JP2733914B2 - 光学部品の検査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、各種光学部品に備わった種々の光学数値
や特性を測定・検査するための光学部品の検査装置に関
するものである。

〔従来の技術〕

光学部品の中には、非常に高精度に加工・形成された
ものや光学的な処理を施したもの、或いは直接目では確
認しにくい特殊な特性を付与したもの等がある。そのた
め、これらの光学部品の製造後、正しく所定の機能が発
揮されるか否かを測定・検査して良品と不良品を識別
し、また不良品については再加工等の処理をしたのち再
度測定・検査し、良品として再生させることがしばしば
行われている。

ところで、このような光学部品の測定・検査対象とし
ては、特に例えば次のようなもの（以下これを光学特性
とよぶ）が列挙される。

光学部品の厚さ、例えばレンズにおける中心厚、 外形面の形状、例えばレンズにおける曲率半径、 光学部品を形成する媒質の屈折率、特にプラスチッ
クレンズ等における屈折率の均一性、例えば脈理の有
無。

そこで、例えば写真レンズや投影レンズ等として良く
使用されている非球面レンズについて、その検査方法を
説明する。

まず、第５図に示すように、非球面レンズ100の非球
面100aの形状を調べるには、例えばリングスフェロメー
タ等を用い、非球面100aの中心部100bを基準として中心
厚方向について厚さ寸法ｈとその厚さｈで切り取ったと
したときの外径寸法φとを計測し、これらｈとφとが所
定の関係にあるかどうかを割り出し、これによって正し
い曲率に形成されているか否かが確認・検査できるもの
である。ところが、この方法の検査では点と線だけの情
報しか得られず、測定点以外の情報を得られない。さら
に、このような非球面レンズに対して、中心厚（ｄ）や
屈折等（ｎ）等の光学数値や特性を測定・検査するに
は、さらに別の装置や方法等を用いるようになってい
る。

〔解決しようとする課題〕

このように、先のような光学数値や特性について各項
目の測定・検査を行うには、その項目ごとに夫々別個の
装置を用いて別々の作業を行わねばならず、このためそ
の作業が厄介で多くの手間を要している。

そこで、この発明は、上記した従来の欠点に鑑み、光
学数値や特性について総合的に、かつ一度にすべての検
査を行うことができる光学部品の検査装置を提供するこ
とを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

即ち、この発明の光学部品の検索装置は、レーザと、
このレーザから射出される光の波面を変換させる光成形
手段と、この光成形手段により波面を変換された光を反
射及び透過させる参照手段と、この参照手段の基準面に
対向して配設され測定・検査される光学部品と共軸上に
設けられ、この光学部品を透過した光の波面を元の光路
方向に反射させ前記光学部品を逆向きに透過した光の波
面を前記光学部品を順方向に透過する前の光の波面と同
一に形成させる反射手段と、前記レーザと前記参照手段
との間に配設され、前記参照手段から反射された光と前
記反射手段により反射された光との干渉により生ずる干
渉縞を取り出す光分割手段と、この光分割手段により取
り出された干渉縞から前記光学部品の光学特性を総合的
に観察する干渉縞観察手段とから構成されたものであ
る。

〔作用〕

この発明の光学部品の検査装置は、検査しようとする
光学部品に対しレーザ光を透過させたときにその光学部
品固有の光学特性に応じてレーザ光の波面が変化すると
いう現象を利用し、個々の光学部品が持つ光学特性につ
いての情報を透過前後のレーザ光の波面の形状変化から
読取るようになっており、その詳しくは、その光学部品
を透過し光学特性の影響により波面が変形するレーザ光
と、その光学部品を透過させずに波面に何等変形が生じ
ないレーザ光とを干渉させることにより、その光学部品
の光学特性を総合的に読取り、良品か否かの検査を行う
ことができる。即ち、この光学部品の検査装置は、レー
ザから射出されるレーザ光のうち検査しようとする光学
部品に入射する前のレーザ光の一部を参照手段によって
取り出すと共に、干渉縞観察手段に向けて送り出す。一
方、その参照手段により取り出されなかったレーザ光を
光学部品に入射・透過させると共に反射手段に設けた所
定形状の反射面にて反射させ、その反射後のレーザ光を
再度光学部品に入射透過させたのち参照手段により取り
出されたレーザ光と同一光路上に送り出し、これら双方
のレーザ光を干渉させて形成させた干渉縞から、その光
学部品が良品か否かを検査することができる。また、不
良品の光学部品については調整手段を用いて反射手段を
各方向に移動させ、その光学部品のどこに不良箇所があ
るかを捜し出すことができる。

