JP2011117951A - 光学材料の内部状態の検査方法及び光学素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】長さの短い検査システムを用いつつ広い視野を確保でき、光学材料の内部状態を正確に検査できる検査方法、ならびに短時間で高品質の光学素子を製造できる光学素子の製造方法を提供すること。
【解決手段】本発明に係る光学材料ＯＭの内部状態を検査する検査方法は、光源２１からの拡散光を光学材料ＯＭに照射し、この光学材料ＯＭを透過した透過光に基づいて光学材料ＯＭの内部状態を検査する工程を有する。また、本発明に係る光学素子の製造方法は、この検査方法を用いて光学素子の候補体である光学材料ＯＭの内部状態を検査し、この内部状態が所定基準を満たすことに基づいて、候補体から光学素子を選別する工程を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学材料の内部状態の検査方法及び光学素子の製造方法に関する。

従来、光学材料の内部状態（たとえば脈理）の検査は、コリメータレンズにより平行化された光束を光学材料に照射し、透過光を結像レンズで収束し、焦点の近傍に配置したナイフエッジにより、優れたコントラストを有する像を得る、シュリーレン法を用いて行われている（たとえば、特許文献１参照）。

特開平１０−２３９２３６号公報

しかし、従来の方法では、画像に、図８に示すようなゴーストやフレアが混在したり、ほこりが大きく映し出されたりするため、光学材料の内部状態の正確な検査が妨げられる問題がある。また、生成される画像の視野が狭いため、内部状態を所定範囲に亘って検査するには長時間を要する。画像の視野を広げようとすると検査システムの長さが嵩み、検査システムの長さを抑えるべく、光を鏡で反射させると、生成される画像がぼやけやすい。

本発明は、以上の実情に鑑みてなされたものであり、長さの短い検査システムを用いつつ広い視野を確保でき、光学材料の内部状態を正確に検査できる検査方法、ならびに短時間で高品質の光学素子を製造できる光学素子の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、光学材料に照射する光を拡散光とし、透過光を収束した後に結像することで、長さの短い検査システムを用いつつ広い視野を確保でき、光学材料の内部状態を正確に検査できることを見出し、本発明を完成するに至った。具体的に、本発明は以下のようなものを提供する。

（１） 光学材料の内部状態を検査する検査方法であって、
拡散光を光学材料に照射し、この光学材料を透過した透過光に基づいて前記光学材料の内部状態を検査する工程を有する検査方法。

（２） 前記透過光を収束レンズで収束し、結像レンズで結像される像に基づいて前記光学材料の内部状態を検査する工程を有する（１）記載の検査方法。

（３） 前記収束レンズ及び前記結像レンズの少なくとも一方の姿勢を調節する工程を更に有する（２）記載の検査方法。

（４） 前記姿勢の調節は、前記光学材料に対する前記収束レンズ及び前記結像レンズの位置を変更せずに行う（３）記載の検査方法。

（５） 前記収束レンズは、平凸レンズを有する（２）から（４）いずれか記載の検査方法。

（６） 前記収束レンズは、４５ｍｍ以上の有効径を有する（２）から（５）いずれか記載の検査方法。

（７） 前記結像レンズは、凹メニスカスレンズである（２）から（６）いずれか記載の検査方法。

（８） 前記光学材料の内部状態の検査は、収束された透過光を電子信号へと変換することで行う（１）から（７）いずれか記載の検査方法。

（９） 前記電子信号への変換は、ＣＭＯＳを用いて行う（８）記載の検査方法。

（１０） 前記光学材料の姿勢及び高さを調節する工程を更に有する（１）から（９）いずれか記載の検査方法。

（１１） 前記光学材料の姿勢の調節は、前記光学材料が載置されかつ部分球面状の当接面を有する載置台と、前記当接面と対称的な形状を有しかつ前記当接面と磁気的に接続可能な被当接面を有する接続部材と、を用い、前記当接面及び被当接面を磁気的に接続した状態で摺動することで行う（１０）記載の検査方法。

