JP5582188B2

JP5582188B2 - 偏心量測定方法

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Description

本発明は、偏心量を測定する偏心量測定方法に関し、特にモールド法により成形された光学素子の偏心量を測定する偏心量測定方法に関する。

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方法、および、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方法もしくは注型成形方法などが存在する。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、およ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、レンズ金型面２ａ、３ａの周縁から延設される、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によっ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によって成形されたレンズ面１ａ、１ｂと、レンズ面１ａ、１ｂの周縁から延設される、平面２ｂ、３ｂによっ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つの金型の位置およ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および傾き偏心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およ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および傾き偏心７の量および方向を測定し、金型の位置およ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および傾き偏心の量およ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、ミラーおよ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、第１面と第２面の曲率中心が同じメニスカスレンズであっても、オートコリメーション法で偏心量を測定するための方法が開示されている。

しかしながら、これら特許文献１および特許文献２で用いられているオートコリメーション法では、被検レンズのレンズ面の曲率半径に応じてリレーレンズを適宜選択して、レンズ面に応じた球面波を生成する必要がある。そのため、オートコリメーション法では、被検レンズごとに専用の測定光学系を準備する必要があり、設備費用が嵩む。さらに、被検レンズが変わるたびに測定光学系の段取り替えを行う必要があり、測定準備に時間がかかる。

特許第３１２７００３号公報特開平０４−１０６４４７号公報

本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、光学素子の光学面の曲率半径に関わりなく、同一の測定光学系で偏心量を測定することができる偏心量測定方法を提供することを目的とする。

本発明にかかる偏心量測定方法では、一方の光学面での反射によって結像された光源の像の第１の位置が測定され、他方の光学面に関わる所定の第２の位置が測定され、これら第１および第２の各位置に基づいて両光学面における相対的な偏心量が算出される。このため、本発明にかかる偏心量測定方法は、光学素子の光学面の曲率半径に関わりなく、同一の測定光学系で偏心量を測定することができる。

上記並びにその他の本発明の目的、特徴及び利点は、以下の詳細な記載と添付図面から明らかになるであろう。

偏心量の測定に用いる偏心測定装置の例を示す断面模式図である。光学素子の第１の例としてのレンズの形状を示す模式図である。偏心量の測定原理を示す模式図である。偏心量の測定方法の第１の実施の形態を示す工程図である。図４の各工程を示す模式図（１／２）である。図４の各工程を示す模式図（２／２）である。偏心量の測定時の測定用センサ上の像を示す模式図である。光学素子の第２の例としてのレンズの形状を示す模式図である。偏心量の測定方法の第２の実施の形態を示す工程図である。図９の各工程を示す模式図である。偏心量の測定時の測定用センサ上の像を示す模式図である。光学素子の第３の例としてのレンズの形状を示す模式図である。偏心量の測定方法の第３の実施の形態を示す工程図である。光学素子の第４の例としてのレンズの形状を示す模式図である。偏心量の測定方法の第４の実施の形態を示す工程図である。モールド法によるレンズの成形方法を示す模式図である。モールド法によるレンズの成形時の金型の平行偏心および傾き偏心を示す模式図である。モールド法で成形されたレンズの平行偏心および傾き偏心を示す模式図である。

以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限らない。なお、図中、同一あるいは同等の部分には同一の番号を付与し、重複する説明は省略することがある。

最初に、本発明の一実施形態における偏心量の測定に用いる偏心測定装置の例について、図１を用いて説明する。図１は、偏心量の測定に用いる偏心測定装置の例を示す断面模式図である。

図１において、偏心測定装置１００は、照明光学系２００、測定光学系３００および測定用センサ４００等を備えて構成される。照明光学系２００は、光学素子１に照明光２１３を照射するものであり、例えば、光源２１０、集光レンズ２２０、ミラー２３０および対物レンズ２４０等を備えて構成され、光源２１０の発光部２１１からの照明光２１３が集光レンズ２２０で集光され、ミラー２３０で反射されて、一旦、対物レンズ２４０の瞳２４１に結像される。対物レンズ２４０の瞳２４１に結像された照明光２１３は、対物レンズ２４０で平行光とされて、光学素子１に入射し、光学素子１を均一に照明する。

測定光学系３００は、光学素子１で反射された照明光２１３を測定用センサ４００へ導光するものであり、例えば、対物レンズ２４０および接眼レンズ３１０等を備えて構成される。測定光学系３００では、光学素子１で反射された反射光２４５が対物レンズ２４０で集光され、接眼レンズ３１０によって、光学素子１の像が、接眼レンズ３１０の焦点に配置された測定用センサ４００の撮像面４１０上に結像される。

照明光学系２００の光軸２５０と測定光学系３００の光軸３２０とは、一致させてあり、光源２１０の発光部２１１、対物レンズ２４０の瞳２４１、対物レンズ２４０の焦点２４３および接眼レンズ３１０の焦点３１１は、共役な位置となっている。

上述した照明光学系２００は、ケーラー照明と呼ばれる、面を均一に照明するための光学系の一形式であり、顕微鏡の同軸落射照明等に用いられる光学系である。また、上述した測定光学系３００は、一般的な顕微鏡の観察光学系である。つまり、偏心測定装置１００の光学系として、ケーラー照明の同軸落射照明装置を備えた一般的な顕微鏡を用いることができる。これによって、偏心測定装置１００として特別な装置を用いる必要がないので、測定装置のコストダウンを行うことができる。