〔実施例〕

以下この説明の実施例について添付図面を参照しなが
ら説明する。

第１図及び第２図はこの発明に係る光学部品の検査装
置を示すものであり、この第１実施例の検査装置は、レ
ーザ１と，光分割手段２と，光成形手段３と，参照手段
４と，反射手段５と，調整手段６と，干渉縞観察手段７
とを備えている。

なお、図中符号８は測定・検査しようとする光学部品
の一例である非球面レンズ,9は載置面9aが所定の基準位
置に正確に合わせられた試験台を示すものである。

レーザ１は、所定波長のレーザ光を射出するものであ
り、この実施例は波長632.8nmの可視光を射出するヘリ
ウム−ネオン（H_e−N_e）レーザが使用されており、後に
説明する光分割手段2,光成形手段3,参照手段４及び観察
手段７等と共にフィゾー型干渉計10を構成している。そ
して、第２図に示すように、レーザ１の近傍には、射出
されたレーザ光を一度集光した後発散させて球面波を形
成させるダイバージングレンズ11が設けられており、そ
のダイバージングレンズ11の集光位置にはピンホールＨ
を設けた衝立12が設置されている。

ハーフミラーから成る光分割手段２は、レーザ１から
射出され非球面レンズ８に入射する前のレーザ光を非球
面レンズ８を透過したのちのレーザ光とを反射させて干
渉縞観察手段７側に向けて取り出すものである。この実
施例において、ハーフミラー２はレーザ光の通過する光
路上であって光成形手段３とスリット12との間に設置さ
れている。なお、この光分割手段としてはハーフ・プリ
ズムを用いてもよい。

コリメータレンズから成る光成形手段３は、レーザ１
から射出されたレーザ光を測定・検査しようとする非球
面レンズ８に入射させるのに先立って、そのレーザ光の
波面を所定形状に成形するものであり、この実施例では
ダイバージングレンズ11によって球面波として進行する
レーザ光R₁を平面波のレーザ光R₂に成形するようになっ
ている。そしてこの光成形手段３は、光分割手段２と参
照手段４との間の光路上に設置されている。なお、この
実施例では球面波面を平面波面に成形させるようになっ
ているが、例えば球面波面を成形させるようにしてもよ
い。

参照手段４は、平行平面基準板から構成されており、
測定・検査しようとする非球面レンズ８へ入射する前の
レーザ光R₂、つまりその非球面レンズ８の光学特性によ
る影響を受けていない参照波となるレーザ光を干渉縞観
察手段７側に反射して送り出すためのものである。そし
てこの実施例の参照手段４は、光成形手段３と被検レン
ズの非球面レンズ８との間の光路上に設置されている。
この平行平面基準板は、均一な屈折率を有するガラス材
等により面4a,4bが高精度に平面加工が施されており、
平面波の状態でここを通過するレーザ光の波面に対し、
面4a,4bが平行となるような状態で配置されている。そ
して、この平行平面基準板には、一方の面4aには反射防
止膜が付着形成されていると共に、他方の面（基準面）
4bには反射防止膜が付着されておらず、このため面4aか
らの反射はほとんど発生しない。即ち、平行平面基準板
は、面4bに入射するレーザ光のうち一部の光が面4bで反
射する現象を利用し、その反射したレーザ光を同一光路
を逆行させて干渉縞観察手段７側に送り出すようになっ
ている。

反射手段５は、所定形状に形成された反射面5aを有し
ている。この反射面5aは、測定・検査される非球面レン
ズ８が有する光学数値の曲率半径，レンズ厚，屈折率，
非球面レンズ８と反射面5aとの光軸間隔l₁,l₂,非球面レ
ンズ８に順方向に入射する光の波面形状を考慮して加工
・形成された金属面であって通常は非球面形状に形成さ
れている。この反射面5aは非球面レンズ８を屈折透過後
のレーザ光R₄を反射させると共に、この反射後のレーザ
光をその非球面レンズ８に逆方向から入射させて非球面
レンズ８に入射前のレーザ光R₃と同一光路を逆行させる
ようになっている。この反射面5aは、特にその非球面レ
ンズ８が所定の光学特性を有するときには、反射面5aで
反射して非球面レンズ８を逆方向に屈折透過したレーザ
光の平面波面が、その非球面レンズ８に順方向に入射す
る前のレーザ光R₃の平面波面と同一形状となるように形
成されている。

