JP2011085765A - レンズ、レンズアレイ、およびレンズ評価装置 - Google Patents

Abstract

【課題】形状の測定結果から、球面レンズとしての評価が可能なレンズを提供する。
【解決手段】レンズ１０は、レンズ１０ｓに対して、予め、所定の非球面係数Ａ_ｉに基づく非球面量が付与されており、非球面量は、光学面３において０．０５μｍよりも小さな、レンズ１０ｓの形状に対する誤差を与えるものであり、周囲部分４において０．５μｍよりも大きな、レンズ１０ｓの形状に対する誤差を与えるものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、球面レンズとして使用可能なレンズ、このレンズが複数個成形されたレンズアレイ、および、このレンズの評価装置に関する発明である。

レンズの形状測定（評価）には、接触式または非接触式の３次元形状測定機が用いられる。これらの測定機は、対象物としてのレンズの３次元形状プロファイルを得る。

レンズについては、設計式に対する形状誤差を求める必要がある。特許文献１には、非球面レンズの設計式に対する形状誤差から、非球面レンズの形状を得る技術が開示されている。

特開平３−３３６３５号公報（１９９１年２月１３日公開） 特開２００９‐０１８５７８号公報（２００９年１月２９日公開） 特開２００９‐０２３３５３号公報（２００９年２月 ５日公開）

特許文献１に係る技術では、球面レンズの形状測定において、以下の問題が発生する。

すなわち、球面レンズは、測定系（レンズ評価装置）に対して傾きを有している場合に、測定領域内において、この傾きに起因した形状誤差が発生しない。従って、特許文献１に係る技術では、球面レンズが測定系に対して傾きを有している場合に、レンズ形状の測定結果から、傾き量を評価したり補正したりすることが困難であるという問題が発生する。

また、レンズは、光学特性に直接的に寄与する光学面（有効口径内）と、光学特性に直接的に寄与しない面（有効口径外）とを有しているのが一般的であるが、特許文献１に係る技術では、球面レンズの傾き量の評価が困難であるため、球面レンズの光学面であるか否かの区別が困難であり、球面レンズにおける光学特性に寄与する領域を正確に評価することが困難であるという問題が発生する。

本発明は、上記の問題に鑑みて為された発明であり、その目的は、形状の測定結果から、球面レンズとしての評価が可能であるレンズ、このレンズが複数個成形されたレンズアレイ、および、このレンズの評価装置を提供することにある。

本発明のレンズは、上記の問題を解決するために、光学面と、該光学面の周囲部分と、該周囲部分を取り囲むコバと、が一体的に成形された球面レンズに対して、予め、所定の非球面係数に基づく非球面量が付与されたレンズであり、上記非球面量は、上記光学面において０．０５μｍよりも小さな、上記球面レンズの形状に対する誤差を与えるものであり、上記非球面量は、上記周囲部分において０．５μｍよりも大きな、上記球面レンズの形状に対する誤差を与えるものであることを特徴としている。

上記の構成によれば、本発明のレンズは、球面レンズに対して、予め、非球面量を付与することで、数式（後述する非球面式）により解析可能な形状を設けている。これにより、本発明のレンズは、測定系（レンズ評価装置）に対して傾きを有している場合に、非球面量が付与された、光学面の周囲部分に関して、この傾きに起因した形状誤差が発生する。従って、本発明のレンズでは、レンズが測定系に対して傾きを有している場合に、該周囲部分を測定対象とすることで、その測定結果である形状誤差から、球面レンズ部分の傾き量を評価したり補正したりすることが可能になる。

また、本発明のレンズは、球面レンズとしての傾き量の評価が可能であるため、球面レンズの光学面であるか否かの区別が可能になり、球面レンズにおける光学特性に寄与する領域を正確に評価することが可能になる。

従って、本発明のレンズは、形状の測定結果から、球面レンズとしての評価が可能なものである。

また、本発明のレンズ評価装置は、本発明のレンズにおける上記光学面および周囲部分の両形状を測定する形状測定部と、上記形状測定部による測定結果と、上記非球面係数から上記非球面量を算出するための非球面式と、に基づいて、上記レンズの形状を評価する形状評価部と、を備えることを特徴としている。

上記の構成によれば、形状測定部により、本発明のレンズにおける光学面および周囲部分の両形状を測定し、形状評価部により、その測定結果に加え、非球面式に基づいて、本発明のレンズの形状を評価することができる。

