JP5540614B2 - オートコリメータを用いた光学素子の偏心調整方法及び偏心測定方法、並びにレンズ加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、オートコリメータを用いた光学素子の偏心調整方法、及び上記偏心調整方法を行った後に実行可能な光学素子の偏心測定方法、さらに上記偏心調整方法を行なうことで実行可能なレンズ加工方法に関する。

近年、レンズの作製に当たり、研磨によるのではなく金型形状の転写により作製するモールド法が多く用いられている。このモールド法には、レンズ材料としてガラスあるいは熱可塑性樹脂を用いた熱間プレスによる成形、及び、熱硬化性樹脂あるいは紫外線硬化性樹脂を用いた圧縮成形若しくは注型成形などが存在する。モールド法の利点として、金型を一つ作ることで、大量かつ安価にてレンズを生産可能である点、及び研磨する方法では作製困難であった非球面や自由曲面の生産も可能である点が挙げられる。

図１６に示すように、レンズ１を成形する金型２，３には、球面や非球面等のレンズ面形状を形成したレンズ金型面２ａ，３ａと、該レンズ金型面２ａ，３ａと同時に加工された平面２ｂ，３ｂとが存在する。平面２ｂ，３ｂは、レンズ金型面２ａ，３ａと同時加工されない場合でも、レンズ金型面２ａ，３ａを加工するときの加工基準面とされる場合がある。このような金型２，３にて成形されたレンズ１は、各金型２，３のレンズ金型面２ａ，３ａにて成形されたレンズ面１ａ，１ｂと、平面２ｂ，３ｂにて成形され環状の平面部分であるフランジ面１ｃ，１ｄとを有する。上述のように金型２，３の平面２ｂ，３ｂは加工基準面となることから、成形されたレンズ１におけるレンズ面１ａ，１ｂの傾きと、金型２，３における平面２ｂ，３ｂの傾きとは、等価となる。

このようにモールド法でレンズを成形する場合、成形機に取り付けられた２つの金型の位置及び姿勢にズレが生じると、図１７に示すように、金型２，３の平行偏心４や傾き偏心５が発生する。このように偏心した金型２，３にて成形された図１８に示すレンズ１では、外形あるいはレンズ面１ｂに対してレンズ面１ａが平行偏心６及び傾き偏心７の少なくとも一方が生じる結果となる。レンズによっては、例えば平行偏心６で数μｍ、傾き偏心７で数分程度の偏心が生じた場合でも、所望のレンズ特性を達成できなくなる場合もある。よって、所望のレンズ特性を達成可能なように、成形機における金型の位置及び姿勢を再調整する必要があり、そのため、成形されたレンズにおける平行偏心６及び傾き偏心７の量及び方向を測定し、金型の位置及び姿勢へフィードバックする必要がある。

このような観点から、例えばレンズにおける平行偏心及び傾き偏心の量及び方向を測定する方法等が従来から提案されており、レンズ、ミラー、及びプリズム等の光学素子の検査には、被検面の精密な角度測定が可能なオートコリメーション法の原理を応用した測定装置（オートコリメータ）が使用されている。

例えば特許文献１には、非球面レンズを形成する２つの光学面と、これら光学面に各々同軸にして上記光学面と一体成形された２つの平面部とを有する非球面レンズにおいて、上記２つの平面部のなす傾き角と、上記２つの光学面の測定軸に対する偏心角とを検出し、これらの検出値により上記非球面レンズの偏心量を演算する方法が開示されている。

又、特許文献２には、被検レンズである非球面レンズを回転することなく、当該非球面レンズの偏心測定を行う方法が開示されている。該偏心測定方法では、非球面レンズの偏心を直接測定せずに、当該非球面レンズに別途設けた球面部と平面部とから間接的に上記偏心を測定している。これは、従来のオートコリメータが球面波しか生成できないことから、非球面に球面波を入射した場合には、その近軸球面における反射光しか検出できない。よって、非球面量が大きいレンズでは、十分な反射光量を得られず測定不能となる、あるいは反射光像が点状にならず面積をもった光像となり検出精度が低下するという不具合が生じる。このような不具合を解消するために、被検用の非球面レンズに偏心測定用の球面部を別途設けることで、特許文献２では間接的に非球面の偏心を測定するためと考えられる。

又、特許文献３にも、非球面レンズに対して、平行偏心量及び傾き偏心量を測定する方法等が開示されている。具体的には、特許文献３では、被検用の非球面レンズにおける平面部を用いることなくレンズ面のみで偏心を測定する方法が開示されている。

特許第３１２７００３号 特開２００７−１０６０９号公報 特開２００７−４７１３１号公報

しかしながら、上記特許文献１による測定方法では、オートコリメータの測定軸つまりオートコリメータにおける光軸と、被検レンズの回転軸とを一致させ、さらに、非球面レンズにおける一方の平面部をその軸に垂直な平面と一致させる必要がある。しかしながら特許文献１には、そのような一致させるための具体的な方法が開示されていない。

又、特許文献１では、一つのレンズにおけるレンズ面と平面部との検出は、それぞれ別個のオートコリメータを用いて行っている。よって当然に２台のオートコリメータの測定軸を一致させる必要があるが、特許文献１には、その測定軸を一致させる具体的方法が開示されていない。よって、２台のオートコリメータの測定軸が一致していない場合には、その誤差が偏心測定精度を低下させてしまい、高精度な測定ができないという問題がある。

又、上記特許文献２に開示される発明では、上述のように、被検レンズである非球面レンズを回転させずに非球面レンズの偏心測定を行うため、別途、当該非球面レンズに球面部を設ける必要があるという手間が生じる。また、特許文献２における偏心測定方法では、被検レンズを回転させないことから、検出光学系と被検レンズとの相対位置の調整誤差が偏心測定精度を低下させてしまい、高精度な測定を行うことができないという問題がある。さらに又、特許文献２では、平面部及び球面部の偏心測定において、平面部用の検出光学系における光と、球面部用の検出光学系における光とを被検レンズの直前に配置したビームスプリッタにて合成している。よって、これら２つの検出光学系の各光軸が一致していない場合には、その誤差により偏心測定精度が低下し、高精度な測定を行うことができない。又、被検用の非球面レンズの直前に上記ビームスプリッタを配置するという構成上の制約から、被検用レンズによってはレンズ面に垂直に入射光が反射する位置に被検用レンズを配置できない場合や、被検用レンズの上記平面部に光を入射させることができない場合があり、偏心測定が行えないという問題も生じる。このように特許文献２では、測定可能なレンズの形状が制限されるという問題もある。

さらに上記特許文献３に開示される発明では、被検用の非球面レンズにおける平面部に垂直で、被検用の非球面レンズの外形中心を通る軸を基準軸として、当該被検レンズを回転させる必要がある。しかしながら、特許文献３には、その具体的な方法が開示されていない。被検用の非球面レンズ外形から上記基準軸を求める場合、上記非球面レンズ外形における真円度精度及び加工粗さから、上記基準軸を正確に設定することは困難であり、上記基準軸には位置誤差が生じる。よって、上記誤差に起因して、被検レンズの平行偏心量及び傾き偏心量の測定精度は、低下するという問題がある。また、上記平面部の検出を行っていないことから、上記平面部に垂直な軸と上記基準軸との間にも誤差が発生し、その誤差によっても上記測定精度が低下する。

このように、オートコリメータを使用したレンズの偏心を測定する従来の方法では、測定精度が良くないという問題がある。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、オートコリメータを用いて光学素子の偏心量を、従来に比べてより高精度にて測定する偏心測定方法、偏心測定を行うに当たり予め実行する上記光学素子の偏心調整方法、及び、該偏心調整方法を利用して実行されるレンズの加工方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は以下のように構成する。
即ち、本発明の第１態様における光学素子の偏心調整方法は、オートコリメータを用い、かつ光軸を有する光学素子を回転させて上記光学素子における上記光軸と回転軸との偏心を調整する偏心調整方法であって、
上記オートコリメータは、光源からの光束を上記光学素子の被検面に入射させるレンズ機能部と、上記被検面と作用した光束を検出する受光部とを有し、
上記光学素子は、上記被検面に相当する、光学作用面及び該光学作用面と同時に形成された平坦なフランジ面を有し、
上記レンズ機能部は、上記光束からそれぞれ異なる次数の回折光を生成する回折構造を有し、上記回折光を上記光学作用面及び上記フランジ面に照射し、
上記光学作用面及び上記フランジ面と作用して上記受光部で検出された検出結果から、上記光学作用面における光軸と、オートコリメータの光軸に無関係に配置された、上記光学素子の上記回転軸とが一致するように上記光学素子を位置決めする、ことを特徴とする。