なお、上述した例では、照明光学系２００としてケーラー照明を用いたが、照明光学系２００は、ケーラー照明に限るものではなく、対物レンズ２４０の後側焦点位置に光源の像が結像される光学系であればよい。

測定用センサ４００は、例えばＣＣＤ型撮像素子やＣＭＯＳ型撮像素子等のような２次元画像センサであり、接眼レンズ３１０によって撮像面４１０上に結像された像を撮像する。測定用センサ４００の撮像出力は、図示しないモニタに出力されて目視によって偏心量の測定に用いられてもよいし、パーソナルコンピュータに入力されて、画像処理によって偏心量の測定に用いられてもよい。測定用センサ４００も一般的な顕微鏡用カメラを用いることができ、特別な装置を用いる必要がないので、測定装置のコストダウンを行うことができる。

次に、光学素子の第１の例を、図２を用いて説明する。図２は、光学素子の第１の例としてのレンズの形状を示す模式図であり、図２（ａ）は、レンズの外形を示し、図２（ｂ）は、偏心がない場合のレンズの図２（ａ）のＡ−Ａ’断面を示し、図２（ｃ）は、偏心がある場合のレンズのＡ−Ａ’断面を示す。ここで示したレンズの形状は、図１６および図１８で示したものと同じであるが、付与した番号の異なる部分がある。

図２（ａ）において、レンズ１は、光学面２の周囲を、環状のフランジ部３が囲む形状をしている。

図２（ｂ）において、レンズ１の光学面２は、曲率半径ｒ１の第１光学面２ａと、第１光学面２ａに対向した曲率半径ｒ２の第２光学面２ｂとで構成され、レンズ１は、両凸のレンズである。フランジ部３は、第１光学面２ａに繋がった、光軸に垂直な平面である第１フランジ面３ａと、第２光学面２ｂに繋がった、光軸に垂直な平面である第２フランジ面３ｂと、光軸に平行なレンズ端面（周面）３ｃとを有している。第１光学面２ａと第２光学面２ｂとは、偏心がなく、両面の光軸は、レンズ１の設計上の光軸１ａｘに一致している。

図２（ｃ）は、図１８に示したと同じ形状の両凸レンズで、第１光学面２ａと第２光学面２ｂとが共に、平行偏心および傾き偏心している場合の例であり、第１光学面２ａの光軸２ａｘおよび第２光学面２ｂの光軸２ｂｘは、共に、レンズ１の設計上の光軸１ａｘからずれている。平行偏心とは、レンズの設計上の光軸に対して、その垂直な方向に光学面の光軸がずれている状態であり、平行偏心量とは、そのずれている距離を長さの単位（例えばμｍ等）で表したものである。傾き偏心とは、レンズの設計上の光軸に対して、光学面の光軸が傾いている状態であり、傾き偏心量とは、そのずれている傾きを角度の単位（例えば分等）で表したものである。

次に、本発明の一実施形態における偏心量の測定原理について、図３を用いて説明する。図３は、偏心量の測定原理を示す模式図である。

図３において、曲率半径ｒ_１の凸の光学面２ａに入射した平行な照明光２１３は、光学面２ａの頂点部から曲率中心Ｃに向かって約ｒ_１／２の位置Ｄに虚像として結像され、位置Ｄに照明光２１３の光源の像が結像される。光学面２ａが凹面の場合は、光学面２ａに対し、曲率中心Ｃとは反対側の約ｒ_１／２の位置Ｄに照明光２１３の光源の像が実像として結像される。従って、図１に示した測定光学系３００の対物レンズ２４０の焦点２４３を位置Ｄに合わせることで、測定用センサ４００の撮像面４１０上に照明光２１３の光源の像を結像させることができる。

光学面２ａに平行偏心があると、光源の像の位置Ｄが光軸に垂直な面内で、偏心量に応じて移動するので、光軸に垂直な面内での光源の像の位置Ｄを測定することで、平行偏心量を知ることができる。

ここで、偏心量の測定に用いられる光源２１０について述べる。図３に示した原理で光源の像の位置Ｄを測定するためには、光源の大きさが小さい方がよい。例えばレーザダイオードのような小さな光源を用いると、位置Ｄにはレーザダイオードの小さな像が結像されるため、位置Ｄが測定しやすい。また、レーザダイオードは、発光波長が単波長のために色消しをする必要がなく、光源の像を収差なく結像させる光学系を作成しやすい。

一方、例えば光源として一般に顕微鏡用の照明に用いられる電球を用いると、フィラメントの大きな像が位置Ｄに結像されるので、光源の像の中心位置を検出することは、難しく、光源の像の位置Ｄの測定には不向きである。

そこで、電球とインテグレータとを用いて複数の２次光源を形成して、均一な面光源として見えるようにする方法がある。インテグレータ光学系には、蝿の目レンズ方式やロッドレンズ方式等を用いることができる。インテグレータを用いることで、光源の輪郭がはっきりして、中心位置が検出しやすくなる。あるいは、レーザダイオードと電球等の一般の顕微鏡用の照明とを併用することもできる。