（１２） 前記光学材料の内部状態は、脈理の程度を含む（１）から（１１）いずれか記載の検査方法。

（１３） （１）から（１２）いずれか記載の検査方法を用いて、光学素子の候補体である光学材料の内部状態を検査し、この内部状態が所定基準を満たすことに基づいて、前記候補体から光学素子を選別する工程を有する光学素子の製造方法。

本発明によれば、光学材料に照射する光を拡散光とし、透過光を収束した後に結像することで、長さの短い検査システムを用いつつ広い視野を確保でき、光学材料の内部状態を正確に検査できる。

本発明の一実施形態に係る検査方法を行うための検査システムの側面図である。 図１の検査システムの平面図である。 図１の検査システムを構成する収束レンズの正面図である。 図１の姿勢調節部の部分拡大断面図である。 本発明の一実施例に係る検査方法を用いて生成される画像を示す写真である。 比較例に係る検査方法を用いて生成される画像を示す写真である。 本発明の別の実施例に係る検査方法を用いて生成される画像を示す写真である。 従来例に係る検査方法を用いて生成される画像を示す写真である。

以下、本発明の実施形態に係る検査方法を、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る検査方法を行うための検査システム１０の側面図であり、図２は図１の検査システム１０の平面図である。検査システム１０は、光を照射する光照射部２０、光学材料ＯＭを位置決めする位置決め部３０、光を収束する収束部４０、結像を行う結像部５０、像を検出する検出部６０、及び画像を表示する表示部７０を備える。

本発明に係る検査方法は、光照射部２０の光源２１から発せられる拡散光を、位置決め部３０の台部３１の上に載置された光学材料ＯＭに照射し、この光学材料ＯＭを透過した透過光を収束部４０の収束レンズ４１で収束し、結像部５０の結像レンズ５１で結像される像を検出部６０のカメラ６２で検出し、像に基づいて光学材料ＯＭの内部状態を検査する工程を有する。拡散光を収束レンズで平行化した後に光学材料へ照射する従来の検査方法と異なり、本発明において光学材料に照射されるのは拡散光であり、透過光が収束される。これにより、長さの短い検査システム１０を用いつつ広い視野を確保でき、光学材料ＯＭの内部状態を正確に検査できる。なお、本明細書における検査システムの長さとは、検査システムの寸法のうち最も長いものを指し、一般的には光照射部から検出部までの距離を指す。

光源２１は光源支持部２３で、台部３１は伸縮部３４、姿勢調節部３５及び磁気遮断板３６で、収束レンズ４１は収束支持部４３で、結像レンズ５１は結像支持部５３で、接眼レンズ６１は接眼支持部６３で、カメラ６２はカメラ支持部６４でそれぞれ支持され、光源２１、収束レンズ４１、結像レンズ５１、接眼レンズ６１及びカメラ６２が同一光路上に位置するように高さが調節されている。また、台部３１、収束レンズ４１、結像レンズ５１、接眼レンズ６１及びカメラ６２にはそれぞれ距離調節部３３，４８，５７，６７，６８が設けられていて、生成される画像が明瞭になるよう互いの距離を適宜調節できる。

光学材料ＯＭは、ガラス、プラスチック等の任意の素材からなってよい。光学材料の内部状態を正確に評価するには、光学材料ＯＭのうち少なくとも光路上におかれる表面Ｓは、粗度が低い必要がある。このような表面Ｓは、研磨等により形成してもよいが、研磨コストを考慮して、光学部材を砕いて光学材料ＯＭを作製し、この光学材料ＯＭに形成された破断面を表面Ｓとして利用することが好ましい。

ただし、破断面は一般的に不規則な形状を有するため、透過光が散乱しやすい。そこで、光学材料ＯＭに対して、収束レンズ４１及び結像レンズ５１の少なくとも一方の姿勢を調節することが好ましい。これにより、光学材料ＯＭの内部状態をより正確に検査することができる。

