JP2016038217A - レンズまたはミラー検査装置およびその検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レンズの良品不良品を精度よく判定することができ、また、作業者の疲労が比較的小さく、しかも、不良品の発見率が高く、加えて検査装置が安価であるレンズまたはミラーの検査装置を提供することを目的とする。【解決手段】コヒーレントな光を発する光源１０と、上記光源が発したコヒーレントな光を集光する集光手段２０と、上記集光手段を通過した光を通過させるピンホール３０であって、上記集光手段による光の焦点に設けられているピンホールと、上記ピンホールを通過した光を投影し、非結像面に設けられているスクリーンＳ１とを有し、上記ピンホールと上記スクリーンとの間に、被検査レンズ４０または被検査ミラーを設置することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、レンズまたはミラー検査装置、およびレンズまたはミラーの検査方法に関する。

従来のプラスティックレンズを製造する場合、予め作られた型に、液体のプラスティックを射出して成型することによってプラスティックレンズおよびプラスティックミラーを製造する。

この場合、射出成型する前の液体のプラスティックに気体、固体等の不純物が混入されていると、射出成型した後のレンズのうちで、上記不純物及びその周辺で屈折率が異なり、不良品のレンズが製造される。

従来、射出成型されたレンズが良品であるか、不良品であるかを判別する場合、作業者が目視で検査している。

しかし、レンズ中の不純物が極めて小さいので、不純物を発見することが困難であり、目視検査は、非常に煩雑であり、また、精度よく検査することが困難であり、さらに作業者の疲労が大きく、加えて、不良品の発見率が高くはないという問題がある。

一方、点光源からのレーザー光を放物凹面鏡で平行光とし、これを被検レンズに照射して結像し、この結像を観測用顕微鏡で観測することによって結像性能を検査するレンズ検査装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２０１０−９６６４９

しかし、特許文献１に記載の発明は、観測用顕微鏡を使用するので、検査装置全体のコストが高いという問題がある。

レンズの問題と同様に、ミラーについても上記と同様の問題がある。

本発明は、レンズまたはミラーの良品不良品を精度よく判定することができ、また、作業者の疲労が比較的小さく、しかも、不良品の発見率が高く、加えて検査装置が安価であるレンズまたはミラー検査装置およびレンズまたはミラーの検査方法を提供することを目的とする。

本発明のレンズ検査装置は、コヒーレントな光を発する光源と、上記光源が発したコヒーレントな光を集光する集光手段と、上記集光手段を通過した光を通過させるピンホールであって、上記集光手段による光の焦点に設けられているピンホールと、上記ピンホールを通過した光を投影し、非結像面に設けられているスクリーンとを有し、上記ピンホールと上記スクリーンとの間に、被検査レンズを設置することを特徴とする。

本発明によれば、レンズまたはミラーの良品不良品を精度よく判定することができ、また、作業者の疲労が比較的小さく、しかも、不良品の発見率が高く、加えて検査装置が安価であるという効果を奏する。

本発明の実施例１であるレンズ検査装置１００を示す図である。 レンズ検査装置１００において、スクリーンＳ１に投影された投影像の例を示す図である。 本発明の実施例２であるミラー検査装置２００を示す図である。 本発明の実施例２であるレンズ検査装置３００を示す図である。 レンズ検査装置３００において、スクリーンＳ２に投影された投影像の例を示す図である。 本発明の実施例４であるミラー検査装置４００を示す図である。 実施例で使用する被検査レンズ４２、４３、４４の断面図である。

発明を実施するための形態は、以下の実施例である。

図１は、本発明の実施例１であるレンズ検査装置１００を示す図である。

レンズ検査装置１００は、宇宙望遠鏡用レンズの検査装置であり、レーザー１０と、集光レンズ２０と、ピンホール３０と、被検査レンズ４０と、スクリーンＳ１とを有する。

レーザー１０は、コヒーレントな光を発する手段の例である。レーザー１０の代わりに、水銀ランプ、ナトリウムランプ等のコヒーレントな光を発するランプを使用するようにしてもよい。