次に、本発明の一実施形態における偏心量の測定方法の第１の実施の形態について、図４ないし図７を用いて説明する。図４は、偏心量の測定方法の第１の実施の形態を示す工程図である。図５および図６は、図４の各工程を示す模式図である。図７は、偏心量の測定時の測定用センサ上の像を示す模式図である。

図４において、偏心量の測定方法の第１の実施の形態は、以下の５つの工程で構成される。

（Ｓ１）第１フランジ面調整工程
この第１フランジ面調整工程は、レンズ１の傾きによる姿勢誤差に起因する偏心を補正するために、第１フランジ面３ａを偏心測定装置１００の光軸３２０に垂直に調整する工程である。図５（ａ）に示すように、レンズ１は、保持部５００によって、例えばフランジ部３の第２フランジ面３ｂとレンズ端面３ｃとを基準として、光軸３２０の周りに回動可能に保持されるとともに、光軸３２０に平行に移動可能に保持されている。

図４のステップＳ１１で、レンズ１に、平行光の照明光２１３が入射される。ステップＳ１２で、対物レンズ２４０として、干渉対物レンズと呼ばれる干渉縞によって面の傾きを知ることのできるレンズが用いられ、対物レンズ２４０の焦点２４３が、レンズ１の第１フランジ面３ａに合わせられる。

この状態で、測定用センサ４００で撮像される画像を用いて、第１フランジ面３ａの干渉縞が光軸３２０の周りに対称となるように、保持部５００が、光軸３２０の周りに回動される。これによって、第１フランジ面３ａが、偏心測定装置１００の光軸３２０に垂直に調整される。第１フランジ面３ａは、第１光学面２ａと同時に金型で成形されているので、この調整によって、光軸３２０に対する第１光学面２ａの傾き偏心が補正されたことになる。この状態を、図５（ａ）に示す。

（Ｓ２）第１光源像位置測定工程
この第１光源像位置測定工程は、第１光学面２ａで反射された光源２１０の像の位置を測定する工程である。図４のステップＳ２１で、図５（ｂ）に示すように、平行光の照明光２１３の一部が曲率半径ｒ_１の凸の第１光学面２ａで反射され、第１光学面２ａの頂点部から曲率中心に向かって約ｒ_１／２の位置Ｄ１に光源２１０の像として結像されるため、対物レンズ２４０とレンズ１との間隔を変えることにより、対物レンズ２４０の焦点２４３は、位置Ｄ１に合焦する。これによって、測定光学系３００を介して、測定用センサ４００の撮像面４１０上に、第１光学面２ａで反射された光源２１０の発光部２１１の像が結像する。

図４のステップＳ２２で、図７に示すように、測定用センサ４００の撮像面４１０上に結像された、第１光学面２ａで反射された光源２１０の像の第１の位置Ｉａが測定され、記憶される。なお、図７の点Ｉｚは、光軸３２０の位置である。

（Ｓ３）第２光源像位置測定工程
この第２光源像位置測定工程は、第２光学面２ｂで反射された光源２１０の像の位置を測定する工程である。図４のステップＳ３１で、図６（ａ）に示すように、平行光の照明光２１３の一部が曲率半径ｒ_２の凸の第２光学面２ｂで反射され、第２光学面２ｂの頂点部から曲率中心に向かって約ｒ_２／２の位置Ｄ２に光源２１０の像として結像されるため、対物レンズ２４０とレンズ１との間隔を変えることによって、対物レンズ２４０の焦点２４３が位置Ｄ１に合焦させられる。これによって、測定光学系３００を介して、測定用センサ４００の撮像面４１０上に、第２光学面２ｂで反射された光源２１０の発光部２１１の像が結像することができる。

図４のステップＳ３２で、図７に示すように、測定用センサ４００の撮像面４１０上に結像された、第２光学面２ｂで反射された光源２１０の像の第２の位置Ｉｂが測定され、記憶される。

（Ｓ４）第２フランジ面傾き測定工程
この第２フランジ面傾き測定工程は、第２フランジ面３ｂの傾きを測定する工程である。図４のステップＳ４１で、対物レンズ２４０として干渉対物レンズが用いられ、対物レンズ２４０の焦点２４３がレンズ１の第２フランジ面３ｂに合わせられる。

この状態で、測定用センサ４００で撮像される画像の第２フランジ面３ｂの干渉縞から、第２フランジ面３ｂの傾きが測定され、記憶される。この状態が、図６（ｂ）に示されている。第２フランジ面３ｂは、第２光学面２ｂと同時に金型で成形されている。また、上述した（Ｓ１）第１フランジ面調整工程で、光軸３２０に対する第１光学面２ａの傾き偏心は、補正されている。従って、第２フランジ面３ｂの傾きは、即ち、第１光学面２ａと第２光学面２ｂとの相対的な傾き偏心量を示している。

（Ｓ５）偏心量算出工程
この偏心量算出工程は、第１光学面２ａと第２光学面２ｂとの相対偏心量を算出する工程である。図４のステップＳ５１で、上述した（Ｓ２）第１光源像位置測定工程で測定された、第１光学面２ａで反射された光源２１０の像の第１の位置Ｉａと、（Ｓ３）第２光源像位置測定工程で測定された、第２光学面２ｂで反射された光源２１０の像の第２の位置Ｉｂとから、第１光学面２ａと第２光学面２ｂとの相対的な偏心量が算出される。より具体的には、測定用センサ上における、位置Ｉａと位置Ｉｂとの距離より相対的な偏心量が算出される。

