、レンズ系２０の射出瞳面３２から射出すると、各光線４０は撮像面３３において収差Δｙが現れる。この各光線４０の収差Δｙを結ぶことによって収差曲線を描くことができる。

図９は収差Δｙを結んで得られる収差曲線を示す図である。コマ収差は前記したようにＨ^２に比例するため、図９（ｂ）に示すように、横軸に入射光線の光軸高Ｈを採り、縦軸に収差Δｙを採ると、その収差曲線（図９（ｂ）中の破線で示す）は上もしくは下に凸の放物線を描く。

したがって、収差Δｙを結んで得られる収差曲線の両端と中央の３点を抽出し、この３点の一直線上からのずれを求めることよって、コマ収差の成分を評価することができる。

そこで、本発明は、ハルトマン板に中心点と点対称の２点の合計３点の小穴を設け、この小穴を通過した光によって得られる撮像面上の３点のスポット位置を求め、この３点のスポット位置を収差曲線を定める両端と中央の３点に対応させることによって、コマ収差を求める。

図９（ａ）はハルトマン板の一例を示し、このハルトマン板は、中心点とｙ方向に点対称に配列した２点の合計３点の小穴を備えている。

図９（ｂ）は、この３点の小穴を有したハルトマン板によって、得られるスポット位置を光軸高さＨに対してプロットしたものである。

この図９（ｂ）の３点のスポット位置は図５に示す収差曲線上の点であるので、３点のスポット位置からコマ収差を求めることができる。

一般的なハルトマン検査では、収差の状況を詳しく調べるために多数の穴が形成された遮蔽板を使用する。これに対して、本発明のハルトマン板を用いたコマ収差の測定では、収差曲線の両端と中央の最小限３点の収差を抽出することで行うことができる。

上記したように、本発明のハルトマン検査を用いたコマ収差の検出では、ハルトマン板の小穴の数を最小限の３点に低減させることができるため、撮像面で撮影された画像からハルトマンスポットを抜き出す画像解析や、またそれに基づいた収差量の導出を迅速に行うことができる。また、画像に写ったハルトマンスポットの分離が容易であるため、スポットを誤認するなどの不安定要因が減り、引いては信頼度高い検出が可能となる。

なお、本発明の実施形態による測定では、ハルトマン板の小穴が少ないことに起因する統計的なエラーを回避して測定精度を向上させるため、３個以上の小穴を使用することが好ましい。

この条件を満たすために、例えば、図１０のハルトマン板の小穴の配置例に示すように、縦横に小穴を並べて９個、あるいはさらに斜め方向に４個の小穴を配置して計１３個の小穴を設ける構成が好適である。

図１０に示す配置例では、ハルトマン板が備える計１３個の小穴のうち、中心に一個の小穴を配置すると共に、内側にｘ，ｙ方向に点対称に４個の小穴を配置し、外側にｘ，ｙ方向および４５°の方向に点対称に８個の小穴を配置している。内側に配置した４個の小穴、および外側に配置した８個の小穴は、それぞれ同心円上に等角度配置されることになる。

図１１は、レンズ系２０の入射瞳面３１の位置に配置する遮蔽板３１Ａとしてハルトマン板を配置した例を示している。ハルトマン板の小穴３１ａを通過した光は、レンズ系２０を通過した後、射出瞳面３２から射出される。撮像面３３上には、１３個の小穴に対応する１３本の光線の軌跡点がスポット状に形成される。撮像面３３上に形成される１３個のスポット３３ａは、撮像面３３上においてレンズ系の偏芯に応じた収差を有して二次元に分布する。

なおハルトマン板は必ずしも入射瞳に一致させて設置する必要はなく、設置位置に応じたコマ収差量とレンズ偏芯量の換算係数を用いてレンズ偏芯量を算出できる。

次に、ハルトマンパターンを撮像したハルトマン画像からレンズの偏芯量を求めるアルゴリズムについて図１２〜図１７を用いて説明する。

はじめに、本発明の偏芯量測定において、ハルトマンパターンを撮影した画像からレンズの偏芯量を求める際の光学系での各画像について図１２を用いて説明する。

本発明の偏芯量測定では、前側ハルトマン画像，後側ハルトマン画像の２種の画像を用いる。

図１２は、本発明の偏芯量測定における光学像系の概要を説明するための図である。図１２に示す光学系では、測定対象であるレンズを含む組レンズを有するレンズ系２０に対して光源（図示していない）側にハルトマンパターンのマスクを有したハルトマン板６を配置する。このハルトマン板６には、ハルトマンパターンを形成する複数の小穴６ａが設けられる。ハルトマン板６の小穴６ａを通過した光は、レンズ系２０を通過した後方位置においてスポット像を形成する。レンズ系２０の射出光は、最良像面３５の位置において最小錯乱円を形成する。