従って、本発明のレンズ評価装置は、本発明のレンズに対して、該レンズの形状の測定結果から、球面レンズとしての評価が可能なものである。

また、本発明のレンズアレイは、本発明のレンズが複数個成形されたものである。

上記の構成によれば、複数個のレンズを一括して、かつ高速に生産することができるため、特に大量生産時において、製造コストを低減することができ、本発明のレンズを安価にて実現することができる。

また、本発明のレンズ評価装置は、上記コバを基準とした、上記光学面の頂点の丈を測定する丈測定部を備えることを特徴としている。

上記の構成によれば、本発明のレンズの、球面レンズ部分の傾き量を補正することができることにより、該傾き量が補正された形状プロファイルを得ることができるため、丈測定部により、球面レンズ部分の、コバを基準とした、光学面の頂点の丈、すなわち、レンズ頂点‐コバ部の高低差を評価することが可能になる。

ところで、レンズ成形方法のひとつである、射出成形にて、互いに同じ金型により成形されたレンズは、同等な形状を有するのが一般的である。これは、ばらつきの無い成型条件検討によるもので、その過程においては大量のレンズ形状評価が必要となる。

また、近年開発が進められている、いわゆるウエハレンズプロセス（特許文献２および３参照）では、ウエハ面内に大量にレンズを作製することで、本発明のレンズアレイに代表されるレンズアレイを作製することで、製造コストの低減を図る為、レンズアレイに成形された各レンズの評価には、上記射出成形により成形されたレンズ以上に、大量の評価が必要となる。

特許文献１に係る技術において、個片レンズを評価する場合には、レンズサンプル毎に、測定系に設置する際に、該測定系に対して傾きを調整して、測定することが可能である。しかしながら、このような特許文献１に係る技術では、評価すべきレンズの数量が多い場合、傾き調整のための時間と、調整の装置もしくは多大なる人手と、が必要になる。

そこで、本発明のレンズ評価装置は、本発明のレンズアレイに成形された複数個のレンズのうち、２個以上のレンズにおける上記光学面および周囲部分の各両形状を測定する形状測定部と、上記形状測定部による測定結果と、上記非球面係数から上記非球面量を算出するための非球面式と、に基づいて、上記２個以上のレンズの各形状を評価する形状評価部と、上記形状評価部による評価結果に基づいて、評価されたいずれか２個のレンズ間のピッチを測定するピッチ測定部と、を備えることを特徴としている。

また、本発明のレンズ評価装置は、本発明のレンズアレイに成形された複数個のレンズのうち、２個以上のレンズにおける上記光学面および周囲部分の各両形状を測定する形状測定部と、上記形状測定部による測定結果と、上記非球面係数から上記非球面量を算出するための非球面式と、に基づいて、上記２個以上のレンズの各形状を評価する形状評価部と、上記形状評価部による評価結果に基づいて、評価されたいずれか２個のレンズのうち、一方のレンズの光軸に対する、他方のレンズの光軸の傾き量を測定する傾き量測定部と、を備えることを特徴としている。

上記の構成によれば、本発明のレンズアレイに成形された複数個の、本発明のレンズを、レンズアレイのまま評価することが可能になるため、評価すべきレンズの数量が多い場合、傾き調整のための時間を短縮し、調整の装置を不要とし、さらに、人手の低減が可能になる。

さらに、ピッチ測定部は、レンズアレイに成形された２個のレンズ間のピッチを測定することができる。また、傾き量測定部は、レンズアレイに成形された２個のうち、一方のレンズの光軸に対する、他方のレンズの光軸の傾き量を測定することができる。

従って、ピッチ測定部および／または傾き量測定部を備えた、本発明のレンズ評価装置は、レンズアレイのウエハ面内における、レンズ間傾きやレンズピッチを、３次元形状測定により得ることができる。

本発明のレンズは、光学面と、該光学面の周囲部分と、該周囲部分を取り囲むコバと、が一体的に成形された球面レンズに対して、予め、所定の非球面係数に基づく非球面量が付与されたレンズであり、上記非球面量は、上記光学面において０．０５μｍよりも小さな、上記球面レンズの形状に対する誤差を与えるものであり、上記非球面量は、上記周囲部分において０．５μｍよりも大きな、上記球面レンズの形状に対する誤差を与えるものである。

従って、形状の測定結果から、球面レンズとしての評価が可能であるという効果を奏する。

本発明のレンズの構成と、非球面量が付与されていない球面レンズの構成と、を対比した様子を示す断面図である。 図１に示す両レンズの、各レンズ形状プロファイルを対比したグラフである。 図１に示す両レンズ間の形状誤差を、数値化して示したグラフである。 本発明のレンズアレイの構成を示す断面図である。 本発明のレンズ評価装置の構成を示すブロック図である。 本発明のレンズの評価の一例として、図１に示す、本発明のレンズの傾き量を測定する様子を示す断面図である。 図１に示す、非球面量を付与していない球面レンズの傾き量を測定する様子を示す断面図である。 最小二乗法について説明を行う図である。