図４のステップＳ５２で、（Ｓ４）第２フランジ面傾き測定工程で測定された第２フランジ面３ｂの傾き、即ち、第１光学面２ａと第２光学面２ｂとの相対的な傾き偏心量を用いて、第１光学面２ａと第２光学面２ｂとの相対的な偏心量から第２光学面２ｂの傾き偏心量が分離され、第１光学面２ａと第２光学面２ｂとの相対的な平行偏心量が算出される。より具体的には、測定用センサ上の位置Ｉｂは、傾き偏心量と平行偏心量とが合成された位置であるため、第２フランジ面３ｂの傾き角度をαとし、光学面の曲率半径をｒとした場合、傾き偏心量がｒｓｉｎαにより平行偏心量へ換算され、平行偏心量に換算された傾き偏心の成分と、元々の平行偏心との成分とに分離される。

なお、レンズ１の傾きが小さい場合や、傾き偏心量と平行偏心量とを分離する必要がない場合は、（Ｓ１）第１フランジ面調整工程、および（Ｓ４）第２フランジ面傾き測定工程は、必須ではない。

上述したように、第１の実施の形態によれば、この偏心量測定方法は、光学素子の第１フランジ面を偏心測定装置の光軸に垂直に調整する第１フランジ面調整工程と、光源からの照明光を第１光学面に入射させ、第１光学面での照明光の反射によって結像される照明光源の像の第１の位置を測定する第１光源像位置測定工程と、該照明光を第２光学面に入射させ、第２光学面での照明光の反射によって結像される照明光源の像の第２の位置を測定する第２光源像位置測定工程と、第２フランジ面の傾きを測定する第２フランジ面傾き測定工程と、第１の位置と第２の位置と第２フランジ面の傾きとに基づいて、第１光学面と第２光学面との相対的な偏心量を算出する偏心量算出工程とを備えたことで、本偏心量測定方法は、光学素子の光学面の曲率半径に関わりなく、同一の測定光学系で偏心量を測定することができる。

次に、光学素子の第２の例を、図８を用いて説明する。図８は、光学素子の第２の例としてのレンズの形状を示す模式図であり、図８（ａ）は、レンズの外形を示し、図８（ｂ）は、レンズの図８（ａ）のＡ−Ａ’断面を示す。

図８（ａ）において、レンズ１は、光学面２の周囲を、環状のフランジ部３が囲む形状をしている。光学面２の一方の面の中心には、センターマーク２ｃが設けられている。センターマークとは、レンズの光学面の中心に設けられたマークである。たとえば、レンズの光学性能に影響しない程度の小さな凸あるいは凹のマークである。センターマークを設ける方法として、例えば、成形金型の中心に凸部あるいは凹部を設け、それをレンズに転写する方法が容易かつ正確にマークを形成できるので好ましい。

図１６に示したような成形方法では、下型の面形状の方が転写性がよいため、多くは下型にセンターマークが設けられているが、これに限るものではなく、上型に設けられてもよいし、上型と下型の両方に設けられてもよい。図８の例では、第１光学面２ａにセンターマーク２ｃが設けられているとする。

図８（ｂ）において、レンズ１の光学面２は、曲率半径ｒ_１の第１光学面２ａと、第１光学面２ａに対向した曲率半径ｒ_２の第２光学面２ｂとで構成され、レンズ１は、両凹のレンズである。上述したように、第１光学面２ａの中心にセンターマーク２ｃが設けられている。フランジ部３は、第１光学面２ａに繋がった、光軸１ａｘに垂直な平面である第１フランジ面３ａと、第２光学面２ｂに繋がった、光軸１ａｘに垂直な平面である第２フランジ面３ｂと、光軸１ａｘに平行なレンズ端面３ｃとを有している。

次に、本発明の一実施形態における偏心量の測定方法の第２の実施の形態について、図９から図１１を用いて説明する。図９は、偏心量の測定方法の第２の実施の形態を示す工程図である。図１０は、図９の各工程を示す模式図である。図１１は、偏心量の測定時の測定用センサ上の像を示す模式図である。

図９において、偏心量の測定方法の第２の実施の形態は、以下の５つの工程で構成される。

（Ｓ１）第１フランジ面調整工程
この第１フランジ面調整工程は、第１フランジ面３ａを偏心測定装置１００の光軸３２０に垂直に調整する工程である。この工程は、図４および図５（ａ）に示した第１の実施の形態の（Ｓ１）第１フランジ面調整工程と同じ工程であるので、その説明は、省略する。

（Ｓ６）センターマーク位置測定工程
このセンターマーク位置測定工程は、第１光学面２ａに設けられたセンターマーク２ｃの位置を測定する工程である。図９のステップＳ６１で、図１０（ａ）に示すように、対物レンズ２４０の焦点２４３が第１光学面２ａに設けられたセンターマーク２ｃに合焦するように、対物レンズ２４０とレンズ１との間隔が変えられる。これによって、測定光学系３００を介して、測定用センサ４００の撮像面４１０上に、センターマーク２ｃの像が結像する。

