JP2015004600A - 偏芯測定装置、偏芯測定方法およびレンズの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】測定対象面以外の面からの反射光の影響を抑え、偏芯測定の精度を向上させることができる偏芯測定装置および偏芯測定方法を提供する。【解決手段】光学レンズ５の測定対象面５ａに照明光を照射する照明光学系１０と、測定対象面５ａからの反射光を集光面３１に集光する集光光学系２０と、集光面３１に集光された集光光を検出する光位置センサー３０と、集光面３１における集光光の位置に基づいて測定対象面５ａの偏芯量を測定する演算処理部３５とを備える。そして、照明光学系１０は、測定対象の光学レンズ５の近軸焦点位置Ｆを通り当該光学レンズ５の光軸Ａに直交する近軸焦点面ＦＰにおける近軸焦点位置Ｆと異なる位置に集光するように照明光を照射するように構成される。【選択図】図１

Description

本発明は、光学機器に用いられる光学素子等の偏芯量を測定する偏芯測定装置および偏
芯測定方法に関する。また、この偏芯測定装置を用いたレンズの製造方法に関する。

従来の偏芯測定装置として、光源から射出された光（照明光）をフォーカスレンズ系に
よって測定対象物である光学素子の測定対象面の近軸曲率中心位置に集光させ、測定対象
面において反射した光（測定光）をフォーカスレンズ系を介して集光レンズにより光位置
センサー（PSD：Position Sensitive Detector）に集光させる構成の装置が知られている
。このような偏芯測定装置では、測定対象面を光軸中心に回転させ、光位置センサーによ
って検出した測定光（スポット像）の振れ量から測定光の角度振れを検出し、測定対象物
の偏芯量を算出するように構成されている。また、従来の偏芯測定装置として、照明光を
フォーカスレンズ系によって測定対象面の近軸焦点位置に集光させ、測定対象面において
反射して平行光となった測定光を集光レンズによって光位置センサーに集光させる構成の
装置も知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０００‐２０５９９８号公報

ところで、測定対象が複数のレンズからなるレンズ系の場合、測定対象面以外に、他の
レンズの光学面も光を反射する。そのため、照明光を測定対象面の近軸曲率中心位置もし
くは近軸焦点位置に集光させる場合に、測定対象面の近軸曲率中心もしくは近軸焦点の近
傍位置に他のレンズの近軸曲率中心もしくは近軸焦点が位置すると、他のレンズの光学面
から反射した光もほぼ光位置センサーに集光されるため、偏芯測定に悪影響を与えるとい
う問題があった。

本発明はこのような課題に鑑みたものであり、測定対象面以外の面からの反射光の影響
を抑え、偏芯測定の精度を向上させることができる偏芯測定装置および偏芯測定方法を提
供することを目的とする。また、この偏芯測定装置を用いたレンズの製造方法を提供する
ことを目的とする。

このような目的を達成するため、本発明に係る偏芯測定装置は、光学素子の測定対象面
に照明光を照射する照明部と、前記照明光が照射された前記測定対象面からの反射光を所
定の集光面に集光する集光部と、前記集光面に集光された集光光を検出する検出部と、前
記検出部により検出された前記集光面における前記集光光の位置に基づいて前記測定対象
面の偏芯量を測定する測定部とを備える。そして、前記照明部は、前記光学素子の近軸焦
点位置を通り前記光学素子の光軸に直交する近軸焦点面における前記近軸焦点位置と異な
る位置に集光するように前記照明光を照射するように構成される。

また、本発明に係る偏芯測定方法は、光学素子の近軸焦点位置を通り前記光学素子の光
軸に直交する近軸焦点面における前記近軸焦点位置と異なる位置に集光するように照明光
を照射する照明工程と、前記照明光が照射された前記光学素子の測定対象面からの反射光
を所定の集光面に集光する集光工程と、前記集光面に集光された集光光を検出する検出工
程と、前記検出工程において検出された前記集光面における前記集光光の位置に基づいて
前記測定対象面の偏芯量を測定する測定工程とを備えて構成される。