上記光学素子はレンズであり、当該レンズの上記位置決めは、
上記レンズの上記フランジ面で反射した回折光の上記受光部での検出から、上記光学作用面に相当する上記レンズのレンズ面における光軸が上記レンズの回転軸に平行になるように上記レンズを位置決めし、次に、上記レンズ面で反射した回折光の上記受光部での検出から、上記レンズの回転軸が上記レンズ面の光軸に一致するように上記レンズを位置決めするようにしてもよい。

上記光源は、異なる波長の光を発する複数の光を照射し、上記フランジ面及び上記レンズ面に対してそれぞれ異なる波長の光を照射するようにしてもよい。

又、本発明の第２態様における光学素子の偏心測定方法は、上記第１態様における偏心調整方法を用い、光学素子における２つの光学作用面の内の一方に相当する第１光学作用面での光軸と、上記光学素子の回転における回転軸とを一致させ、
上記一致させた状態にて、上記光学素子における上記第１光学作用面に対向する第２光学作用面、及び該第２光学作用面と同時に形成された平坦な第２フランジ面に対して、レンズ機能部の回折構造にて生じた異なる次数のそれぞれの回折光を照射し、
上記第２光学作用面及び上記第２フランジ面と作用した各回折光をオートコリメータに備わる受光部で検出し、
該検出結果から、上記第１光学作用面における光軸に対する上記第２光学作用面における光軸の相対的な平行偏心及び傾き偏心を求めることを特徴とする。

上記第２態様において、上記第２光学作用面及び上記第２フランジ面と作用する各回折光は、上記偏心調整方法を実行するときに使用する波長とは異なる波長の光にて生成するようにしてもよい。

上記第２態様において、上記第２光学作用面及び上記第２フランジ面と作用した各回折光が入射する上記受光部が備わるオートコリメータは、上記偏心調整方法を実行するのに使用したオートコリメータと同一物で構成してもよい。

上記第２態様において、上記受光部で検出される各回折光は、上記第２光学作用面及び上記第２フランジ面にて反射して上記受光部に入射するか、あるいは、上記第２光学作用面及び上記第２フランジ面を透過した後、上記第２光学作用面及び上記第２フランジ面に対向して配置されたミラーにて反射して上記受光部に入射するようにしてもよい。

上記第２態様において、上記第２光学作用面及び上記第２フランジ面と作用した各回折光が入射する上記受光部が備わるオートコリメータは、上記偏心調整方法を実行するのに使用した第１オートコリメータとは別設され上記第１オートコリメータと同じ構成を有する第２オートコリメータであってもよい。

上記第２態様において、上記第２光学作用面及び上記第２フランジ面と作用した各回折光が入射する上記受光部が備わるオートコリメータは、上記偏心調整方法を実行するのに使用した第１オートコリメータとは別設され、光源からの光束を平行光として上記第２光学作用面及び上記第２フランジ面に入射するコリメータレンズを有する第２オートコリメータであってもよい。

又、本発明の第３態様における光学素子の偏心測定方法は、上記第１態様における偏心調整方法を用い、光学素子の光学作用面における光軸と、上記光学素子の回転における回転軸とを一致させ、
ここで、上記光学素子はレンズであり上記光学作用面はレンズ面であり、複数のレンズが板状体上にアレイ状に配列されたレンズアレイ体において、
上記レンズ面の光軸と上記回転軸とを一致させた基準レンズ面に対して、上記レンズアレイ体において上記基準レンズ面が存する側面にある他のレンズ面における相対的な平行偏心及び傾き偏心を求めることを特徴とする。

又、本発明の第４態様におけるレンズ加工方法は、光学素子がレンズであり、その片側の光学作用面が成形により第１レンズ面を形成し上記第１レンズ面に対向する対向面が光学作用面を未だ形成していないレンズに対して、上記第１態様における偏心調整方法を行い、上記第１レンズ面の光軸と、上記レンズの回転における回転軸とを一致させ、
一致後、上記回転軸を基準として、上記対向面を加工して光学作用面としての第２レンズ面を形成する、ことを特徴とする。

本発明の上記第１態様における光学素子の偏心調整方法では、オートコリメータを用いて、かつ光学素子を回転させて、当該光学素子における光軸と回転軸との偏心を調整する。このとき、レンズ機能部に設けた回折構造にて生成したそれぞれ異なる次数の回折光を、光学素子の光学作用面とフランジ面とに照射し、受光部での検出結果を元に、光学素子の光学作用面における光軸と、光学素子の回転軸とが一致するように光学素子の位置決めを行う。よって、上記第１態様の偏心調整方法では、オートコリメータにおける測定軸（光軸）と、上記光学素子の光学作用面における光軸とを一致させる必要はなく、光学素子の偏心を容易に調整することが可能となる。

又、本発明の上記第２，第３態様における光学素子の偏心測定方法によれば、上述の第１態様における光学素子の偏心調整方法を行い、光学素子の光学作用面における光軸と光学素子の回転軸とを一致させる。したがって、オートコリメータにおける測定軸（光軸）と、上記光学素子の光学作用面における光軸とを一致させる必要はなく、偏心測定精度を容易に向上させることが可能となる。

さらに、上記偏心測定方法によれば、上記回折構造にて生成したそれぞれ異なる次数の回折光を、光学素子の光学作用面とフランジ面とに照射することから、光学素子の光学作用面とフランジ面とを一度に検出することができる。したがって、オートコリメータは、基本的に一台でよく、上記光学作用面と上記フランジ面とを検出する測定軸は完全に一致した一つの光軸となる。よって、２台のオートコリメータの測定軸の調整誤差が発生せず、従来に比べて偏心測定精度を向上させることができる。

さらに又、上記偏心測定方法によれば、上記回折構造を用いることで、球面波と非球面波とを同時に生成することができることから、被検物に偏心測定用の球面部を別途設ける必要もなくなるという効果がある。また、球面部用の検出光学系と非球面部用の検出光学系とを被検物の直前で合成するという構造も不要であり、被検物の形状が制限されないという効果もある。

さらに、本発明の上記第４態様におけるレンズ加工方法によれば、上述の第１態様における光学素子の偏心調整方法を行うことで、光学素子であるレンズの第１レンズ面における光軸と回転軸とが一致させる。よって、この状態で、上記第１レンズ面に対向する対向面の加工を行うことで、容易に対向面を第２レンズ面に加工することができる。

本発明の実施形態における偏心調整方法を実行する偏心調整装置の概略構成を示すブロック図である。 図１に示すオートコリメータの構成を示す図である。 図２に示す回折構造の一例を示す図である。 図２に示す回折構造の他の例を示す図である。 図１に示すオートコリメータにおいてレンズの傾き偏心の調整動作を説明するための図である。 図１に示すオートコリメータにおいてレンズの平行偏心の調整動作を説明するための図である。 図１に示すオートコリメータの一変形例における構成を示す図である。 図１に示すオートコリメータの他の変形例における構成を示す図である。 本発明の実施形態における偏心測定方法を実行するオートコリメータの動作を示す図である。 図９に示すオートコリメータにて２つのレンズ面の相対傾き偏心及び相対平行偏心を求める動作を説明するための図である。 図９に示すオートコリメータにて２つのレンズ面の相対傾き偏心及び相対平行偏心を求める動作を説明するための図である。 図９に示すオートコリメータにて２つのレンズ面の相対傾き偏心及び相対平行偏心を求める動作を説明するための図である。 図９に示すオートコリメータにて２つのレンズ面の相対傾き偏心及び相対平行偏心を求める動作を説明するための図である。 ２つのレンズ面の相対傾き偏心及び相対平行偏心を求めるための図９に示すオートコリメータの一変形構成例を示す図である。 ２つのレンズ面の相対傾き偏心及び相対平行偏心を求めるための図９に示すオートコリメータの他の変形構成例を示す図である。 ２つのレンズ面の相対傾き偏心及び相対平行偏心を求めるための図９に示すオートコリメータのさらに別の変形構成例を示す図である。 ２つのレンズ面の相対傾き偏心及び相対平行偏心を求めるための図９に示すオートコリメータのさらに別の変形構成例を示す図である。 ２つのレンズ面の相対傾き偏心及び相対平行偏心を求めるための図９に示すオートコリメータのさらに別の変形構成例を示す図である。 図１に示すオートコリメータにて測定される被検レンズの他の例を示す平面図である。 図１３に示す被検レンズを測定する装置構成を示す図である。 本発明の実施形態におけるレンズ加工方法を説明するための図である。 本発明の実施形態におけるレンズ加工方法を説明するための図である。 モールド法でレンズを作製する場合を説明するための図である。 モールド法でレンズを作製する場合に偏心が生じることを説明するための図である。 偏心が生じたレンズを示す図である。