なお、ここで非球面レンズ８に対し測定・検査しよう
とする光学特性とは、先に従来技術の欄で説明したよう
に、第３図に示す非球面レンズ８において、レンズ中心
厚（ｄ），面8a,8bの曲率及び屈折率（ｎ）の４項目を
指すものである。

調整手段６は、反射面5aを予め設定された所定基準位
置にセットする（第１調整）と共に、所定基準位置にセ
ットさせていた反射手段５を各方向に微動させて個々の
非球面レンズ８の光学特性を調べるものである。この実
施例の調整手段６は、第１調整用として治具本体13側に
設けたレンズ調整部14及び反射手段調整部15と，第２調
整用として治具本体13中央部側に設けたＸ軸移動部16,Y
軸移動部17及びＺ軸移動部18とから構成されている。レ
ンズ調整部14は、非球面レンズ８を載置させる載置体19
と，この載置体19のネジ孔（図略）に螺合する調整ネジ
20とから構成されており、その調整ネジ20により非球面
レンズ８を所定位置にセットして、光軸合せ，レンズ曲
面の倒れ具合，反射手段５との間の距離l₁,l₂等を正し
く調整できるようになっている。なお、ここで、この非
球面レンズ８の面8bと反射面5aとの間の光軸距離l₁,l₂
は、測定・検査する光学部品に入射する光の波面形状，
光学部品の面形状や屈折率等の光学特性或いは反射手段
５の反射面5aの面形状等と関係して一義的に決定される
固有の間隔値である。反射手段調整部15は、反射手段５
の反射面5aの光軸合せ，光軸間隔l₁,l₂の調整，倒れ具
合等を正しく調整するためのものであり、治具本体13の
下部四隅に設けたネジ孔（図略）に螺合する調整ネジ21
から構成されている。Ｘ軸移動部16は、所定位置に正し
く非球面レンズ８及び反射手段５をセットしたときに、
干渉縞観察手段７の表示により許容範囲内に干渉縞が発
生していたり、若しくは干渉縞が発生せず所定の光学特
設が得られていて、良品であることが判別されたときに
は使用しなくてよいが、それ以外の場合、どの特性が良
くないのかを図示外の微動機構により反射手段５をＸ軸
方向に微小量ずつ移動させるように調節して捜し出すた
めのものである。Ｙ軸移動部17及びＺ軸移動部18も、Ｘ
軸移動部16と同様の目的で設けられており、夫々反射手
段５をＹ軸方向及びＺ軸方向に微小量ずつ移動させるた
め図示外の微動機構を備えている。

干渉縞観察手段７は、非球面レンズ８に入射する前の
レーザ光R₂、つまり参照手段４の面4aで反射し元の光路
に戻ってくるレーザ光と、非球面レンズ８を屈折透過し
て反射手段５の反射面5aで反射され非球面レンズ８を逆
向きに屈折透過したレーザ光とを干渉させて形成される
干渉縞からその非球面レンズ８の光学特性を総合的に観
察するためのものであり、スクリーン又はスクリーン
（図略）上に投映された映像をTVカメラのモニターによ
り観察するようになっている。

次に、この実施例の光学部品の検査装置におけるレー
ザ光の作用について第２図を参照しながら説明する。な
お、ここでこの検査装置により検査される光学部品、即
ち非球面レンズ８は良品であるものとする。

レーザ１から射出されるビーム状のレーザ光が、ダイ
バージングレンズ11によって一度集光後球面波の状態で
発散していくが、その光路上に設置された光成形手段３
であるコリメートレンズにより、平面波に変換成形され
る。そして、このコリメートレンズにより平面波となっ
たレーザ光は、参照手段４である平行平面基準板の面4b
においてその一部が反射され、平面波の状態のまま参照
光として元の光路上を逆行する。そして、そのレーザ光
は、光成形手段３であるコリメートレンズを透過すると
元の球面波の状態に戻り、その後光分割手段２であるハ
ーフミラーにより屈曲された一部のものが干渉縞観察手
段７のスクリーン上に入射する。

