JP6542356B2 - レンズ及びレンズ金型の光学評価 - Google Patents

Description

特定の態様では、本開示は、消費者製品に使用される成形レンズ及びそれらの製作に使用されるダイアモンドターニングされた金型（diamond turned mold）の幾何学的形状特性及び光学特性を特徴付ける方法及び工具に関する。本開示は、そのような成形レンズを含む光学組立体の製作及び光学組立体を含む消費者製品の製作に更に関する。

スマートフォン及びセル電話、タブレット、ポータブルコンピュータ、車及びトラックで使用される小型カメラの市場は急速に拡大している。現況水準のカメラの画質要件により、製造業者は、多くの非球面成形レンズで構成される複雑な光学組立体を開発するように強いられている。

図１は、４枚の成形プラスチックレンズで構成される例示的な光学組立体を示す。特に、この組立体は、特許文献１に記載されているものであり、組立体の画像平面１７０に配置されるセンサに画像を形成するように配置される４枚のレンズを含む。レンズ要素は、非球面凸形状物体側表面（aspheric convex object-side surface）１０１及び非球面凸形状画像側表面１０２を有して、正の屈折力を有する第１のレンズ要素１００で構成される第１のレンズ群に配置される。組立体は、第２のレンズ要素１１０、第３のレンズ要素１２０、及び第４のレンズ要素１３０で構成される第２のレンズ群も含む。

第２のレンズ要素１１０は、非球面凸形状物体側表面１１１及び非球面凹形状画像側表面１１２を有して、負の屈折力を有する。第３のレンズ要素１２０は、非球面凹形状物体側表面１２１及び非球面凸形状画像側表面１２２を有する。第４のレンズ要素１３０は、非球面凸形状物体側表面１３１及び非球面凹形状画像側表面１３２を有する。アパーチャストップ（aperture stop）１４０が、第１のレンズ要素１００と被撮像物体との間に位置決めされる。ＩＲフィルタ１５０が、第４のレンズ要素１３０の画像側表面１３２と画像平面１７０との間に配置され、ＩＲフィルタ１５０は、結像光学レンズ組立体の焦点距離に影響しない。センサ・カバーガラス（sensor cover glass）１６０が、ＩＲフィルタ１５０と画像平面１７０との間に配置され、センサ・カバーガラス１６０も、結像光学レンズ組立体の焦点距離に影響しない。

一般に、湾曲レンズ表面は、軸を中心として回転対称であり、各表面の軸は名目上、組立体の共通軸（光軸）にある。レンズ表面軸の共通のセンタリングは、組立体全体の光学性能にとって重要である。各レンズ表面の曲率及び各レンズ表面の間隔（すなわち、レンズ厚及び隣接するレンズの間隔）も重要である。

したがって、個々の各レンズは通常、図１に示される湾曲機能光学表面に加えて、一緒に積層された場合、最終的なレンズ組立体の適切な位置合わせを提供するのに十分に厳しい許容差で製造される複数のセンタリング（centration）及び間隔基準を含む。これらの基準は一般に、各レンズの追加の非光学的アクティブ部により提供され、この部分は、アクティブレンズ部の縁部の周囲にリングを形成する。組み立てられたとき、レンズの非光学部は一緒に積層され、レンズ組立体全体の設計により求められるように、レンズ部を互いに対して位置合わせし離間する。

米国特許第７，７７７，９７２号明細書

製造許容差バジェット（manufacturing tolerance budget）の引き締めのため、従来の計測機器（例えば、接触プローブ及びゲージ、触覚プロファイラ、検査顕微鏡）は多くの場合、必要とされる測定再現性又は精度をもはや達成することができない。さらに、生産フロアで、屈折率又は複屈折等のレンズの特定の特性を測定する計測機器は市販されていない。したがって、現在では、計測ギャップが存在する。

本開示は、特に、湾曲したアクティブ表面エリアを含むとともに、例えば、組立体内でこれらのレンズを機械的に配置するための名目上平坦及び平行である上面及び下面も含むレンズを含め、透明サンプルの寸法特性及び光学特性を評価する方法及び装置を特徴とする。

実施形態では、本装置は、サンプルの名目上平行する上面エリア及び下面エリアの相対位置を測定する光学計測システムと、サンプルの名目上平行する上面エリア及び下面エリアの２つ以上の位置での計算された光学的厚さ及び物理的厚さから導出される情報を使用して、サンプルの光学特性及び寸法特性を評価するデータ処理システムとを含む。

代替又は追加として、本開示は、サンプルの上面及び下面の両方で３Ｄ表面トポグラフィ情報（例えば、高さプロファイル）を２Ｄ画像（例えば、強度プロファイル）と結合することにより、透明サンプル（例えば、レンズ）の寸法特性を評価する方法及び装置を特徴とする。トポグラフィ情報及び２つの画像は、サンプルの同じ側から取得し得る。

本方法及び本装置は、生産環境で使用し得る。
一般に、サンプルは、湾曲した（例えば、屈折率を有する）上面及び下面アクティブ表面エリアと、光を向けるのに使用されず、むしろ、組立体内のこれらのレンズを機械的に配置するのに使用される追加の上面エリア及び下面エリアとを含むレンズであり得る。これらの部分は、平坦平行表面を有し得る。湾曲部はアクティブ部と呼ぶことができ、他方の（例えば、平坦平行）部分は非アクティブ部分である。サンプルは、凸形状又は凹形状、球面又は非球面であるアクティブ部の表面エリアを有し得る。

非アクティブ部の上面及び下面は、名目上平坦又は円錐形であり得、アクティブ表面エリアの頂点と名目上同心であり得る名目上円形の特徴及び境界を含み得る。
サンプルは、ポータブル電子デバイスカメラ組立体で使用されるレンズであり得る。

一般に、寸法特性は、追加の表面エリアの基準特徴（例えば、名目上円形の基準特徴）に対するアクティブ表面エリアの頂点の位置を含み得る。幾つかの実施形態では、レンズ頂点は、３Ｄ面積表面トポグラフィマップの評価により見つけられ、一方、基準特徴は部品の２Ｄ画像に配置される。２Ｄ画像は、３Ｄマップと同じデータ取得から抽出してもよく、又は別個のステップの一環であってもよい。

寸法特性は、サンプルの上面及び下面頂点特徴の相対高さを含み得る。この測定は、サンプルの名目上平行する上面及び下面表面エリアの２つ以上の位置での計算された光学的厚さ及び物理的厚さから導出される追加情報に頼り得る。

特定の実施形態では、本方法論は、サンプルを通して特徴を見て、特徴の側方位置を特定する場合のレンズの屈折特性の補償を含む。
幾つかの実施形態では、本装置は、補助参照面を含む部品固定具を含む。この補助参照面は、名目上平坦であり得、光学構成要素を通って計測デバイス検出器チャネルに向かって伝搬する光を反射するように、テスト中の光学構成要素下のある距離のところに配置し得る。

幾つかの実施形態では、本装置は、補助参照面及び少なくとも部分的に透明なサンプルのホルダの両方を有する部品固定具と、補助参照面の位置及びサンプルの名目上平行する上面エリア及び下面エリアを測定する光学計測システムと、サンプルの名目上平行する上面エリア及び下面エリアの２つ以上の位置での計算された光学厚さ及び物理的厚さから導出される情報を使用して、サンプルの光学特性及び寸法特性を評価するデータ処理システムとを含む。

幾つかの実施形態では、完全な測定サイクルは、補助参照面のトポグラフィの別個の測定を含む。
幾つかの実施形態では、本装置は、サンプルの材料複屈折特性を評価及び／又は補償するために、光学計測システムにより利用される光の偏光状態を変更する要素（例えば、偏光器及び／又は位相差板）を含む。

幾つかの実施形態では、光学計測デバイスの視野は、テスト中の光学構成要素の側方広がりを超えて延びる。精度を改善し、ドリフトの影響の受けやすさを低減するために、本システムは、参照面が光学構成要素で覆われないエリアにおいて、内部基準に対する参照面の位置の追加測定を実行する。

幾つかの実施形態では、光学計測デバイスはコヒーレンス走査干渉計である。例えば、光学計測デバイスは、テスト中の光学構成要素の光軸に名目上平行する走査されるコヒーレンス走査干渉計であることができる。光源のコヒーレンス特性は、構成要素を通しての走査中に直面する各透明界面で収集される干渉信号の信号対雑音比を強化する（例えば、最大化）するように選び得る。

幾つかの実施形態では、コヒーレンス走査干渉計は、部品の厚さ及び光学特性についての測定又は公称情報に従って信号対雑音比を強化（例えば、最大化）するように、光源コヒーレンス特性を自動的に調整する。

幾つかの実施形態では、サンプルが機器に対して複数の方位角向きにある状態で実行される測定を組み合わせて、系統的誤差を低減した最終結果を生成する。
幾つかの実施形態では、共焦点顕微鏡構成が、走査によるサンプルの透明界面の位置検出に使用される。

特定の実施形態では、結像検知又は構造化照明計測デバイスが、走査によるサンプルの透明界面の位置検出に使用される。
特定の実施形態では、結像検知又は構造化照明計測デバイスが、走査による透明界面の位置検出に使用される。

幾つかの実施形態では、計測に使用される光学放射は、紫外線スペクトル、可視スペクトル、又は赤外線スペクトル内で選ばれる。測定は、好ましくは、光学構成要素が設計されるスペクトル領域に近いスペクトル領域内で実行される。

特定の実施態様では、本装置及び本方法を使用して、成形レンズの厚さ及び屈折率を特徴付け得る。代替又は追加として、本方法及び本装置を使用して、成形レンズの特徴（例えば、重要な特徴）の厚さ及び側方距離を特徴付け得る。

一般に、典型的なレンズ成形プロセスは、互いに面する２つの金型の正確な位置合わせに頼る。金型間の距離は、成形される構成要素の厚さを定義する。レンズ厚は、最終的なレンズ組立体の性能にとって重要なパラメータである。開示される方法及び装置は、例えば、μｍ未満の精度で頂点間厚さについてのプロセス制御情報を提供することができる。

レンズにわたる厚さの変動は、レンズの２つの半体の相対傾斜についての定量的情報を提供し、これは、最終的なレンズの結像能力（imaging performance）にとって重要であることが多い別のパラメータである。したがって、傾斜又はパラメータ誤差は、開示される装置及び方法により測定し得る別のプロセス制御パラメータである。

屈折率及びレンズ内のその変動も、プロセス制御の関連情報を提供する。許容差外の屈折率変動又は応力複屈折は、射出成形プロセスに伴う問題を示す。両パラメータとも、光学構成要素の結像性能に影響する。両パラメータとも、プロセス制御のために、開示される装置及び方法を用いて定量的に評価し得る。

金型間の側方センタリングは、レンズの頂点間センタリングを定義し、これは最終的なレンズ能力に重要な別のパラメータである。開示される方法及び装置は、例えば、１／１０μｍ未満の精度で頂点間センタリングについてのプロセス制御情報を提供することができる。