ピンホール３０は、集光レンズ２０を通過したレーザー光を通過させるピンホールであって、集光レンズ２０による光の焦点に設けられ、直径１０μｍ程度の透孔である。なお、ピンホール３０の直径は、１０μｍ以外の直径でもよい。

集光レンズ２０は、レーザー１０が発したレーザー光がピンホール３０を通過するように、レーザー光を集光する。

被検査レンズ４０は、検査対象のレンズであり、ピンホール３０とスクリーンＳ１との間にセットする。また、被検査レンズ４０は、非球面レンズであるが、非球面レンズ以外のレンズであってもよく、また、凸レンズであっても、凹レンズであってもよい。

スクリーンＳ１は、ピンホール３０を通過した光を投影し、非検査レンズ４０の非結像面に設けられている。スクリーンＳ１を非結像面に設けることが、実施例１の特徴である。

次に、レンズ検査装置１００において被検査レンズ４０の良否を判断する動作について説明する。

まず、レンズ検査装置１００が、図１に示すように配置され、被検査レンズ４０がピンホールとスクリーンＳ１との間であって、非結像面に設けられ、後述する光束の円錐形に入るように設置される。

そして、レーザー１０を駆動すると、レーザー光が発せられ、このレーザー光が集光レンズ２０で集光され、ピンホール３０の透孔を集光が通過する。ピンホール３０を出たデータ光は極めてきれいであり、完全な球面波面である。換言すれば、ノイズがない。逆に言えば、ピンホール３０がなければ、試験光の均一性が悪くなる。

ピンホール３０を通過したレーザー光の光路は、光束の円錐形を形成する。この光束の円錐形の中に、被検査レンズ４０を設置すると、レーザー光が被検査レンズ４０を通過し、この通過したレーザー光によって、スクリーンＳ１にその投影像５０が投影される。

図２は、レンズ検査装置１００において、スクリーンＳ１に投影された投影像の例を示す図である。

図２（１）は、正常な被検査レンズの投影像５１を示す図である。被検査レンズ４０が正常であれば、被検査レンズ４０の屈折率が被検査レンズ４０の全ての部位で一定であり、被検査レンズの投影像５１に、たとえば黒点像が発生していない。

図２（２）は、不良品の被検査レンズ４０の投影像５２を示す図である。被検査レンズ４０の一部に不純物が混入する等、被検査レンズ４０が不良品であれば、被検査レンズ４０の屈折率が一定ではなく、上記不純物に対応するスクリーンＳ１の部位に、たとえば黒点像５２が発生し、不純物が混入していない部位の投影像とは異なる像が投影される。すなわち、レーザー光の均一性を利用して、被検査レンズ４０中に存在している不純物を発見することができる。

また、被検査レンズの良否を自動的に検査するようにしてもよい。つまり、レンズ検査装置１００において、スクリーンＳ１に投影された画像を、スクリーンＳ１の裏側から撮影する撮影手段を設け、また、この撮影手段が撮影した画像に基づいて、ピンホール３０とスクリーンＳ１との間に設置されている被検査レンズ４０の良否を判別する判別手段を設けるようにしてもよい。

さらに、レンズ検査装置１００において、スクリーンＳ１の代わりに、ピンホール３０を通過した光を受光するＣＣＤ等の受光手段を設け、この受光手段が受光し、電気信号に変換された画像情報に基づいて、ピンホール３０と受光手段との間に設置されている被検査レンズ４０の良否を判別する判別手段を設けるようにしてもよい。

図３は、本発明の実施例２であるミラー検査装置２００を示す図である。

ミラー検査装置２００は、宇宙望遠鏡用ミラーの検査装置であり、レンズ検査装置１００において、被検査レンズ４０の代わりに被検査ミラー４０ａを検査し、スクリーンＳ１の代わりにスクリーンＳ１ａを設置し、スクリーンＳ１ａに投影像５０ａが投影される。