図１において、その形状を点線で示した、レンズ１０ｓは、一般的な球面レンズである。

レンズ１０ｓは、球面レンズ部分１ｓおよびコバ２ｓを有している。特に、球面レンズ部分１ｓは、光学面３ｓと、その周囲部分４ｓと、を有している。

球面レンズ部分１ｓは、曲率中心５ｓを有しており、曲率半径Ｒ（表１参照）を持った、球状であるレンズ１０ｓの表面である。

コバ２ｓは、球面レンズ部分１ｓの周囲に設けられた、略平坦な面である。コバ２ｓは、レンズ１０ｓにおいて、所望の光学特性を適切に得ることを目的に設けられている。

光学面３ｓは、球面レンズ部分１ｓの光学特性に直接的に寄与している面である。すなわち、球面レンズ部分１ｓの光学特性は、光学面３ｓの特性（形状および屈折率等）に応じて決定される。光学面３ｓは、円形の平面を有しており、該平面の直径は、有効口径ｅａｓとして、図１に示している。

周囲部分４ｓは、球面レンズ部分１ｓに設けられているものの、球面レンズ部分１ｓの光学特性に対して、直接的に寄与している部分でない面である。すなわち、周囲部分４ｓの特性（形状および屈折率等）がどのように変化したとしても、この変化に応じて、球面レンズ部分１ｓの光学特性が変化したとはみなされない。周囲部分４ｓは、光学面３ｓを取り囲む、ドーナツ型の平面となっている。

なお、光軸６ｓは、レンズ１０ｓの光軸である。

レンズ１０ｓは、以上の構成が、樹脂等の被成形物に一体的に成形されたレンズである。

一方、図１において、その形状を実線で示した、レンズ１０は、以上の構成を有するレンズ１０ｓに対して、予め、高次（所定）の非球面係数に基づく非球面量が付与されたレンズである。

そして、上記非球面量の存在を無視した場合、球面レンズ部分１は球面レンズ部分１ｓと、コバ２はコバ２ｓと、光学面３は光学面３ｓと、周囲部分４は周囲部分４ｓと、曲率中心５は曲率中心５ｓと、光軸６は光軸６ｓと、有効口径ｅａは有効口径ｅａｓと、それぞれ同じ構成を有しているものとする。つまり、上記非球面量の存在を無視した場合、レンズ１０は、レンズ１０ｓと同じ構成である。

以下では、上記非球面量が付与されたことに伴う、レンズ１０ｓの構成に対する、レンズ１０の構成の相違について説明する。

上記非球面量が付与されたことに伴い、光学面３には、最大でも０．０５μｍよりも小さな、光学面３ｓに対する形状誤差が与えられている。〔表１〕にて後述しているが、レンズ１０は例えば、曲率半径が０．５６ｍｍとなっており、０．０５μｍよりも小さいという形状誤差は、レンズ１０の評価に際して無視できる程度に小さくなっている。このとき、光学面３は、光学面３ｓに対して、その形状が、完全に同じでこそないものの、ほとんど変わらない。同様に、有効口径ｅａについても、有効口径ｅａｓとほとんど変わらない。

一方、上記非球面量が付与されたことに伴い、周囲部分４は、最大で０．５μｍよりも大きな、周囲部分４ｓに対する形状誤差が与えられている。０．５μｍよりも大きいという形状誤差は、レンズ１０の評価に際して無視できない程度に大きくなっている。このとき、周囲部分４は、周囲部分４ｓに対して、上方に盛り上がった形状となっている。

なお、上記非球面量が付与されたことに伴い、コバ２は、コバ２ｓに対して、丸みを帯びた形状になっている部分が存在している。これは、周囲部分４に与えられた形状誤差の裾野が伸びて、該形状誤差がコバ２部分にまで到達したことによる。

しかしながら、上記非球面量を付与する目的はそもそも、光学面３および周囲部分４に、光学面３ｓおよび周囲部分４ｓに対する形状誤差を与えることにあり、コバ２ｓに対して丸みを与えてコバ２とすることでない。従って、上記のコバ２の丸みについては、本発明の本質的特徴点の解釈上、無視して構わない。以下の説明でも、コバ２の丸みについては、無視して説明を行う。

なお、測定領域径ａａは、後述するレンズ評価装置５０（図５参照）により、レンズ１０の評価が実施される領域の径であり、光学面３に該当する領域に加え、周囲部分４に該当する領域の一部（または全部）を含んでいる。