成形プロセスパラメータも、金型内のフィルファクタ、ひいては頂点高さ及び位置特定特徴に対するセンタリングに影響を及ぼす。許容差外の頂点から特徴までの高さ及び頂点から特徴までのセンタリングは、射出成形プロセスに伴う問題を示すことができる。両パラメータとも、光学構成要素の結像性能に影響する。両パラメータとも、プロセス制御のために、開示される装置及び方法を用いて定量的に評価し得る。

本発明の様々な態様は、以下のようにまとめられる。
一般に、第１の態様において、本発明は、アクティブ部（例えば、レンズ部）及び非アクティブ部（例えば、平坦平行部）で構成される透明光学要素についての情報を特定する方法であって、アクティブ部は少なくとも１つの曲面を備え、非アクティブ部は対向する第１の表面及び第２の表面を含み、本方法は、測定光を透明光学要素に向けることと、非アクティブ部の第１の表面の少なくとも１つの位置から反射された測定光を検出することと、第１の表面の上記少なくとも１つの位置に対応する位置において非アクティブ部の第２の表面から反射される測定光を検出することと、検出光に基づいて、非アクティブ部についての情報を特定することと、非アクティブ部についての情報に基づいて、透明光学要素を評価することとを含む、方法を特徴とする。

本方法の実施態様は、以下の特徴及び／又は他の態様の特徴のうちの１つ又は複数を含み得る。例えば、非アクティブ部の第１の表面及び第２の表面の表面測定は、コヒーレンス走査干渉法（ＣＳＩ）を使用して実行することができる。代替的には、非アクティブ部の第１の表面及び第２の表面の表面測定は、共焦点顕微鏡法を使用して実行される。

非アクティブ部についての情報は、非アクティブ部の第１の表面の高さプロファイルと、非アクティブ部の第２の表面の高さプロファイルとを含むことができる。非アクティブ部についての情報は、非アクティブ部の物理的な厚さプロファイル又は光学厚さプロファイルを含むことができる。

非アクティブ部についての情報は、透明光学要素を形成する材料の屈折率についての情報を含むことができる。例えば、屈折率についての情報は、材料の群屈折率及び／又は材料の位相指数を含むことができる。屈折率についての情報は、非アクティブ部の異なる位置間の屈折率の変動についての情報を含むことができる。屈折率についての情報は、透明光学要素を形成する材料（例えば、プラスチック）の複屈折についての情報を含むことができる。

幾つかの実施形態では、本方法は、透明光学要素を支持する固定具上の参照特徴から反射される測定光を検出することと、参照特徴からの検出光に基づいて、参照特徴についての情報を特定することとを更に含む。参照特徴から反射される測定光は、非アクティブ部の第１の表面の少なくとも１つの位置に対応する位置（例えば、検出器の同じ位置に結像される）から反射し得る。測定光は、参照特徴から反射される前及び後、透明光学要素により伝送することができる。幾つかの実施形態では、透明光学要素は、参照特徴から反射される測定光の経路上にない。幾つかの場合、本方法は、非アクティブ部の第１の表面の少なくとも１つの位置に対応する位置とは異なる第２の位置において、固定具から反射される測定光を検出することを含むことができる。

測定光は、第１の極性について検出され、その後、第１の極性とは異なる第２の極性について検出することができる。
透明光学要素を評価することは、非アクティブ部についての情報に基づいて、アクティブ部の寸法又は光学特性についての情報を推測することを含むことができる。

幾つかの実施形態では、非アクティブ部は、透明光学要素の傾斜制御インターロック（tilt control interlock）である。アクティブ部の少なくとも１つの曲面は、球面又は非球面であることができる。アクティブ部は、第１の曲面に対向する第２の曲面を含むことができる。

アクティブ部についての情報は、レンズ部を形成する材料の複屈折についての情報を含むことができる。アクティブ部についての情報は、レンズ部を形成する材料の屈折率の変動についての情報を含むことができる。

透明光学要素を評価することは、非アクティブ部についての情報に基づいて、透明光学要素が仕様要件を満たしているか否かを判断することを含むことができる。非アクティブ部は、アクティブ部の周縁に配置することができる。

更なる態様では、本発明は、光学組立体を形成する方法であって、上記方法を使用して、透明光学要素についての情報を特定することであって、透明光学要素はレンズである、特定することと、レンズをバレル（barrel）内の１つ又は複数の他のレンズに対して固定して、光学組立体を形成することとを含む、方法を特徴とする。本方法は、光学組立体をセンサに対して固定して、デジタルカメラのモジュールを提供することを含むことができる。

一般に、別の態様では、本発明は、アクティブ部（例えば、レンズ部）及び非アクティブ部（例えば、平坦平行部）を含む透明光学要素についての情報を特定するシステムであって、アクティブ部は少なくとも１つの曲面を含み、非アクティブ部は対向する第１の表面及び第２の表面を含み、システムは、透明光学要素を支持する固定具と、光源、検出器、及び透明光学要素が固定具により支持される場合、光を光源から透明光学要素に向け、透明光学要素から反射される光を検出器に向けるように配置される光学要素を含む光学機器と、検出器と通信する電子コントローラであって、電子コントローラは、非アクティブ部の第１の表面及び第２の表面の対応する位置から検出される光に基づいて、非アクティブ部についての情報を特定するようにプログラムされる、電子コントローラとを含む、システムを特徴とする。

本システムの実施形態は、以下の特徴及び／又は他の態様の特徴の１つ又は複数を含むことができる。例えば、光学機器は、コヒーレンス走査干渉計又は共焦点顕微鏡等の面積表面トポグラフィ機器であることができる。

固定具は、光学機器からの光の経路に配置される参照特徴を含むことができる。幾つかの実施形態では、参照特徴は平面反射器である。固定具は、透明光学要素を参照特徴からある距離の箇所に位置決めするスタンドを含むことができる。固定具は、光学機器の光軸に対して透明光学要素を回転させるアクチュエータを含み得る。

光源は、可変スペクトル内容を有する光を提供することが可能であり得る。
光学機器は、光源からの光を偏光するように構成される偏光モジュールを含むことができる。偏光モジュールは、光源からの光を直交偏光状態で選択的に偏光するように構成し得る。

一般に、更なる態様では、本発明は、レンズ部及び平坦平行部を有する透明光学要素についての情報を特定する方法であって、光学機器を使用して、透明光学要素の第１の表面及び第１の表面に対向する透明光学要素の第２の表面についての高さ情報（例えば、表面プロファイル）を取得することと、光学機器を使用して、第１の表面の強度マップ（例えば、画像）及び第２の表面の強度マップを取得することと、高さ情報及び強度マップに基づいて、第１の表面及び第２の表面のうちの少なくとも一方での透明光学要素の１つ又は複数の特徴についての寸法情報を特定することとを含む方法を特徴とする。

本方法の実施態様は、以下の特徴及び／又は他の態様の特徴の１つ又は複数を含み得る。例えば、光学機器は、コヒーレンス走査干渉計又は共焦点顕微鏡であることができる。
第１の表面及び第２の表面についての高さ情報はそれぞれ、第１の表面及び第２の表面の表面プロファイルを含むことができる。強度マップは、光学機器の多要素検出器を使用して収集される一連の強度フレームに基づいて特定され得る。強度マップは、一連の強度フレームで多要素検出器の各要素での強度の平均をとることにより特定され得る。光学機器を使用して、強度マップを取得することは、光学機器に対する第１の表面及び第２の表面の最良結像の各位置での多要素検出器の各要素での強度を特定することを含むことができる。

寸法情報は、第１の表面又は第２の表面の別の特徴に対する第１の表面又は第２の表面の頂点の位置を含み得る。幾つかの場合、寸法情報は、頂点と他の特徴との間の側方距離であり、側方距離は、平坦平行部に名目上平行する平面で測定される距離である。他の特徴は、第１の表面又は第２の表面の平坦平行部に配置される特徴であることができる。他の特徴は、名目上頂点にセンタリングされる環状特徴であることができる。他の特徴は、平坦平行部の第１の表面及び／又は第２の表面の段差であることができる。

光学機器を使用して、第１の表面が光学機器に面した状態で透明光学物体の測定を実行し、第２の表面が光学機器に面した状態で透明光学物体の測定を実行し得る。第１の表面が光学機器に面した状態で透明光学物体の測定から得られるデータを使用して、第１の表面のレンズ部の頂点の位置を特定し得る。第１の表面が光学機器に面した状態での透明光学物体の測定から得られるデータを使用して、第１の表面の平坦平行部の特徴の位置に対する第１の表面のレンズ部の頂点の位置を特定し得る。第１の表面が光学機器に面した状態での透明光学物体の測定から得られるデータを使用して、第２の表面の平坦平行部の特徴の位置に対する第１の表面の平坦平行部の特徴の位置を特定し得る。第２の表面が光学機器に面した状態での透明光学物体の測定から得られるデータを使用して、第１の表面の頂点の位置に対する第２の表面のレンズ部の頂点の位置を特定し得る。

寸法情報を特定することは、光学機器に対する透明光学要素の傾斜に起因した屈折の影響を考慮することを含むことができる。屈折の影響を考慮した寸法情報は、光学機器に対向する透明光学要素の表面の特徴の位置であることができる。

光学機器を使用して、光学機器の軸に対する第１の方位角向きで透明光学物体の測定を実行し、軸に対して第１の方位角向きとは異なる第２の方位角向きで透明光学物体の測定を実行することができる。寸法情報を特定することは、第１の方位角向きの透明光学要素での測定から得られるデータから、１つ又は複数の特徴についての寸法情報を特定することと、第２の方位角向きの透明光学要素での測定から得られるデータから、１つ又は複数の特徴についての寸法情報を特定することとを含むことができる。寸法情報を特定することは、第１の方位角向き及び第２の方位角向きで得られる寸法情報に基づいて、寸法情報の誤差を低減することを含むことができる。

本方法は、透明光学要素が、寸法情報に基づいて仕様要件を満たすか否かを判断することを含むことができる。
別の態様では、本発明は、透明光学要素についての情報を特定するシステムであって、光学機器と、光学機器と通信し、システムに先の態様の方法を実行させるようにプログラムされる電子コントローラとを含むシステムを特徴とする。

本システムの実施形態は、他の態様の１つ又は複数の特徴を含み得る。
概して、別の態様では、本発明は、湾曲部及び平坦部を含む物体についての情報を特定する方法であって、湾曲部は、頂点を有し、物体の軸を定義する第１の曲面を含み、方法は、測定光を物体に向けることと、湾曲部の第１の曲面から反射される測定光を検出することと、物体の少なくとも１つの他の表面から反射される測定光を検出することと、検出光に基づいて、湾曲部の第１の曲面の軸についての情報を特定することとを含む方法を特徴とする。

方法の実施態様は、以下の特徴及び／又は他の態様の特徴の１つ又は複数を含み得る。例えば、物体は、レンズ要素（例えば、成形レンズ要素）等の透明光学要素であることができる。幾つかの実施形態では、物体は、レンズ要素の片側の金型等の光学要素の金型の部分である。