被検査ミラー４０ａは、一方の面がレンズであり、他の面がミラーであり、裏面鏡またはマンジンミラーと言われている。

ミラー検査装置２００を使用して被検査ミラー４０ａを検査する場合、基本的には、レンズ検査装置１００で被検査レンズ４０を検査する場合と同様である。ただ、ピンホール３０を通過した光を被検査ミラー４０ａが反射するので、スクリーンＳ１ａの配置位置、向きが、レンズ検査装置１００におけるそれらとは異なる。

また、スクリーンＳ１ａを被検査ミラー４０ａの非結像面に設けるが、このようにする点が実施例２の特徴である。

図４は、本発明の実施例３であるレンズ検査装置３００を示す図である。

レンズ検査装置３００は、宇宙望遠鏡用レンズの検査装置であり、２つの色のレーザー光を使用して被検査レンズ４１の良否を判断する装置である。つまり、レンズ検査装置３００は、赤レーザー１１と、緑レーザー１２と、ハーフミラー６０と、集光レンズ２１と、ピンホール３１と、被検査レンズ４１と、スクリーンＳ２とを有する。

赤レーザー１１が発する赤レーザー光の光軸と、緑レーザー１２が発する緑レーザー光の光軸とが、直交するように、赤レーザー１１と緑レーザー１２とが設置されている。

ハーフミラー６０は、赤レーザー１１が発する赤レーザー光を透過し、緑レーザー１２が発する緑レーザー光を反射し、赤レーザー光の光軸と緑レーザー光の光軸とが一致するように、ハーフミラー６０が設置されている。

集光レンズ２１は、光軸が一致した赤レーザー光と緑レーザー光とを集光し、ピンホール３１で焦点を結び、ピンホール３１とスクリーンＳ２との間で、赤レーザー光と緑レーザー光とが光束の円錐形を形成する。被検査レンズ４１が上記光束の円錐形の中に設けられ、光軸が一致した赤レーザー光と緑レーザー光とが被検査レンズ４１を透過する。

スクリーンＳ２は、ピンホール３１を通過した光を投影し、非検査レンズ４１の非結像面に設けられている。スクリーンＳ２を非結像面に設けることが、実施例３の特徴である。

次に、レンズ検査装置３００において被検査レンズ４１の良否を判断する動作について説明する。

図５は、レンズ検査装置３００において、スクリーンＳ２に投影された投影像の例を示す図である。

図５（１）は、正常な被検査レンズの投影像７１を示す図である。被検査レンズ４１が正常であれば、被検査レンズ４１の屈折率が一定であり、被検査レンズの投影像７１が、赤の光と緑の光とが混合された結果の色である黄色の像７１Ｙになる。つまり、被検査レンズ４１が正常であれば、被検査レンズ４１の投影像７１の全面が黄色になる。

図５（２）は、不良品の被検査レンズの投影像７２を示す図である。被検査レンズ４１の一部に不純物が混入する等して、被検査レンズ４１が不良品であれば、被検査レンズ４１の屈折率が一定ではなく、投影像７２の色が均一ではなくなり、投影像７２中、不純物に対応する部位では、たとえば、赤の像７２Ｒと緑の像７２Ｇとが存在する。

また、被検査レンズの良否を自動的に検査するようにしてもよい。

つまり、レンズ検査装置３００において、スクリーンＳ２に投影された画像を、スクリーンＳ２の裏側から撮影する撮影手段と、この撮影手段が撮影した画像に基づいて、ピンホール３１とスクリーンＳ２との間に設置されている被検査レンズ４１の良否を判別する判別手段とを設けるようにしてもよい。

図７は、実施例で使用する被検査レンズ４２、４３、４４の断面図である。

被検査レンズ４２は、レンズ中央部に凸レンズ部４２１を有し、レンズ周縁部に凹レンズ部４２２を有する。凸レンズ部４２１、凹レンズ部４２２は、球面収差、コマ収差を補正するために施されたものである。

被検査レンズ４３は、レンズ中央部に凹レンズ部４３２を有し、レンズ周縁部に凸レンズ部４３１を有する。被検査レンズ４４は、レンズの両面が平面である。

これらの被検査レンズ４１、４２、４３を、レンズ検査装置１００に装着して検査すると、上記と同様に、被検査レンズ４０が正常であれば、被検査レンズ４０の屈折率が被検査レンズ４０の全ての部位で一定であり、被検査レンズの投影像５１に、たとえば黒点像５２が発生していない。