図４のステップＳ６２で、図１１に示すように、測定用センサ４００の撮像面４１０上に結像されたセンターマーク２ｃの像の位置Ｉｃが測定され、記憶される。なお、図１１の点Ｉｚは、光軸３２０の位置である。

（Ｓ３）第２光源像位置測定工程
この第２光源像位置測定工程は、第２光学面２ｂで反射された光源２１０の像の位置を測定する工程である。この工程は、図４および図６（ａ）に示した第１の実施の形態の（Ｓ３）第２光源像位置測定工程と同じ工程であるので、その説明は、省略する。

（Ｓ４）第２フランジ面傾き測定工程
この第２フランジ面傾き測定工程は、第２フランジ面３ｂの傾きを測定する工程である。この工程も、図４および図６（ｂ）に示した第１の実施の形態の（Ｓ４）第２フランジ面傾き測定工程と同じ工程であるので、その説明は、省略する。

（Ｓ５）偏心量算出工程
この偏心量算出工程は、第１光学面２ａと第２光学面２ｂとの相対偏心量を算出する工程である。図９のステップＳ５３で、上述した（Ｓ２）センターマーク位置測定工程で測定された、第１光学面２ａに設けられたセンターマーク２ｃの像の位置Ｉｃと、（Ｓ３）第２光源像位置測定工程で測定された、第２光学面２ｂで反射された光源２１０の像の第２の位置Ｉｂとから、第１光学面２ａと第２光学面２ｂとの相対的な偏心量が算出される。偏心量の算出方法は、第１の実施の形態と同じである。

図９のステップＳ５２で、（Ｓ４）第２フランジ面傾き測定工程で測定された第２フランジ面３ｂの傾き、即ち、第１光学面２ａと第２光学面２ｂとの相対的な傾き偏心量を用いて、第１の実施の形態と同じ方法により、第１光学面２ａと第２光学面２ｂとの相対的な偏心量から第２光学面２ｂの傾き偏心量が分離され、第１光学面２ａと第２光学面２ｂとの相対的な平行偏心量が算出される。

なお、第１の実施の形態と同様に、傾き偏心量と平行偏心量とを分離する必要がない場合は、（Ｓ１）第１フランジ面調整工程、および（Ｓ４）第２フランジ面傾き測定工程は、必須ではない。

上述したように、第２の実施の形態によれば、この偏心量測定方法は、光学素子の第１フランジ面を偏心測定装置の光軸に垂直に調整する第１フランジ面調整工程と、第１光学面に設けられたセンターマークの像の位置を測定するセンターマーク位置測定工程と、光源からの照明光を第２光学面に入射させ、第２光学面での照明光の反射によって結像される照明光源の像の第２の位置を測定する第２光源像位置測定工程と、第２フランジ面の傾きを測定する第２フランジ面傾き測定工程と、センターマークの像の位置と第２の位置と第２フランジ面の傾きとに基づいて、第１光学面と第２光学面との相対的な偏心量を算出する偏心量算出工程とを備えたことで、本偏心量測定方法は、光学素子の光学面の曲率半径に関わりなく、同一の測定光学系で偏心量を測定することができる。

次に、光学素子アレイの例を、図１２を用いて説明する。図１２は、光学素子アレイの例としてのレンズアレイの形状を示す模式図であり、図１２（ａ）は、レンズアレイの外形を示し、図１２（ｂ）は、レンズアレイの図１２（ａ）のＡ−Ａ’断面を示す。

図１２（ａ）において、レンズアレイ１０は、基板３の上に、光学面２を有するレンズ１が複数個形成されている。また、基板３上には、レンズアレイ１０の製造時の位置あわせに用いられるアライメントマーク４が形成されている。ここで、図１２（ａ）において、その左右方向がｘ方向され、ｘ方向に直交する方向がｙ方向とされる。

レンズアレイ１０は、ＷＬＯ（ウェハレベルオプティクス）と呼ばれる、半導体製造技術や設備を応用して基板上に数百から数千個にものぼるレンズ１を形成する技術で製造される。ＷＬＯは、金型を用いた注型成形だけでなく、例えばフォトマスクと感光材料とエッチング技術とを応用して、大量生産されることもある。

図１２（ｂ）において、レンズアレイ１０の光学面２は、曲率半径ｒ_１の第１光学面２ａと、第１光学面２ａに対向した曲率半径ｒ_２の第２光学面２ｂとで構成されている。基板３は、第１光学面２ａに繋がった、光軸１ａｘに垂直な平面である第１フランジ面３ａと、第２光学面２ｂに繋がった、光軸１ａｘに垂直な平面である第２フランジ面３ｂとを有している。上述したアライメントマーク４は、第１フランジ面３ａ上に形成されている。

レンズアレイ１０は、図１２（ｂ）に破線で示したように、ダイシング等で個々のレンズ１に切り離される。あるいは、レンズアレイ１０は、切り離されずに、所謂ハエの目レンズとして用いられる場合もある。

次に、本発明の一実施形態における偏心量の測定方法の第３の実施の形態について、図１３を用いて説明する。図１３は、偏心量の測定方法の第３の実施の形態を示す工程図である。