なお、従来のように平行光が破断面に照射される場合、透過光が高度に散乱するため、結像レンズ及び検出部を光学材料を中心として水平方向に回転させる必要があるが、この態様は回転スペースを確保する必要がある点で好ましくない。しかし、本発明では前述のように破断面に散乱光が照射されるため、散乱度が透過光においてむしろ低減される。このため、収束部４０、結像部５０及び検出部６０を水平方向に回転させなくても、収束レンズ４１及び結像レンズ５１の姿勢の調節をこれらの位置を変更せずに行ってもよく、これにより、検査を行うために検査システム１０が必要とするスペースを更に小さくすることができる。

光学材料ＯＭの内部状態を所定範囲に亘って検査するためには、光路に対して光学材料ＯＭを移動する必要がある。そこで、光学材料ＯＭの姿勢及び高さを調節することが好ましい。図１では、台部３１に接続された伸縮部３４が上下に伸縮することで、台部３１上に載置された光学材料ＯＭが光路に対して鉛直方向に移動する。また、前述のように破断面は不規則形状を有するため、光学材料ＯＭを任意の姿勢に調節できることが望ましい。

図４は、姿勢調節部３５の部分拡大断面図である。台部３１の下部には支持軸３５１が設けられており、この支持軸３５１は部分球面状の当接面３５２を有する。他方、接続部材３５３は、当接面３５２と対称的な形状を有しかつ当接面３５２と磁気的に接続可能な被当接面３５４を有し、被当接面３５４が当接面３５２に磁気的に接続した状態で固定されている。このため、当接面３５２及び被当接面３５４を磁気的に接続した状態で摺動することで、台部３１上の光学材料ＯＭを任意の姿勢に調節することができる。また、かかる操作は片手で行うこともでき、もう片方の手で同時並行的に収束レンズ４１、結像レンズ５１の姿勢を調節することができる点で、検査時間を大幅に短縮できることが期待される。

光学材料ＯＭの姿勢の調節可能な範囲は、当接面３５２及び被当接面３５４の曲率半径、台部３１及び接続部材３５３の距離等を変更することで、適宜設定することができる。

図４では、当接面３５２が凸面で、被当接面３５４が凹面であるが、この逆であってもよく、また、当接面３５２が支持軸３５１の下面に位置するが、これに限られず側面であってもよい。また、接続部材３５３は、非磁性素材からなる磁気遮断板３６を介して伸縮部３４に接続されている。なお、台部３１及び支持軸３５１は載置台を構成する。

図３は、収束部４０の正面図である。収束レンズ４１は、枠体４５に回転軸４６ａ、４６ｂを介し、僅かな隙間をあけて接続されており、回転軸４６ａ，４６ｂを回転することで収束レンズ４１が回転させられる。回転軸４６ａ，４６ｂは水平方向に設けられており、回転軸４６ａ，４６ｂの回転に伴って収束レンズ４１が鉛直方向に回転する。また、枠体４５に固定されて鉛直方向に延びる収束支持部４３は、水平方向に回転可能である。このため、収束支持部４３を水平方向へ回転することで、収束レンズ４１を水平方向に回転させることができる。このように、収束レンズ４１は鉛直方向及び水平方向に回転可能であるため、その姿勢を種々に設定することができる。回転軸４６ａ，４６ｂには鍔部４７ａ，４７ｂが設けられており、これら鍔部４７ａ，４７ｂが枠体４５に係止される結果、枠体４５からの収束レンズ４１の離脱が抑制される。なお、このような作用が奏される限りにおいて、具体的構造は図３に示すものに限定されない。また、図示はしないが、結像部５０も同様の構造を有してよい。

収束レンズ４１は、透過光を収束できる限りにおいて特に限定されないが、収束能及び画像の鮮明化の観点で、平凸レンズであることが好ましい。また、収束レンズ４１は、生成される画像の視野を広くすることができる点で、好ましくは４５ｍｍ以上、より好ましくは１００ｍｍ以上、最も好ましくは１２０ｍｍ以上の有効径を有することが好ましい。本明細書における有効径は、ＪＩＳ Ｂ ７０９５に規定される焦点面上のピンホールによる方法に従って測定される。