ここで、非球面量は具体的に、非球面式（１）に、非球面係数Ａ_ｉおよびその次数ｉを代入することにより、容易に得られる。

非球面式（１）において、Ｚは光軸６ｓ方向の座標であり、Ｙは光軸６ｓに対する法線方向の座標であり、Ｒは曲率半径（すなわち、曲率１／Ｒの逆数）であり、Ｋはコーニック（円錐）係数である。

ここで、非球面式（１）を用いて、ｉ次の非球面係数Ａ_ｉに基づいて、非球面量を求める計算要領について説明する。

すなわち、上記非球面量は、非球面式（１）において、曲率半径Ｒの値のみに応じて規定された（換言すれば、全ての非球面係数が０である）レンズ１０ｓの球形状に対する、非球面式（１）により規定されたレンズ１０の形状の、光軸６ｓ方向の座標Ｚの差であって、光軸６ｓに対する法線方向において、該座標Ｚの差が最大となる値を表している。換言すれば、上記非球面量は、図１に示す、レンズ１０とレンズ１０ｓとの、光軸６ｓ方向における形状差を示す値であると解釈できる。同様に、上記非球面量は、図２に示す、設計式のプロファイルと付加式のプロファイルとの、縦軸Ｚの値の差であると解釈できる。

〔表１〕には、レンズ１０とレンズ１０ｓとの、非球面式（１）に係る各特性を対比した結果を示した。

〔表１〕中、設計式と示された縦軸の各特性は、レンズ１０ｓにおける各特性である。一方、高次係数付加と示された縦軸の各特性は、レンズ１０における各特性である。

〔表１〕中の項目「Ｃｕｒｖ（１／Ｒ）」には、曲率を示している。

〔表１〕中の項目「Ｃｏｎｉｃ（Ｋ）」には、コーニック係数を示している。

〔表１〕中の項目「非球面係数の次数」には、次数ｉが、４、６、８、１０、１２、１４、１６、および３０である場合の、非球面係数Ａ_ｉの各々を示している。

〔表１〕中の項目「光学有効半径」には、有効口径ｅａｓ／２および有効口径ｅａ／２をそれぞれ示している。

〔表１〕中の項目「解析有効半径」には、測定領域径ａａ／２を示している。

〔表１〕の各値「（定数ａ）Ｅ（定数ｂ）」の表記は「（定数ａ）×１０の（定数ｂ）乗」を示しており、例えば「５．６０Ｅ−０１」は「５．６０×１０^−１」すなわち、０．５６０を示しているものとする。

〔表１〕からも明らかであるとおり、非球面式（１）に係る各特性から見た、レンズ１０とレンズ１０ｓとの相違点は、３０次の非球面係数Ａ_３０にあると言える。

具体的に、レンズ１０ｓにおける非球面係数Ａ_３０は０である一方、レンズ１０における非球面係数Ａ_３０は「−４Ｅ＋１３」すなわち「−４×１０^１３」である。

なお、〔表１〕では、高次の非球面係数として３０次を例示しているが、３０次に限定されず、また、非球面係数Ａ_３０の値についても「−４Ｅ＋１３」に限定されるものでない。すなわち、本発明のレンズは、球面レンズに対して、その光学特性が大幅に変化しない程度の形状変化が得られるように、高次の非球面係数に基づく非球面量を付与し、その結果、光学面において０．０５μｍよりも小さく、かつ、周囲部分において０．５μｍよりも大きい、該球面レンズの各形状に対する誤差が得られたものであれば十分である。

上記の構成によれば、レンズ１０は、レンズ１０ｓに対して、予め、非球面量を付与することで、非球面式（１）により解析可能な形状を設けたものである。これにより、レンズ１０は、測定系（レンズ評価装置５０：図５参照、等）に対して傾きを有している場合に、非球面量が付与された周囲部分４において、この傾きに起因した形状誤差が発生する。従って、レンズ１０では、測定系に対して傾きを有している場合に、周囲部分４の測定結果である形状誤差から、球面レンズ部分１の傾き量を評価したり補正したりすることが可能になる。

また、レンズ１０は、球面レンズとしての傾き量の評価が可能であるため、光学面３であるか否かの区別が可能になり、球面レンズにおける光学特性に寄与する領域を正確に評価することが可能になる。

従って、レンズ１０は、形状の測定結果から、球面レンズとしての評価が可能なものであることが分かる。

図２は、レンズ１０とレンズ１０ｓとの、各レンズ形状プロファイルを対比したグラフである。図３は、レンズ１０とレンズ１０ｓとの間の形状誤差を、数値化して示したグラフである。