一方、被検査レンズ４０の一部に不純物が混入する等、被検査レンズ４０が不良品であれば、被検査レンズ４０の屈折率が一定ではなく、黒点像等が発生し、不純物が混入していない部位の投影像とは異なる像が投影される。

また、被検査レンズ４１、４２、４３を、レンズ検査装置３００に装着して検査すると、上記と同様に、被検査レンズ４１が正常であれば、被検査レンズ４１の屈折率が一定であり、被検査レンズ４１の投影像が、赤の光と緑の光とが混合された結果の色である黄色の像になり、投影像７１の全面に亘って黄色になる。一方、被検査レンズ４１の一部に不純物が混入する等して、被検査レンズ４１が不良品であれば、被検査レンズ４１の屈折率が一定ではなく、投影像の色が均一ではなくなり、不純物に対応する投影像の部位では、たとえば、赤の像７２Ｒと緑の像７２Ｇとが存在する。

なお、上記実施例において、緑レーザー１１の代わりに赤レーザーを使用し、赤レーザー１２の代わりに緑レーザーを使用するようにしてもよい。また、上記実施例において、緑レーザー１１の代わりに青レーザーを使用するようにしてもよい。さらに、上記実施例において、赤レーザー１２の代わりに、青レーザーを使用するようにしてもよい。

また、コヒーレントな光を発する赤レーザーと、赤レーザーが発する光の色とは異なる色の光を発し、しかもコヒーレントな光を発する緑レーザーと、赤レーザーが発したレーザー光の光軸と緑レーザーが発したレーザー光の光軸とを一致させる光軸一致手段とを設ける。そして、光軸一致手段によって光軸が一致した２つのレーザー光を集光する集光手段と、集光手段を通過した光を通過させるピンホールであって、集光手段による光の焦点に設けられているピンホールと、ピンホールを通過した光を受光する受光手段と、受光手段が受光し、電気信号に変換された画像情報に基づいて、ピンホールとスクリーンとの間に設置されている被検査レンズの良否を判別する判別手段とを設けるようにしてもよい。

図６は、本発明の実施例４であるミラー検査装置４００を示す図である。

ミラー検査装置４００は、宇宙望遠鏡用ミラーの検査装置であり、レンズ検査装置３００において、被検査レンズ４１の代わりに被検査ミラー４１ａを検査し、スクリーンＳ２の代わりにスクリーンＳ２ａを設置し、スクリーンＳ２ａに投影像７０ａが投影される。

被検査ミラー４１ａは、一方の面がレンズであり、他の面がミラーであり、裏面鏡またはマンジンミラーと言われている。

また、スクリーンＳ１ａを、被検査ミラー４０ａの非結像面に設けるが、このようにする点が実施例４の特徴である。

ミラー検査装置４００を使用して被検査ミラー４１ａを検査する場合、基本的には、レンズ検査装置３００で被検査レンズ４１を検査する場合と同様である。ただ、ピンホール３０を通過した光を被検査ミラー４１ａが反射するので、スクリーンＳ２ａの配置位置、向きが、レンズ検査装置３００におけるそれらとは異なる。

ところで、実施例３、４では、赤レーザー光と緑レーザー光とを使用している。また、上記のように、赤レーザー光、緑レーザー光、青レーザー光のうちの２つのレーザー光の任意の組み合わせを使用することができる。さらに、光の三原色以外の２つの可視光を含めた、可視光の２つの波長の光を組み合わせて、実施例３、４を実現することもできる。この他、赤外光、紫外光、可視光の種々の光のうちで、波長が互いに異なる２つの光を組み合わせて、実施例３、４を実現することもできる。この場合、赤外光、紫外光は人間が見ることができないので、スペクトルメータを使用すればよい。スペクトルメータは、ある点における光に着目し、横方向にその光の波長、縦方向にその光の強度を表示し、上記ある点を移動し（スイープし）ながら表示を繰り返す装置である。