本発明の実施形態である、光学素子の偏心調整方法、並びに、該偏心調整方法を用いて行う光学素子の偏心測定方法及びレンズの加工方法について、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において、同一又は同様の構成部分については同じ符号を付している。
又、以下に説明する各実施形態では、被検物である光学素子としてレンズを例に採るが、光学素子はレンズに限定するものではなく、光軸を有する光学素子例えばミラー等が含まれる。又、上記レンズは、上述したモールド法により成形されたレンズを例に採るが、その製法を問うものではない。又、単一の材料にてレンズをモールド成形することに限定されず、レンズの材質及び成形方法に制限はない。例えば、研磨加工により形成した球面のガラスレンズブランク上に、熱硬化性樹脂あるいは紫外線硬化性樹脂を塗布し、非球面形状の金型を用いて、圧縮成形または注型成形により、材質が複合された非球面レンズでもよい。

第１実施形態：
まず、光学素子の偏心調整方法について説明する。
光学素子の偏心調整とは、被検物である光学素子における光学作用面における光軸と、当該光学素子の回転軸との偏心が一致するように調整することを言う。ここで上記光学作用面とは、光学素子に入射する光に対して、例えば屈折又は反射等の光学的作用を行う面であり、光学素子が例えばレンズである場合にはレンズ面が相当する。上述のように、本実施形態では、光学素子としてモールド法にて成形されたレンズ１を例に採ることから、レンズ１には、図１６に示したように、上記光学作用面に相当するレンズ面１ａ，１ｂ、及びレンズ面１ａ，１ｂと同時に形成され平坦なフランジ面１ｃ、１ｄが形成されている。又、レンズ１の偏心を誇張したレンズ１を図示する図１８を参照して、レンズ１の偏心調整を説明すると、レンズ面１ａの光軸７ａと、レンズ１の回転軸６ａとが一致するようにレンズ１の位置決め調整を行うこと、及び、レンズ面１ｂの光軸７ｂと、レンズ１の回転軸６ａとが一致するようにレンズ１の位置決め調整を行うことのそれぞれがレンズ１の偏心調整に相当する。
レンズ１に対する具体的な偏心調整方法については、以下の装置構成の説明後に述べる。

上述の偏心調整を行うための偏心調整方法は、例えば図１に示す構成を有する偏心調整装置３００を用いて行うことができる。偏心調整装置３００は、オートコリメータ１００と、レンズ１が載置される位置決め機構２１０と、コントローラ２５０とを備える。ここで位置決め機構２１０は、鉛直方向に平行な鉛直軸に対してレンズ１を傾斜させる傾斜機構２１１と、レンズ１を載置した傾斜機構２１１を水平方向（Ｘ、Ｙ方向）にスライドさせる水平移動機構２１２と、水平移動機構２１２を上記鉛直軸に平行な回転軸の周りに回転させる回転機構２１３とを有する。尚、レンズ１に対する傾斜機構２１１、水平移動機構２１２、及び回転機構２１３の配置順は、図１に示す順に限定するものではない。

コントローラ２５０は、オートコリメータ１００に備わる受光部１２０と、位置決め機構２１０とに接続され、レンズ１におけるレンズ面１ａ，１ｂの光軸７ａ，７ｂと、レンズ１の回転軸６ａとがそれぞれ一致するようにレンズ１をそれぞれ移動させるために位置決め機構２１０の動作を制御する。尚、レンズ１の上記回転軸６ａとは、回転機構２１３によってレンズ１が回転するときの回転軸である。

上記オートコリメータ１００について説明する。
図２に示すように、オートコリメータ１００は、基本的構成部分として、レンズ機能部１１０と、受光部１２０とを備え、本実施形態では、さらに光源１３０及びビームスプリッター１４０を備えている。当該オートコリメータ１００において特徴的構成部分の一つであるレンズ機能部１１０は、コリメータレンズ１１１と、回折光学素子１１２とを有し、回折光学素子１１２は、本実施形態ではコリメータレンズ１１１に対向する面に回折構造１１２ａを形成しており、該回折構造１１２ａにより、当該回折光学素子１１２に入射する光束からそれぞれ異なる次数の回折光を生成する。これらの回折光が照射される位置に、被検物であるレンズ１（被検レンズ１とも記す）が配置されている。

本実施形態では、被検レンズ１と一対一に対応した回折光学素子１１２を設けている。つまり、被検レンズ１に対応した所定次数の回折光が生成されるように、回折構造１１２ａが設計されている。ここで、上記所定次数の回折光とは、被検レンズ１における被検面に対応した像が受光部１２０にて検出可能となる次数の回折光を意味する。図２に示す本実施形態では、回折構造１１２ａは、０次とｎ次（ｎは正又は負の整数）との２つの回折光を生成する。被検レンズ１における上記被検面とは、上述したように、レンズ１のレンズ面１ａ，１ｂ及びフランジ面１ｃ、１ｄが相当する。
尚、本実施形態のような態様に限定されず、一つの回折光学素子１１２にて複数の被検レンズに対応可能なように、回折構造１１２ａは、それぞれ異なる次数を有する３つ以上の回折光を生成するように設計してもよい。

また、回折光を生成するための構造は、一般的に下記のような種々の形態があるが、本実施形態における上記回折構造１１２ａは、それらのいずれの形態をも採ることができる。
即ち、一般的に回折光学素子は、大きくは、振幅変調型と位相変調型とに分類され、位相変調型は、表面レリーフ型（膜厚変調型）と屈折率変調型とに分類される。振幅変調型として、図３に示すような、交互に透明な帯と不透明な帯とを持ったフレネルゾーンプレートがある。その他の振幅変調型としては、干渉縞の強度分布を透過率の分布として記録したいわゆるアナログホログラムがある。
位相変調型の表面レリーフ型としては、図４の（Ａ）に示すバイナリー形状、図４の（Ｃ）に示すブレーズ形状、このブレーズ形状を階段状に近似した図４の（Ｂ）に示すマルチレベル形状もある。屈折率変調型は、表面の形状で位相差を与えて回折させるのではなく、図４の（Ｄ）に示すように、屈折率を変化させて位相差を与えている。
尚、これらの形状は、各々特定の波長での回折効率を向上させた複数の形状を、重畳して形成してもよい。そのように形成することで、一つの回折面で、複数の波長において、個々に回折効率の高い回折光を得ることが可能となる。
又、図４の（Ａ）〜（Ｄ）では、回折光学素子の一次元の断面を示すが、図３に示すフレネルゾーンプレートと同様に、軸対象に形成し、球面波又は非球面波を生成してもよい。

光源１３０は、本実施形態では、単波長のレーザー光を発光する半導体レーザーにて構成され、半導体レーザーの発光部は、焦点面１３０ａの光軸上に位置する。
受光部１２０は、２次元の受光面を有する例えばＣＣＤイメージセンサあるいはＣＭＯＳイメージセンサ等の２次元撮像素子（以下、撮像素子という）で構成され、撮像素子の受光面は、焦点面１２０ａに位置し、その中心が光軸と一致するように設置される。光源１３０を構成する半導体レーザーの発光部は、直径１〜数μｍ程度と微少でありながら光出力は数〜数十ｍＷと大きく極めて高輝度であり、また単波長でコヒーレントであるから、コリメータレンズ１１１によって無収差の平行光束を発生させ、被検物の形状に応じた像を受光部１２０の撮像素子の受光面上に結像させることができる。

ビームスプリッター１４０は、例えばハーフミラーやハーフプリズム（半透明プリズム）等にて構成され、光源１３０より射出されたレーザー光を反射してコリメータレンズ１１１へ照射し、レンズ１の被検面と作用した光を透過して受光部１２０へ導く。