図１３において、偏心量の測定方法の第３の実施の形態は、以下の５つの工程で構成される。

（Ｓ７）アライメントマーク位置測定工程
このアライメントマーク位置測定工程は、第１フランジ面３ａ上に形成されたアライメントマーク４の位置を測定する工程である。図１３のステップＳ７１で、レンズアレイ１０が、図１２に示したｘ−ｙ面内で走査されるとともに、対物レンズ２４０の焦点２４３が、アライメントマーク４に合焦される。ステップＳ７２で、測定用センサ４００の撮像面４１０上に結像されたアライメントマーク４の像の位置が測定され、記憶される。

図１３のステップＳ８１で、レンズアレイ１０が図１２に示したｘ−ｙ面内で所定量だけ移動される。所定量は、アライメントマーク４からの移動時では、アライメントマーク４から次に測定するレンズ１の設計上の中心位置までの移動量であり、レンズ１から次のレンズ１までの移動時では、レンズアレイ１０の各レンズ１の間隔である。

（Ｓ２）第１光源像位置測定工程
この第１光源像位置測定工程は、第１光学面２ａで反射された光源２１０の像の位置を測定する工程である。この工程は、図４および図５（ｂ）に示した第１の実施の形態の（Ｓ２）第１光源像位置測定工程と同じ工程であるので、その説明は、省略する。

図１３のステップＳ８２で、レンズアレイ１０の全てのレンズ１について、（Ｓ２）第１光源像位置測定工程と（Ｓ３）第２光源像位置測定工程との測定が完了したか否かが確認され、全てのレンズの測定が完了するまで、上述したステップＳ８１から（Ｓ３）第２光源像位置測定工程の各工程が繰り返される。全てのレンズの測定が完了すると（ステップＳ８２；Ｙｅｓ）、（Ｓ５）偏心量算出工程が実行される。

（Ｓ５）偏心量算出工程
この偏心量算出工程は、第１光学面２ａと第２光学面２ｂとの相対偏心量、およびアライメントマーク４と各レンズ１の中心とのズレ量を算出する工程である。図１３のステップＳ５１で、各レンズ１毎に、上述した（Ｓ２）第１光源像位置測定工程で測定された、第１光学面２ａで反射された光源２１０の像の第１の位置Ｉａと、（Ｓ３）第２光源像位置測定工程で測定された、第２光学面２ｂで反射された光源２１０の像の第２の位置Ｉｂとから、第１光学面２ａと第２光学面２ｂとの相対的な偏心量が算出される。偏心量の算出方法は、第１の実施の形態と同じである。

図１３のステップＳ５４で、（Ｓ７）アライメントマーク位置測定工程で測定されたアライメントマーク４の像の位置と、ステップＳ８１でレンズアレイ１０が移動された所定量と、ステップＳ５１で算出された第１光学面２ａと第２光学面２ｂとの相対的な偏心量とから、アライメントマーク４と各レンズ１の中心とのズレ量が算出される。あるいは、レンズアレイ１０の各レンズ１の中心の相対的なズレ量が算出されてもよい。

上述したように、第３の実施の形態によれば、この偏心量測定方法は、光学素子アレイの第１フランジ面を偏心測定装置の光軸に垂直に調整する第１フランジ面調整工程と、アライメントマークの像の位置を測定するアライメントマーク位置測定工程と、光学素子アレイの各光学素子毎に、光源からの照明光を第１光学面に入射させ、第１光学面での照明光の反射によって結像される照明光源の像の第１の位置を測定する第１光源像位置測定工程と、該照明光を第２光学面に入射させ、第２光学面での照明光の反射によって結像される照明光源の像の第２の位置を測定する第２光源像位置測定工程と、第１の位置と第２の位置とに基づいて、第１光学面と第２光学面との相対的な偏心量を算出する偏心量算出工程、およびアライメントマークと各光学素子の中心とのズレ量を算出するズレ量算出工程とを備えたことで、この偏心量測定方法は、光学素子の光学面の曲率半径に関わりなく、同一の測定光学系で偏心量を測定することができる。

次に、光学素子の第３の例を、図１４を用いて説明する。図１４は、光学素子の第３の例としてのミラーの形状を示す模式図であり、図１４（ａ）は、ミラーの外形を示し、図１４（ｂ）は、ミラーの図１４（ａ）のＡ−Ａ’断面を示す。

図１４（ａ）において、ミラー１は、光学面２の周囲を、環状のフランジ部３が囲む形状をしている。この例では、ミラー１は、図１６に示したような方法で成形された後に、光学面２に例えばＡｇやＡｌ等が蒸着等されて形成される。ここで、図１４（ａ）において、その左右方向がｘ方向され、ｘ方向に直交する方向がｙ方向とされる。

図１４（ｂ）において、ミラー１の光学面２は、曲率半径ｒ_１の第１光学面２ａで構成されている。フランジ部３は、第１光学面２ａに繋がった、光軸１ａｘに垂直な平面である第１フランジ面３ａと、光軸１ａｘに平行な端面３ｃとを有している。

次に、本発明の一実施形態における偏心量の測定方法の第４の実施の形態について、図１５を用いて説明する。図１５は、偏心量の測定方法の第４の実施の形態を示す工程図である。