湾曲部は、第１の曲面に対向する第２の曲面を含むことができ、第２の曲面は頂点を有し、第１の曲面の頂点についての情報は、光軸に沿って測定される第１の表面の頂点と第２の表面の頂点との間のレンズの厚さを含む。

湾曲部は、第１の曲面に対向する第２の曲面を含むことができ、第２の曲面は頂点を有し、第１の曲面の頂点についての情報は、光軸に直交する平面において測定される第１の表面の頂点と第２の表面の頂点との間の側方オフセットを含む。

測定光は、光学機器により物体に向けることができ、第１の曲面は、測定光を反射するとき、光学機器に面する。第１の曲面の頂点についての情報を特定することは、頂点の位置を特定することを含むことができる。少なくとも１つの他の表面は、光学機器に面する別の表面を含むことができ、第１の曲面の頂点についての情報を特定することは、頂点と少なくとも１つの他の表面の関心のある特徴との間の光軸に直交する平面において測定される側方オフセットを特定することを更に含むことができる。少なくとも１つの他の表面は、光学機器から離れたほうに面する表面を含むことができ、第１の曲面の頂点についての情報を特定することは、光学機器から離れたほうに面する表面の特徴と、光学機器に面する他の表面の関心のある特徴との間の、光軸に直交する平面において測定される側方オフセットを特定することを更に含むことができる。湾曲部は、第１の曲面に対向する第２の曲面を含むことができ、第１の曲面の頂点についての情報を特定することは、第２の曲面の頂点の位置を特定することを含む。第１の曲面の頂点についての情報を特定することは、第１及び第２の曲面の頂点の位置に基づいて、光軸に沿って測定される湾曲部の厚さを特定することを含むことができる。幾つかの実施形態では、第１の曲面の頂点についての情報を特定することは、（ｉ）第１の曲面の頂点と、光学機器に面する他の表面の関心のある特徴との間の側方距離、（ｉｉ）光学機器に面する他の表面の関心のある特徴と、光学機器から離れたほうに面する表面の関心のある特徴との間の側方オフセット、及び（ｉｉｉ）第２の曲面の頂点と、光学機器から離れたほうに面する表面の関心のある特徴との間の側方オフセットに基づいて、光軸に直交する平面において測定される、第１の表面の頂点と第２の表面の頂点との間の側方オフセットを特定することを含む。

第１の曲面の頂点についての情報を特定することは、平坦部の少なくとも１つの表面の傾斜についての情報を特定することと、第１の表面の頂点についての情報を特定する際、傾斜を考慮することとを含むことができる。傾斜についての情報は、測定光を物体に向けるのに使用される光学機器の光軸に対する傾斜角α_ｔｉｌｔである。

本方法は、測定光検出後、測定光を物体に向けるのに使用される光学機器に対する物体の方位角向きを調整することと、方位角向き調整後、第１の曲面及び少なくとも１つの他の表面からの測定光の検出を繰り返すこととを含み得る。本方法は、方位角向き調整後、検出された測定光に基づいて、第１の曲面の頂点についての追加情報を特定することを含み得る。

幾つかの実施形態では、本方法は、測定光検出後、測定光の偏光状態を変更することと、偏光状態変更後、第１の曲面及び少なくとも１つの他の表面からの測定光の検出を繰り返すこととを含む。本方法は、偏光状態変更前及び後、検出された測定光に基づいて、物体の複屈折についての情報を特定することを含むことができる。

本方法は、第１の直面の頂点についての情報に基づいて、物体を評価することを含み得る。物体を評価することは、第１の曲面の頂点についての情報に基づいて、物体が仕様要件を満たすか否かを判断することを含むことができる。

平坦部は、物体の傾斜制御インターロックであることができる。湾曲部の少なくとも１つの曲面は非球面であることができる。平坦部は、湾曲部の周縁に配置することができる。

さらなる態様では、本発明は、光学組立体を形成する方法であって、上記方法を使用して、物体についての情報を特定することであって、物体はレンズである、特定することと、レンズをバレル内で１つ又は複数の他のレンズに対して固定して、光学組立体を形成することとを含む方法を特徴とする。本方法は、光学組立体をセンサに対して固定して、デジタルカメラのモジュールを提供することを含み得る。

さらなる態様では、本発明は、湾曲部及び平坦部を含む物体についての情報を特定するシステムであって、湾曲部は、頂点を有し、光軸を定義する第１の曲面を有し、システムは、物体を支持する固定具と、光源、検出器、及び物体が固定具により支持される場合、光を光源から物体に向け、物体から反射される光を検出器に向けるように配置される光学要素を含む光学機器と、検出器と通信する電子コントローラであって、電子コントローラは、第１の曲面及び物体の少なくとも１つの他の表面から検出される光に基づいて、第１の表面の頂点についての情報を特定するようにプログラムされる、電子コントローラとを含むシステムを特徴とする。

システムの実施形態は、以下の特徴及び／又は他の態様の特徴の１つ又は複数を含み得る。例えば、光学機器は、コヒーレンス走査干渉計又は共焦点顕微鏡等の光学面積表面トポグラフィ機器であることができる。

固定具は、光学機器に対して物体の向きを変更するように構成されたアクチュエータを含むことができる。例えば、アクチュエータは、光学機器の光軸に対して物体を回転させるように構成することができる。

光学機器は、光源からの光を偏光するように構成された偏光モジュールを含むことができる。偏光モジュールは、光源からの光を直交偏光状態で選択的に偏光する（例えば、１つ又は複数の偏光器及び波長板を使用して）ように構成することができる。

検出器は、多要素検出器（例えば、ＣＭＯＳアレイ又はＣＣＤアレイ）とすることができ、光学機器は、多要素検出器に物体の表面を結像するように構成することができる。
光源はスペクトル出力を変更可能であることができる。例えば、光源は、色の異なる２つ以上のＬＥＤを含むことができる。２つ以上のＬＥＤからの相対光強度を変更することにより、光の色を変更する。光源は、可視光源及び／又は赤外線光源であることができる。

本発明の他の態様及び利点は以下の説明から明らかになる。

結像光学レンズ組立体の断面図である。 テスト中のサンプルレンズの側面図である。 図２Ａに示されるテスト中のサンプルレンズの上面図である。 コヒーレンス走査干渉法顕微鏡の概略図である。 参照面を有する固定具に搭載されたテスト中のサンプルレンズの側面図である。 測定シーケンスでの２ステップを示す、図４Ａに示されるサンプルレンズ及び固定具の側面図である。 コヒーレンス走査干渉法（ＣＳＩ）並びに図４Ｂ及び図４Ｃに示されるステップを使用する実施態様のプロセスフローを示すフローチャートである。 別の実施態様での測定ステップを示す側面図である。 ＣＳＩ並びに図６Ａ及び図６Ｂに示されるステップを使用する実施態様でのプロセスフローを示すフローチャートである。 レンズの上部平行面と下部平行面との間の複屈折を測定する実施態様でのプロセスフローを示すフローチャートである。 テスト中の別のサンプルレンズの側面図である。 図９に示されるテスト中のサンプルレンズの上面図を示す。 例示を目的として偏心を誇張した、関心のある側方位置をより詳細に示す、図９に示されるテスト中のサンプルレンズの別の上面図を示す。 サンプルを通して測定された関心のある特徴の見掛け及び実際の最良焦点位置を示す概略図である。 凹レンズ表面が光学機器に面した状態の図９に示されるテスト中のサンプルレンズの側面図を示す。 ＣＳＩを使用する実施態様でのプロセスフローを示すフローチャートである。 屈折影響を補正された見掛け及び実際の関心位置を示す概略図である。 屈折に起因した傾斜及び側方シフトの方位角向きを示す。 ＣＳＩを使用する別の実施態様でのプロセスフローを示すフローチャートである。 異なるサンプル−機器方位角向きでのレンズの上面図を示す。 異なるサンプル−機器方位角向きでのレンズの上面図を示す。 ＣＳＩを使用する更なる実施態様でのプロセスフローを示すフローチャートである。 テスト中のレンズ金型の側面図である。 レンズを特徴付けるプロセスフローを示すフローチャートである。 レンズを特徴付ける別のプロセスフローを示すフローチャートである。 レンズ成形プロセスを特徴付けるプロセスフローを示すフローチャートである。 レンズ成形プロセスを特徴付けるプロセスフローを示すフローチャートである。

図２Ａ及び図２Ｂを参照すると、レンズ２００は、非アクティブ平坦平行部（inactive, plane parallel portion）２１０及びアクティブレンズ部（active, lens portion）２２０を含む。この場合、平坦平行部は、名目上平らで名目上平行する２つの表面２１１及び２１２を含む。ここで、「名目上」とは、レンズの設計を指す。名目上平坦性又は名目上平行性からの検出可能なずれが、例えば、製造誤差に起因して生じ得る。レンズ部２２０は、上部凸面２２１及び下部凹面２２２を有するメニスカスレンズ（meniscus lens）である。一般に、表面２２１及び２２２は、球面であってもよく、又は非球面であってもよい。平坦平行表面２１１及び２１２は、例えば、最終組み立てで１枚又は複数枚のレンズに対するレンズの位置合わせ及び固定を助けるために、サンプル（sample）に形成される特徴であり得る。

特に屈折率の均一性及び残留応力複屈折を含むレンズ２００の光学特性の幾つか並びに座標ｘ、ｙ（図２Ａに示されるデカルト座標系を参照）に応じた図中の厚さＴを含むが、これに限定されないレンズの厚さ等の寸法特徴を、光学計測機器２０１を用いて評価する。開示される方法は、平坦平行表面２１１及び２１２間のエリアの光学特性及び物理的寸法を測定することにより、これらの評価を実行する。これらの測定は、レンズの全体的な光学特性及び寸法特性のインジケータとしての役割を果たす。

一般に、光学計測機器２０１は、レンズ２００の表面積トポグラフィ測定を実行可能な様々な異なる機器の１つであることができる。機器の例としては、コヒーレンス走査干渉法（CSI : coherence scanning interferometry）顕微鏡（例えば、Ｐ．デ・グルート（P.de Groot）著、「コヒーレンス走査干渉法（Coherence Scanning Interferometry）」、表面トポグラフィの光学測定（Optical Measurement of Surface Topography）、Ｒ．リーチ（R. Leach）編、第９章、ｐ．１８７〜２０８（シュプリンガー出版（Springer Verlag）、ベルリン、２００１年）に開示される等）、撮像共焦点顕微鏡（例えば、Ｒ．アルティガス（R. Artigas）著、「撮像共焦点顕微鏡法（Imaging Confocal Microscopy）」、表面トポグラフィの光学測定（Optical Measurement of Surface Topography）、Ｒ．リーチ（R. Leach）編、第１１章、ｐ．２３７〜２８６（シュプリンガーベルリンハイデルベルク（Springer Berlin Heidelberg）、２０１１年）に開示される等）、構造化証明顕微鏡（例えば、Ｘ．Ｍ．コロンナ・デ・レガ（X. M. Colonna de Lega）著、「変調照明を使用した非接触表面特徴付け（Non-contact surface characterization using modulated illumination）」、米国特許、２０１４年に開示される等）、焦点検知（例えば、Ｆ．ヘルムリ（F. Helmli）著、「焦点変更機器（Focus Variation Instruments）」、表面トポグラフィの光学測定（Optical Measurement of Surface Topography）、Ｒ．リーチ（R. Leach）編、第７章、ｐ．１３１〜１６６（シュプリンガーベルリンハイデルベルク（Springer Berlin Heidelberg）、２０１１年）に開示される等）、又は波長調整フーリエ変換位相シフト干渉法（FTPSI : wavelenght tuned Fourier transform phase shifting interferometry）システム（例えば、Ｌ．Ｌ．デック（L. L. Deck）著、「フーリエ変換位相シフト干渉法（Fourier-Transform Phase-Shifting Interferometry）」、応用光学（Applied Optics）第４２巻（１３）、ｐ．２３５４〜２３６５、２００３年に開示される等）が挙げられる。