結像レンズ５１は、収束レンズ４１から出射される光を結像できる限りにおいて特に限定されないが、結像能及び画像の鮮明化の観点で、凹メニスカスレンズであることが好ましい。また、結像レンズ５１は、生成される画像の視野を広くすることができる点で、収束レンズ４１の有効径の０．５倍以上であることが好ましく、より好ましくは０．８倍以上、最も好ましくは１．０倍以上である。なお、画像の視野を広くする観点では、収束レンズ４１の有効径を上回る必要は特にない。

結像レンズ５１を出射した光は、接眼レンズ６１を通してカメラ６２に入射し、このカメラ６２で検出される。結像レンズ５１及び接眼レンズ６１は、従来周知のレンズ（固定焦点レンズ、可変焦点レンズ、ズームレンズ等）であってよく、詳細な構造の説明は省略する。ここで、結像レンズ５１及び接眼レンズ６１は、同一のレンズから構成されてもよい。これにより、検査システム１０に用いられるレンズの点数が低減されるため、光軸のブレ等を抑えることで、生成される画像の歪みを低減できる。また、光が１枚のレンズで結像されるため、レンズ位置の設置や調整を容易にすることができる。また、カメラ６２は従来周知の撮像装置であってよく、詳細な構造の説明は省略する。像は、収束された透過光が電子信号へと変換されることで、電子信号として検出されることが好ましい。これにより、光学材料ＯＭの内部状態を客観的に検査することが可能である。透過光の電子信号への変換は、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の任意の手段を用いて行ってよいが、安価である点でＣＭＯＳを用いることが好ましい。なお、結像レンズ５１及び接眼レンズ６１は、図１に示されるような、カメラ６２と別に設ける態様に限定されず、結像レンズ５１及び接眼レンズ６１の機能を有するレンズを、図示しない鏡胴に組み込んでカメラ６２に搭載する態様であってもよい。これにより、結像レンズ５１及び接眼レンズ６１とカメラ６２との間で光軸が固定されるため、生成される画像をより高画質にできる。

電子信号は、画像データに変換されることで、カメラ６２に接続された表示部７０に画像として表示されることが好ましい。これにより、表示部７０に表示された画像を観察することで、光学材料ＯＭの内部状態を容易に検査することができ、また画像を複数人で観察できるため、評価精度を更に向上することが期待される。

検査できる光学材料の内部状態としては、脈理、泡、失透、異物等の有無及び程度等が挙げられる。従来の検査方法では困難であった脈理の程度も、本発明の検査方法によれば正確に検査できる。

本発明は、以上の検査方法を用いて、光学素子の候補体である光学材料の内部状態を検査し、この内部状態が所定基準を満たすことに基づいて、候補体から光学素子を選別する工程を有する光学素子の製造方法も包含する。前述のとおり、本発明に係る検査方法を用いることで広い視野を確保しつつ内部状態を正確に検査できるため、本発明に係る製造方法によれば、短時間で高品質の光学素子を製造することができる。

＜実施例１＞
光学材料として、日本光学硝子工業会（ＪＯＧＩＳ）１１７５に指定された標準試料Ｂ及びＣを用い、図１に示す検査システムを用いて、光学材料の内部状態の検査を行った。なお、光源２１は緑色光源、収束レンズ４１は平凸レンズ（平らな面が光源側）、結像レンズ５１は凹メニスカスレンズ（曲率の大きい面が光源側）とした。図５において、（ａ）は脈理が比較的少ない標準試料Ｂ、（ｂ）は脈理が比較的多い標準試料Ｃに関する結果である。

（比較例）
特開２００８−２６７９８５号公報の実施例１に示す検査システムを用いた点を除き、実施例１と同様の手順で、光学材料の内部状態の検査を行った。図６において、（ａ）は標準試料Ｂ、（ｂ）は標準試料Ｃに関する結果である。