以上のように構成されたオートコリメータ１００は、次のように動作する。
光源１３０より射出されたレーザー光は、ビームスプリッター１４０によって反射され、コリメータレンズ１１１に入射し、コリメータレンズ１１１によって精度の高い平行光線となる。この平行光は、回折光学素子１１２の回折構造１１２ａにて、本実施形態では上述のように０次とｎ次の２つのそれぞれ異なる次数の回折光となり、集光または発散されて被検レンズ１に入射される。本実施形態では、上記０次の回折光１３１は、回折光学素子１１２を単に透過した光に相当し、レンズ１のフランジ面１ｃに入射する。又、上記ｎ次の回折光１３２は、レンズ１のレンズ面１ａに入射する。

即ち、上述のように回折光学素子１１２の回折構造１１２ａにて生成された上記ｎ次の回折光は、回折光学素子１１２又は被検レンズ１の位置調整によって、被検レンズ１の近軸焦点つまり被検レンズ１が球面レンズであれば被検レンズ１のレンズ面１ａの曲率中心に光を結像させる。このようにして被検レンズ１に入射された光は、近軸焦点から発せられた光に等価であるので、被検レンズ１のレンズ面１ａから垂直に反射される。

本実施形態ではレンズ面１ａで反射した反射光は、再び回折光学素子１１２、コリメータレンズ１１１、ビームスプリッター１４０を通過した後、受光部１２０の受光面に点状に結像する（これを光像という）。受光部１２０から送出される画像信号から、上記光像の位置を検知することで被検レンズ１の光軸７ａの偏心方向及び偏心量を求めることができる。

又、回折構造１１２ａにて生成された上記０次の回折光は、フランジ面１ｃで垂直に反射して、コリメータレンズ１１１で光像を受光部１２０の受光面上に結像する。そして受光部１２０から送出される画像信号から、上記光像の位置を検知することで平面部であるフランジ面１ｃの傾き量を求めることができる。

ここで、フランジ面１ｃについては、既に説明したように、レンズの成形用金型の作製時に、フランジ面１ｃとなる平面は、レンズ金型面の加工基準として用いられ、レンズ金型面の加工前後に連続して加工されている。つまり、フランジ面１ｃ，１ｄの傾きは、被検レンズ１のレンズ面１ａ，１ｂの傾きと等価であり、被検レンズ１の光軸７ａ，７ｂの偏心を測定することができる。

被検レンズ１のレンズ面１ａ，１ｂが球面である場合には、平行偏心と傾き偏心が等価なため、オートコリメータ１００で測定しても分離することができない。しかしながら、上述のようにレンズ面１ａ，１ｂの傾きとフランジ面１ｃ、１ｄの傾きとは等価である。そこで、上述のようにレンズ面１ａ，１ｂとフランジ面１ｃ、１ｄの偏心を測定することで、レンズ面１ａ，１ｂの光軸７ａ，７ｂを検出する。

また、被検レンズ１のレンズ面１ａ，１ｂが非球面である場合、従来、非球面レンズは、その形状設計式が球面形状の式に多項式を付加していることから、その近軸領域では球面に近似できる為、球面波を非球面に入射し、その近軸球面部のみの反射光で偏心測定を行っていた。しかし、球面に付加した多項式から、非球面は近軸から離れて、半径方向外側にいくほど非球面量が大きくなり、球面形状からは離れる。よって、入射光と反射光の光路が異なることで反射光による光像を形成できない場合や、また一部の反射光を検出できたとしても、仮想の焦点位置が光軸方向にずれている為、光像がぼやけたり、リング状になってしまう場合があった。そしてこれらが球面形状からの反射光によって形成されるオートコリメータの光像に重なることで、撮像素子での光像の位置検出精度を低下させてしまうという問題があった。

しかしながら、本実施形態では、回折光学素子１１２を用いたことで、球面波だけでなく、非球面波の発生も可能である。回折光学素子１１２により、非球面のレンズ面に垂直に入射する非球面波を発生させることで、レンズ面への入射光とレンズ面からの反射光との光路が同一となり、光像が１点に集中する。よって、受光部１２０の撮像素子での光像の位置検出精度を向上させることができる。

さらには、回折光学素子１１２を用いることで、球面又は非球面だけでなく、それ以外の曲面、例えば放物面や自由曲面に対しても、それらに応じた波面を生成する、つまり対応の次数の回折光を生成することが可能となる。よって、それらの曲面を有する光学素子についても、偏心調整及び偏心測定が可能となる。

尚、本実施形態では、図２に示され、また上述したように、コリメータレンズ１１１に対向した回折光学素子１１２の面に、回折構造１１２ａを形成しているが、被検レンズ１に対向する面に回折構造１１２ａを形成してもよい。さらにまた本実施形態では、回折光学素子１１２が一つで、回折面は１面の構成であるが、これに限らず、複数の回折面、又は複数の回折光学素子を組み合わせた構造を採ることもできる。複数の回折面を設けた場合、それぞれの回折面で回折が行われることから、回折角度をより多様に設定することが可能となり、より多くの光学素子への対応が可能となる。
また、本実施形態では回折光学素子１１２は、平板であるが、曲面上に回折面を形成してもよい。また、少なくとも一面を回折面とし、その他に屈折面や反射面を組み合わせてもよい。

さらに、上述のように本実施形態では、フランジ面１ｃ、１ｄへ入射する光として０次の回折光１３１を用いたが、複数の回折面、屈折面、又は反射面でレンズ機能部１１０を構成することで、回折光（ｎ次あるいはｎ’次光）で平行光を生成しフランジ面１ｃ、１ｄに入射してもよい（レンズ面１ａ，１ｂはｎ次光またはｎ’次光）。逆に、レンズ面１ａ，１ｂに０次光を入射し、フランジ面１ｃ、１ｄに回折光（ｎ次光）を入射してもよい。

以上説明したオートコリメータ１００を備えた偏心調整装置３００にて実行される偏心調整方法について、つまりレンズ１の回転軸６ａと、レンズ面１ａ（１ｂ）の光軸７ａ（７ｂ）とを一致させる偏心調整方法について、以下に具体的に説明する。
この偏心調整方法は、大きく分けて、チルト調整（傾き調整）と、シフト調整（平行調整）との２段階で行われる。尚、上記回転軸６ａに対するレンズ面１ａ（１ｂ）の光軸７ａ（７ｂ）の傾き（軸の倒れ）をチルト、回転軸６ａと直交する平面内での光軸７ａ（７ｂ）の水平移動をシフトと呼ぶ。

最初に、被検レンズ１のフランジ面１ｃを用いた検出により、上記チルトの調整を行う。
フランジ面１ｃを用いることから、回折光学素子１１２にて生成した、本実施形態では０次の回折光１３１（透過光）を用い、この０次の回折光１３１の受光部１２０での光像からチルト調整を行う。
詳しく説明する。本実施形態ではオートコリメータ１００の光軸（測定軸）１０１ａと被検レンズ１の回転軸６ａとを一致させる必要はなく、被検レンズ１は、上記傾斜機構２１１に単に載置される。よって、上記回転機構２１３によりレンズ１を回転させながら受光部１２０で検出された、フランジ面１ｃにおける０次の回折光１３１の反射光の光像は、図５の（Ａ）に示す、点像による円形の軌跡１３１ａとなる。このような円形軌跡１３１ａの半径が小さくなり、図５の（Ｂ）に示すように一つの点像１３１ｂになるように、上記傾斜機構２１１を適宜、駆動する。本実施形態では、円形軌跡１３１ａが点像１３１ｂになるように、コントローラ２５０が受光部１２０からの画像情報から傾斜機構２１１の駆動制御を行う。コントローラ２５０は、円形軌跡１３１ａから点像１３１ｂまでの傾斜機構２１１に対する駆動制御量から、上記チルトの角度を求めることができる。

受光部１２０の画像内での点像１３１ｂの位置を、回転軸６ａに対してレンズ面１ａにおける光軸７ａのチルトが０であることから、チルト原点（以下、１３１ｂの符号を付す場合もある）と呼ぶ。受光部１２０の画像内でのチルト原点１３１ｂの位置は、オートコリメータ１００の測定軸に対する受光部１２０の撮像素子の位置による。その撮像素子の位置は、特に規定しないが、被検レンズ１の位置に再帰性反射をするコーナーキューブ等を置き、その点像１３１ｂが受光部１２０の画面中心にくるように、撮像素子の位置を調整しておくと、使いやすい。