図１５において、偏心量の測定方法の第４の実施の形態は、以下の４つの工程で構成される。

（Ｓ９）外形中心測定工程
この外形中心測定工程は、ミラー１を光軸３２０に垂直な方向に走査して、ミラー１の外形の中心の位置を測定する工程である。第４の実施の形態では、ミラー１は、保持部５００によって、光軸３２０の周りに回動可能かつ光軸３２０に平行に移動可能に保持されているだけでなく、光軸３２０に垂直な少なくとも２方向に移動可能に保持されている。

図１５のステップＳ９１で、対物レンズ２４０の焦点２４３を第１フランジ面３ａに合焦させた状態で、ミラー１を図１４（ａ）に示したｘ方向に走査して、測定用センサ３００で撮像されたミラー１の外形の画像から、ミラー１のｘ方向の外形の中心Ｃ（ｘ）が測定される。

同様にして、図１５のステップＳ９２で、ミラー１を図１４（ａ）に示したｙ方向に走査して、測定用センサ３００で撮像されたミラー１の外形の画像から、ミラー１のｙ方向の外形の中心Ｃ（ｙ）が測定される。そして、こうして得られたＣ（ｘ）とＣ（ｙ）とから、ミラー１の外形の中心Ｃ（ｘ，ｙ）が決定され、記憶される。

（Ｓ５）偏心量算出工程
この偏心量算出工程は、ミラー１の外形の中心Ｃ（ｘ，ｙ）と第１光学面２ａとの偏心量を算出する工程である。上述した（Ｓ７）外形中心測定工程で測定されたミラー１の外形の中心Ｃ（ｘ，ｙ）と、（Ｓ３）第１光源像位置測定工程で測定された第１光学面２ａで反射された光源２１０の像の第１の位置Ｉａとから、ミラー１の外形の中心Ｃ（ｘ，ｙ）と第１光学面２ａとの偏心量が、測定用センサ上における中心Ｃの位置と位置Ｉａとの距離により算出される。

なお、光学素子がミラーではなく、上述した光学素子の第１あるいは第２の例や光学素子アレイの例のような第１光学面と第２光学面とを有する場合には、上述した（Ｓ２）第１光源像位置測定工程と（Ｓ５）偏心量算出工程との間に、第１の実施の形態の（Ｓ３）第２光源像位置測定工程と（Ｓ４）第２フランジ面傾き測定工程とが行われる。

上述したように、第４の実施の形態によれば、この偏心量測定方法は、光学素子の第１フランジ面を偏心測定装置の光軸に垂直に調整する第１フランジ面調整工程と、光学素子を光軸に垂直な方向に走査して、光学素子の外形の中心の位置を測定する外形中心測定工程と、光源からの照明光を平行光にして第１光学面に入射させ、第１光学面での照明光の反射によって結像される照明光源の像の第１の位置を測定する第１光源像位置測定工程と、外形の中心の位置と第１の位置とに基づいて、外形の中心と第１光学面との偏心量を算出する偏心量算出工程とを備えたことで、本偏心量測定方法は、光学素子の光学面の曲率半径に関わりなく、同一の測定光学系で偏心量を測定することができる。

以上に述べたように、本実施形態によれば、この偏心量測定方法は、対向する第１光学面と第２光学面とを有する光学素子の偏心量測定方法であって、光源からの照明光を平行光にして前記光学素子の前記第１光学面に入射させ、前記第１光学面での照明光の反射によって結像される照明光源の像の第１の位置を測定する第１光源像位置測定工程と、前記照明光を前記第２光学面に入射させ、前記第２光学面での照明光の反射によって結像される前記照明光源の像の第２の位置を測定する第２光源像位置測定工程と、前記第１の位置と前記第２の位置とに基づいて、前記第１光学面と前記第２光学面との相対的な偏心量を算出する偏心量算出工程とを備える。これによって、この偏心量測定方法は、光学素子の光学面の曲率半径に関わりなく、同一の測定光学系で偏心量を測定することができる。

また、本実施形態の偏心量測定方法は、対向する第１光学面と第２光学面とを有する光学素子の偏心量測定方法であって、前記光学素子の前記第１光学面に設けられたセンターマークの位置を測定するセンターマーク位置測定工程と、光源からの照明光を平行光にして前記第２光学面に入射させ、前記第２光学面での照明光の反射によって結像される照明光源の像の位置を測定する光源像位置測定工程と、前記センターマークの位置と、前記光源の像の位置とに基づいて、前記第１光学面と前記第２光学面との相対的な偏心量を算出する偏心量算出工程とを備える。これによって、この偏心量測定方法は、光学素子の光学面の曲率半径に関わりなく、同一の測定光学系で偏心量を測定することができる。

