JP2016065768A - 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。
【解決手段】波長が４００〜６５０ｎｍであって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。
【選択図】図１

Description

本発明は、レンズまたはミラーの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）。

また、被検査レンズのレンズ面に垂直な光束を照射し、被検査レンズの検査に有害な光束を遮光マスクで遮蔽するとともに、被検査レンズの欠陥部分からの散乱光を結像レンズで結像し、集光された像をカメラで撮影し、撮影された画像を解析することが知られている（たとえば、特許文献２参照）。

特開２０１０−９６６４９号公報 特開平５−３２２６９７号公報

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。

また、特許文献２に記載の発明は、被検査レンズの欠陥部分からの散乱光が微弱であるので、欠陥部分の存在を判別することが困難であり、したがって、レンズの良品不良品を精度よく判定することができず、また、作業者の疲労が比較的大きいという問題がある。

レンズを検査する場合における上記問題と同様の問題が、ミラーを検査する場合にも発生する。

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、波長が４００〜６５０ｎｍであって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。

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。 実施例１で使用する被検査レンズ４１、４２、４３の断面図である。 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。

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、暗箱Ｃ１と、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、サンプル台Ｔ１と、スクリーンＳ１と、結像レンズ６０と、ＣＣＤ７０と、表示手段８０と、判断手段９０とを有する。

レーザー１０は、波長が４００〜６５０ｎｍであってコヒーレントな光を発する光源である。検査レンズ４０を検査する場合、被検査レンズ４０を照明するレーザー光の光束の光軸は鉛直である。

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。

なお、波長４００ｎｍは可視光の限界であり、人間が被検査レンズ４０の欠陥を調べるためには、可視光を使用する必要があり、また、波長が４００ｎｍよりも短いと、レーザー光が被検査レンズ４０を透過しない。よって、波長が４００ｎｍよりも短いレーザー光を使用することができない。さらに、波長が６５０ｎｍよりも長いと、レーザー光が被検査レンズ４０を透過せず、また、波長が６５０ｎｍ以上では、人間の比視感度が低下する。

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。つまり、集光レンズ２０は、光源が発したコヒーレントな光を集光する。

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。

検査レンズ４０を検査する場合、サンプル台Ｔ１の法線はほぼ鉛直である。

スクリーンＳ１は、ピンホール３０を通過した光を投影し、被検査レンズ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。また、スクリーンＳ１は、ピンホール３０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であって、スクリーンＳ１の法線が上記コヒーレントな光の光軸に非平行である。つまり、レーザー１０が発したレーザー光の光軸とスクリーンＳ１とのなす角度は、実施例１では約３０度である。なお、レーザー光の光軸とスクリーンＳ１とのなす角度は、０度以上、８５度以下であれば足りる。このようにすれば、深さ方向のレンジを充分にとることができる。

さらに、被検査レンズ４０とスクリーンＳ１との間隔を、３０〜１０００ｍｍのいずれかの長さに設定すればよい。実験によれば、異物、欠陥部のサイズが多少変わっても、被検査レンズ４０とスクリーンＳ１との間隔を、３０〜１０００ｍｍの範囲に設定すれば、投影像における異物、欠陥部のコントラストが最大になる位置がある。なお、非焦点位置にスクリーンＳ１が設けられる場合、被検査レンズ４０の焦点距離が短い程、被検査レンズ４０とスクリーンＳ１との間隔を短く設定する。

結像レンズ６０は、スクリーンＳ１の像を光電変換素子上に結像する結像光学系である。

ＣＣＤ７０は、結像レンズ６０で結像された像を、電気信号に変換する。ＣＣＤ７０の代わりに、ＣＭＯＳセンサ等の他の光電変換素子を使用するようにしてもよい。

表示手段８０は、ＣＣＤ７０等の光電変換素子からの電気信号に応じた画像を表示する。

判断手段９０は、表示手段８０が表示している画像をデータ処理することによって、被検査レンズ４０の異物・欠陥を検出し、良・不良を判断する判断手段である。つまり、判断手段９０は、被検査レンズ４０を通過した光がスクリーンＳ１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、被検査レンズ４０が故障レンズであると判断する。

サンプル台Ｔ１は、被検査レンズ４０を設置する台である。暗箱Ｃ１に、手Ｈ１を挿入する開口Ｃ１１が設けられている。

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３０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、試験光の均一性が低下する。

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５２ａ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。被検査レンズ４０に不純物が含まれていれば、投影像５０に黒以外の他の色が含まれていたり、スジが含まれ、表示される。

なお、検査時に、サンプル台Ｔ１の上で、被検査レンズ４０を、図１中、横方向に位置を変化させることによって、被検査レンズ４０と投影像５０との距離が変化するので、投影像５０のうちで、被検査レンズ４０の欠陥部位のコントラストが変化する。この投影像５１、５２を人間が目視し、図２（１）に示す投影像５１であれば、その被検査レンズ４０が正常であると判断でき、一方、図２（２）に示す投影像５２であれば、その検査レンズ４０が欠陥品であると判断できる。欠陥部位のコントラストを上げるには、被検査レンズ４０を図１中、横方向にスライドさせればよい。

また、上記実施例において、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。

上記実施例において、スクリーンＳ１を設ける代わりに、ピンホール３０を通過した光を受光するＣＣＤ等の受光手段をスクリーンＳ１の位置に設け、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。