光路上において、この最良像面３５の前方で形成される像は、最良像面３５で形成される錯乱円の径よりも広がったピンボケした像となる。ここでは、この位置で撮像されるハルトマンパターンの画像を前側ハルトマン画像３４という。一方、光路上において、最良像面３５の後方で形成される像は、最良像面３５で形成される錯乱円の径よりも広がったピンボケした像となる。ここでは、この位置で撮像したハルトマンパターンの画像を後側ハルトマン画像３６という。

図１３のフローチャートは、本発明のハルトマンパターンを撮像したハルトマン画像からレンズの偏芯量を求め、偏芯調整を行う概略アルゴリズムを示している。

はじめに、ハルトマンパターンを撮像して得られたハルトマン画像について、映っているパターンの光量が、以後に行う画像処理に好適な状態にあるか否かを前画像処理によって確認した後（S1）、このハルトマン画像からハルトマンパターンに対応する各スポット位置を求め（S2）、求めたスポット位置に基づいてレンズの偏芯量を導出する（S3）。

導出したレンズの偏芯量が予め定めておいた目標値よりも大きい場合(S4)には、求めたレンズ偏芯量を用いてレンズの偏芯調整を行う(S5)。導出したレンズの偏芯量が目標値よりも小さくなるまで、S3〜S5の工程を繰り返す。

なお、S1の前画像処理の工程では、例えば、撮像装置の検出器について、バイアス較正や感度ムラ較正を行う。

次に、レンズ偏芯量の導出について図１４〜図１７を用いて説明する。以下、図１４のレンズ偏芯量の導出を説明するフローチャートに従って説明する。

図１５は、最良像面の算出を説明するための図である。図１５において、前側ハルトマン画像３４のスポット位置と後側ハルトマン画像３６のスポット位置において、それぞれ同じハルトマン板の小穴に対応するスポット位置間を線分で結ぶ。ここでは、１３個のスポット位置により、１３本の線分が形成される例を示している。ただし、図１５では、１３本の光線の内の５本のみを示している。

前側ハルトマン画像３４と後側ハルトマン画像３６の互いに対応するスポットを結ぶと、結像面近傍において小径の最小錯乱円を含む面を算出でき、この面が最良像面３５となる(S31)。

図１６はレンズ偏芯とスポット位置の位置ずれとの関係を示している。図１６（ａ）はレンズ偏芯が無い場合のスポット位置を示し、図１６（ｂ）はレンズ偏芯が存在する場合のスポット位置を示している。

図１６（ｂ）に示すように、レンズ偏芯によって最良像面においてのスポット位置に位置ずれが生じる。レンズの偏芯量は、単にスポット位置の位置ずれ量から求めるよりも、内側スポット群の重心位置と外側スポット群の重心位置のずれ量から求める方が、その相対位置を最良像面上で計測するだけで済むために精度を向上しやすい。

図１７のハルトマン画像のスポット像は、図１１に示したハルトマン板による取得画像例であり、ハルトマン画像３７上には合計１３点のスポットが分布している。１３点のスポットの内、中心のスポットを除く残りの１２点のスポットは、中心に対してほぼ点対称に分布し、内側の４点および中央を合わせた計５点から成る内側スポット群３８と、外側の８点から成る外側スポット群３９とを形成している。

これら内側スポット群３８および外側スポット群３９とは、それぞれ点対称に配置されたハルトマン板の小穴に対応している。光学系に偏芯がある場合には、各スポット群間の重心位置にずれが生じる。

本発明は、内側スポット群から得られる重心と、外側スポット群から得られる重心を求める(S32)。

S32で算出した内側のスポット群の重心位置と外側のスポット群の重心位置の位置ずれを算出する(S33)。

内側のスポット群の重心位置と外側のスポット群の重心位置との重心ずれ量はコマ収差の量、すなわち調整対象のレンズの偏芯残留量を表している。S33で算出した内側のスポット位置の重心位置と外側のスポット位置の重心位置の位置ずれからレンズ偏芯量を算出する。

ずれ量が小さい場合には、前記式（７）、（８）からずれ量と偏芯量との間には比例関係がなりたつため、ずれ量に所定の比例係数を乗ずることによって、重心から求めたずれ量をレンズ偏芯量に換算することができる（S34）。

次に、本発明の偏芯量測定装置および偏芯調整装置の構成例について図１８〜図２３を用いて説明する。

図１８は本発明の偏芯量測定装置および偏芯調整装置の概略構成図である。偏芯測定装置１は、ワーク２の組みレンズを保持するワーク保持具５、ハルトマン板６、レンズの偏芯量を調整する調整手段７、ワーク２に組み込まれたレンズを把持するレンズ把持手段８、ワーク２に光を照射する光源手段９と、ワーク２を通過した光線を撮像する撮像手段３、制御手段、画像処理手段、および演算手段を含むＰＣ１１等の構成を備え、撮像手段３が撮像する撮像画像に基づいてレンズの偏芯量を測定する。