図３を参照すると、例として、レンズ２００の特徴付けに適する光学計測器具の一種はＣＳＩ顕微鏡３００である。このシステムでは、光源３０２が、中継光学系３０８及び３１０並びにビームスプリッタ３１２を介して、入力光３０４を干渉対物レンズ３０６に向ける。中継光学系３０８及び３１０は、（点線周辺光線３１６及び実線主光線３１７で示されるように）空間的に拡張された光源３０２からの入力光３０４をアパーチャストップ３１５及び干渉対物レンズ３０６の対応する瞳面３１４に到達させる。

図３の実施形態では、干渉対物レンズ３０６はミロー型（Mirau-type）のものであり、対物レンズ３１８、ビームスプリッタ３２０、及び参照面３２２を含む。ビームスプリッタ３２０は、入力光３０４を、ステージ３２６により支持されるレンズ２００に向けられるテスト光３２２と、参照面３２２から反射する参照光２２８とに分ける。対物レンズ３１８は、テスト光及び参照光をテスト面及び参照面にそれぞれ結像する。参照面３２２を支持する参照光学系３３０は、結像参照光のみを反射するようにコーティングされ、それにより、入力光の大部分は参照光学系を透過し、それからビームスプリッタ３２０により分割される。

テスト面及び参照面から反射された後、テスト光及び参照光はビームスプリッタ３２０により再結合されて、結合光３３２を形成し、結合光３３２はビームスプリッタ３１２及び中継レンズ３３６により伝搬されて、電子検出器３３４（例えば、多要素ＣＣＤ又はＣＭＯＳ検出器）に光学干渉パターンを形成する。検出器にわたる光学干渉パターンの強度プロファイルは、検出器の異なる要素により測定され、分析するのに、電子プロセッサ３０１（例えば、スタンドアロン又はネットワーク接続されたコンピュータ又はシステムの他の構成要素に統合されたプロセッサ）に記憶される。中継レンズ１３６は、対物レンズ３０６の焦点面の異なる点を検出器１３４上の対応する点に結像する。

中継光学系３０８と３１０との間に位置するフィールドストップ３３８が、テスト光１２２により照明されるテスト表面１２４の面積を定義する。レンズ２００及び参照面から反射された後、結合光３３２は、対物レンズの瞳面３１４に光源の二次像（secondary image）を形成する。

任意選択的に、偏光要素３４０、３４２、３４４、及び３４６は、テスト面及び参照面にそれぞれ向けられているテスト光及び参照光の偏光状態並びに検出器に向けられている結合光の偏光状態を定義する。実施形態に応じて、各偏光要素は、偏光器（例えば、線形偏光器）、位相差板（retardation plate）（例えば、二分の一波長板及び四分の一波長板）、又は入射ビームの偏光状態に影響する同様の光学系とすることができる。さらに、幾つかの実施形態では、偏光要素の１つ又は複数がなくてもよい。さらに、実施形態に応じて、ビームスプリッタ３１２は、偏光ビームスプリッタであってもよく、又は非偏光ビームスプリッタであってもよい。概して、偏光要素３４０、３４２、及び／又は３４６の存在により、テスト面３２４でのテスト光３２２の偏光状態は、瞳面３１４での光の方位角位置に依存している。

ここで記載される実施形態では、光源３０２は、広帯域の波長（例えば、２０ｎｍ超、５０ｎｍ超、又は好ましくは１００ｎｍ超の半値全幅を有する放射スペクトル）にわたる照明を提供する。例えば、ソース３０２は、白色発光ダイオード（ＬＥＤ）、ハロゲン球のフィラメント、キセノン（Ｘｅｎｏｎ）等のアーク灯とすることができ、光学材料での非線形効果を使用して、非常に広いソーススペクトル（＞２００ｎｍ）を生成するランプ又はいわゆるスーパーコンティニウムソースである。波長の広帯域は、限られたコヒーレンス長に対応する。遷移ステージ３５０が、テスト光と参照光との間の相対光路長を調整して、各検出器要素において光学干渉信号を生成する。例えば、図３の実施形態では、遷移ステージ３５０は、干渉対物レンズ３０６に結合されて、テスト面と干渉対物レンズとの間の距離を調整し、それにより、検出器でのテスト光と参照光との間の相対光路長を変更する圧電トランスデューサである。

再び図２Ａを参照すると、光学機器２０１は、図２Ａに示されるｚ軸に平行する観測方向に沿ってレンズ２００を見下ろす。図中、Ｓ１及びＳ２は、レンズ２００上の上部及び下部の名目上平坦平行な表面２１１及び２１２のそれぞれからの光反射を示す。計測データ取得中、システムは、グローバル座標系ｘ、ｙ、ｚでのこれらの表面の高さ情報を収集する。この座標系は光学機器２０１により確立される。理想的には、レンズ表面の回転軸は、名目上ｚ軸に平行するように位置合わせされる。

レンズ２００の上面２１１の計測情報は、空中の光の反射（図中、信号「Ｓ１」）から導出される。それぞれ、レンズ２００の下面２１２の計測情報は、図中、レンズ材料内の反射から導出される（信号「Ｓ２」）。

システム３００等のＣＳＩ顕微鏡系の特定例を考えると、特定の座標ｘ、ｙでの上面２１１と下面２１２との間の相対距離Ｔは、
Ｔ＝Ｔ’／ｎ_Ｇ （１）
により与えられ、式中、Ｔ’は、コヒーレンス情報を使用してＣＳＩ顕微鏡法又は波長調整ＦＴＰＳＩにより特定される見掛け又は実測の光学厚さであり、低ＮＡ（例えば、０．０６以下）でのｎ_Ｇは群速度屈折率である（高ＮＡ、例えば０．２以上では、傾斜効果により、値ｎ_Ｇは変化し得、それにより、効果的な群速度屈折率になる）。逆に、信号Ｓ２は、共焦点、構造化照明、又は焦点検知を使用する場合、より高いｚ位置から発せられるように見える。この場合の物理的な厚さは、
Ｔ＝ｎＴ’’ （２）
により与えられ、式中、Ｔ’’は、共焦点又は関連する焦点高感度機器により特定されるような見掛け又は実測の光学厚さであり、ｎは群速度屈折率である。

厚さマップＴ’（ｘ，ｙ）又はＴ’’（ｘ，ｙ）は、物理的な厚さＴ（ｘ，ｙ）の平均値及び均一性並びに屈折率ｎ_Ｇ（ｘ，ｙ）又はｎ（ｘ，ｙ）で例示されるようなレンズ２００の光学特性についての情報を提供する。幾つかの場合、これらの寸法特性及び光学特性の両方の複合均一性及び平均値が、レンズ２００の製造でのプロセス制御に十分である。

望ましい場合、接触形状測定（例えば、Ｐ．スコット（P. Scott）著、「接触スタイラス機器による非球面測定の近代進歩（Recent Developments in the Measurement of Aspheric Surfaces by Contact Stylus Instrumentation）」、ＳＰＩＥ議事録４９２７、ｐ．１９９〜２０７、２００２年に開示されるような）等による他の手段により得られる厚さマップＴ（ｘ，ｙ）又は光学屈折率ｎ（ｘ，ｙ）等の追加の情報が、光学計測機器２０１により実行される測定を補足し得、屈折率の影響評価を物理的厚さから切り離し、独立させることができる。

上記レンズ特徴付けは、表面２１１及び２１２のみについての高さ情報に頼るが、レンズ特徴付けは他の情報を利用することもできる。例えば、幾つかの実施態様では、専用参照固定具が含められて、追加の光学情報を提供する。図４Ａを参照すると、特定の実施形態では、レンズ２００は、埋め込み参照面４２０を有する固定具４００に搭載される。図４Ａでは、Ｓ１、Ｓ２、及びＳ３は、レンズ２００の関心（interest）のある上面及び下面（２１１及び２１２）からの反射光並びにｚ軸に沿って測定される距離Ｔ_ａｉｒだけレンズ下面２１２から隔てられた固定具参照の上面４２０からの反射光を示す。

固定具４００は、支持構造体４１０及び反射上面４２０を含む。レンズ２００は支持構造体４１０上に静止し、支持構造体４１０は、反射面４２０から距離Ｔ_ａｉｒのところにレンズを位置決めする。支持構造体４１０は、レンズ２００の両側の複数の支柱又は壁で構成し得るか、又は反射面４２０の外部４２１から内部４２２を隔てる単一の円筒形支持体であり得る。固定具４００は、特にレンズ２００に向けて配置されることができ、異なる形状のレンズが測定される場合、別の固定具で置換し得る。

図４Ｂ及び図４Ｃは、レンズ２００の平坦平行部２１０の全フィールドにわたり測定する光学機器２０１を用いる２つの連続した測定ステップを示す。これらのステップは、表面２１１、２１２、及び４２０の高さプロファイル測定を含む計測情報を提供して、図５のフローチャート５００に従ってレンズの幾何学的形状及び光学特性の特徴付けを完了する。見かけの高さ測定値ｚ_{１，・・・，４}は、図中の反射光Ｓ１、・・・、Ｓ４にそれぞれ対応する。

図４Ｂに示される第１のステップにおいて、３つの表面２１１、２１２、及び４２０の計測情報が収集され（ステップ５１０、５２０、５３０）、ここで、下面２１２及び補助参照面４２０は、レンズ材料を通して測定され、したがって、見掛けの高さに対応する。３つの表面の計測情報は、固定具上のレンズの位置を調整せずに収集される。

図４Ｃに示される第２のステップにおいて、レンズは固定具４００から外され（ステップ５４０）、補助参照面４２０が２回目として測定される（信号Ｓ４）（ステップ５５０）。

計測情報は組合わされて、レンズ要素の平行する上面と下面との間の厚さ及び屈折率の分布のマップを作成する。コヒーレンス走査干渉計及び互換性のある干渉機器では、見掛け高さ情報ｚ_{１，・・・，４}を取得した後、物理的厚さマップ及び光学的厚さマップはそれぞれ、