実施例では、脈理に相当する筋が標準試料Ｂではあまり観察されない（図５（ａ））一方、標準試料Ｃでは多数観察された（図５（ｂ））。これに対し、比較例では、標準試料Ｂ及びＣの間に差異を見出すことが困難であった（図６（ａ）、（ｂ））。これにより、実施例の検査方法によれば、脈理の程度を正確に検査できることが分かった。

（試験例）
収束レンズ４１として、有効径が４５ｍｍ（試験例１）、７０ｍｍ（試験例２）、９０ｍｍ（試験例３）のレンズを用い、表示部７０に出力された画像の視野の広さを評価した。なお、結像レンズ５１の有効径は７０ｍｍであり、光照射部２０から検出部６０までの距離は１０４０ｍｍであった。図７において、（ａ）は試験例１、（ｂ）は試験例２、（ｃ）は試験例３の結果をそれぞれ示す。

図７に示されるように、実施例で用いた検査システムによれば、視野が直径４ｍｍ以上の広さを有していた。なお、比較例で用いた検査システムを用いて同等の広さの視野を得ようとした場合、光源から検出装置までの距離が２６５０ｍｍにもわたり、また得られる画像は、歪みがひどく、光量が不足していたため、光学材料の内部状態を検査できるものではなかった。これにより、実施例の検査方法によれば、長さの短い検査システムを用いつつ広い視野を確保できることが分かった。

１０ 検査システム
２０ 光照射部
２１ 光源
２３ 光源支持部
３０ 位置決め部
３１ 台部
３４ 伸縮部
３５ 姿勢調節部
３５１ 支持軸
３５２ 当接面
３５３ 接続部材
３５４ 被当接面
３６ 磁気遮断板
４０ 収束部
４１ 収束レンズ
４３ 収束支持部
４５ 枠体
４６ 回転軸
４７ 鍔部
５０ 結像部
５１ 結像レンズ
５３ 結像支持部
６０ 検出部
６１ 接眼レンズ
６２ カメラ
６３ 接眼支持部
６４ カメラ支持部
７０ 表示部
ＯＭ 光学材料

Claims (13)

1. 光学材料の内部状態を検査する検査方法であって、
   拡散光を光学材料に照射し、この光学材料を透過した透過光に基づいて前記光学材料の内部状態を検査する工程を有する検査方法。
2. 前記透過光を収束レンズで収束し、結像レンズで結像される像に基づいて前記光学材料の内部状態を検査する工程を有する請求項１記載の検査方法。
3. 前記収束レンズ及び前記結像レンズの少なくとも一方の姿勢を調節する工程を更に有する請求項２記載の検査方法。
4. 前記姿勢の調節は、前記光学材料に対する前記収束レンズ及び前記結像レンズの位置を変更せずに行う請求項３記載の検査方法。
5. 前記収束レンズは、平凸レンズを有する請求項４記載の検査方法。
6. 前記収束レンズは、４５ｍｍ以上の有効径を有する請求項２記載の検査方法。
7. 前記結像レンズは、凹メニスカスレンズである請求項２記載の検査方法。
8. 前記光学材料の内部状態の検査は、収束された透過光を電子信号へと変換することで行う請求項１記載の検査方法。
9. 前記電子信号への変換は、ＣＭＯＳを用いて行う請求項８記載の検査方法。
10. 前記光学材料の姿勢及び高さを調節する工程を更に有する請求項１記載の検査方法。
11. 前記光学材料の姿勢の調節は、前記光学材料が載置されかつ部分球面状の当接面を有する載置台と、前記当接面と対称的な形状を有しかつ前記当接面と磁気的に接続可能な被当接面を有する接続部材とを用い、前記当接面及び被当接面を磁気的に接続した状態で摺動することで行う請求項１０記載の検査方法。
12. 前記光学材料の内部状態は、脈理の程度を含む請求項１記載の検査方法。
13. 請求項１から１２いずれか記載の検査方法を用いて、光学素子の候補体である光学材料の内部状態を検査し、この内部状態が所定基準を満たすことに基づいて、前記候補体から光学素子を選別する工程を有する光学素子の製造方法。