尚、受光部１２０にて得られる画像には、図５の（Ａ）に示すように、回折光学素子１１２にて生成したｎ次の回折光１３２がレンズ面１ａで反射し受光部１２０で検出された点像の円形の軌跡１３２ａも表示される。図５の（Ａ）では、円形軌跡１３２ａ内に円形軌跡１３１ａが存在する場合を図示しているが、両円形軌跡１３１ａ、１３２ａの位置関係は、被検レンズ１の形状、及び位置決め機構２１０への被検レンズ１の設置位置等により変化し、図５の（Ａ）の図示の形態に限定されるものではない。

次に、レンズ面１ａを用いた検出により、上記シフトの調整を行う。
レンズ面１ａを用いることから、回折光学素子１１２にて生成した、本実施形態ではｎ次の回折光１３２を用い、このｎ次の回折光１３２の受光部１２０での光像からシフト調整を行う。
詳しく説明する。上述したチルト調整の場合と同様に、図６の（Ａ）に示す、ｎ次の回折光１３２による上記円形軌跡１３２ａの半径が小さくなり、図６の（Ｂ）に示すように一つの点像１３２ｂになるように、上記水平移動機構２１２を適宜、駆動する。本実施形態では、円形軌跡１３２ａが点像１３２ｂになるように、コントローラ２５０が受光部１２０からの画像情報から水平移動機構２１２の駆動制御を行う。コントローラ２５０は、円形軌跡１３２ａから点像１３２ｂまでの水平移動機構２１２に対する駆動制御量から、上記シフトの距離を求めることができる。

受光部１２０の画像内での点像１３２ｂの位置を、回転軸６ａに対してレンズ面１ａにおける光軸７ａのシフトが０であることから、シフト原点（以下、１３２ｂの符号を付す場合もある）と呼ぶ。シフト原点１３２ｂが、チルト原点１３１ｂと一致しない場合、これは、回折光学素子１１２の光軸と回転軸６ａの相対ずれによるものである。その相対ずれがなければ、シフト原点１３２ｂとチルト原点１３１ｂとは一致する。しかし、ずれたままでも、その原点位置が分かっていればよく、偏心測定は可能である。被検レンズや、球（真球度の高い軸受用の鋼球やセラミック球が好適）を用いて、その相対ずれを調整して、シフト原点１３２ｂとチルト原点１３１ｂとを一致するように調整することで、その後の撮像素子上の光像位置から座標検出及びデータ処理が簡易になる。さらには、チルト原点１３１ｂを画面中心に調整した後に、シフト原点１３２ｂの相対ずれを調整すれば、シフト原点１３２ｂも同じく画面中心となり、その後の撮像素子上の光像位置から座標検出及びデータ処理が簡易になる。

尚、回折光学素子１１２及び回転軸６ａの位置が変化すると、撮像素子上でのシフト原点１３２ｂ及びチルト原点１３１ｂの位置が変わるため、回折光学素子１１２及び回転軸６ａは、測定開始から終了まで固定しておくことが必要である。

上述のように、レンズ１の偏心調整に用いた傾斜機構２１１及び水平移動機構２１２のステージは、一般に移動距離や移動姿勢（ピッチング、ヨーイング、真直度等）などの誤差により、駆動方向だけでなく、駆動方向以外にも誤差を発生する。その為、レンズ１のシフトを調整する際、それらの位置決め誤差からチルトが発生し、最初に調整したチルトの状態から変化してしまう場合がある。そこで、シフトを調整する際には、チルトの状態の変化の有無を同時に確認する必要がある。一般に上記ステージにおける上記誤差を機械的になくすことは困難である。よって、センサで高精度に位置を検出して、それをフィードバックすることで、高精度な上記ステージの駆動制御を行う。その為、位置を検出するセンサは、高精度を有する必要があり、光学スケールやレーザー測長などの光学的手段を用いることが多い。つまり、本実施形態では、光学的に高精度な検出が可能なオートコリメータ１００を、上記センサとして用いて、シフト及びチルトを調整する上記ステージをクローズドループ制御している状態である。

又、本実施形態のように回折光学素子１１２を用いるのではなく、通常の屈折レンズによるリレーレンズの入れ替えで、シフト及びチルトを調整しようとした場合、その入れ替え作業に時間がかかるだけでなく、リレーレンズの位置再現性が、原点のバラツキとなり、高精度に偏心調整ができない。本実施形態では、リレーレンズに回折光学素子１１２を用いることで、チルト及びシフトを同時に検出可能である。よって、チルト調整時のシフトずれ、シフト調整時のチルトずれ、を同時にかつ高精度に調整することが可能である。

又、本実施形態では上述のように、光源１３０として、単波長で発光面積が微少で輝度の高い点光源である半導体レーザーを用いているが、光源１３０は、この形態に限定するものではない。他の媒体、例えば固体レーザー、液体レーザー、ガスレーザー等を用いたレーザー光源でもよい。さらには、これらのレーザー光を非線形光学結晶に入射し、発生した高調波を光源としてもよい。さらには、図７に示すように、レーザー以外の、他の光源１３３、例えば、タングステンランプ、ハロゲンランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ、水銀ランプなどを使用してもよい。

但し、連続スペクトルを放射する光源、及び複数の輝線スペクトルを有する不連続なスペクトルを放射する光源を使用する場合、バンドパスフィルタ１３４を併用することが望ましい。特に、バンドパスフィルタ１３４による光量低下を抑えるために、複数の輝線スペクトルを有する光源の場合は、バンドパスフィルタ１３４の中心透過波長を輝線スペクトルに合わせて選択することが好ましい。

回折光学素子１１２は、設計波長と異なる波長に対しては回折効率が低下し、高次回折光の回折効率が増加する。つまり、一部の光が不要な回折光として発生する為に、フレア光となって結像性能が低下する。よって、受光部１２０の焦点面１２０ａに結像された光像が面積を有し点状にならず、そのために、撮像素子内での位置検出の分解能が低下してしまう。そこで、バンドパスフィルタ１３４を用いて、回折光学素子１１２の設計波長付近のみを用いることで、焦点面１２０ａに光像を点状に結像し、分解能の低下を抑えるものである。

又、観察側の焦点面１２０ａと光源１３３の焦点面１３３ａとは、共役であることから、光源の発光部の面積が分解能に大きな影響を与える。そこで、例えば、タングステンランプのように発光部の面積を大きくしなければ十分な光量が得られない場合には、ピンホール若しくは十字線を刻印した焦点板１３３ｂを光源側の焦点面１３３ａに設置し、これをタングステンランプの光源１３３とコンデンサレンズ１３５を用いて照明する方が望ましい。

受光部１２０の焦点面１２０ａには、図２の構成と同様に撮像素子を用いた方が高い分解能が得られるが、簡易的には、図７に示すように焦点面１２０ａを目視で確認するように構成してもよい。

以上の説明では、被検レンズ１のレンズ面１ａ及びフランジ面１ｃに対するチルト及びシフトの調整方法を説明したが、対向面である、レンズ面１ｂ及びフランジ面１ｄに対しても同様にチルト及びシフトの調整を行うことができる。

第２実施形態：
上述した第１実施形態では、光源１３０あるいは光源１３３は一つであり、つまり一つの波長の光による構成である。この場合、例えば、上述のように０次光とｎ次光、又はｎ’次光とｎ次光を用いて光学素子の偏心測定を行う。このとき、次数の異なる２つの回折光における光量の比率、つまり回折効率×面積の比率が１：１に近いほど、各光像における明るさの差が小さく、撮像素子で同時に検出しやすい。ここで、上記面積とは、上記レンズ面及び上記フランジ面から反射で返ってくる光束の面積である。一方、上記明るさの差が大きい場合には、撮像素子からの画像信号における画像処理上の問題が発生し、分解能が低下してしまう。

異なる次数の回折光を同時に検出容易にする別の方法として、上述したように、回折光学素子１１２は、設計波長と異なる波長に対しては回折効率が低下する特性を有することから、この特性を利用して、光源を２つ、つまり波長を２つ用いる方法が考えられる。図８に、このように２つの光源１３０，１３６を用いたオートコリメータ１０１の構成を示す。オートコリメータ１０１では、２つの光源１３０，１３６に対応して２つのビームスプリッター１４０、１４１を備えている。