である。

次に、群速度屈折率のマップは、
ｎ_Ｇ（ｘ，ｙ）＝Ｔ’（ｘ，ｙ）／Ｔ（ｘ，ｙ） （５）
である。

計測システムが共焦点、構造化照明、又は焦点検知表面プロファイリングに頼る場合、式（４）及び（５）は、
Ｔ’’（ｘ，ｙ）＝ｚ_１（ｘ，ｙ）−ｚ_２（ｘ，ｙ） （６）
ｎ＝Ｔ／Ｔ’’ （７）
になる。

厚さマップは、レンズの平均厚並びにレンズの片面から他面までの測定厚さの変動に基づくレンズの両側間で可能な傾斜についての情報を提供する。屈折率マップは、レンズエリアにわたる可能な屈折率勾配についての情報を提供する。

任意選択的な追加ステップとして、レンズの材料の公称的な屈折分散特性を知った上で、群屈折率を位相屈折率に変換することが可能なことが多い。
ｎ＝Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ（ｎ_Ｇ） （８）
幾つかの場合、変換は、付加定数と同程度単純であり得る。例えば、付加定数は、

であり、ここで、ｎ（ｋ）は、波数の関数として表現される、材料の公称屈折率（製造業者により記載されるか、又は何らかの他の手段を通して測定される）であり、ｋ_０は、測定に使用されるスペクトル帯の重心波数（centroid wavenumber）である。ルックアップテーブル又は多項式関数等の他の変換も可能である。変換多項式は、テストサンプルの既知の屈折率の関数として、測定された群指数値（group index values）（機器を使用した）のデータ点をフィッティングすることにより行うことができる。

プロセスの正確性を改善するために、追加の測定を行うこともできる。例えば、図６Ａ、図６Ｂ、及び図７を参照すると、幾つかの実施形態では、光路がレンズ２００により妨げられない固定具参照面からの反射Ｓ５の追加の測定値ｚ_５（ｘ，ｙ）が、レンズ像と同時に捕捉される（フローチャート７００でのステップ７１０）。この追加の情報は、例えば、固定具を２つの測定ステップ間で動かし得る場合、光学機器に対する固定具の全体高さオフセットを提供する。この情報は、例えば、測定間での固定具位置の変化のオフセット又はオフセット、先端部、及び傾斜補償の組合せを提供することにより、ｚ_４（ｘ，ｙ）測定結果を補正することができる（ステップ７２０）。

幾つかの実施形態では、測定は、実質的に異なるスペクトル分布、例えば、４００ｎｍと４９０ｎｍとの間に中心を有する第１のスペクトル分布、４９０ｎｍと５９０ｎｍとの間に中心を有する第２のスペクトル分布、及び５９０ｎｍと７００ｎｍとの間に中心を有する第３のスペクトル分布でデータ収集が実行されるように、異なる構成の機器に対して繰り返される。各スペクトル分布は、レンズ材料の光学特性の独立した測定を提供する。次に、群速度屈折率（group-velocity index）又は位相速度屈折率の複数の測定値は組合わされて（combined）、波長（又は分散）に伴う材料光学特性変動の推定を導出し、これは、材料が許容差内であることの検証及び／又は製造プロセスの制御に使用することができる。機器が群屈折率を測定する場合（例えば、コヒーレンス走査干渉計）、分散の推定を更に使用して、例えば、重心波数との一次導関数の積を使用して、屈折率の推定を計算する。幾つかの実施形態では、機器が、走査データ取得から生じるデータを収集する間、複数のスペクトル分布が同時に存在する。複数のスペクトル帯は、例えば、色高感度デバイス（color sensitive device）（カラーフィルタを備えたＣＣＤ又はＣＭＯＳカメラ）を使用して検出器において分離される。代替的には、センサから返された光は、特定のスペクトル成分を複数のモノクロセンサに向けて反射又は伝送するダイクロイック光学要素（dichroic optical element）により空間的に分離される。２つのスペクトル帯のうちの小さい方が、材料の分散特性の推定に必要とされる。

上記測定は、偏光又は非偏光を使用して実行し得るが、偏光を使用してレンズ２００についての追加情報を拾い集めることが可能である。例えば、図８を参照すると、レンズ（又は他の部分的に透明なサンプル）製造に伴う問題を明らかにすることができる応力複屈折の影響を含め、レンズの偏光依存光学特性についての情報を特定し得る。大半の場合、応力及び関連する応力複屈折がないレンズが、製造プロセス制御の設計目標である。

サンプルでの応力複屈折の存在は、サンプルの平坦平行エリアへのその影響を観測することによりモニタリングし得る。ここで、フローチャート５００又はフローチャート７００において概説される測定プロセスは、少なくとも２回実行され、ここで、各完成データ取得サイクルは、計測システムにより使用される照明光の異なる偏光状態で実行される。光学測定機器の偏光状態は、従来の偏光器及び／又は位相差板を使用して操作し得る。

例えば、フローチャート８００に示されるように、第１の測定は、照明光がｘ方向に沿って線形偏光される状態で実行され、照明光をｙ方向に沿って線形偏光して繰り返される。幾つかの実施形態では、偏光方向は、レンズが射出成形レンズであり、射出される材料が金型キャビティに入るゲート（gate）に基準特徴（datum features）が対応し得る場合等、レンズ２００上の基準特徴に対して位置合わせされる。

次に、収集された複数の屈折率マップは組合わされて、レンズ材料に存在する複屈折の定量的測定を提供する。例えば、ステップ８７０において、複屈折の影響が測定値から計算される。ステップ８８０において、平均屈折率が測定値から計算される。複屈折は、例えば、フローチャート８００のステップ８７０に示されるように、レンズを通る光路の差として表現し得る。ここで、レンズを通る複屈折の累積影響は、
Ｂ（ｘ，ｙ）＝［ｎ_２（ｘ，ｙ）−ｎ_１（ｘ，ｙ）］Ｔ （９）
として計算され、一方、平均屈折率（ステップ８８０に示されるような）は、

である。

複屈折も同様に、材料内の伝搬の単位長さ当たりの光路差として表現することができる。位相速度屈折率ｎ_１，２は、２つの偏光向きに対応する。プロセス制御の場合、これらの屈折率は、例えば、ＣＳＩ顕微鏡測定から得られる群屈折率測定値により適宜表される。さらに、幾つかのプロセス制御状況では、図２Ａのより単純な構成を使用して光学厚さ変動の測定

で既に十分であり得る。

上記実施形態は、レンズの非アクティブ部（例えば、平坦平行部）を特徴付ける測定及び一般的にそれらの特徴付けからレンズについての情報を推測することを含むが、他の実施態様も可能である。例えば、レンズのアクティブ部を直接特徴付ける測定を実行することもできる。

図９及び図１０を参照すると、テスト中のサンプルレンズ９００は、曲面を有するアクティブ部９２０と、アクティブ部の周囲の名目上平らな幾つかの表面で構成される非アクティブ部９１０とを含む。図９はレンズ９００の側面図を示し、一方、図１０は上面図を示す。アクティブ部９２０は、凸上面９２１及び凸下面９２２に対応する。上面２２１は、名目上下面９２２の頂点９２４と同じ軸に沿って位置合わせされる頂点９２３を有する。

非アクティブ部９１０は、レンズ９００の各面で内側及び外側平面をオフセットする段差特徴を有する一連の平坦な環状表面で構成される。一般に、非アクティブ部９１０の表面は、例えば、最終組み立てでレンズの位置合わせ及び固定を助け、及び／又はレンズ特徴の相対的な位置合わせの測定に役立つためにサンプルに形成される特徴を含み得る。この場合、非アクティブ部９１０の上面は、平面９１２及び９１６を含む。段差９１４が、表面９１２と９１６とを隔てる。段差９１４は、縁部９１４ｏにおいて表面９１２と交わり、縁部９１４ｉにおいて表面９１６と交わる。表面９１６は、縁部９１８において凸上面９２１と交わる。

非アクティブ部９１０の下面は、平面９１１及び９１７を含む。段差９１５が表面９１１と９１７とを隔てる。段差９１５は、縁部９１５ｏにおいて表面９１１と交わり、縁部９１５ｉにおいて表面９１７と交わる。表面９１７は、縁部９１９において凹下面９２２と交わる。

光学計測機器２０１を使用して、頂点間厚さＴ_Ａｐｅｘと、頂点中心及び位置合わせ表面特徴を含む（がこれに限定されない）表面特徴位置の相対的なｘ、ｙ側方オフセット（共通軸ｚを参照）とを含む（がこれに限定されない）レンズ９００の寸法的特徴の幾つかを評価する。これらの評価は、上面プロファイルを測定して、３Ｄ頂点位置及び相対的３Ｄ位置並びに他の表面特徴のトポグラフィを特定することにより実行される。これらの測定は、レンズの全体寸法特性のインジケータとしての役割を果たす。

動作中、光学機器２０１は、機器２０１の光軸に対応する図９に示されるｚ軸に平行する観測方向に沿ってサンプルを見下ろす。計測データ取得中、システムは、グローバル座標系ｘ、ｙ、ｚでの関心のある表面の高さ情報及び強度情報を収集する。

頂点９２３の計測情報は、上面での関心のある他の特徴についての計測情報（図９での信号Ｓ_ＵＦ）と同様に、空中の光の反射（図９での信号Ｓ_ＵＡ）から導出される。それぞれ、下面での関心のある特徴についての計測情報は、レンズ材料内の光の反射（図９での信号Ｓ_ＬＦ）から導出される。

図３に示される等のＣＳＩ顕微鏡系の特定の例を考えると、信号Ｓ_ＵＡは一般に処理されて、高さ情報を生成し、次に、この情報を分析して、頂点９２３の３Ｄ位置Ｐ_ＵＡを特定することができる。信号Ｓ_ＵＦから導出される高さ情報は、Ｐ_ＵＡと組合わされて、関心のある上面特徴、表面９１２に相対するｚにおける頂点高さＨ_ＵＡを特定することができる。これと同じ高さ情報を使用して、上面縁部特徴、例えば、関心のある上面特徴９１２の名目上円形の縁部の位置を特定することもできる。代替又は追加として、信号Ｓ_ＵＦを処理して、強度情報を生成することができ、次に、強度情報を分析して、上面縁部特徴９１４の位置を特定することができる。

Ｓ_ＬＦは、下面縁部特徴９１５の位置を特定するために分析し得る非干渉強度信号である。図１２を参照すると、Ｓ_ＬＦは、図１２に示される最良結像の、そのｘ、ｙ位置において上面の焦点面に相対してＴ_ＢＦだけ変位されたｚ位置において、顕微鏡系を用いて測定し得る。厚さＴ_{ｆｅａｔｕｒｅ}及び屈折率ｎの場合、Ｔ_ＢＦは、
Ｔ_ＢＦ＝Ｔ_{ｆｅａｔｕｒｅ}／ｎ （１３）
として公称に近い入射角で計算することができる。