ワーク２は、複数のレンズを組み合わせてなる組みレンズであり、レンズ枠２ｃ内に組み込まれる。ここでは、レンズ枠２ｃ内に固定されたレンズ２ａと、偏芯調整を行うレンズ２ｂとを備える構成を示している。

光源手段９は、ワーク２のレンズに対して光を照射する手段である。平行光を照射する場合には、光源手段９は、例えば点光源９ａとコリメータ９ｂとから構成することができる。

なお、光源手段９は、平行光を照射する光源に限らず、対象とするレンズ系に応じて、発散光を照射する光源や集光を照射する光源を用いることができる。

また、光源手段９は、光源と補正レンズとの組み合わせによって構成することができ、補正レンズを組み合わせることによって、焦点位置の調整や、収差補正を行ってアプラナートとすることができる。

以上の説明では、組レンズの一部に偏芯が生じることによりコマ収差が発生することを前提としていた。一方で、組レンズの一部に偏芯が生じる場合に、コマ収差ではなく非点収差や像面湾曲の変化などの他の収差を有意に引き起こす場合がある。これらの場合であっても、非特許文献１に記されている「瞳の収差」のように、適切な補正レンズを組み合わせることで、補正レンズも含めた全体の光学系としてコマ収差が有意な光学系にすることが可能である。このような補正レンズを使用することで、非点収差や像面湾曲を調整したい光学系に適用することも可能である。

ワーク保持具５は、ワーク２を保持する部材であり、組みレンズ２ａ、２ｂを組み込んだレンズ枠２ｃを保持するワーク保持部５ａと、このワーク保持部５ａを支持するベース部５ｂとを備える。また、保持部５ａ内には、ハルトマン板６が設けられる。

また、レンズ把持手段８は、中央の開口部分を周囲で囲み、この開口部にワーク保持具５に保持させたワーク２を配置させる枠部８ａと、この枠部８ａ内に配置したワーク２が備える偏芯調整対象のレンズ２ｂの外周の側部を複数箇所で押すことによって把持して保持する複数のレンズ押さえ部８ｂとを備える。

複数のレンズ押さえ部８ｂの内の少なくも一つは、後述する駆動手段８ｃによって移動自在としている。複数のレンズ押さえ部８ｂは、押さえ部の一部を駆動手段８ｃによって移動自在とし他の押さえ部を保持状態とする構成の他、全ての押さえ部分を移動自在とする構成としてもよい。

駆動手段８ｃは、レンズ押さえ部８ｂをワーク２の方向に押し、レンズ押さえ部８ｂの先端部分をレンズ２ｂの外周側部に当接させる。これによって、複数のレンズ押さえ部８ｂは、レンズ２ｂの外周をレンズ枠２ｃ内で把持する。駆動手段８ｃは、把持ドライバ１７ｂによって駆動制御される。

ベース部５ｂ上には、レンズの偏芯量を調整する調整手段７が設けられる。調整手段７は、Ｘ軸駆動手段７ａおよびＹ軸駆動手段７ｂを有し、枠部８ａをベース部５ｂに対してＸＹ方向の位置を調整自在としている。枠部８ａは複数のレンズ押さえ部８ｂによって偏芯調整対象のレンズ２ｂを把持して保持しているため、調整手段７によって枠部８ａのＸＹ方向の位置を調整すると、レンズ２ｂのＸＹ方向の位置が調整される。一方、ワーク２のレンズ枠２ｃはワーク保持部５ａを介してベース部５ｂに固定されているため、レンズ２ｂのＸＹ方向の位置調整によって、レンズ枠２ｃに対する偏芯調整対象のレンズ２ｂの位置調整が行われることになる。

調整手段７が備えるＸ軸駆動手段７ａおよびＹ軸駆動手段７ｂは、ＸＹ軸駆動ドライバ１７ｃによって駆動制御される。

撮像手段３は、ワーク２のレンズを射出した光線が作る像を撮像し、撮像画像はＰＣ１１に送られ偏芯測定および偏芯調整に用いられる。撮像手段３は、例えばＣＣＤカメラ等を用いることができ、Ｚ軸駆動手段４が取り付けられている。Ｚ軸駆動手段４はＺ軸駆動ドライバ１７ａによって駆動制御される。撮像手段３が撮像した画像は、画像処理手段１３によって画像処理される。

光源手段９とワーク保持具５と調整手段７と撮像手段３は１つの光軸に合わせて配置される。光源手段９から射出した光はワーク保持具５に保持されたハルトマン板６を通過した後、ワーク２のレンズに入射する。撮像手段３は、レンズを通過した通過光のハルトマンパターンを撮像して撮像画像の画像信号を出力する。撮像手段３は、Ｚ軸駆動手段４によって光軸方向に移動自在であり、撮像手段３が撮像する位置を光軸方向で移動自在としている。