即ち、第１光源１３０からの第１波長では、０次光とｎ次光、又はｎ’次光とｎ次光の割合を、１：０に近くし、第２光源１３６からの第２波長では、０次光とｎ次光、又はｎ’次光とｎ次光の割合を、０：１に近くすることで、どちらも明るくすることができる。あるいは、第１波長と第２波長の各光源の明るさを個別に調整することで、明るさの差が小さく、撮像素子で同時に検出しやすくすることも可能である。

上記２つの光源１３０，１３６のそれぞれに用いられる単波長の半導体レーザーとして、特に下記の波長のものが汎用品として使用されており、入手容易、低価格、信頼性高のため好適である。つまり、１．１〜１．６μｍのもの（光ファイバーなどの通信用途用）、７８０ｎｍ近辺のもの（ＣＤやＭＤの光読み取りや書き込み用）、６５０ｎｍ近辺のもの（ＤＶＤの光読み取りや書き込み用、及び、バーコードの光読み取りやレーザープリンターの書き込み用）、及び４００ｎｍ近辺のもの（ＢＤ（Blu-ray Disc）の光読み取りや書き込み用）である。

又、光源がレーザーの場合には、可変波長レーザーを用いて、波長を切り替えることも可能である。この場合、可変波長レーザーを２つ用いてもよいし、１台であっても高速に波長を複数に切り換えることにより、光源は１つでも、波長を２つにして、同時に測定することが可能である。

又、上述の図７の構成のように、連続スペクトルを放射する光源１３３を用いる場合には、光源を２つ用いてもよいし、１台であっても２波長を透過することが可能なバンドパスフィルタを用いることで、波長を２つにして、同時に測定することが可能である。

但し、撮像素子は一つであることが必要であり、重要である。なぜならば、レンズ面１ａの光軸７ａの測定を行う撮像素子と、フランジ面１ｃの傾きの測定を行う撮像素子とが異なる場合で、さらに、それらの相対的な設置ずれがある場合には、偏心測定の精度が低下してしまうからである。仮に、それらの相対的な設置ずれを小さく抑えることができた場合でも、撮像素子の画素ピッチ等が個体差でばらついて異なる場合には、それによっても偏心測定の精度が低下してしまうからである。

第３実施形態：
上述の第１実施形態では、被検レンズ１のレンズ面１ａ及びフランジ面１ｃに対するチルト及びシフトの調整方法を説明した。本第３実施形態では、第１実施形態又は第２実施形態で説明した方法にて、レンズ１の回転軸６ａと、レンズ面１ａの光軸７ａとを合わせる偏心調整方法を実行した後、さらに、レンズ面１ａに対向するレンズ面１ｂについても偏心調整を実行して、レンズ面１ａとレンズ面１ｂとにおける相対傾き偏心及び相対平行偏心を求める偏心測定方法について説明する。また、このような相対傾き偏心及び相対平行偏心を、本第３実施形態では、１台のオートコリメータにて行う構成を示す。このような相対傾き偏心及び相対平行偏心を求める動作は、上述したコントローラ２５０にて実行される。

本第３実施形態における、上記相対傾き偏心及び相対平行偏心を求めるための偏心調整装置は、第１実施形態の図２に示すオートコリメータ１００と同等の構成を有する図９に示すオートコリメータ１００−１を用いる。オートコリメータ１００とオートコリメータ１００−１との相違点は、以下に説明するように、回折光学素子１１２に対してオートコリメータ１００−１では回折光学素子１１２−１を有する点である。その他に変更点はない。

一般に、オートコリメータによる測定では、被検物である例えばレンズの外形中心を回転軸として当該レンズを回転させて、その外形中心に対する第１レンズ面の傾き偏心、又は平行偏心のどちらかを測定し、次に、当該レンズを反転して、第２レンズ面の傾き偏心、又は平行偏心のどちらかを測定する。その結果を合わせることで、レンズの外形中心を介して、第１レンズ面と第２レンズ面との相対傾き偏心、又は相対平行偏心のどちらかを算出する。
このとき、上記回転は、Ｖブロックにレンズを押し当てながら回転させることで、外形中心を回転軸とすることができるが、この方法では、レンズ外形の真円度に依存して、回転軸がブレてしまい、１本の軸に定まらない。つまり、測定精度が低下する。したがって、レンズ外形を基準にすることなく、直接に、第１レンズ面と第２レンズ面との相対傾き偏心、及び相対平行偏心を測定する方が望ましい。

上記第１実施形態では、上述したように、レンズ外形を基準にすることなく、レンズ１のレンズ面の傾き偏心及び平行偏心を調整、測定している。本第３実施形態でも、レンズ外形を基準にすることなく、第１実施形態又は第２実施形態にて説明した方法を用いて、フランジ面１ｃ及びレンズ面１ａに対してチルト及びシフトの調整を行い、さらに、同様の方法にて、レンズ面１ａ及びフランジ面１ｃの対向面である、レンズ面１ｂ及びフランジ面１ｄに対してシフト及びチルトの調整を行う。該動作について上記図９を参照して説明するが、フランジ面１ｃ及びレンズ面１ａに対するチルト及びシフトの調整動作は、第１実施形態にて既に説明したので、ここでの説明を省略する。

図９に示すオートコリメータ１００−１では、回折光学素子１１２−１の回折構造１１２ａは、上述の０次の回折光１３１、ｎ次の回折光１３２に加えて、さらにｎ’次の回折光１３２’を生成する。０次の回折光１３１は、フランジ面１ｃのみならずフランジ面１ｄでも反射し、該反射光を受光部１２０で検出することで、第１実施形態で説明した方法にて、レンズ面１ｂにおけるチルトの調整が行われる。

尚、フランジ面１ｃ及びフランジ面１ｄに対して、同じ０次の回折光１３１の２つの反射光を受光することから、両者を区別する必要があり、例えば次のような手法を採ることができる。即ち、一つの光源で波長変更が可能な光源を用いて波長を異ならせることで区別する、あるいは後述するように異なる光源を用いて波長を異ならせ区別する、又は、フランジ面１ｃとフランジ面１ｄとで反射光に相違が生じるようなコーティングを施す、等の手法が考えられる。また、後述の実施形態にて説明するが、別系統のオートコリメータを使用する等の手法も考えられる。

ｎ’次の回折光１３２’は、レンズ面１ｂで反射し、該反射光を受光部１２０で検出することで、第１実施形態で説明した方法にて、レンズ面１ｂにおけるシフトの調整が行われる。これらの調整結果から、レンズ面１ａとレンズ面１ｂとの相対傾き偏心及び相対平行偏心を上記コントローラ２５０にて求めることができる。

より詳しく説明する。
図１０Ａに示すように、フランジ面１ｃ、１ｄを用いて検出したチルトは、相対傾き偏心の値であるが、レンズ面１ａ，１ｂを用いて検出したシフトは、相対平行偏心と相対傾き偏心とが合成された値である。尚、図１０Ａにおいて、チルト原点１３１ｂは、図５を参照して説明したように、フランジ面１ｃ、１ｄのいずれか一方、例えばフランジ面１ｃでの反射光から得たチルト原点であり、シフト原点１３２ｂは、図６を参照して説明したように、レンズ面１ａ、１ｂのいずれか一方、例えばレンズ面１ａでの反射光から得たシフト原点である。又、点像１３１ｂ’は、フランジ面１ｃ、１ｄのいずれか他方、例えばフランジ面１ｄでの反射光による点像であり、点像１３２ｂ’は、レンズ面１ａ、１ｂのいずれか他方、例えばレンズ面１ｂでの反射光による点像である。点像１３２ｂ’は、相対平行偏心と相対傾き偏心とが合成された状態である。

上述のように、点像１３２ｂ’は、相対平行偏心と相対傾き偏心とが合成された値であるので、レンズ１を任意の位置で止めた状態で、シフトからチルトを引くことで、相対傾き偏心の値を算出する。図１０Ｂにおいて、点像１３２ｂ−１は、例えばレンズ面１ｂでのシフトからチルトを引いた相対傾き偏心に対応した点像である。