図２には、レンズ１０とレンズ１０ｓとの、各形状プロファイルを示した。縦軸Ｚ（単位：ｍｍ）は、レンズ１０ｓの中心をＺ＝０とした、光軸６ｓ方向の座標Ｚを表す。横軸Ｘ（単位：ｍｍ）は、レンズ１０ｓの中心をＸ＝０とした、光軸６ｓに対する法線方向の座標Ｘ（座標Ｙに対して垂直）を表す。実線で示す球面レンズ（レンズ１０ｓ）の設計式に対して、高次の非球面係数を付与することで、点線で示す付加式（レンズ１０の設計式）では、光学有効径である有効口径ｅａおよびｅａｓ（図中一点鎖線）外において、互いの形状における縦軸Ｚの値に違いを生じている。つまり、付加式では、上記設計式として規定された、球面である設計形状に対して、非球面量が付与されている。この非球面量を示すのが、図３である。図３では、球面である設計式を有するレンズ１０ｓに対する、高次の非球面係数を付与した形状を示す上記付加式を有するレンズ１０の形状差を、ｄｚ（単位：μｍ）として示す。図３によれば、有効径外に形状差を有し、非球面量が付与されていることがわかる。図３に示すグラフによれば、高次の非球面係数を付与することで、光学有効径内の形状誤差は０．０５μｍ未満、光学有効径外の誤差、非球面成分は０．５μｍを超える値を有しており、高次の非球面係数を付与することによる非球面量を付与することが可能であることが言える。

図４には、本発明のレンズアレイである、レンズアレイ４０を示している。

レンズアレイ４０は、複数のレンズ１０が、樹脂等の被成形物からなるウエハに、一体的に成形された構成である。換言すれば、レンズアレイ４０は、複数のレンズ１０を備え、かつ、各レンズ１０のコバ２が、一体的に設けられて成形されたものである。

レンズアレイ４０は、複数個のレンズ１０を一括して、かつ高速に生産することができるため、特に大量生産時において、製造コストを低減することができ、結果として、レンズ１０を安価にて実現することができる。

なお、本発明のレンズアレイにおいて成形される、本発明のレンズの個数は、図４に示す３個に限定されず、何個であってもよいことは言うまでもない。

図５には、本発明のレンズ評価装置の一例である、レンズ評価装置５０の構成を、ブロック図として示している。

ここで、レンズ評価装置５０の説明の前に、まず注意すべき点として、本願明細書における「レンズ１０の評価」には、以下（評価Ａ）〜（評価Ｄ）がある。

（評価Ａ）評価の基準となり、形状誤差が存在しないとみなされるレンズ（以下「基準レンズ」と称する）に対する、評価対象のレンズ１０の形状誤差を、該評価対象のレンズ１０の評価結果として得る。

（評価Ｂ）レンズアレイ４０に成形された各レンズ１０を測定対象とし、各レンズ１０に対して、上記の（評価Ａ）を実施する。

（評価Ｃ）評価の基準となり、形状誤差が存在しないとみなされるレンズアレイ（以下「基準レンズアレイ」と称する）に対する、評価対象のレンズアレイ４０の形状誤差を、該評価対象のレンズアレイ４０の評価結果として得る。

（評価Ｄ）上記の（評価Ｂ）または（評価Ｃ）を実施した上で、共に同じレンズアレイ４０に成形された、あるレンズ１０に対する他のレンズ１０の、相互の形状および／または位置関係を、評価結果として得る。

つまり「レンズ１０の評価」における「レンズ１０の形状」とは、単純なレンズ１０の姿かたちのみならず、ある面に対するレンズ１０の傾斜度合等を含む、少なくとも１個のレンズ１０における、姿かたちおよび／または位置関係を総称する文言である。

そして、レンズ評価装置５０は、上記の（評価Ａ）〜（評価Ｄ）を任意に組み合わせることにより、上記「レンズ１０の評価」を実施する装置である。

レンズ評価装置５０は、形状測定部５１、形状評価部５２、丈測定部５３、ピッチ測定部５４、および、傾き量測定部５５を備えている。

形状測定部５１は、測定領域径ａａ（図１参照）に該当するレンズ１０部分、すなわち、光学面３および周囲部分４の、両形状を測定するものである。

具体的に、形状測定部５１は例えば、周知の最小二乗法により、レンズ１０の３次元形状プロファイルを得ることで、測定領域径ａａに該当するレンズ１０部分の形状を測定するものである。