Ｚ軸駆動ドライバ１７ａ、レンズ把持ドライバ１７ｂ、およびＸＹ軸駆動ドライバ１７ｃは、ＰＣ１１が備える制御手段１２によって制御される。また、ＰＣ１１は、撮像手段３で撮像した撮像画像の画像信号を画像処理手段１３で信号処理して、偏芯量を算出する演算手段１４を備える。

偏芯調整装置１０は、上記した偏芯測定装置１の構成と共に、算出した偏芯量に基づいてワーク２のレンズの位置を移動して偏芯を調整する機構、および偏芯調整したレンズをレンズ枠に固定するための機構を備える。

レンズ位置を調整する機構は、Ｘ軸駆動手段７ａおよびＹ軸駆動手段７ｂを含む調整手段７、および、この調整手段７を駆動制御するＸＹ軸駆動ドライバ１７ｃを備える。前記したように、レンズ把持手段８は、レンズ２ｂをレンズ枠２ｃ内において、レンズ枠２ｃに対してｘｙ方向に移動自在に保持する機構として、レンズ２ｂの外周側部と当接して押さえるレンズ押さえ部８ｂ、およびこのレンズ押さえ部８ｂの先端をレンズ２ｂの外周側部に当接させて把持する駆動手段８ｃ、駆動手段８ｃを駆動制御するレンズ把持ドライバ１７ｂを備えている。また、調整手段７は、枠部８ａをＸＹ方向に移動させることによって、レンズ押さえ部８ｂが把持しているレンズ２ｂをレンズ枠２ｃに対してＸＹ方向に微動させ、これによって偏芯調整を行う。

ＰＣ１１の制御手段１２は、演算手段１４で算出した偏芯量に基づいて、ＸＹ軸駆動ドライバ１７ｃを介して調整手段７のＸＹ軸駆動手段７ａ，７ｂに調整量を指示し、枠８ａをＸＹ方向に移動して位置調整を行う。この位置調整によって偏芯調整を行う。

なお、この位置調整に先だって、レンズ把持ドライバ１７ｂを介して駆動手段８ｃに駆動を指示して、レンズ押さえ部８ｂをレンズ２ｂの方向に押し、その先端をレンズ２ｂの外周の側部に当接させて把持しておく。これによって、レンズ２ｂはレンズ枠２ｃに対して自由な状態で保持され、枠８ａに保持したレンズ２ｂの位置をレンズ枠２ｃに対して調整することによって、レンズ２ｂのレンズ枠２ｃに対する位置を調整することができる。

位置調整して偏芯調整したレンズ２ｂをレンズ枠２ｃに固定するための機構は、接着剤をレンズ２ｂおよびレンズ枠２ｃの内側縁部との接触部分に供給する接着剤ディスペンサシリンジ１５、接着剤ディスペンサシリンジ１５を移動するディスペンサシリンジ移動手段１９、接着剤ディスペンサシリンジ１５によって付着された接着剤を固化させる接着剤固化手段１６を備える。接着剤ディスペンサシリンジ１５から紫外線によって硬化する接着剤を供給する場合には、この接着剤固化手段１６として紫外線照射装置を用いることができる。

接着剤ディスペンサシリンジ１５は、シリンジ駆動部１７ｅによって接着剤を射出する。シリンジ駆動部１７ｅは主に電磁弁等により構成されており、電磁弁の開閉制御によって供給する圧力を制御し、接着剤ディスペンサシリンジ１５からの接着剤の射出を制御する。

また、ディスペンサシリンジ移動手段１９はエアシリンダ等で構成され、接着剤ディスペンサシリンジ１５を射出位置と待機位置との間で移動する。

ＰＣ１１の制御手段１２は、ディスペンサシリンジ移動ドライバ１７ｄを介してディスペンサシリンジ移動手段１９を制御し、接着剤ディスペンサシリンジ１５を射出位置と待機位置との間で移動させる。また、ＰＣ１１の制御手段１２は、シリンジ駆動部１７ｅを制御して接着剤ディスペンサシリンジ１５からの接着剤の射出を制御する。

レンズの光軸調整を行っている間は、ディスペンサシリンジ移動手段１９は接着剤ディスペンサシリンジ１５を斜め上方位置の待機位置に移動させて待機させておく。光軸調整が終了した後には、ディスペンサシリンジ移動手段１９は接着剤ディスペンサシリンジ１５を斜め下方に移動させて、接着剤ディスペンサシリンジ１５のニードルを接着部に移動させる。その後、接着剤ディスペンサシリンジ１５はシリンジ駆動部１７ｄからの駆動により接着剤を射出する。

また、接着剤固化手段１６は、ＰＣ１１の制御手段１２からの制御信号を受けた固化ドライバ１７ｆによって駆動される。

なお、レンズ２ｂをレンズ枠２ｃに固定するための機構は、上記した紫外線を利用する構成に限らず、他の構成を適用してもよい。また、図１８において、光源手段９は偏芯測定装置１に対して下方位置に配置する構成を示しているが、光源手段９を偏芯測定装置１に対して上方位置に配置する構成としてもよい。