相対傾き偏心及び相対平行偏心の測定には、レンズ１を回転させる必要は無いが、回転させた場合には、図１０Ｃに示す軌跡となる。測定精度の確認の為に、シフト原点１３２ｂ及びチルト原点１３１ｂの位置を確認したい場合、少なくともレンズ１を任意の位置と、回転軸６ａ周りに１８０度反転させた位置、の２箇所で測定を行うことで確認できる。

尚、図１０Ｄに示すように、レンズ１には偏心の方向の基準として、印１Ｅを形成しておくことが望ましい。印１Ｅは、レンズ面１ａ，１ｂ、及びフランジ面１ｃ、１ｄの成形と同時に形成してもよいし、測定前に任意の位置に形成してもよい。

図９に示すオートコリメータ１００−１では、レンズ面１ｂ、及びフランジ面１ｄの測定についても、レンズ面１ａ、及びフランジ面１ｃの測定と同じ光源１３０を用いたが、図８を参照して説明した第２実施形態のように、例えば、レンズ面１ｂ及びフランジ面１ｄの測定について、第２光源１３６を用いる構成を採っても良い。

また、図９に示すオートコリメータ１００−１では、レンズ面１ｂ、及びフランジ面１ｄの測定は、レンズ面１ｂ及びフランジ面１ｄにおける反射光を受光して行ったが、図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、レンズ面１ｂ及びフランジ面１ｄを透過した光を用いて行うこともできる。

図１１Ａは、相対傾き偏心について、フランジ面１ｄでの反射ではなく、フランジ面１ｄの透過光を平面ミラー１５０で反射させて、受光部１２０で受光するように構成したオートコリメータ１００−２を示している。尚、この形態では、検出したチルト量に被検レンズ１の屈折率を考慮する必要がある。

図１１Ｂは、同様に、相対平行偏心について、レンズ面１ｂでの反射ではなく、レンズ１に入射する０次の回折光がレンズ面１ｂを透過した光を凹面ミラー１５１で反射させて、受光部１２０で受光するように構成したオートコリメータ１００−３を示している。尚、この形態では、検出したチルト量に被検レンズ１の屈折率と心厚を考慮する必要がある。

上述したような構成を採ることで、レンズ面１ａ及びフランジ面１ｃで作用した光と、レンズ面１ｂ及びフランジ面１ｄで作用した光とを容易に区別することができ、チルト及びシフトの調整及び測定が容易になるというメリットがある。

第４実施形態：
上述した第３の実施形態では、第１実施形態又は第２実施形態で説明した方法にて、レンズ１の回転軸６ａと、レンズ面１ａの光軸７ａとを合わせる偏心調整方法を実行した後、これと同じオートコリメータを用いて、レンズ面１ａとレンズ面１ｂとの相対傾き偏心及び相対平行偏心を求めている。これに対し、本第４実施形態では、上記偏心調整方法の実行後、レンズ面１ｂ側から別のオートコリメータを用いて、上記相対傾き偏心及び相対平行偏心を求める形態である。その構成例を図１２Ａに示す。図１２Ａにおいて、オートコリメータ１００Ａ及びオートコリメータ１００Ｂは、共に上述したオートコリメータ１００と同じ構成にてなり、オートコリメータ１００Ａは、レンズ面１ａを調整、測定し、オートコリメータ１００Ｂは、レンズ面１ｂを測定する。

図１２Ａに示す構成では、オートコリメータ１００Ａ及びオートコリメータ１００Ｂともに、レンズ面１ａ，１ｂ、及びフランジ面１ｃ、１ｄでの反射光を各受光部１２０で受光する形態である。これに対し、図１２Ｂ及び図１２Ｃに示すように、レンズ面１ｂ、及びフランジ面１ｄについては、透過光をオートコリメータ１００Ａに備わる受光部１２０で検出するように構成してもよい。この構成では、図１２Ｂ及び図１２Ｃに示すように、オートコリメータ１００Ｃには受光部は設けられず、また、回折光学素子１１２も設けていない。

また、図１２Ｂ及び図１２Ｃに示す構成では、透過偏心は屈折を用いるため、偏心量を拡大して検出することができない。レンズ材料の屈折率をｎ、レンズの両側にある媒質を空気（屈折率は１）とすると、２つの媒質中の入射角・屈折角の関係を表したスネルの法則（屈折の法則）から、偏心量は（ｎ−１）倍になってしまう。例えば、ｎ＝１．５の場合、偏心量は０．５倍になってしまう。それに対して、反射偏心は、反射を用いるため、反射する光の入射角と反射角は等しいという反射の法則から、偏心量は２倍に拡大される。つまり、反射偏芯は透過偏芯より感度が高い為、可能であれば、両面ともに反射偏心で測定することがより望ましい。しかし、レンズ内の屈折率分布や心厚を考慮した解析を行いたい場合は、レンズ内に光を入射する透過偏芯の測定が必要である。

第５実施形態：
上述した各実施形態では、１個の被検レンズ１に対する偏心調整及び偏心測定を行う構成を示した。これに対し本実施形態では、複数のレンズが板状体上にアレイ状に配列されたレンズアレイ体におけるレンズについて、レンズ面の光軸と回転軸とを一致させた基準レンズ面に対して、上記レンズアレイ体において上記基準レンズ面が存する側面にある他のレンズ面における相対的な平行偏心及び傾き偏心を求める構成を示す。

即ち、近年、ＷＬＯ（Wafer Level Optics）と呼ばれる、ウェハー上に、数百〜数千個にものぼるレンズアレイを同時に製造する技術が開発されている。半導体製造技術や設備を応用してウェハー上にレンズを形成しており、金型を用いた注型成形だけでなく、金型を用いない方法で形成されることもある。例えば、フォトマスク（グレイスケールマスク）と感光材料とエッチング技術とを応用して、１バッチで大量に作製されることもある。

これらのレンズは、特に携帯電話のカメラの内、固定焦点タイプの製造において用いられることが多い。半導体製造技術や設備を応用して作製されたレンズは、イメージセンサや基板などの半導体デバイスの製造プロセスと同様の工程、ダイシング（切断）やはんだリフローなどの工程により組み込み、すべての工程を半導体製造技術や設備を応用することで、１バッチで大量にウェハレベルのカメラモジュールを製造することで、安価に製造することが可能となる。

これらのレンズへの要求性能を満たすために、レンズ面の偏心を抑えることが重要である。図１３に、上記レンズアレイ体４００の一例を示す。個々のレンズ４０１は、レンズアレイ体４００からダイシング（切断）により切り離されるが、その際には、ウェハーのアライメントマーク４０３を基準にして行われる。また、組み付け時にはウェハー面が取り付け基準となる。つまり、このレンズアレイ体４００における個々のレンズ４０１の偏心は、ウェハーに対する傾き偏心と、アライメントマークに対する平行偏心の精度が求められる。

よって、図１４に示すように、第１実施形態等で説明したオートコリメータ１００を用いて、レンズアレイ体４００における任意の一つのレンズ４０１（基準レンズとする）に対して、第１実施形態で説明した方法にて、上記基準レンズ４０１の光軸と当該基準レンズ４０１における回転軸とを一致させることで、レンズアレイ体４００の傾きとオートコリメータ１００の光軸１０１ａとを垂直に合わせる。このように偏心を調整したレンズ面を基準レンズ面４０１ａとする。このようにレンズアレイ体４００の傾きとオートコリメータ１００の光軸１０１ａとを垂直に合わせた状態で、アライメントマーク４０３を基準として、オートコリメータ１００の光軸１０１ａに対して、自動ステージ等でレンズアレイ体４００を移動させる。これにより、基準レンズ面４０１ａが存する側面４０２に存在する他のレンズ４０１のレンズ面４０１ｅについて、基準レンズ面４０１ａに対する相対的な平行偏心及び傾き偏心を求めることができる。

したがって、１バッチで大量にレンズ４０１の偏心測定が可能となり、半導体デバイスの製造プロセスにおけるタクトタイムに対しても、律速となることなく、製造と同時に検査が可能な、検査システムを構築することが出来る。

尚、図１４では円形のレンズアレイ体４００を図示するが、その形状は問わない。又、上記基準レンズ４０１として、図１３に示すようにレンズアレイ体４００の中央部に存在するレンズ４０４を選択するのが、成形歪みが少なくて好ましい。