一方、参照手段４である平行平面基準板を透過したレ
ーザ光は、平面波の状態で非球面レンズ８に入射する。
そして、この非球面レンズ８を屈折透過したレーザ光
は、そのレンズの曲面8a,8bの形状に応じて波面が変形
し、その変形した波面の状態で反射手段５の反射面5aで
反射され、再度非球面レンズ８に逆方向から入射する。
そしてその非球面レンズ８を屈折透過したレーザ光は、
その非球面レンズ８に入射する前の波面と同一の波面状
態、即ち平面波で元の光路上を逆行し、平行平面板４を
透過し光成形手段３であるコリメートレンズを透過した
のち球面波の状態に戻る。そして、この逆行するレーザ
光は、先の平行平面基準板で反射した参照光と同一光路
をたどりながら途中その光路をハーフミラーにより反射
された一部のレーザ光が干渉縞観察手段７のスクリーン
上に入射する。

このようにして、非球面レンズ８を屈折透過せずにス
クリーン側に戻ってくるレーザ光と、非球面レンズ８を
屈折透過したのちスクリーン側に戻ってくるレーザ光と
は、同一光路上を進行する際に互いに干渉し合うが、非
球面レンズ８が設計値と一致する正確な光学特性を備え
たものであるときには干渉縞が形成されず、従ってスク
リーン上にその干渉縞が投映されることはない。

従って、この実施例の光学部品の検査装置によれば、
非球面レンズ８の特性についてその良否を判断するとき
には、予め正しく第１調整されてある治具本体13側の載
置体19上にその非球面レンズ８をセットし、干渉計10内
のレーザ１からレーザ光をその非球面レンズ８に向けて
射出させればよい。つまり、その非球面レンズ８が設計
的に計算された理想的な光学特性と略一致するか若しく
はそれに近いような状態に形成されているものであれ
ば、スクリーンに向けられたTVカメラを介してCRT画面
上に０〜許容本数分の干渉縞が観察され、これによって
その非球面レンズ８が良品であることを簡単に確認でき
る。

また、観察される干渉縞の本数や形状等からその非球
面レンズ８が不良品である、と識別されたときには、調
整手段６の第２調整用として設けたX,Y,Z各移動部16,1
7,18を夫々操作して各軸方向に反射手段５を移動させる
ことにより、そのときCRT画面上に写し出される干渉縞
の状態から、その非球面レンズ８の不具合な箇所が容易
に判断できる。従って、そのデータに基づいて非球面レ
ンズ８の補修を適確に行い、良品として仕上げることが
できる。

次に、この発明に係る第２実施例について第４図を参
照しながら説明する。なお、この実施例において、第１
実施例と同一部分には同一符号を付して重複説明を省略
する。

この実施例の光学部品の検査装置は、参照手段40とし
て、第１凸レンズ41及び第２凸レンズ42からなる球面レ
ンズが使用されていると共に、反射手段50として光学部
品８の形状に対応させた反射面を有する金属ミラーが使
用されている。

参照手段40は、光成形手段３透過後平面波として進行
し入射するレーザ光の一部を第２凸レンズ42の面42aに
て反射させ干渉縞観察手段７側に送り出すものである。
そして、この実施例の参照手段40は、ここを屈折透過す
る球面波のレーザがさらに光学部品８を屈折透過後、波
面が変形した状態でその進行路上所定の焦点位置Ｆに向
けて集光するような状態で進行するようになっている。

反射手段50は、光学部品８を屈折透過後のレーザ光を
反射させ、再度同一路上を逆行させるためのものであ
り、光学部品８の面8a、8bに応じた所定形状の反射面50
aを形成した金属ミラーで構成されている。そして、こ
の実施例の反射手段50は、集束しようとするレーザ光を
元の光路に戻すよう反射させるため、球心Ｏを有する凸
面鏡を構成しており、参照手段40の焦点位置Ｆにその球
心Ｏが一致するような状態に設置されている。なお、こ
の反射面50aと光学部品８の面8bとの間の距離について
も、先の実施例と同様の理由から所定の固有値l₃に正し
く設定されている。