また、本発明に係るレンズの製造方法は、上記構成の偏芯測定装置を用いて被検レンズ
の偏芯量を測定する測定工程と、前記偏芯量の測定結果に基づいて、前記偏芯量が許容値
内となるように前記被検レンズの偏芯調整を行う調整工程とを備えて構成される。

本発明によれば、測定対象面以外の面からの反射光の影響を抑え、偏芯測定の精度を向
上させることができる。

本実施形態の偏芯測定装置の構成図である。 本実施形態の偏芯測定方法を示すフローチャートである。 測定対象面および他の光学面における照明光および反射光について説明する光線図である。 本実施形態のレンズの製造方法を示すフローチャートである。 照明光を図３と異なる方向から測定対象面および他の光学面に照射した場合について説明する光線図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。本実施形態に係る偏芯測定
装置１は、図１に示すように、測定対象物である光学レンズ５の測定対象面５ａに照明光
を照射する照明光学系１０と、測定対象面５ａからの反射光を集光面３１上に集光させる
集光光学系２０と、集光面３１に集光された集光光（スポット光）の集光面３１上の位置
を検出する光位置センサー３０と、光位置センサー３０からの検出信号に基づいて光学レ
ンズ５の偏芯量を測定する演算処理部３５とを有して構成される。

測定対象である光学レンズ５は、複数のレンズから構成されるレンズ系のうちの一枚で
あり、光学レンズ５における一方の光学面が測定対象面５ａとなる。光学レンズ５は、レ
ンズの光軸Ａが照明光学系１０の光軸Ｂと重ならないように配置され、高精度の回転台（
図示せず）上に載置されている。この回転台により光学レンズ５はレンズの光軸Ａを中心
に回転可能となっている。本実施形態では、光学レンズ５の光軸Ａ（以下、レンズ光軸Ａ
と称する）と照明光学系１０の光軸Ｂ（以下、照明光軸Ｂと称する）とが平行となるよう
に配置されている。

なお、光学レンズ５は、図１では測定対象面５ａだけを図示しているが、実際には測定
対象面５ａの反対側の光学面も有している。そのため、測定対象面５ａに照射された照明
光は、測定対象面５ａに入射する時および反対側の光学面から射出する時にそれぞれ屈折
され、当該レンズ系を構成する他のレンズ６の光学面６ａに入射する。従って、実際には
レンズの屈折を考えて光線追跡の計算を行い、偏芯測定が行われる。しかしながら、以下
においては、説明の容易化のため、光学レンズ５および他のレンズ６における一方の光学
面５ａ，６ａだけを取り出して原理説明を行う。

照明光学系１０は、直線偏光（Ｐ偏光）を射出する光源１１と、光源１１から射出され
た照明光を平行光に変換するコリメータレンズ系１２と、コリメータレンズ系１２を透過
した照明光（平行光）を集光させるフォーカスレンズ系１４と、フォーカスレンズ系１４
によって集光された照明光が入射する位置に設けられた偏光ビームスプリッター１３と、
偏光ビームスプリッター１３を透過した照明光が入射する位置に設けられた１／４波長板
１５と、照明光学系１０全体を移動させて光学レンズ５の測定対象面５ａに対する照明光
の照射方向および照射位置を変更させる照明光学系駆動装置１８とを有し、１／４波長板
１５を透過した照明光が測定対象面５ａに入射するように構成される。

照明光学系１０は、レンズ５の光軸Ａと重ならない方向（一致しない方向）から照明光
を光学レンズ５の測定対象面５ａに入射させるように構成されている。本実施形態では、
レンズ光軸Ａから所定距離だけ離れ、且つレンズ光軸Ａと照明光軸Ｂとが平行となるよう
に照明光を測定対象面５ａに入射させるように構成されている。