スクリーンＳ２、Ｓ２ａに対応する位置に、上記スペクトルメータの受光面をセットし、スペクトルメータの表示面を測定者が見た場合、２つのレーザー光源のレーザー光の混合色の波長のみがピークとしてスペクトルメータに表示されれば、被検査レンズ、ミラーは正常であると判断できる。一方、スペクトルメータの表示面を測定者が見た場合、２つのレーザー光源のそれぞれのレーザー光の波長がピークとしてスペクトルメータに表示されれば（つまり、２つのピークが表示されれば）、被検査レンズ、ミラーは異常であると判断できる。また、可視光についても、上記スペクトルメータを使用して検査を可視化するようにしてもよい。

さらに、実施例１、２においても、上記のようにスペクトルメータを使用して検査するようにしてもよい。

レンズ検査装置１００、３００、ミラー検査装置２００，４００は、宇宙望遠鏡に使用されるレンズ、ミラーを検査する装置であるが、宇宙望遠鏡以外の光学機器に使用するレンズ、ミラーを検査するようにしてもよい。

１００、３００…レンズ検査装置、
１０…レーザー、
２０…集光レンズ、
３０…ピンホール、
４０、４０ａ…被検査レンズ、
Ｓ１、Ｓ１ａ…スクリーン、
５０、５０ａ…投影像、
２００、４００…ミラー検査装置、
２１…集光レンズ、
３１…ピンホール、
４１、４１ａ…被検査ミラー、
Ｓ２、Ｓ２ａ…スクリーン、
６０…ハーフミラー、
７０、７０ａ…投影像。

Claims (14)