図１９、図２０はワーク２を取り付けたワーク保持具５のワーク保持部５ａの設置状態を説明するための図である。組みレンズの偏芯測定、および測定した偏芯量に基づくレンズの偏芯調整は、組みレンズのワーク２をワーク保持具５のワーク保持部５ａに取り付けることによって行う。

偏芯測定および偏芯調整を行う組みレンズの焦点距離等の光学特性によっては、撮像手段３の撮像面に結像させることが難しくなるため、内部に焦点距離を調節する補正レンズ５ｃを組み込んだワーク保持具５を用いる。図２０は、補正レンズ５ｃを組み込んだワーク保持具５を用いた例を示している。

また、光源手段９には、フィルタ等の測定波長を選択できる測定波長可変部１８を設けてもよく、これによって、例えば色収差の影響を除去して単色におけるコマ収差を測定し、これに基づいた偏芯調整を行うことができる。

また、ワーク２はワーク保持具５のワーク保持部５ａに対して着脱自在とすることで、複数のワーク２の偏芯測定および偏芯調整を連続的に行うことができる。図２１は、ワーク２をワーク保持部５ａに対して着脱する状態を説明するための図である。

図２１において、図示していないワーク交換機構によって、ワーク２のレンズ枠２ｃをワーク保持部５ａに対して入れ替えることによって交換する。偏芯調整が完了したワーク２をワーク保持部５ａから取り出し、次に、偏芯未調整のワーク２をワーク保持部５ａに取り付ける。

このワーク交換機構を偏芯調整装置に併設させることで、レンズ調整をライン工程中に組み込むことが容易となる。

次に、レンズ把持手段８の一構成例および動作例について図２２〜図２５を用いて説明する。

図２２（ａ）において、レンズ把持手段８は、中央の開口部を囲む枠部８ａと、この枠部８ａに設けられた複数のレンズ押さえ部８ｂとを備える。図２２，２３では、枠部８ａの４つの各辺にレンズ押さえ部８bA〜８bDを設けた構成例を示している。

枠部８ａの中央の開口部内にはレンズ枠２ｃが配置され、調整対象であるレンズ２ｂの外周側部が、レンズ押さえ部８bA〜８bDと同じ高さレベルとなるように配置される。

レンズ押さえ部８bA〜８bDは、枠部８ａに対して中央の開口部の方向に移動自在とする機構とすることができる。図２２，２３では、レンズ押さえ部８bA〜８bDの内で、レンズ押さえ部８bA、８bBは枠部８ａに対して移動自在であり、レンズ押さえ部８bC、８bDは枠部８ａに対して固定した構成を示している。

レンズ押さえ部８bA〜８bDは、枠部８ａの開口部に配置されたレンズ枠２ｃ内のレンズ２ｂの外周側部を把持することによって、レンズ２ｂを保持する。

図２２，２３では、移動自在のレンズ押さえ部８bAと固定されたレンズ押さえ部８bCとを同一直線上で対向して配置し、移動自在のレンズ押さえ部８bBと固定されたレンズ押さえ部８bDとを、前記直線と直交する直線上で対向して配置する構成を示している。

レンズ押さえ部８bAとレンズ押さえ部８bBとを移動自在とすることによって、レンズ枠２ｃを枠部８ａ内に配置する際に、レンズ押さえ部８の押さえピン8b1の先端とレンズ２ｂとの間に隙間を設け、配置動作を容易とすることができる。

レンズ２ｂの上端がレンズ枠２ｃの端部よりも下側に配置されている場合には、図２２（ｂ）に示すように、レンズ枠２ｃの一部に溝２ｄを形成し、この溝２ｄの隙間を通して押さえピン8b1の先端をレンズ２ｂの外周側部に当接させる。

また、レンズ２ｂの上端がレンズ枠２ｃの端部よりも上側に配置され、レンズ２ｂの一部がレンズ枠２ｃから露出している場合には、図２２（ｃ）に示すように、レンズ枠２ｃに溝２ｄを形成する必要はなく、レンズ枠２ｃに上端で露出するレンズ２ｂの外周側部にレンズ押さえ部８ｂの先端を当接させる。

また、ワーク保持具５のワーク保持部５ａの筒体内に、ハルトマン板６が取り付けられ、必要に応じて補正レンズ５ｃが設けられている。

次に、レンズ押さえ部８ｂの一構成例について、図２４，図２５を用いて説明する。図２４，２５は、枠部８ａに対して移動自在とする機構を備えるレンズ押さえ部８の構成例を示している。

この構成例は、バネ材の弾性力を利用する構成であり、バネ材に外力を印加し変形させることで押さえピン8b1の先端をレンズの外周側部に当接させ、バネ材に加える外力の印加を解除することによるバネ材の復元によってレンズ押さえ部８の先端をレンズの外周側部から離す機構であり、モータやエアシリンダ等のアクチュエータ機構やコイルスプリング等、戻すためだけの要素を不要とすることができる。