また、スクリーンＳ１の法線が、レーザー１０が発したコヒーレントな光の光軸に非平行であると、被検査レンズ４０をサンプル台Ｔ１の上で移動したときに、被検査レンズ４０とスクリーンＳ１上の投影像５０との距離が異なるので、投影像５０のコントラストが変わり、図２（２）に示す黒点像５２ａが鮮明になったり、不鮮明になったりする。したがって、被検査レンズ４０をサンプル台Ｔ１の上で移動しながら、投影像５０を検査する人間が目視し、コントラストが最も高くなるサンプル台Ｔ１の上の被検査レンズ４０の位置を探す。そして、図２（２）に示す黒点像５２ａがあれば、それがより鮮明になる位置において、被検査レンズ４０について良品、不良品の判別を行う。

なお、検査時に、上記実施例では、サンプル台Ｔ１の上で、被検査レンズ４０を、図１中、横方向に位置を変化させているが、被検査レンズ４０をレーザー光の光軸方向に移動し、被検査レンズ４０の位置を変えるようにしてもよい。このようにしても、投影像５０のうちで、被検査レンズ４０の欠陥部位のコントラストが変化し、コントラストを上げることができる。

図３は、実施例１で使用する被検査レンズ４１、４２、４３の断面図である。

図３（１）に示す被検査レンズ４１は、レンズ中央部に凸レンズ部４１１を有し、レンズ周縁部に凹レンズ部４１２を有する。凸レンズ部４１１、凹レンズ部４１２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。

図３（２）に示す被検査レンズ４２は、レンズ中央部に凹レンズ部４２２を有し、レンズ周縁部に凸レンズ部４２１を有する。図３（３）に示す被検査レンズ４３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４１、４２、４３が正常であれば、被検査レンズ４１、４２、４３の屈折率が被検査レンズ４１、４２、４３のそれぞれの全ての部位で一定であり、被検査レンズ４１、４２、４３の投影像５１に、たとえば黒点像５２ａが発生していない。

一方、被検査レンズ４１、４２、４３の一部に不純物が混入する等、被検査レンズ４１、４２、４３が不良品であれば、被検査レンズ４１、４２、４３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。

ところで、上記実施例は、従来の散乱光を利用して被検査レンズの欠陥を検査する場合よりも、欠陥の輪郭のコントラストが高い。つまり、上記実施例は、被検査レンズにおける欠陥の周辺を通る０次の波面と、被検査レンズにおける欠陥の境界または被検査レンズ４０の内部から発生する境界回析波との干渉によってコントラストが発生し、このコントラストは０次光を積極的に利用しているので、明暗が強い干渉縞になり、被検査レンズの欠陥の輪郭のコントラストが強くなる。すなわち、上記実施例において、投影像５０のピントが合っていないので、０次光を積極的に使用している。

図４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、検査対象として被検査レンズ４０に代えて被検査ミラー４０ａを設定した装置であり、つまり、被検査レンズ４０の代わりに被検査ミラー４０ａを検査する実施例である。また、レンズ検査装置１００において、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。なお、被検査ミラー４０ａの代わりに、他のミラーを検査するようにしてもよい。

ミラー検査装置２００を使用して被検査ミラー４０ａを検査する動作、基本的には、レンズ検査装置１００で被検査レンズ４０を検査する動作と同様である。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点が実施例２の特徴である。

レンズ検査装置１００、ミラー検査装置２００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…レンズ検査装置、
１０…レーザー、
２０…集光手段、
３０…ピンホール、
４０…被検査レンズ、
Ｓ１…スクリーン、
５０…投影像、
２００…ミラー検査装置、
４０ａ…被検査ミラー、
Ｓ２…スクリーン。

Claims (12)

1. 波長が４００〜６５０ｎｍであって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. 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し、上記被検査レンズまたは被検査ミラーと上記スクリーンとの間隔が、３０〜１０００ｍｍであることを特徴とするレンズまたはミラー検査装置。
3. 波長が４００〜６５０ｎｍであって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し、上記被検査レンズまたは被検査ミラーと上記スクリーンとの間隔が、３０〜１０００ｍｍであ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であって、法線が上記コヒーレントな光の光軸に非平行であるスクリーンと；
   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。
5. 請求項１〜４のいずれか１項において、
   上記スクリーンの像を光電変換素子上に結像する結像光学系と；
   上記光電変換素子からの電気信号に応じた画像を表示する表示手段と；
   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。
6. 請求項１〜４のいずれか１項において、
   上記表示手段が表示している画像をデータ処理することによって、上記被検査レンズまたは上記被検査ミラーの異物・欠陥を検出し、良・不良を判断する判断手段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。
7. 請求項１〜４のいずれか１項において、
   上記検査レンズを検査する場合、上記光源が発する光束の光軸は鉛直であ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１〜４のいずれか１項において、
   上記被検査レンズまたは上記被検査ミラーを設置するサンプル台を有し、
   上記検査レンズを検査する場合、上記サンプル台の法線はほぼ鉛直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１〜４のいずれか１項において、
   上記判断手段は、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手段であ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１〜４のいずれか１項において、
    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または上記被検査ミラー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。
11. 請求項１〜４のいずれか１項において、
    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、上記上記被検査レンズまたは上記被検査ミラー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. 波長が４００〜６５０ｎｍであってコヒーレントな光を光源が発する工程と；
    上記光源が発したコヒーレントな光を集光手段が集光する工程と；
    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ピンホールを設ける工程と；
    上記ピンホールを通過した光を、非結像面に設けられている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し、上記被検査レンズまたは被検査ミラーと上記スクリーンとの間隔が、３０〜１０００ｍｍであることを特徴とするレンズまたはミラー検査方法。

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