フォーカスレンズ系１４は、レンズ間隔を変化させることにより、照明光の集光点の位
置（集光位置）を照明光学系１０の光軸Ｂに沿って移動調整することが可能に構成されて
いる。偏光ビームスプリッター１３は、光源１１から射出された照明光であるＰ偏光（振
動方向が入射面内に含まれる直線偏光）を透過させ、Ｐ偏光と振動方向が直交するＳ偏光
を反射させる光学素子である。

光源１１から射出された照明光（Ｐ偏光）は、コリメータレンズ系１２を透過して平行
光となり、フォーカスレンズ系１４によって集光され、偏光ビームスプリッター１３に入
射する。このとき、フォーカスレンズ系１４のレンズ間隔が調整され、光学レンズ５の近
軸焦点位置Ｆを通り光学レンズ５の光軸Ａに直交する近軸焦点面ＦＰにおける近軸焦点位
置Ｆと異なる位置（以下、集光位置Ｇと称する）に照明光が集光される。

偏光ビームスプリッター１３を透過した照明光は、１／４波長板１５を透過した後に光
学レンズ５の測定対象面５ａに照射される。照明光が照射された測定対象面５ａで反射し
た光（以下、測定光と称する）は、１／４波長板１５を透過して偏光ビームスプリッター
１３に入射する。このとき、光源１１から射出された照明光は、Ｐ偏光として偏光ビーム
スプリッター１３を透過し、測定対象面５ａで反射して偏光ビームスプリッター１３に戻
るまでに、１／４波長板１５を２回通過するので、偏光ビームスプリッター１３に入射す
る測定光はＳ偏光となる。そのため、測定光は、偏光ビームスプリッター１３で反射して
集光光学系２０に入射する。なお、偏光ビームスプリッター１３は、測定対象面５ａで反
射された測定光が入射する位置に設けられている。

集光光学系２０は、偏光ビームスプリッター１３で反射された測定光を集光面３１上に
集光させる集光レンズ２１と、集光レンズ２１と集光面３１の間に設けられたハービング
２２と、ハービング２２を測定光の光軸Ｃ（以下、測定光軸Ｃと称する）に対して傾斜さ
せるハービング駆動装置２３とを有して構成される。集光レンズ２１は、図１において１
枚の光学レンズとして図示しているが、実際には複数枚の光学レンズによって構成されて
いてもよい。ハービング２２は、光学ガラスを用いた平行平板であり、入射した測定光を
屈折させる光学素子である。ハービング駆動装置２３は、ハービング２２の測定光軸Ｃに
対しての傾きを制御して測定光を屈折させる量を制御することにより、集光面３１におけ
る測定光の集光位置を変更させることが可能に構成されている。

偏光ビームスプリッター１３で反射された測定光（Ｓ偏光）は、集光レンズ２１および
ハービング２２を透過して光位置センサー３０の検出部に設けられた集光面３１に集光さ
れる。ハービング２２と集光面３１の間には、集光面３１に入射する測定光を制限する開
口絞り２５が設けられている。開口絞り２５は、絞り駆動装置２６の駆動により集光面３
１に沿った方向（測定光軸Ｃに直交する方向）に移動可能に構成されている。

光位置センサー３０は、集光光学系２０（集光レンズ２１）により集光面３１に集光さ
れた測定光（スポット像）を検出する。光位置センサー３０は、光位置センサー３０の検
出部、すなわち集光面３１に集光された測定光の位置（重心位置）を検出可能であり、そ
の検出信号を演算処理部３５へ出力する。演算処理部３５は、光位置センサー３０により
検出された集光面３１における測定光の位置に基づいて、測定対象物である光学レンズ５
の偏芯量を測定する。光学レンズ５の偏芯測定を行うときには、図示しない回転台に載置
された光学レンズ５回転させる。そうすると、光位置センサー３０において集光面３１に
おける測定光（スポット重心）のリサージュ（軌跡）が検出され、そのリサージュ半径を
演算処理部３５が測定することで光学レンズ５（測定対象面５ａ）の偏芯量を求めること
ができる。