この計算では、厚さ及び屈折率は、公称値であると仮定するか、又は何らかの他の手段により、例えば、同じ機器若しくはキャリパーを使用して前に測定し得る。所与の用途で求められる精度に応じて、レンズ材料を通しての屈折により誘発される球面収差の影響を補償し、例えば、公式

を使用して、Ｔ_ＢＦの補正値を計算することが更に有利であり得、式中、ＮＡは、光学機器の開口数を指す。

上面頂点Ｃ_ＵＡの側方位置は、Ｐ_ＵＡのｘ、ｙ縦座標により与えられる。関心のある他の特徴の位置は、他の方法で、例えば、図１１においてＣ_ＵＦ及びＣ_ＬＦとして示される測定縁部位置の中心として定義することができる。これらの位置間の側方距離は、基準面として暗黙的に呼ばれ、幾つかの上面の平坦特徴に対応するｚ軸と平行する軸間のオフセットに対応する。例えば、特徴間側方距離ＸＹ_{Ｆｅａｔｕｒｅ}は、
ＸＹ_{Ｆｅａｔｕｒｅ}＝Ｃ_ＵＦ−Ｃ_ＬＦ （１４）
として計算することができる。

同様に、上面頂点−特徴側方距離ＸＹ_ＵＡＦは、
ＸＹ_ＵＡＦ＝Ｃ_ＵＡ−Ｃ_ＵＦ （１５）
として計算することができる。

幾つかの場合、ＸＹ_{Ｆｅａｔｕｒｅ}は、例えば、金型半体（mold halves）の側方位置合わせの手段として、レンズの製造におけるプロセス制御に十分である。同様に、相対頂点高さＨ_ＵＡと共にＸＹ_ＵＡＦは、例えば、これらが上面金型半体から予期される寸法からずれる場合、レンズ形成に伴う問題を識別するのに十分であり得る。

図１１に示されるＣ_ＵＡとＣ_ＬＡとの間の側方距離に対応する、図９に示される頂点厚さＴ_Ａｐｅｘ又は頂点間側方距離ＸＹ_Ａｐｅｘ等の上面頂点と下面頂点との間の寸法特性を明示的に測定することが望ましいことがある。幾つかの実施形態では、図１３を参照すると、これは、レンズ９００の上面が光学機器２０１に面した状態で行われる測定に対して方位角向きを追跡しながら、下面９１１、９１７、及び９２２が光学機器２０１に面するように向けられたレンズ９００をさらに測定することにより、達成することができる。最初の測定について説明した方法と同様の方法を使用して、この２番目の測定は、Ｈ_ＬＡ、Ｐ_ＬＡ、及びＣ_ＬＡとＣ_ＬＦとの間の側方距離に対応する下面頂点から特徴までの側方距離ＸＹ_ＬＡＦを提供する。

ＸＹ_ＬＡＦ＝Ｃ_ＬＡ−Ｃ_ＬＦ （１６）
なお、Ｈ_ＬＡは、図１３に示される特定の幾何学的形状では負である。

幾つかの場合、第２の測定は、ＸＹ_{Ｆｅａｔｕｒｅ}の独立した測定を提供することができる。
幾つかの実施形態では、最初は片面が機器に面した状態でレンズを測定し、次に他面が機器に面した状態でレンズを測定することからの計測情報は、図１４に示されるフローチャート１４００に従って組合わされて、頂点総厚及び所望の側方距離の測定を生成する。この実施態様では、ステップの順序は以下である。まず、レンズ９００が、上面が計測機器２０１に面した状態で位置決めされる（ステップ１４０５）。この構成である間、計測機器２０１が、少なくとも上面の頂点の領域における高さプロファイルを測定し、この上面頂点の位置を計算する（ステップ１４１０）。レンズ９００が同じ位置にある状態で、機器２０１は、縁部９１４ｏ等の関心のある上面特徴の高さプロファイル及び強度プロファイルを測定する（ステップ１４１５）。次に、ステップ１４２０において、システムは、（例えば、式（１５）を使用して）上面頂点高さＨ_ＵＡ及び上面頂点から特徴までの側方距離（upper surface apex-to-feature lateral distance）ＸＹ_ＵＡＦを計算する。

下面特徴を測定するために、計測機器２０１及びレンズ９００は、縁部９１５ｏ等の関心のある下面特徴が最良結像位置にあるように互いに対して移動する（ステップ１４２５）。この位置は、Ｔ_{ｆｅａｔｕｒｅ}及びｎの公称値又は測定値を使用して特定し得る。この位置において、機器は、下面特徴の強度プロファイルを測定する（ステップ１４３０）。強度プロファイルからの情報を使用して、システムは特徴間側方オフセットＸＹ_{Ｆｅａｔｕｒｅ}を計算する（ステップ１４３５において）。

次に、レンズ９００は裏返され、下面が機器２０１に面した状態で位置決めされる（ステップ１４４０）。この位置で、下面頂点９２４の領域において高さプロファイルが測定され、下面頂点位置Ｐ_ＬＡが計算される（ステップ１４４５）。次に、システムは、ステップ１４５０において、下面にある１つ又は複数の特徴（例えば、縁部９１５）の高さプロファイル及び強度プロファイルを測定する。この測定値を用いて、システムは、下面頂点高さＨ_ＬＡ及び下面頂点から特徴までの側方距離ＸＹ_ＬＡＦを計算する（ステップ１４５５）。

ステップ１４６０において、頂点厚さＴ_Ａｐｅｘは、
Ｔ_Ａｐｅｘ＝Ｈ_ＵＡ＋Ｔ_{ｆｅａｔｕｒｅ}＋Ｈ_ＬＡ （１７）
として計算することができる。

最後に、ステップ１４６５において、頂点間側方距離ＸＹ_Ａｐｅｘは、Ｃ_ＵＡとＣ_ＬＡとの間の側方距離に対応し、以下に従って計算することができ、式中、上付き文字は、パラメータが上面測定から得られたか、それとも下面測定から得られたかを示す。

ＸＹ_Ａｐｅｘ＝ＸＹ_ＵＡＦ ^{ｕｐｐｅｒ}＋（ＸＹ_{Ｆｅａｔｕｒｅ}）^{ｕｐｐｅｒ}−ＸＹ_ＬＡＦ ^{ｌｏｗｅｒ} （１８）
下面測定が、特徴間側方距離ＸＹ_{Ｆｅａｔｕｒｅ}の独立した測定を提供する場合、以下の式を任意選択的に使用して、統計学的変動を潜在的に低減することができる。

ＸＹ_{Ｆｅａｔｕｒｅ}＝０．５［ＸＹ_{Ｆｅａｔｕｒｅ} ^{ｕｐｐｅｒ}＋ＸＹ_{Ｆｅａｔｕｒｅ} ^{ｌｏｗｅｒ}］ （１９）
ＸＹ_Ａｐｅｘ＝ＸＹ_ＵＡＦ ^{ｕｐｐｅｒ}＋ＸＹ_{Ｆｅａｔｕｒｅ}−ＸＹ_ＬＡＦ ^{ｌｏｗｅｒ} （２０）
幾つかの実施形態では、図４Ａ〜図４Ｃに関して上述したように、装置は、名目上平坦な反射面を含み、サンプルを通って伝搬した光を反射し、再びサンプルを通して計測機器に向かって伝搬するようにサンプル下に配置される部分特徴を含み得る。そのような実施態様は、光学機器２０１を使用して取得される強度画像のコントラストを改善し得る。

特定の実施形態では、関心のある特徴を含むエリアでのｘ、ｙ空間的変動に関する情報を利用して、寸法特徴をより正確に特定し得る。例えば、この情報は、屈折率ｎ（ｘ，ｙ）、厚さＴ（ｘ，ｙ）、及び表面トポグラフィＳ_ＵＡ（ｘ，ｙ）のマップを含むことができる。

図１５Ａ及び図１５Ｂを参照すると、テスト中のレンズの平面エリアは、平行であるように見えるが、実際には、この理想からのずれがあり得る。例えば、関心のある上面特徴及び下面特徴を通しての最良適合平面は、平行から逸脱し得る。これは、例えば、部分傾斜が上面及び下面のそれぞれの非平行特徴に対して調整される場合、第２の測定（下面が機器に面する）に対する第１の測定（上面が機器に面する）の非平行部分傾斜を生み出し得る。これらの相対的な部分傾斜は、くさび角度（wedge angle）Ｗを形成し、くさび角度Ｗは、厚さマップＴ（ｘ，ｙ）から導出し、寸法特徴の計算に組み込むことができる。例えば、頂点厚さＴ_Ａｐｅｘは、
Ｔ_Ａｐｅｘ＝ｆ_{ＡｐｅｘＺ}（Ｈ_ＵＡ，Ｔ_{ｆｅａｔｕｒｅ}，Ｈ_ＬＡ，Ｗ） （２１）
として表すことができる。

側方距離ＸＹ_{Ｆｅａｔｕｒｅ}及びＸＹ_Ａｐｅｘは、
ＸＹ_{Ｆｅａｔｕｒｅ}＝ｆ_{ＦｅａｔｕｒｅＸＹ}（Ｃ_ＵＦ，Ｃ_ＬＦ，Ｗ） （２２）
ＸＹ_Ａｐｅｘ＝ｆ_{ＡｐｅｘＸＹ}（ＸＹ_ＵＡＦ，ＸＹ_{Ｆｅａｔｕｒｅ}，ＸＹ_ＬＡＦ，Ｗ） （２３）
として表すことができる。

図９は、面積表面トポグラフィ機器の光軸に垂直であるように見える上面界面を通して測定された下面縁部を示すが、ここでも実際には、この理想からのずれがあり得る。さらに、このずれは、（ｘ，ｙ）依存性を有することができ、例えば、表面トポグラフィマップＳ_ＵＡ（ｘ，ｙ）内の局所傾斜の変動として現れる。図１５Ａは、垂直からα_ｔｉｌｔだけ傾斜した表面に最初に直面した光線により測定される屈折率ｎを有する材料の厚さＴを通して測定される特定の側方位置での関心のある位置を示す。

屈折影響に起因して、
ΔＬ＝Ｔｓｉｎ（α_ｒｅｆｒ） （２４）
により大まかに与えられる関心のある位置の見掛け側方位置と実際の側方位置との間の側方シフトΔＦがあり、ここで、ｓｉｎ（α_ｒｅｆｒ）及びｓｉｎ（α_ｔｉｌｔ）は、スネルの法則を介して関連する。

ｓｉｎ（α_ｒｅｆｒ）＝ｓｉｎ（α_ｔｉｌｔ）／ｎ （２５）
したがって、ΔＬは、
ΔＬ＝Ｔｓｉｎ（α_ｔｉｌｔ）／ｎ （２６）
により与えられる。

図１５Ａにおいて、厚さＴは、サンプルが同じ向きの状態で特定の厚さ測定方法で予期されるように、光線の方向に沿って測定されるものとして示される。幾つかの実施形態では、Ｔは、光軸に沿った厚さに対応し得る。概して、直面するようにα_ｔｉｌｔの値が小さい場合、この潜在的な差のΔＬに対する影響は極わずかである。