図２４の斜視図はレンズ押さえ部８の一部を示している。また、図２４（ａ）は各部を取り付けた状態を示し、図２４（ｂ）は各部を分離した状態を示している。

レンズ押さえ部８は、レンズ外周側部と当接する押さえピン８b1と、この押さえピン８b1を支持する支持部８b2と、支持部８b2を弾性的に支持するバネ部８b3と、バネ部８b3の保持端の弾性変形による移動を阻害しないようにしながら枠部８ａに保持するための保持部８b4とを備える。

バネ部８b3は弾性材からなる片部材で形成することができ、片部材が弾性で変形する。支持部８b2に押さえピン８b1の一端を取り付けることによって、押さえピン８b1を移動自在としている。支持部８b2とバネ部８b3とは一体で構成することができる。図２４および図２５では、支持部８b2とバネ部８b3とを一体で構成した例を示している。

枠部８aは、支持部８b2の入る溝８a2を備え、この溝８a2内に支持部８b2が入ることで、支持部８b2が横方向にずれることなくスライド自在することができる。

バネ部８b3は保持部８b4と枠部８ａに隙間を開けて保持されているだけであるため、支持部８b2が枠部８aに対して横方向に動くことを抑制する機能は有していない。枠部８aに形成した溝８a2内に支持部８b2を嵌め込むことによって、支持部８b2がレンズ方向に対して前後にスライドすることを許容すると共に、支持部８b2が横方向に移動してずれることを抑制することができる。

また、支持部８b2は、枠部８aに取り付けられる左右２個ずつのワッシャとネジによって前後方向のスライドを許容しながら上下方向で保持し、支持部８b2が溝８a2から外れないようにしている。

図２４に示す例では、支持部８b2とバネ部８b3とを金属材等の弾性材で一体に構成し、支持部８b2に対してバネ部８b3を９０度折り曲げている。また、バネ部８b3を構成する片材の両端は枠部８ａに保持するための保持端とし、保持端に挟まれる中間部分はたわみによって変位するようになっている。バネ部８b3に外力を印加してバネ部をたわませることによって、支持部８b2を移動させ、支持部８b2に取り付けた押さえピン８b1を移動させる。

バネ部８b3に印加する外力が解除された場合には、バネ部８b3はバネ部材の弾性による復元力によって元の位置に戻され、レンズ押さえ部８の先端はレンズの外周側部から離れる。

なお、枠部８ａにおいて、バネ部８b3に外力が印加された際にバネ部８b3の変位に支障がないように、バネ部８b3が変形する部分に凹部８a1が形成されている。

バネ部８b3は、たわみを容易とするために、保持端に挟まれる中間部分の内で、支持部８b2との連結部分を除く部分の厚さを薄くしている。これによって、バネ部８b3の変形において、より小さな力で変形させることができる。

保持部８b4は、一部を枠部８ａにネジ等で固定すると共に、この固定によってバネ部８b3の保持端を枠部８ａとの間で隙間を設けて挟んでバネ部８b3の弾性変形による保持端の移動を阻害しないようにしながら保持している。

図２５は、レンズ押さえ部の断面を示し、図２５（ａ）は外力を印加していない状態を示し、図２５（ｂ）は外力を印加した状態を示している。

図２５（ａ）において、バネ部８b3はバネ部材の弾性力によって、支持部８b2および押さえピン８b1は、レンズ（図示していない）から離れた位置に保持される。図２５（ｂ）において、バネ部８b3に外力が印加されるとバネ部８b3は変形し、支持部８b2および押さえピン８b1を、レンズ（図示していない）方向に移動する。

図２５（ｂ）に示す状態から外力の印加を解除すると、バネ部８b3はバネ部材が復元することによって、支持部８b2および押さえピン８b1は、レンズ（図示していない）から離れる方向に移動して図２５（ａ）の状態に戻る。

次に、本発明の実施例について図２６〜図２８を用いて説明する。
図２６は、本発明の偏芯調整の実施例に用いた組みレンズの構成例であり、図２７はこの構成例における横収差の例を示している。組みレンズの基礎光学データを以下の表１に示す。

この構成において、光学系の視野中心について、図２７（ａ）は偏芯が無い場合の横収差曲線を示し、図２７（ｂ）は１０μｍの偏芯がある場合の横収差曲線を示し、図２７（ｃ）は偏芯が有る場合と無い場合の横収差の差分曲線を示している。

図２７（ａ）に示す偏芯が無い状態では、高次の球面収差が残留しているが、Ｈ^２に比例する成分は見られない。しかし、後群に１０μｍの偏芯を与えると、図２７（ｂ）に示すようにＨ^２に比例する収差が加わる。図２７（ｃ）の差分は、Ｈ^２に比例する収差を表している。