以上のように構成される偏芯測定装置１を用いた偏芯測定方法について、図２のフロー
チャートをも参照しながら説明する。まず、照明光学系１０により測定対象となる光学レ
ンズ５の測定対象面５ａに照明光を照射する（ステップＳ１０１）。この照明工程におい
て、フォーカスレンズ系１４のレンズ間隔を駆動調整し、照明光が測定対象面５ａの近軸
焦点面ＦＰにおける近軸焦点位置Ｆと異なる位置（集光位置Ｇ）に集光するように照明光
を照射する。このような状態において、光源１１から射出された照明光は、コリメータレ
ンズ系１２を透過して平行光となり、フォーカスレンズ系１４によって近軸焦点面ＦＰ上
の集光位置Ｇに向けて集光され、偏光ビームスプリッター１３および１／４波長板１５を
透過して測定対象面５ａに照射される。

上記照明工程において、照明光学系駆動装置１８を駆動して照明光学系１０全体を移動
させることにより測定対象面５ａに対する照射方向および照射位置を変更させることが可
能である。さらにフォーカスレンズ系１４のレンズ間隔を駆動調整することにより照明光
の集光位置Ｇを近軸焦点面ＦＰ内において変更させることが可能である。このような集光
位置Ｇの変更は、例えば、測定対象面で反射した測定光を集光光学系２０により光位置セ
ンサー３０の集光面３１に集光させることができるように、当該測定対象面の曲率半径等
に応じて変更される。

照明光学系１０により照明光が照射された測定対象面５ａで反射した光（測定光）は、
照明光が測定対象面５ａの近軸焦点面ＦＰに集光するように照射されているため、測定対
象面５ａで反射して略平行光となり、偏光ビームスプリッター１３で反射して集光光学系
２０に入射する。そして、集光光学系２０により測定対象面５ａで反射した測定光を光位
置センサー３０の集光面３１に集光する（ステップＳ１０２）。この集光工程において、
偏光ビームスプリッター１３で反射した測定光は、集光レンズ２１により集光され、ハー
ビング２２および開口絞り２５の開口を通過した後に光位置センサー３０の集光面３１に
集光される。

上記集光工程において、ハービング駆動装置２３を駆動してハービング２２の測定光軸
Ｃに対する傾きを制御して測定光を屈折させる量を制御することにより、光位置センサー
３０の集光面３１における測定光の集光位置を変更させることが可能である。この測定光
の集光位置の変更制御により、測定対象面５ａで反射した測定光を集光面３１に確実に集
光させることができる。また、上記集光工程において、絞り駆動装置２６を駆動して開口
絞り２５を集光面３１に沿った方向に移動させることが可能である。この開口絞り２５の
移動制御により、別の測定対象面を測定する場合であっても、当該測定対象面で反射した
測定光を通過させて集光面３１に到達させる一方、他のレンズの表面で反射した光等は遮
断して集光面３１に到達させないようにすることができる。

次に、光位置センサー３０により集光面３１に集光された測定光（スポット像）を検出
する（ステップＳ１０３）。この検出工程において、光位置センサー３０は、集光面３１
における測定光の位置（重心位置）を検出し、その検出信号を演算処理部３５へ出力する
。またこのとき、不図示の回転台により光学レンズ５が回転駆動され、光位置センサー３
０において集光面３１における測定光（スポット重心）のリサージュ（軌跡）が検出され
る。

光位置センサー３０からの検出信号が演算処理部３５に入力されると、演算処理部３５
は光位置センサー３０により検出された測定光のリサージュの半径を測定し、測定したリ
サージュの半径に基づいて光学レンズ５（測定対象面５ａ）の偏芯量を求め（ステップＳ
１０４）、処理を終了する。