第６実施形態：
上述した各実施形態において、被検レンズ１は、例えば直径数ｍｍほどで比較的サイズが小さく、対向するレンズ面１ａ，１ｂ共に金型成形されるものを対象としている。一方、レンズの成形方法によっては、片方のレンズ面及びフランジ面のみを金型成形する場合もある。具体的には、例えば直径で数十ｍｍ程度の比較的サイズが大きいレンズでは、レンズ形状に対する成形条件の制約から、レンズの片側のみを金型成形にてレンズ面を成型し、レンズの残り片側を後加工によってレンズ面に形成する場合もある。ここで、後加工されるレンズ面は、球面だけでなく、非球面やその他の形状でもよい。また、加工方法も、研磨加工、研削加工、又は切削加工など、その制限はない。このように成形後に加工を行う場合も、レンズの設計性能及び要求性能を満たすために、成形によるレンズ面と、後加工によるレンズ面との相対傾き偏心と相対平行偏心とを小さく抑えることが必要である。

そこで、図１５Ａに示すように、片側面１１ａのみがレンズ面１０ａとして成形され、上記片側面１１ａに対向する対向面１１ｂは光学作用面（レンズ面）が未だ形成されていないレンズ１０に対して、第１実施形態又は第２実施形態にて説明した偏心調整方法を用いて、まず、レンズ１０の回転軸６ａとレンズ面１０ａの光軸とを一致させる。
次に、図１５Ｂに示すように、回転軸６ａを基準として、上記対向面１１ｂに対して、例えば研磨機構等を用いてレンズ面１０ｂを追加工することで、相対傾き偏心及び相対平行偏心がほとんどないレンズを作製することができる。

尚、後加工するのは、対向面１１ｂにおいてレンズ面１０ｂだけでもよいし、レンズ面１０ｂ、及び、フランジ面１０ｄ又はコバ面（外径面）１２のどちらか、さらには、レンズ面１０ｂ、フランジ面１０ｄ、及びコバ面１２の全てについて行っても良い。

本発明は、オートコリメータを用いた光学素子の偏心調整方法、及び上記偏心調整方法を行った後に実行可能な光学素子の偏心測定方法、さらには上記偏心調整方法を行なうことで実行可能なレンズ加工方法に適用することができる。

１…レンズ、１ａ，１ｂ…レンズ面、１ｃ，１ｄ…フランジ面、６ａ…回転軸、
７ａ，７ｂ…光軸、
１００…オートコリメータ、１１０…レンズ機能部、１１２…回折光学素子、
１１２ａ…回折構造、１２０…受光部、１３０…光源、１３１…０次回折光、
１３２…ｎ次回折光。

Claims (11)

1. オートコリメータ（１００）を用い、かつ光軸（７ａ，７ｂ）を有する光学素子（１）を回転させて上記光学素子における上記光軸と回転軸（６ａ）との偏心を調整する偏心調整方法であって、
   上記オートコリメータは、光源（１３０）からの光束を上記光学素子の被検面（１ａ，１ｃ、１ｂ，１ｄ）に入射させるレンズ機能部（１１０）と、上記被検面と作用した光束を検出する受光部（１２０）とを有し、
   上記光学素子は、上記被検面に相当する、光学作用面（１ａ，１ｂ）及び該光学作用面と同時に形成された平坦なフランジ面（１ｃ，１ｄ）を有し、
   上記レンズ機能部は、上記光束からそれぞれ異なる次数の回折光（１３１、１３２）を生成する一つの回折構造（１１２ａ）を有し、この回折構造によって生成した次数の異なる上記回折光を上記光学作用面及び上記フランジ面に照射し、
   上記光学作用面及び上記フランジ面と作用して上記受光部で検出された、上記光学素子の上記回転に伴う検出結果から、上記光学作用面における光軸と、オートコリメータの光軸（１０１ａ）に無関係に配置された、上記光学素子の上記回転軸とが一致するように上記光学素子を位置決めする、
   ことを特徴とする光学素子の偏心調整方法。
2. 上記光学素子はレンズであり、当該レンズの上記位置決めは、
   上記レンズの上記フランジ面で反射した回折光の上記受光部での検出から、上記光学作用面に相当する上記レンズのレンズ面（１ａ，１ｂ）における光軸（７ａ，７ｂ）が上記レンズの回転軸に平行になるように上記レンズを位置決めし、
   次に、上記レンズ面で反射した回折光の上記受光部での検出から、上記レンズの回転軸が上記レンズ面の光軸に一致するように上記レンズを位置決めしてなされる、請求項１記載の偏心調整方法。
3. 上記光源は、異なる波長の光を発する複数の光を照射し、上記フランジ面及び上記レンズ面に対してそれぞれ異なる波長の光を照射する、請求項２記載の偏心調整方法。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の偏心調整方法を行い、光学素子（１）における２つの光学作用面の内の一方に相当する第１光学作用面（１ａ）での光軸（７ａ）と、上記光学素子の回転における回転軸（６ａ）とを一致させ、
   上記一致させた状態にて、上記光学素子における上記第１光学作用面に対向する第２光学作用面（１ｂ）、及び該第２光学作用面と同時に形成された平坦な第２フランジ面（１ｄ）に対して、レンズ機能部（１１０）の回折構造（１１２ａ）にて生じた異なる次数のそれぞれの回折光（１３１、１３２）を照射し、
   上記第２光学作用面及び上記第２フランジ面と作用した各回折光をオートコリメータに備わる受光部（１２０）で検出し、
   該検出結果から、上記第１光学作用面における光軸に対する上記第２光学作用面における光軸（７ｂ）の相対的な平行偏心及び傾き偏心を求める、
   ことを特徴とする光学素子の偏心測定方法。
5. 上記第２光学作用面及び上記第２フランジ面と作用する各回折光は、上記偏心調整方法を実行するときに使用する波長とは異なる波長の光にて生成される、請求項４記載の偏心測定方法。
6. 上記第２光学作用面及び上記第２フランジ面と作用した各回折光が入射する上記受光部が備わるオートコリメータは、上記偏心調整方法を実行するのに使用したオートコリメータと同一物である、請求項４記載の偏心測定方法。
7. 上記受光部で検出される各回折光は、上記第２光学作用面及び上記第２フランジ面にて反射して上記受光部に入射するか、あるいは、上記第２光学作用面及び上記第２フランジ面を透過した後、上記第２光学作用面及び上記第２フランジ面に対向して配置されたミラー（１５０、１５１）にて反射して上記受光部に入射する、請求項４又は６に記載の偏心測定方法。
8. 上記第２光学作用面及び上記第２フランジ面と作用した各回折光が入射する上記受光部が備わるオートコリメータは、上記偏心調整方法を実行するのに使用した第１オートコリメータ（１００Ａ）とは別設され上記第１オートコリメータと同じ構成を有する第２オートコリメータ（１００Ｂ）である、請求項４記載の偏心測定方法。
9. 上記第２光学作用面及び上記第２フランジ面と作用した各回折光が入射する上記受光部が備わるオートコリメータは、上記偏心調整方法を実行するのに使用した第１オートコリメータ（１００Ａ）とは別設され、光源（１３０）からの光束を平行光として上記第２光学作用面及び上記第２フランジ面に入射するコリメータレンズ（１１１）を有する第２オートコリメータ（１００Ｃ）である、請求項４記載の偏心測定方法。
10. 請求項１から３のいずれかに記載の偏心調整方法を行い、光学素子の光学作用面における光軸と、上記光学素子の回転における回転軸とを一致させ、
    ここで、上記光学素子はレンズであり上記光学作用面はレンズ面であり、複数のレンズが板状体上にアレイ状に配列されたレンズアレイ体（４００）において、
    上記レンズ面の光軸と上記回転軸とを一致させた基準レンズ面（４０１ａ）に対して、上記レンズアレイ体において上記基準レンズ面が存する側面（４０２）にある他のレンズ面（４０１ｅ）における相対的な平行偏心及び傾き偏心を求める、
    ことを特徴とする偏心測定方法。
11. 光学素子がレンズであり、その片側の光学作用面が成形により第１レンズ面（１０ａ）を形成し上記第１レンズ面に対向する対向面（１１ｂ）が光学作用面を未だ形成していないレンズ（１０）に対して、請求項１から３のいずれかに記載の偏心調整方法を行い、上記第１レンズ面の光軸と、上記レンズの回転における回転軸とを一致させ、
    一致後、上記回転軸を基準として、上記対向面を加工して光学作用面としての第２レンズ面（１０ｂ）を形成する、
    ことを特徴とするレンズ加工方法。

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