このレンズに図１１に示したハルトマン板のハルトマンマスクを、レンズ系の入射瞳の位置に配置して、ハルトマン画像を撮像する。このハルトマンマスクを通過する光線の内、内側５点の各小穴と外側８点の小穴を通過した光線が、最良像面の照射する位置の重心を求める。

図２８は、偏芯による重心位置の変位の例を示している。図２８（ａ）において、レンズに偏芯が無い場合には、内側５点による重心と外側８点による重心とも零の位置となって中央となる。一方、後群に１０μｍの偏芯が加わると、図２８（ｂ）に示すように、コマ収差の影響を受けて重心位置が変位する。内側５点による重心は−１２．４μｍの位置に照射され、外側８点による重心は−１４．３μｍの位置に照射される。その差は１．８μｍとなる。

ここで、偏芯量と内側重心位置と外側重心位置の差分との比率は１０μｍ／１．８μｍ＝５．６であり、この比率を比例係数として、内側重心位置と外側重心位置の差分に乗ずることによって偏芯量を算出することができる。

なお、より詳細には、外側の小穴を入射瞳の端部に設けた場合には、外側の小穴は入射瞳の端部で光線がかげる。この光線かげりによる影響を避けるための構成として、外側の小穴の重心位置は演算で求めた位置よりもやや内側として求める他、外側の小穴を入射瞳の端ではなく、例えば、８０〜９０％程度内側の位置とする構成とすることができる。

尚、本発明の偏芯量測定方法、および偏芯調整装置は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明の偏芯量測定、および偏芯調整は、組みレンズを用いた光学装置の製造において、製造ライン内において組みレンズが備えるレンズの偏芯量測定や偏芯調整に適用することができる。

３次収差展開式のパラメータを示す図である。ｙ方向のずれを説明するための図である。２枚の薄肉レンズから構成される光学系を説明するための図である。２枚の薄膜レンズで構成される光学系の偏芯状態を示す図である。横収差曲線を説明するための図である。横収差曲線を説明するための図である。光線がレンズ偏芯に伴って発生する収差を説明するための図である。本発明のハルトマン検査の光線の経路を説明するための図である。収差を説明するための図である。ハルトマン板の小穴の配置例を説明するための図である。レンズ系の入射瞳面の位置にハルトマン板を配置した例を説明するための図である。本発明の偏芯量測定における光学像系の概要を説明するための図である。本発明のハルトマンパターンを撮像したハルトマン画像からレンズの偏芯量を求める概略アルゴリズムを説明するためのフローチャートである。本発明のレンズ偏芯量の導出を説明するためのフローチャートである。最良像面の算出を説明するための図である。レンズ偏芯とスポット位置の位置ずれとの関係を示す図である。ハルトマン画像のスポット像を示す図である。本発明の偏芯量測定装置および偏芯調整装置の概略構成図である。本発明のワークを取り付けた補正レンズの設置状態を説明するための図である。本発明のワークを取り付けた補正レンズの設置状態を説明するための図である。本発明のワークの補正レンズに対する着脱状態を説明するための図である。本発明の補正レンズの一構成例を説明するための図である。本発明の補正レンズの動作例を説明するための図である。本発明のレンズ押さえ部の斜視図である。本発明のレンズ押さえ部の断面図である。本発明の偏芯調整の実施例に用いた組みレンズの構成例を示す図である。本発明の構成例における横収差の例を示す図である。本発明の偏芯による重心位置の変位の例を示す図である。

符号の説明

１偏芯測定装置
２ワーク
２ａレンズ
２ｂレンズ
２ｃレンズ枠
２ｄ溝
３撮像手段
４軸駆動手段
５ワーク保持具
５ａワーク保持部
５ｂベース部
５ｃ補正レンズ
５ｄ筒体
６ハルトマン板
６ａ小穴
７調整手段
７ａＸ軸駆動手段
７ｂＹ軸駆動手段
８レンズ把持手段
８ａ枠部
８a1 凹部
８a2 溝
８ｂ、８bA〜８bD レンズ押さえ部
８b1 押さえピン
８b2 支持部
８b3 バネ部
８b4 保持部
８ｃ駆動手段
９光源手段
９ａ点光源
９ｂコリメータ
１０偏芯調整装置
１１ＰＣ
１２制御手段
１３画像処理手段
１４演算手段
１５接着剤ディスペンサシリンジ
１６接着剤固化手段
１７ａ駆動ドライバ
１７ｂレンズ把持ドライバ
１７ｃ軸駆動ドライバ
１７ｄディスペンサ移動ドライバ
１７ｅシリンジ駆動部
１７ｆ固化ドライバ
１８測定波長可変部
１９ディスペンサ移動手段
２０レンズ系
２１，２２レンズ
３１入射瞳面
３１Ａ遮蔽板
３１ａ小穴
３２射出瞳面
３３像面
３３ａスポット位置
３４前側ハルトマン画像
３５最良像面
３６後側ハルトマン画像
３７ハルトマン画像
３８内側スポット群
３９外側スポット群
４０光線
ΔＨ偏芯量
Δｙ収差
κ 定数
σ 分散