1. コヒーレントな光を発する光源と；
   上記光源が発したコヒーレントな光を集光する集光手段と；
   上記集光手段を通過した光を通過させるピンホールであって、上記集光手段による光の焦点に設けられているピンホールと；
   上記ピンホールを通過した光を投影し、非結像面に設けられているスクリーンと；
   を有し、上記ピンホールと上記スクリーンとの間に、被検査レンズまたは被検査ミラーを設置することを特徴とするレンズまたはミラー検査装置。
2. 請求項１において、
   上記被検査レンズを通過した光が上記スクリーンに投影された像のうちで、所定の部位の輝度がその周囲の部位の輝度とは異なる部分があれば、上記被検査レンズが故障レンズであると判断することを特徴とするレンズまたはミラー検査装置。
3. 請求項１において、
   上記スクリーンに投影された画像を撮影する撮影手段と；
   上記撮影手段が撮影した画像に基づいて、上記ピンホールと上記スクリーンとの間に設置されている上記被検査レンズの良否を判別する判別手段と；
   を有することを特徴とするレンズまたはミラー検査装置。
4. コヒーレントな光を発する光源と；
   上記光源が発したコヒーレントな光を集光する集光手段と；
   上記集光手段を通過した光を通過させるピンホールであって、上記集光手段の焦点に設けられているピンホールと；
   上記ピンホールを通過した光を受光し、この受光した光を電気信号に変換する受光手段と；
   上記受光手段が変換した電気信号に基づいて、上記被検査レンズの良否を判別する判別手段と；
   を有することを特徴とするレンズまたはミラー検査装置。
5. コヒーレントな光を発する光源が発したコヒーレントな光を集光する集光工程と；
   上記集光工程による光の焦点に設けられているピンホールを、上記集光工程で集光した光を通過させる通過工程と；
   上記ピンホールを通過した光をスクリーンに投影する投影工程と；
   を有し、上記ピンホールと上記スクリーンとの間に、被検査レンズを設置し、スクリーンに投影された像に基づいて上記被検査レンズの良否を判断することを特徴とするレンズまたはミラーの検査方法。
6. コヒーレントな光を発する光源が発したコヒーレントな光を集光する集光工程と；
   上記集光工程による光の焦点に設けられているピンホールを、上記集光工程で集光した光を通過させる通過工程と；
   上記ピンホールを通過した光を受光手段が受光し、この受光した光を電気信号に変換する受光工程と；
   上記受光工程で変換された電気信号に基づいて、上記ピンホールと上記受光手段との間に設置されている上記被検査レンズの良否を判別する判別工程と；
   を有することを特徴とするレンズまたはミラーの検査方法。
7. コヒーレントな光を発する第１の光源と；
   上記第１の光源が発する光の色とは異なる色の光を発し、しかもコヒーレントな光を発する第２の光源と；
   上記第１の光源が発した第１の光の光軸と上記第２の光源が発した第２の光の光軸とを一致させる光軸一致手段と；
   上記光軸一致手段によって光軸が一致した上記第１の光と上記第２の光とを集光する集光手段と；
   上記集光手段を通過した光を通過させるピンホールであって、上記集光手段による光の焦点に設けられているピンホールと；
   上記ピンホールを通過した光を投影し、非結像面に設けられているスクリーンと；
   を有し、上記ピンホールと上記スクリーンとの間に、被検査レンズまたは被検査ミラーを設置することを特徴とするレンズまたはミラー検査装置。
8. 請求項７において、
   上記第１の光源が発する光の色が、光の三原色のうちの１つの光であり、
   上記第２の光源が発する光の色が、光の三原色のうちの他の１つの光であることを特徴とするレンズまたはミラー検査装置。
9. 請求項７において、
   上記被検査レンズを通過した光が上記スクリーンに投影された像が、上記第１の光と上記第２の光との混合色の像であれば、上記被検査レンズが正常レンズであると判断することを特徴とするレンズまたはミラー検査装置。
10. 請求項７において、
    上記被検査レンズを通過した光が上記スクリーンに投影された像が、上記第１の光と上記第２の光との混合色以外の色を含む像であれば、上記被検査レンズが故障レンズであると判断することを特徴とするレンズまたはミラー検査装置。
11. 請求項７において、
    上記スクリーンに投影された画像を撮影する撮影手段と；
    上記撮影手段が撮影した画像に基づいて、上記ピンホールと上記スクリーンとの間に設置されている上記被検査レンズの良否を判別する判別手段と；
    を有することを特徴とするレンズまたはミラー検査装置。
12. コヒーレントな光を発する第１の光源と；
    上記第１の光源が発する光の色とは異なる色の光を発し、しかもコヒーレントな光を発する第２の光源と；
    上記第１の光源が発した第１の光の光軸と上記第２の光源が発した第２の光の光軸とを一致させる光軸一致手段と；
    上記光軸一致手段によって光軸が一致した上記第１の光と上記第２の光とを集光する集光手段と；
    上記集光手段を通過した光を通過させるピンホールであって、上記集光手段による光の焦点に設けられているピンホールと；
    上記ピンホールを通過した光を受光する受光手段と；
    上記受光手段が受光し、電気信号に変換された画像情報に基づいて、上記ピンホールと上記スクリーンとの間に設置されている上記被検査レンズの良否を判別する判別手段と；
    を有することを特徴とするレンズまたはミラー検査装置。
13. 所定の光源がコヒーレントな光を発する工程と；
    上記コヒーレントな光を集光する集光工程と；
    上記集光された光を通過させるピンホールを通過した光をスクリーンに投影する工程と；
    を有し、上記ピンホールと上記スクリーンとの間に、被検査レンズまたは被検査ミラーを設置することを特徴とするレンズまたはミラーの検査方法。
14. 第１の光源がコヒーレントな第１の光を発する工程と；
    第２の光源が上記第１の光の色とは異なる色の光を発し、しかもコヒーレントな第２の光を発する工程と；
    上記第１の光の光軸と上記第２の光の光軸とを一致させる光軸一致工程と；
    上記光軸が一致した上記第１の光と上記第２の光とを集光手段が集光する集光工程と；
    上記集光した光を通過させるピンホールであって、上記集光手段による光の焦点に設けられているピンホールを通過した光をスクリーンに投影する工程と；
    を有し、上記ピンホールと上記スクリーンとの間に、被検査レンズまたは被検査ミラーを設置することを特徴とするレンズまたはミラーの検査方法。

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