最小二乗法により、測定領域径ａａに該当するレンズ１０部分の形状を測定するにはまず、レンズ１０の、レンズ上面９１の内側に、円の中心９３ｘｙを設定し、これを仮想的な中心点とする。次に、中心９３ｘｙを原点座標として、レンズ上面９１を中心９３ｘｙから均等に、すなわち、例えば角度ａと角度ｂと・・・が互いに等しくなるように、レンズ上面９１を分割する。このとき、分割を行う各線と、レンズ上面９１の円周との交点（点１、点２、・・・）の１つである点ｉの座標（ｘ_ｉ、ｙ_ｉ）はそれぞれ、下記数式（２）および（３）となる。そして、このとき、レンズ上面９１の中心座標（α、β）、および、レンズ上面９１の曲率半径Ｒは、以下の数式（４）〜（６）により求めることができる（図８参照）。中心座標（α、β）は、レンズ１０の曲率中心５の座標に対応する。

以上で説明した、レンズ１０の形状を測定する機能を有している、形状測定部５１としては、周知の、接触式または非接触式の３次元形状測定機が適用可能である。該３次元形状測定機を用いて、レンズ１０の形状を測定することにより、形状測定部５１は、容易にその機能を実現可能である。

ここで、上記（評価Ｂ）または（評価Ｃ）を実施する場合、形状測定部５１は、その測定対象を、単体のレンズ１０でなく、単体のレンズアレイ４０、もしくは、レンズアレイ４０に成形された各レンズ１０とする必要がある。この必要が生じる場合であっても、上記３次元形状測定機を用いた形状測定部５１では、３次元形状プロファイルを得る対象をレンズアレイ４０とする（評価Ｃの場合）、もしくは、レンズアレイ４０に成形された各レンズ１０の形状を順次測定する（評価Ｂの場合）だけで、容易に（評価Ｂ）または（評価Ｃ）を実施できるため、好ましい。

形状評価部５２は、形状測定部５１による測定結果として得られた、３次元形状プロファイルに基づいて「レンズ１０の評価」を実施することで（評価Ａ）〜（評価Ｃ）いずれかの評価結果を得るものである。

すなわち（評価Ａ）を実施する場合、形状評価部５２は、形状測定部５１による測定結果として得られた、評価対象のレンズ１０の形状を示す３次元形状プロファイルを、上述した非球面式（１）に参照する。一方、基準レンズは、その形状が既知であり、この基準レンズの形状を示す３次元形状プロファイルは、予め非球面式（１）に参照されている。そして、基準レンズに対する、評価対象のレンズ１０の形状誤差は、互いのレンズの形状を特徴付ける、上述した非球面式（１）に係る各特性（表１参照）同士を比較することにより実施される。具体的に、該比較では、両レンズ（基準レンズおよび評価対象のレンズ１０）の３次元形状プロファイルからそれぞれ得られる、非球面式（１）に係る各特性を用いて、基準レンズの形状に対する、評価対象のレンズ１０の形状のフィッティングを行い、該フィッティングの結果、両レンズの形状が一致しない場合、両レンズ間の形状の相違を、基準レンズに対する、評価対象のレンズ１０の形状誤差とする。形状評価部５２は、この形状誤差を（評価Ａ）の結果として得ることが可能である。

なお、基準レンズの３次元形状プロファイルには、上記非球面量が付されていても（すなわち、レンズ１０と略同形状であっても）、上記非球面量が付されていなくても（すなわち、レンズ１０ｓと略同形状であっても）どちらでもよい。

また、形状評価部５２による（評価Ａ）の結果、すなわち、上記形状誤差としては、評価対象のレンズ１０の姿かたちに係る評価結果に加え、基準レンズまたはある面に対する、評価対象のレンズ１０の傾斜度合等が得られる。これは、形状測定部５１が、評価対象のレンズ１０の形状を示す３次元形状プロファイルを得るときの、最小二乗法による計算から、評価対象のレンズ１０の曲率中心５を求めることができ、該曲率中心５に加え、基準レンズの曲率中心（既知）と、両レンズの中心（既知、かつ互いに同位置）と、から、光軸６の傾斜度合を容易に知ることができることによる。

また、形状評価部５２は、評価対象のレンズアレイ４０に成形された各レンズ１０を順次、上記一連の（評価Ａ）と同様の要領で評価するだけで（評価Ｂ）が実施可能である。

さらに、形状評価部５２は、評価対象のレンズアレイ４０の形状を示す３次元形状プロファイルを用いて、該レンズアレイ４０に成形された複数のレンズ１０毎を、上記一連の（評価Ａ）と同様の要領で評価する。同時に、形状評価部５２は、該３次元形状プロファイルを得るときの、最小二乗法による計算から求められた、各レンズ１０の曲率中心５から、選択された２個のレンズ１０間の各ピッチを測定し、基準レンズアレイにおけるそれぞれ対応するレンズ間の各ピッチと比較する。これにより、形状評価部５２は（評価Ｃ）が実施可能である。