ところで、従来の偏芯測定装置のように、照明光を測定対象面の近軸曲率中心位置もし
くは近軸焦点位置に集光させて偏芯測定を行う場合、測定対象面の近軸曲率中心もしくは
近軸焦点の近傍位置に、測定対象のレンズ系における他のレンズの光学面の近軸曲率中心
もしくは近軸焦点が位置すると、測定対象面を透過して他のレンズの光学面で反射した光
もほぼ光位置センサーに集光される。そのため、他のレンズの光学面で反射した光が測定
対象面の偏芯測定に悪影響を与える。

そこで、本実施形態に係る偏芯測定装置１では、測定対象面５ａの近軸焦点面ＦＰにお
ける近軸焦点位置Ｆと異なる位置（集光位置Ｇ）に集光するように照明光を照射するよう
になっている。そのため、図１および図３に示すように、測定対象面５ａの近軸焦点位置
Ｆと他のレンズ６の光学面６ａの近軸焦点位置Ｆ′が略一致する場合であっても、測定対
象面５ａに照射された照明光は、測定対象面５ａにおいて光軸Ｃの方向に反射され、集光
光学系２０により光位置センサー３０の集光面３１に集光されて検出される。一方、測定
対象面５ａを透過して他のレンズ６の光学面６ａに照射された照明光は、光学面６ａにお
いて上記光軸Ｃと異なる光軸Ｄの方向（図３において左方に光軸Ｃよりも大きく傾いた方
向）に反射される。このように、光学面６ａで反射された光は、測定対象面５ａにおける
反射光（測定光）と異なる方向に反射されるため、集光光学系２０により光位置センサー
３０の集光面３１に集光されて検出されない（集光レンズ２１により集光面３１に集光さ
れない、もしくは開口絞り２５により遮断される）。従って、偏芯測定装置１では、他の
レンズ６の光学面６ａで反射された光の影響を抑え、測定対象面５ａの偏芯測定の精度を
向上させることができる。

次に、複数のレンズ部品を有するレンズ（レンズ系）の製造方法について、図４に示す
フローチャートを参照しながら説明する。まず、レンズ鏡筒内に複数のレンズ部品を配置
して、レンズ系を組み立てる（ステップＳ２０１）。次に、組み立てたレンズ系の偏芯量
を、上述した図１に示す偏芯測定装置１を用いて測定する（ステップＳ２０２）。そして
、偏芯量の測定結果に基づいて、当該偏芯量が許容値内となるようにレンズ系の偏芯調整
を行う（ステップＳ２０３）。

このような製造方法によれば、上述した偏芯測定装置１を用いて、正確な偏芯量を測定
することができるので、レンズ（レンズ系）の製造品質を向上させることができる。なお
、単レンズの場合にも、同様の製造を行うことができる。すなわち、レンズについては、
複数のレンズ部品からなるレンズ系でも、単レンズでもよい。

なお、上述の実施形態において、開口絞り２５を集光面３１に沿った方向に移動させる
ことが可能に構成されているが、開口絞り２５の開口の大きさを変更させることを可能に
構成してもよい。このように開口の大きさを変更可能に構成することにより、上述の開口
絞り２５を移動可能な構成と同様に、別の測定対象面を測定する場合であっても、当該測
定対象面で反射した測定光を通過させて集光面３１に到達させる一方、他のレンズの表面
で反射した光等は遮断して集光面３１に到達させないようにすることができる。

また、上述の実施形態において、照明光学系１０により照明光の光軸Ｂが光学レンズ５
の光軸Ａと平行となるように照明光が測定対象面５ａに照射されているが、これに限られ
るものではない。例えば、図５に示すように、照明光の光軸Ｂ′が光学レンズ５の光軸Ａ
に対して傾いた方向から照明光が測定対象面５ａに照射される場合であっても、測定対象
面５ａの近軸焦点面ＦＰにおける近軸焦点位置Ｆと異なる位置（集光位置Ｇ′）に集光す
るように照明光を照射すれば、測定相性面５ａで反射された測定光の光軸Ｃ′と他のレン
ズ６の光学面６ａで反射された光の光軸Ｄ′とか異なる方向になる。そのため、上述の実
施形態と同様の効果を得ることができる。