従って、この第２実施例によれば、参照手段40に入射
屈折するレーザ光のうち一部のものはそこを透過せずに
第２凸レンズ42の面（基準面）42aにて反射し、元の光
路上を逆行して光分割手段２にて反射されたものが干渉
縞観察手段７に向かう。

また、そのレーザ光のうち参照手段40を通過したもの
は、球面波の状態で光学部品８に入射し、そこを屈折透
過後そのレーザ光の波面が変形された状態で反射手段50
の球心Ｏ（参照手段40の焦点）位置に向けて進行する。
そして、その反射手段50の反射面50aにて反射したレー
ザ光は、元の同一光路上を逆行して光学部品８等を屈折
・透過し、先のレーザ光と同様に光分割手段２にて反射
したものが干渉縞観察手段７に向かう。

このようにして、第１実施例と同様に、このレーザ光
と先のレーザ光とが光学部品８の光学特性に応じて干渉
縞が形成される。第１実施例と第２実施例における干渉
縞観察手段７は、光学部品８と共軛関係に配置されてい
るので、精確な干渉縞が得られる。

なお、光分割手段２は光成形手段３と参照手段４又は
40との間の光軸とに配設しても良い。

〔効果〕

以上説明してきたように、この発明に係る光学部品の
検査装置は、レーザから射出されたレーザ光を光成形手
段により所定形状の波面に成形し、この波面形状のレー
ザ光の一部を参照手段により検査する光部品に入射させ
ずに取り出して干渉縞観察手段に向けて送り出し、また
先の所定波面形状のレーザ光のうち参照手段により取り
出されなかったものを光学部品に入射透過させたのち、
反射手段の所定形状に高精度に形成された反射面でその
レーザ光を反射させると共に同一光路上を逆行させて再
度光学部品に入射透過させ、その後先の参照手段により
取り出されたレーザ光と同一光路上を経て干渉縞観察手
段に向けて送り出し、これら双方のレーザ光の干渉によ
り形成される干渉縞から光学部品の光学特性を検査させ
るようになっている。換言すれば、光学部品を透過させ
たときにその光学部品のもつ光学特性についての情報を
まとめて吸収しその波面に形状変化として再現させるレ
ーザ光と、その光学部品を透過させておらず所定の理想
的な光学特性であればもつ筈の波面形状を有するレーザ
光とを干渉させたときに形成される干渉縞からその光学
部品の光学特性を総合的に検査させるようになってい
る。このため、この発明に係る光学部品の検査装置は、
成形される干渉縞から検査しようとする光学部品の光学
特性についての情報を全て同時に読みとることができ、
従来に較べその検査作業を極めて容易かつ効率的に行え
ると共に、高精度に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る光学部品の検査装置を示す構成
図、第２図はこの発明に係る光学部品の検査装置におけ
るレーザ光の光路を示す光路図、第３図はこの発明に係
る光学部品の検査装置により検査する光学部品として使
用する非球面レンズを示す外形図、第４図はこの発明に
係る他の実施例の光学部品の検査装置におけるレーザ光
の光路を示す光路図、第５図は従来の検査方法によって
非球面レンズの非球面の形状を検査するときの様子を示
す説明図である。 １……レーザ、 ８……（光学部品）非球面レンズ、 4,40……参照手段、 5a,50a……反射面、 5,50……反射手段、 ２……光分割手段、 ６……調節手段、 ７……干渉縞観察手段。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザと、 このレーザから射出される光の波面を変換させる光成形
   手段と、 この光成形手段により波面を変換された光を反射及び透
   過させる参照手段と、 この参照手段の基準面に対向して配設され測定・検査さ
   れる光学部品と共軸上に設けられ、この光学部品を透過
   した光の波面を元の光路方向に反射させ前記光学部品を
   逆向きに透過した光の波面を前記光学部品を順方向に透
   過する前の光の波面と同一に形成させる反射手段と、 前記レーザと前記参照手段との間に配設され、前記参照
   手段から反射された光と前記反射手段により反射された
   光との干渉により生ずる干渉縞を取り出す光分割手段
   と、 この光分割手段により取り出された干渉縞から前記光学
   部品の光学特性を総合的に観察する干渉縞観察手段 とから構成されたことを特徴とする光学部品の検査装
   置。