また、本実施形態の偏心量測定方法は、対向する第１光学面と第２光学面とを有する光学素子が、光軸に垂直な方向に複数個連結されて構成された光学素子アレイの偏心量測定方法であって、前記光学素子アレイに設けられたアライメントマークの位置を測定するアライメントマーク位置測定工程と、前記光学素子アレイを構成する光学素子毎に、光源からの照明光を平行光にして前記光学素子の前記第１光学面に入射させ、前記第１光学面での照明光の反射によって結像される前記光源の像の第１の位置を測定する第１光源像位置測定工程と、前記照明光を前記第２光学面に入射させ、前記第２光学面での前記照明光の反射によって結像される前記光源の像の第２の位置を測定する第２光源像位置測定工程と、前記第１の位置と前記第２の位置に基づいて、前記光学素子毎の前記第１光学面と前記第２光学面との相対的な偏心量を算出する偏心量算出工程と、前記アライメントマークの位置と、前記偏心量とに基づいて、前記光学素子毎に、前記アライメントマークと各光学素子の中心とのズレ量を算出するズレ量を算出するズレ量算出工程とを備える。これによって、この偏心量測定方法は、光学素子の光学面の曲率半径に関わりなく、同一の測定光学系で偏心量を測定することができる。

さらに、本実施形態の偏心量測定方法は、少なくとも第１光学面を有する光学素子の偏心量測定方法であって、前記光学素子を光軸に垂直な方向に走査して、前記光学素子の外形の中心の位置を測定する外形中心測定工程と、光源からの照明光を平行光にして前記第１光学面に入射させ、前記第１光学面での前記照明光の反射によって結像される照明光源の像の位置を測定する光源像位置測定工程と、前記外形の中心の位置と光源の像の位置とに基づいて、第１光学面の外形に対する偏心量を算出する偏心量算出工程とを備える。これによって、この偏心量測定方法は、光学素子の光学面の曲率半径に関わりなく、同一の測定光学系で偏心量を測定することができる。

また、これら上述のいずれかの実施形態における偏心量測定方法において、好ましくは、前記光学素子は、少なくとも第１フランジ面を有する第１フランジ部を備え、前記第１フランジ面が前記照明光の光軸に垂直となるように調整する第１フランジ面調整工程を備える。

また、この上述の偏心量測定方法において、好ましくは、前記光学素子は、前記第１フランジ面に対向する第２フランジ面を有する第２フランジ部を備え、前記第２フランジ面の前記照明光の光軸からの傾きを測定する第２フランジ面傾き測定工程をさらに備え、前記偏心量算出工程は、前記第２フランジ面傾き測定工程で求められた前記第２フランジ面の前記照明光の光軸からの傾きとに基づいて、前記光学素子の平行偏心量と傾き偏心量とを求める工程である。

また、これら上述のいずれかの実施形態における偏心量測定方法において、好ましくは、前記照明光として、顕微鏡のケーラー照明を用いる。

この出願は、２０１０年４月１３日に出願された日本国特許出願特願２０１０−９２０５７を基礎とするものであり、その内容は、本願に含まれるものである。

本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。

本発明によれば、偏心量を測定する偏心量測定方法を提供することができる。

Claims

対向する第１光学面と第２光学面とを有する光学素子の偏心量測定方法であって、
前記第１光学面に設けられたセンターマークの位置を測定するセンターマーク位置測定工程と、
光源からの照明光を平行光にして前記第２光学面に入射させ、前記第２光学面での前記照明光の反射によって結像される前記光源の像の位置を測定する第２光源像位置測定工程と、
前記センターマークの位置と、前記光源の像の位置とに基づいて、前記第１光学面と前記第２光学面との相対的な偏心量を算出する偏心量算出工程とを備えたこと
を特徴とする偏心量測定方法。
対向する第１光学面と第２光学面とを有する光学素子が、光軸に垂直な方向に複数個連結されて構成された光学素子アレイの偏心量測定方法であって、
前記光学素子アレイに設けられたアライメントマークの位置を測定するアライメントマーク位置測定工程と、
前記光学素子アレイを構成する光学素子毎に、
光源からの照明光を平行光にして前記光学素子の前記第１光学面に入射させ、前記第１光学面での前記照明光の反射によって結像される前記光源の像の第１の位置を測定する第１光源像位置測定工程と、
前記照明光を平行光にして前記第２光学面に入射させ、前記第２光学面での前記照明光の反射によって結像される前記光源の像の第２の位置を測定する第２光源像位置測定工程と、
前記第１の位置と前記第２の位置とに基づいて、前記光学素子毎の前記第１光学面と前記第２光学面との相対的な偏心量を算出する偏心量算出工程と、
前記アライメントマークの位置と、前記偏心量に基づいて、前記光学素子毎に、前記アライメントマークと各光学素子の中心とのズレ量を算出するズレ量算出工程とを備えたこと
を特徴とする偏心量測定方法。
前記光学素子は、少なくとも第１フランジ面を有する第１フランジ部を備え、
前記第１フランジ面が前記照明光の光軸に垂直となるように調整する第１フランジ面調整工程を備えたこと
を特徴とする請求項１または２に記載の偏心量測定方法。
前記光学素子は、前記第１フランジ面に対向する第２フランジ面を有する第２フランジ部を備え、
前記第２フランジ面の前記照明光の光軸からの傾きを測定する第２フランジ面傾き測定工程をさらに備え、
前記偏心量算出工程は、前記第２フランジ面傾き測定工程で求められた前記第２フランジ面の前記照明光の光軸からの傾きとに基づいて、前記光学素子の平行偏心量と傾き偏心量とを求める工程であること
を特徴とする請求項３に記載の偏心量測定方法。