Claims

レンズ系と光源との間にハルトマン板を配置し、
前記ハルトマン板が有する複数の小穴はハルトマン板の中心に対して点対称に配置され、
前記光源からの光を、前記ハルトマン板が有する複数の小穴を通してレンズ系に入射し、
前記レンズ系の射出光画像を取得し、
前記取得した射出光画像の信号強度から各小穴に対応するスポットの位置をそれぞれ算出し、
前記算出した複数のスポット位置の分布からコマ収差に相当する成分を抽出し、当該成分をレンズ偏芯量として求めることを特徴とする、偏芯量測定方法。
前記ハルトマン板が有する複数の小穴は、ハルトマン板の中心に対して点対称に配置され、かつ中心に対して内側と外側に二重に配置され、それぞれ点対称の複数の小穴からなる内側小穴群と外側小穴群とを形成し、
前記取得したハルトマン画像の信号強度から、各小穴に対応するスポットの位置を算出し、
前記内側小穴群に対応する内側スポット群を形成する複数のスポット位置の内側重心位置と、前記外側小穴群に対応する外側スポット群を形成する複数のスポット位置の外側重心位置とを算出し、
前記内側重心位置と外側重心位置のずれ量から前記レンズ偏芯量を求めることを特徴とする、請求項１に記載の偏芯量測定方法。
前記ハルトマン板が有する複数の小穴は、ハルトマン板の中心点と、当該中心点を点対称の中心とする２点の３点に配置され、
前記取得したハルトマン画像において
前記点対称の両端の２点が形成する直線の中点と前記中心点とのずれ量から前記レンズ偏芯量を求めることを特徴とする、請求項１に記載の偏芯量測定方法。
点対称に配置された複数の小穴を有したハルトマン板と、
前記ハルトマン板に光を照射する光源手段と、
前記ハルトマン板の小穴を通過した後、レンズ系を通過した光を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段で撮像したハルトマン画像に基づいて、前記ハルトマン板の複数の小穴を通過した複数の光線が形成するスポットの位置を求める画像処理手段と、
前記算出した複数のスポット位置の分布からコマ収差に相当する成分を抽出し、当該成分をレンズ偏芯量として算出する演算手段とを備えることを特徴とする、偏芯量測定装置。
前記ハルトマン板が有する複数の小穴は、ハルトマン板の中心に対して点対称に配置され、かつ中心に対して内側と外側に二重に配置され、それぞれ点対称の複数の小穴からなる内側小穴群と外側小穴群とを形成し、
前記内側小穴群に対応する内側スポット群を形成する複数のスポット位置の内側重心位置と、前記外側小穴群に対応する外側スポット群を形成する複数のスポット位置の外側重心位置とを算出し、
前記内側重心位置と外側重心位置のずれ量から前記レンズ系が備える少なくとも一つのレンズが光軸から偏芯することによるコマ収差を求め、
当該コマ収差から偏芯量を算出する演算手段とを備えることを特徴とする、請求項４に記載の偏芯量測定装置。
前記ハルトマン板が有する複数の小穴は、ハルトマン板の中心点と、当該中心点を点対称の中心とする２点の３点に配置され、
前記取得したハルトマン画像において
前記点対称の両端の２点が形成する直線の中点と前記中心点とのずれ量から前記レンズ偏芯量を算出する演算手段とを備えることを特徴とする、請求項４に記載の偏芯量測定装置。
前記請求項４から６の何れか一つに記載の偏芯量測定装置と、
前記レンズ系中の少なくとも一つのレンズを光軸方向と直交する方向に移動する偏芯調整用駆動手段とを備え、
前記偏芯調整用駆動手段は、偏芯量測定装置が備える演算手段で求めたレンズの偏芯量だけ当該レンズを移動してレンズ系が備える偏芯を調整することを特徴とする、偏芯調整装置。
レンズ系を収納する開口部の周囲を囲む枠部と、
前記レンズ系が備えるレンズの外周と当接して当該レンズを把持するレンズ押さえ部とを備え、
前記レンズ押さえ部は、
レンズと当接する複数の押さえピンと、
当該複数の押さえピンの少なくとも1つの押さえピンを前記枠部に対してスライド移動自在に支持する支持部と、
当該支持部を前記枠部に対して弾性的に支持するバネ部と、
前記バネ部の保持端を前記枠に保持する保持部とを備え、
前記バネ部は、
当該バネ部に外部から力が印加されない状態では、バネ部の弾性によって支持部および押さえピンを所定位置に保持し、
当該バネ部に外部から力が印加された状態では、バネ部の弾性変形によって支持部および押さえピンを前記開口部の方向に移動させ、
複数の押さえピンをレンズの外周と当接させることによりレンズを把持することを特徴とする、レンズ把持装置。