局所傾斜α_ｔｉｌｔは、ＸＹ平面において幾らかの方位角向きθ_ｔｉｌｔを有する。図１５Ｂに示されるように、側方シフトΔＬは同じ方位角向きを有する。次に、関心のある位置の見掛け位置のｘ及びｙ座標への補正はそれぞれ、
Δｘ＝ΔＬ・ｃｏｓ（θ_ｔｉｌｔ） （２７）
Δｙ＝ΔＬ・ｓｉｎ（θ_ｔｉｌｔ） （２８）
である。

一般に、屈折率ｎ、厚さＴ、傾斜α_ｔｉｌｔ、及び方位角向きθ_ｔｉｌｔは、側方位置（ｘ，ｙ）に依存するため、ΔＬも一般に（ｘ，ｙ）の関数である。屈折補正を各測定縁部点に対して適用することができ、それに続き、補正縁部点の集まりを所望に応じて分析して、関心のある特徴の補正位置を生成し得る。

図１６を参照して、レンズの傾斜角を説明する例示的な実施態様をフローチャート１６００で示す。ここで、レンズはまず、上面が計測機器に面する状態で位置決めされ（ステップ１６０５）、機器を使用して、上面頂点領域の高さプロファイルを測定し、この測定から、上面頂点位置Ｐ_ＵＡを計算する（ステップ１６１０）。次に、システムは、上面９１５又は上面の縁部等の関心のある上面特徴の高さプロファイル及び強度プロファイルを測定する（ステップ１６１５）。この測定から、システムは上面特徴中心Ｃ_ＵＦを計算する。次に、ステップ１６２０において、システムは、上面頂点高さＨ_ＵＡ及び上面頂点から特徴までの側方距離ＸＹ_ＵＡＦを計算する。次の測定では、Ｔ_{ｆｅａｔｕｒｅ}及びｎの公称値又は測定値を使用して、システムは、関心のある下面特徴（例えば、平面又は縁部）が最良結像位置にあるように、レンズを光学機器に相対して移動させる（ステップ１６２５）。この位置において、システムは、下面特徴の強度プロファイルを測定し、下面上の見掛け縁部位置を測定する（ステップ１６３０）。これらの測定値は、屈折率ｎ、傾斜α_ｔｉｌｔ、及び厚さＴの局所値を使用して、各縁部位置で側方シフトΔＬについてシステムにより補正される（ステップ１６３５）。補正された縁部位置を使用して、システムは、下面特徴の中心位置Ｃ_ＬＦを計算する（ステップ１６４０）。上面特徴及び下面特徴の位置（Ｃ_ＵＦ及びＣ_ＬＦ）並びにくさび角度Ｗを有して、システムは、特徴間側方オフセットＸＹ_{Ｆｅａｔｕｒｅ}を計算する（ステップ１６４５）。ここで、くさび角度は、レンズの厚さマップの傾斜に対応する。

次に、ステップ１６５０において、レンズは、下面が光学機器に面するように裏返され（ステップ１６５０）、下面頂点領域の高さプロファイルが取得される（ステップ１６５５）。システムは、この高さプロファイルから下面頂点位置Ｐ_ＬＡを計算する。次に、システムは、関心のある下面特徴の高さプロファイル及び強度プロファイルを測定する（ステップ１６６０）。次に、下面頂点高さＨ_ＬＡ及び下面頂点から特徴までの側方距離ＸＹ_ＬＡＦが、ステップ１６５５及び１６６０から取得される情報から計算される（ステップ１６６５）。Ｈ_ＵＡ及びＴ_{ｆｅａｔｕｒｅ}の値と共にＨ_ＬＡのこの値を使用して、システムは頂点厚さＴ_Ａｐｅｘを計算する（ステップ１６７０）。ＸＹ_ＵＡＦ、ＸＹ_ＬＡＦ、ＸＹ_{Ｆｅａｔｕｒｅ}、及びＷを使用して、システムは、頂点間側方オフセットＸＹ_Ａｐｅｘの値も計算する（ステップ１６７５）。

幾つかの実施形態では、サンプルは、光学機器に対して２つ以上の方位角向きで測定される。異なる方位角向きでレンズの寸法特性の独立した測定を得ることにより、システムは、これらの独立した測定値を結合して、最終的に報告される寸法特性の系統的誤差を低減することができる。

系統的誤差の原因例としては、光軸と走査軸との位置合わせずれ、照明の側方又は軸方向位置合わせずれ、及びサンプル傾斜でのバイアスが挙げられる。
幾つかの場合、系統的誤差は、サンプルの向きから独立した成分を有する。例えば、２つの特定の特徴間の報告された側方距離は、機器座標のいくらかのオフセット（Δｘ_ｂｉａｓ、Δｙ_ｂｉａｓ）によりバイアスされ得る。このバイアスは、測定中の特定のサンプル特徴に依存し得る。そのような場合、測定される側方距離での系統的誤差は、サンプルが機器に対する方位角向きθ_０にある状態での測定と、サンプルが機器に対して方位角向きθ_１８０にある状態での測定とを結合することにより低減することができ、ここで、θ_１８０は、θ_０に対して１８０°オフセットされるべきである。図１７Ａ及び図１７Ｂに示されるように、これは、サンプル座標（ｘ_{ｓａｍｐｌｅ}，ｙ_{ｓａｍｐｌｅ}）と機器座標（ｘ_{ｉｎｓｔｒ}，ｙ_{ｉｎｓｔｒ}）との間の１８０°の相対方位角回転に対応する。この相対方位角向きは、サンプル固定を介して、又はそれ自体の部品上の別個の特徴に位置合わせすることにより達成することができる。例えば、サンプル支持体は、所望量だけ光学機器の光軸の回りを手動又は自動的に回転することができる回転ステージ及び目盛りを含み得る。

図１８を参照して、サンプル回転を利用する例示的な方法をフローチャート１８００で示す。このプロセスは、レンズが機器に対して以下の４つの別個の向きにある状態で実行される測定シーケンスを結合する。

・上面が方位角向きθ_０において機器に面する。
・上面が方位角向きθ_１８０において機器に面する。
・下面が方位角向きθ_０において機器に面する。

・下面が方位角向きθ_１８０において機器に面する。
特定のステップは以下である。まず、レンズは、上面が光学機器を向き、方位角向きθ_０である状態で位置決めされる（ステップ１８０５）。この向きにおいて、システムは、一連の高さプロファイル測定及び強度プロファイル測定を実行し、

の値を計算する（ステップ１８１０）。

次の測定シーケンスでは、レンズは、上面が光学機器に面し、方位角向きθ_１８０である状態で位置決めされる（ステップ１８１５）。この向きにおいて、システムは、一連の高さプロファイル測定及び強度プロファイル測定を実行し、

の値を計算する（ステップ１８２０）。

続く測定シーケンスでは、レンズは、下面が光学機器に面し、方位角向きθ_０である状態で位置決めされる（ステップ１８２５）。この向きにおいて、システムは、一連の高さプロファイル測定及び強度プロファイル測定を実行し、

の値を計算する（ステップ１８３０）。

最後の測定シーケンスでは、レンズは、下面が光学機器に面し、方位角向きθ_１８０である状態で位置決めされる（ステップ１８３５）。この向きにおいて、システムは、一連の高さプロファイル測定及び強度プロファイル測定を実行し、

の値を計算する（ステップ１８４０）。測定がこれらの相対位置で行われる順序は重要ではなく、何が最も好都合かにより左右され得る。

次に、計算された値を使用して、各向きでの成分頂点間側方距離

を計算する（ステップ１８４５）。最後に、これらの成分値を使用して、システムは、頂点間側方距離

を計算し（ステップ１８５０）、最終的な頂点から特徴までの側方距離

を計算する（ステップ１８５５）。

最終的に報告される側方距離ＸＹ^{ｆｉｎａｌ}が、θ_０及びθ_１８０においてそれぞれ測定される対応する側方距離ＸＹ^０及びＸＹ^１８０を結合することにより計算される。
ＸＹ^{ｆｉｎａｌ}＝ｆ_{Ｃｏｍｂｉｎｅ}（ＸＹ^０，ＸＹ^１８０） （２９）
上記式は、特徴間側方距離ＸＹ_{Ｆｅａｔｕｒｅ}、頂点から特徴までの側方距離ＸＹ_ＵＡＦ及びＸＹ_ＬＡＦ、並びに頂点間側方距離ＸＹ_Ａｐｅｘ等の上述した側方距離を含め、関心のある側方距離に適用することができる。側方距離の成分測定が全て、サンプルの基準系内にある場合、すなわち、サンプル座標（ｘ_{ｓａｍｐｌｅ}，ｙ_{ｓａｍｐｌｅ}）に相対する場合、幾つかの場合、結合関数は、成分測定の算術平均くらい単純であり得る。代替又は追加として、幾つかの演算は、器具基準系結果をサンプル基準系に単一ステップでマッピングし得る。可能な他の演算は、前に特定される残留器具バイアスを考慮することができる。

上述したように、別の潜在的な測定誤差原因は、サンプルの材料複屈折である。幾つかの場合、測定誤差は、例えば、偏光器及び／又は位相差板を使用して、様々な偏光状態で機器を用いて得られる測定を結合することにより、低減することができる。これは、機器に対するサンプルの相対方位角向きの変更と更に組み合わせることができる。

上述した装置及び方法では、特に、湾曲したアクティブ表面エリア並びにサンプルの寸法特性及び光学特性を特定するための代理として機能する平坦平行エリアを含むレンズを含め、製造過程の透明なサンプルを評価することができる。透明サンプルは、例えば、デジタルカメラのマルチレンズ・レンズ組立体の部分である成形レンズ等のレンズを含む。そのようなレンズ組立体は、例の中でも特にセル電話、スマートフォン、及びタブレットコンピュータ等のモバイルデバイスのカメラに広く使用されている。

幾つかの実施形態では、上記方法は、レンズの金型の測定に適用し得る。例えば、図１９を参照すると、テスト中のサンプルは、レンズ金型１９００の半体であり得る。この金型は、金型を使用して形成されるレンズのアクティブエリアに対応する曲面１９２１を含む。曲面１９２１は頂点１９２３を有する。金型は、第１の内側平面１９１６及び第２の外側平面１９１２で構成される平坦部も含む。平面は段差１９１４により隔てられる。段差１９１４の外縁部１９１４ｏは、金型１９００を特徴付ける測定において関心のある特徴として使用し得る。外側平面１９１２及び頂点１９２３は、機器２０１のｚ軸に沿って測定される高さＨ_Ａだけオフセットされる。金型１９００は、例えば、表面１９２１（光Ｓ_Ａを介して）及び外側平面１９１２（Ｓ_Ｆ）から高さプロフィル及び強度プロファイルを取得することにより特徴付け得る。例えば、頂点位置及び関心のある特徴の縁部に対する頂点の側方オフセットについての情報は、レンズ９００について上述したように特定し得る。