こうして、レンズアレイ４０に対して、形状評価部５２による（評価Ｃ）を実施した場合、形状評価部５２では、該レンズアレイ４０に成形された各レンズ１０の形状のみならず、コバ２を挟んだ各レンズ１０の相互の位置関係についても、評価結果として得ることが可能である。

丈測定部５３は、形状評価部５２による評価結果に基づいて、評価対象のレンズ１０における、コバ２を基準とした、光学面３の頂点（ここでは、曲率中心５）の丈を測定する。形状評価部５２による評価が完了した時点では、評価対象のレンズ１０の形状が、３次元形状プロファイルおよび非球面式（１）から分かっているため、該形状から丈を測定することは、周知慣用の測定技術を適用することで、説明するまでもなく容易である。また、丈測定部５３による丈の測定は、１個のレンズ１０に係る３次元形状プロファイルが得られていれば実施可能であることから、上記の（評価Ａ）〜（評価Ｃ）のいずれの評価においても、実施可能である。

ピッチ測定部５４は、形状評価部５２による評価結果に基づいて、評価対象のレンズアレイ４０に成形されたいずれか２個のレンズ１０間のピッチを測定する。

（評価Ｃ）において、ピッチ測定部５４によるピッチ測定をさらに実施する場合、上述したとおり、選択された２個のレンズ１０間の各ピッチ（評価対象の２個のレンズ１０における各曲率中心５同士の間隔）を測定することで、評価された２個のレンズ１０間のピッチを測定することは容易である。

一方、（評価Ｂ）において、ピッチ測定部５４によるピッチ測定をさらに実施する場合には、２個のレンズ１０の形状を順次測定するときに、評価対象のレンズアレイ４０を固定する一方、レンズ評価装置５０を移動させ、この移動に伴うレンズ評価装置５０の変位量を、２個のレンズ１０間ピッチとすればよい。

傾き量測定部５５は、形状評価部５２による評価結果に基づいて、評価対象であるいずれか２個のレンズ１０のうち、一方のレンズ１０の光軸６に対する、他方のレンズ１０の光軸６の傾き量を測定する。

（評価Ｂ）および（評価Ｃ）において、傾き量測定部５５による傾き量測定をさらに実施する場合、形状評価部５２による評価が完了した時点では、評価対象の各レンズ１０の形状が分かっているため、評価対象の２個のレンズ１０における光軸６同士の角度を比較することで、一方のレンズ１０の光軸６に対する、他方のレンズ１０の光軸６の傾き量を測定することは容易である。

ピッチ測定部５４および傾き量測定部５５は、上記の（評価Ｂ）または（評価Ｃ）を実施した上で、共に同じレンズアレイ４０に成形された、あるレンズ１０に対する他のレンズ１０の、相互の形状および／または位置関係を、評価結果として得る（評価Ｄ）を実施する構成要素の一例であると解釈できる。

（評価Ａ）にレンズ評価装置５０を用いた場合には、形状測定部５１により、レンズ１０における光学面３および周囲部分４の両形状を測定し、形状評価部５２により、その測定結果に加え、非球面式（１）に基づいて、レンズ１０の形状を評価することができる。従って、レンズ評価装置５０は、レンズ１０に対して、該レンズ１０の形状の測定結果から、球面レンズとしての評価が可能なものである。

（評価Ａ）にレンズ評価装置５０を用いた場合には、レンズ１０の、球面レンズ部分１の傾き量を補正することができることにより、該傾き量が補正された形状プロファイルを得ることができるため、丈測定部５３により、球面レンズ部分１の、コバ２を基準とした、光学面３の頂点の丈、すなわち、レンズ頂点‐コバ部の高低差を評価することが可能になる。

また（評価Ｂ）〜（評価Ｄ）にレンズ評価装置５０を用いた場合には（評価Ａ）にレンズ評価装置５０を用いた場合のメリットに加え、レンズアレイ４０に成形された複数個のレンズ１０を、レンズアレイ４０のまま評価することが可能になるため、評価すべきレンズ１０の数量が多い場合、傾き調整のための時間を短縮し、調整の装置を不要とし、さらに、人手の低減が可能になる。

さらに、ピッチ測定部５４は、レンズアレイ４０に成形された２個のレンズ１０間のピッチを測定することができる。また、傾き量測定部５５は、レンズアレイ４０に成形された２個のうち、一方のレンズ１０の光軸６に対する、他方のレンズ１０の光軸６の傾き量を測定することができる。