また、上述の実施形態において、照明光学系駆動装置１８によって照明光学系１０全体
を移動させ、且つフォーカスレンズ系１４のレンズ間隔を調整することにより照明光の集
光位置Ｇを近軸焦点面ＦＰ内において変更させることが可能に構成されているが、これに
限られるものではない。例えば、照明光学系駆動装置１８に代えて、照明光学系１０にお
いてミラーや照明光軸を屈折させる光学素子を備え、これらの光学素子により測定対象面
５ａに対する照明光の照射位置および照射方向を変更させ、フォーカスレンズ系１４のレ
ンズ間隔を調整することにより照明光の集光位置Ｇを近軸焦点面ＦＰ内において変更させ
ることを可能に構成してもよい。

上述の実施形態において、ハービング２２の測定光軸Ｃに対する傾きを制御して測定光
を屈折させる量を制御することにより、光位置センサー３０の集光面３１における測定光
の集光位置を変更させることが可能に構成されているが、これに限られるものではない。
例えば、ハービング２２に代えてリズレープリズム系やミラー等の光学素子を備える構成
、もしくは光位置センサー３０を測定光軸Ｃに対して移動させる構成としてもよく、この
ような構成により光位置センサー３０の集光面３１における測定光の集光位置を変更させ
ることを可能に構成してもよい。

１ 偏芯測定装置
５ 光学レンズ（光学素子）
５ａ 測定対象面
１０ 照明光学系（照明部）
２０ 集光光学系（集光部）
２５ 開口絞り（絞り部）
３０ 光位置センサー（検出部）
３１ 集光面
３５ 演算処理部（測定部）

Claims (7)

1. 光学素子の測定対象面に照明光を照射する照明部と、
   前記照明光が照射された前記測定対象面からの反射光を所定の集光面に集光する集光部
   と、
   前記集光面に集光された集光光を検出する検出部と、
   前記検出部により検出された前記集光面における前記集光光の位置に基づいて前記測定
   対象面の偏芯量を測定する測定部とを備え、
   前記照明部は、前記光学素子の近軸焦点位置を通り前記光学素子の光軸に直交する近軸
   焦点面における前記近軸焦点位置と異なる位置に集光するように前記照明光を照射するよ
   うに構成されることを特徴とする偏芯測定装置。
2. 前記照明部は、前記近軸焦点面における前記照明光の集光位置を前記近軸焦点面内にお
   いて変更させることが可能に構成されることを特徴とする請求項１に記載の偏芯測定装置
   。
3. 前記集光部は、前記集光面における前記集光光の集光位置を前記集光面内において変更
   させることが可能に構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の偏芯測定装置
   。
4. 前記集光面に入射する前記反射光を制限する絞り部を備え、
   前記絞り部は、前記集光面に沿った方向に移動可能に設けられることを特徴とする請求
   項１〜３のいずれかに記載の偏芯測定装置。
5. 前記集光面に入射する前記反射光を制限する絞り部を備え、
   前記絞り部は、光を透過させる開口の大きさを変更させることが可能に構成されること
   を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の偏芯測定装置。
6. 光学素子の近軸焦点位置を通り前記光学素子の光軸に直交する近軸焦点面における前記
   近軸焦点位置と異なる位置に集光するように照明光を照射する照明工程と、
   前記照明光が照射された前記光学素子の測定対象面からの反射光を所定の集光面に集光
   する集光工程と、
   前記集光面に集光された集光光を検出する検出工程と、
   前記検出工程において検出された前記集光面における前記集光光の位置に基づいて前記
   測定対象面の偏芯量を測定する測定工程とを備えることを特徴とする偏芯測定方法。
7. 請求項１〜５のいずれかに記載の偏芯測定装置を用いて被検レンズの偏芯量を測定する
   測定工程と、
   前記偏芯量の測定結果に基づいて、前記偏芯量が許容値内となるように前記被検レンズ
   の偏芯調整を行う調整工程とを備えることを特徴とするレンズの製造方法。

Images