従って、ピッチ測定部５４および／または傾き量測定部５５を備えた、レンズ評価装置５０は、レンズアレイ４０のウエハ面内における、レンズ間傾きやレンズピッチを、一般的な３次元形状測定により得ることができる。

なお、丈測定部５３、ピッチ測定部５４、および傾き量測定部５５は、実施したい評価に応じて、少なくとも１つを、任意に組み合わせて備えることが可能なものである。

図６は、レンズ１０の評価の具体例として、レンズ１０の傾き量を測定する様子を示す断面図である。図７は、レンズ１０ｓの傾き量を測定する様子を示す断面図である。

図６に示すとおり、レンズ１０は、測定領域径ａａ内に、非球面式（１）から解析可能である、非球面量が与えられた周囲部分４を含んでおり、この周囲部分４に関する、基準レンズに対する形状誤差を測定することで、基準レンズに対する傾きの角度θを、評価結果として得ることができる。

一方、図７に示すとおり、レンズ１０ｓは、測定領域径ａａ内に、球面レンズ部分１ｓのみを含み、傾きθが存在していても、測定領域径ａａ内における球面レンズ部分１ｓの形状誤差が発生しない。このため、レンズ１０ｓを評価した結果としては、レンズ１０ｓが角度θだけ傾いているにも関わらず、該角度θの傾きが考慮されていない、評価結果しか得られない。図７では、該角度θの傾きが考慮されていない評価結果により得られた、曲率中心および光軸をそれぞれ、曲率中心５ｓ´および光軸６ｓ´として示した。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、球面レンズとして使用可能なレンズ、このレンズが複数個成形されたレンズアレイ、および、このレンズの評価装置に適用することができる。

１ 球面レンズ部分
２ コバ
３ 光学面
４ 周囲部分
５ 曲率中心
６ 光軸
１０ レンズ
４０ レンズアレイ
５０ レンズ評価装置
５１ 形状測定部
５２ 形状評価部
５３ 丈測定部
５４ ピッチ測定部
５５ 傾き量測定部
ａａ 測定領域径
ｅａ 有効口径
Ａ_ｉ 非球面係数
ｉ 非球面係数の次数
θ 傾き角度（形状誤差）

Claims (6)

1. 光学面と、該光学面の周囲部分と、該周囲部分を取り囲むコバと、が一体的に成形された球面レンズに対して、予め、所定の非球面係数に基づく非球面量が付与されたレンズであり、
   上記非球面量は、上記光学面において０．０５μｍよりも小さな、上記球面レンズの形状に対する誤差を与えるものであり、
   上記非球面量は、上記周囲部分において０．５μｍよりも大きな、上記球面レンズの形状に対する誤差を与えるものであることを特徴とするレンズ。
2. 請求項１に記載のレンズにおける上記光学面および周囲部分の両形状を測定する形状測定部と、
   上記形状測定部による測定結果と、上記非球面係数から上記非球面量を算出するための非球面式と、に基づいて、上記レンズの形状を評価する形状評価部と、を備えることを特徴とするレンズ評価装置。
3. 請求項１に記載のレンズが複数個成形されたことを特徴とするレンズアレイ。
4. 上記コバを基準とした、上記光学面の頂点の丈を測定する丈測定部を備えることを特徴とする請求項２に記載のレンズ評価装置。
5. 請求項３に記載のレンズアレイに成形された複数個のレンズのうち、２個以上のレンズにおける上記光学面および周囲部分の各両形状を測定する形状測定部と、
   上記形状測定部による測定結果と、上記非球面係数から上記非球面量を算出するための非球面式と、に基づいて、上記２個以上のレンズの各形状を評価する形状評価部と、
   上記形状評価部による評価結果に基づいて、評価されたいずれか２個のレンズ間のピッチを測定するピッチ測定部と、を備えることを特徴とするレンズ評価装置。
6. 請求項３に記載のレンズアレイに成形された複数個のレンズのうち、２個以上のレンズにおける上記光学面および周囲部分の各両形状を測定する形状測定部と、
   上記形状測定部による測定結果と、上記非球面係数から上記非球面量を算出するための非球面式と、に基づいて、上記２個以上のレンズの各形状を評価する形状評価部と、
   上記形状評価部による評価結果に基づいて、評価されたいずれか２個のレンズのうち、一方のレンズの光軸に対する、他方のレンズの光軸の傾き量を測定する傾き量測定部と、を備えることを特徴とするレンズ評価装置。

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