図２０Ａ及び図２０Ｂのフローチャートは、説明した技法の可能な用途を示す。図１９のフローチャート２０００は、上述したような厚さ及び複屈折の測定（ステップ２０１０）を使用するレンズ特徴付け技法を示す。ステップ２０２０において、これらの測定に基づいて、システムは、厚さ、平行性、平均屈折率、屈折率勾配、及び複屈折の値を報告する。これらの値は次に、これらのパラメータの所定の仕様と比較される（ステップ２０３０）。

仕様外のレンズの場合、レンズは拒絶され（ステップ２０４０）、システムは、対応する金型部位をプロセス制御ターゲット外のものとして報告する（ステップ２０５０）。仕様を満たすレンズの場合、レンズは厚さビン（thickness bin）にソートされ（ステップ２０６０）、対応する金型部位は、プロセス制御ターゲット内であるものとして報告される（ステップ２０７０）。

図２０Ｂのフローチャート２００１は、頂点から特徴までの高さ、頂点厚さ、頂点間側方距離、及び特徴間側方距離の測定を使用するレンズ特徴付け技法を示す。ここでは、最初のステップ２０１１において、レンズの様々な特徴の位置が、上述したように測定される高さデータ及び強度データから導出される。ステップ２０２１において、これらの測定値に基づいて、システムは、頂点から特徴までの高さ、頂点厚さ、頂点間側方距離、及び特徴間側方距離の値を報告する。これらの値は次に、これらのパラメータの所定の仕様と比較される（ステップ２０３１）。

仕様外のレンズの場合、レンズは拒絶され（ステップ２０４１）、システムは、対応する金型部位をプロセス制御ターゲット外のものとして報告する（ステップ２０５１）。仕様を満たすレンズの場合、レンズは厚さビンにソートされ（ステップ２０６１）、対応する金型部位は、プロセス制御ターゲット内であるものとして報告される（ステップ２０７１）。

測定技法は、レンズの製作に使用される成形プロセスの特徴付けに使用することもできる。成形プロセスを特徴付ける実施態様は、図２１Ａ及び図２１Ｂのフローチャートに示される。

図２１Ａのフローチャート２１００に示されるプロセスでは、最初のステップ２１１０は、レンズの非アクティブ部の厚さ及び複屈折を測定することである。これらの測定に基づいて、システムは、レンズの厚さ、平行性、平均屈折率、屈折率勾配、及び複屈折を分析する（ステップ２１２０）。この分析に基づいて、金型の２つの半体の相対位置は、厚さ仕様及び平行性仕様を満たすように調整される（ステップ２１３０）。成形プロセスパラメータ（例えば、温度及び温度ランプ率、レンズ材料組成、射出圧）は、屈折率仕様を満たすように調整される（ステップ２１４０）。

図２１Ｂのフローチャート２１０１に示されるプロセスでは、最初のステップ２１５０は、頂点及び特徴のレンズ表面の高さプロファイル及び側方位置を測定することである。これらの測定に基づいて、システムは、頂点から特徴までの高さ、頂点厚さ、頂点間側方距離、及び特徴間側方距離を特定し報告する（ステップ２１６０）。この分析に基づいて、金型の２つの半体の相対位置は、厚さ仕様及び側方センタリング仕様を満たすように調整される（ステップ２１３０）。成形プロセスパラメータ（例えば、温度及び温度ランプ率、レンズ材料組成）は、頂点から特徴までの仕様（apex-to-feature specification）を満たすように調整される（ステップ２１４０）。

上記フローチャートは、頂点及び特徴測定よりも、複屈折及び厚さ測定について別個のプロセスを示すが、幾つかの実施形態では、これらの測定セットの両方を組み合わせて、例えば、レンズ特徴付け及び／又はレンズ成形を改善し得る。

特定の実施態様について説明したが、他の実施態様も可能である。例えば、レンズ２００及びレンズ９００は両方ともメニスカスレンズであるが、より一般には、例えば、凸−凸レンズ、凹−凹レンズ、平凸レンズ、及び平凹レンズを含め、開示された技法を使用して他のタイプのレンズを特徴付け得る。レンズ表面は非球面であり得る。幾つかの実施形態では、レンズ表面は、表面の凹性が変化する変曲点を含み得る。そのような表面の例は、図１の表面１３２である。

さらに、上で示されたものに加えて、様々な位置合わせ特徴を使用し得る。例えば、レンズ２００及び９００の平面は環状面であるが、他の幾何学的形状も可能である。表面の隆起部、窪み、又は単純に表面上の印等の別個の特徴が、上述した測定での特徴として使用可能である。

本明細書は一般に、光学構成要素の計測を中心としているが、関連する用途分野は、射出成形レンズの製造に使用される金型の計測である。この場合、金型は、レンズにも見られる全ての特徴、すなわち、アクティブ光学表面及び１つ又は複数の位置、センタリング、及び位置合わせ基準を示す。レンズの片面について説明された計測ステップはこれで、容易に適用可能である。例えば、機器を使用して、機械的基準に対する光学表面の頂点のセンタリング及び高さを測定する。他の計測ステップは、外側基準と急勾配円錐形センタリング基準の角度との間の段差の特徴付けを含む。

テスト中の部品が光学機器の視野よりも大きい場合等の特定の実施形態では、部品の異なる領域の測定を一緒にステッチングして（stitched）、部品全体の測定を提供し得る。測定をステッチングする例示的な技法は、Ｊ．ロス（J. Roth）及びＰ．デ・グルート（P. de Groot）著、「凸凹表面の高視野走査白色光干渉法（Wide-field scanning white light interferometry of rough surfaces）」、表面計測進歩に関するＡＳＰＥ春期会議議事録（Proc. ASPE Spring Topical Meeting on Advances in Surface Metrology）、ｐ．５７〜６０、１９９７年に開示されている。

幾つかの実施態様では、追加の補正を適用して、測定精度を改善し得る。例えば、表面の反射特性に対する位相変化補正を適用し得る。例えば、Ｐ．デ・グルート（P. de Groot）、Ｊ．ベイゲン（J. Biegen）、Ｊ．クラーク（J. Clark）、Ｘ．コロンナ・デ・レガ（X. Colonna de Lega）、及びＤ．グリッグ（D. Grigg）著、「産業部品の幾何学的寸法測定の光学干渉法（Optical Interferometry for Measurement of the Geometric Dimensions of Industrial Parts）」、応用光学（Applied Optics）第４１巻（１９）、ｐ．３８５３〜３８６０、２００２年において参照。

特定の実施態様では、部品は、２つ以上の視野角から、又は両側から測定し得る。例えば、Ｐ．デ・グルート（P. de Groot）、Ｊ．ベイゲン（J. Biegen）、Ｊ．クラーク（J. Clark）、Ｘ．コロンナ・デ・レガ（X. Colonna de Lega）、及びＤ．グリッグ（D. Grigg）著、「産業部品の幾何学的寸法測定の光学干渉法（Optical Interferometry for Measurement of the Geometric Dimensions of Industrial Parts）」、応用光学（Applied Optics）第４１巻（１９）、ｐ．３８５３〜３８６０、２００２年参照。

測定の結果は、例えば、Ｐ．スコット（P. Scott）著、「接触スタイラス機器による非球面測定の近代進歩（Recent Developments in the Measurement of Aspheric Surfaces by Contact Stylus Instrumentation）」、４９２７、ｐ．１９９〜２０７、２００２年において開示される等の、例えば非球面形態のスタイラス測定を含め、他の測定値と結合し得る。

様々なデータ処理方法が適用可能である。例えば、コヒーレンス走査干渉計を使用して複数の表面を測定するように構成された方法を使用し得る。例えば、Ｐ．デ・グルート（P. de Groot）及びＸ．コロンナ・デ・レガ（X. Colonna de Lega）著、「干渉顕微鏡法による透明膜のプロファイリング及び分析（Transparent film profiling and analysis by interference microscopy）」、ＳＰＩＥ議事録７０６４、７０６４０１−１、７０６４０１−６、２００８年参照。

上述した測定及び分析に関連付けられた計算は、本明細書に記載される方法及び図に従い、標準のプログラミング技法を使用してコンピュータプログラムで実施することができる。プログラムコードを入力データに適用して、本明細書に記載の機能を実行し、出力情報を生成する。出力情報は、ディスプレイモニタ等の１つ又は複数の出力デバイスに適用し得る。各プログラムは、高水準手続き型又はオブジェクト指向プログラミング言語で実施されて、コンピュータシステムと通信し得る。しかし、プログラムは、所望であれば、アセンブリ言語又は機械語で実施することができる。いずれの場合でも、言語はコンパイル型又はインタプリタ型言語とすることができる。さらに、プログラムは、その目的に向けて予めプログラムされた専用集積回路で実行することができる。

そのような各コンピュータプログラムは、好ましくは、汎用又は専用プログラマブルコンピュータにより読み取り可動な記憶媒体又は記憶装置（例えば、ＲＯＭ、光ディスク、又は磁気ディスク）に記憶され、記憶媒体又は記憶装置がコンピュータにより読み取られると、本明細書に記載の手順を実行するようにコンピュータを構成し動作させる。コンピュータプログラムは、プログラム実行中、キャッシュ又はメインメモリに存在することもできる。少なくとも部分的に、コンピュータプログラムが構成されたコンピュータ可読記憶媒体として、較正方法を実施することもでき、記憶媒体は、コンピュータに、特定の予め定義された様式でコンピュータを動作させ、本明細書に記載の機能を実行させるように構成される。

他の実施形態も以下の特許請求の範囲内にある。

Claims (33)

1. レンズ部及び平坦平行部を含む透明光学要素を評価する方法であって、前記レンズ部は、少なくとも１つの曲面を含み、前記平坦平行部は、対向する第１の表面及び第２の表面を含む、前記方法において、
   光軸を有する対物レンズを備えた光学機器に対して前記透明光学要素を位置決めすることであって、前記透明光学要素の第１の面は、前記対物レンズに面している、前記透明光学要素を位置決めすること、
   前記対物レンズと透明光学要素との相対位置を光軸に沿って走査しながら、測定光を前記対物レンズを介して前記透明光学要素に向けること、
   前記第１の面が前記対物レンズに面している間に前記平坦平行部の第１の表面の少なくとも１つの位置から反射された測定光を検出すること、
   前記第１の面が前記対物レンズに面している間に前記第１の表面の少なくとも１つの位置に対応する位置において前記平坦平行部の第２の表面から反射される測定光を検出すること、
   前記平坦平行部についての情報を決定することであって、前記平坦平行部の第１の表面から反射された検出した測定光に基づいて、前記平坦平行部の第１の表面の高さプロファイルを決定すること、および前記平坦平行部の第２の表面から反射された検出した測定光に基づいて、前記平坦平行部の第２の表面の高さプロファイルを決定すること、を含む前記平坦平行部についての情報を決定すること、
   前記平坦平行部についての情報に基づいて、前記透明光学要素が仕様要件を満たしているか否かを判断することによって前記透明光学要素を評価すること、を備える方法。
2. 前記平坦平行部の第１の表面及び前記第２の表面の表面測定は、コヒーレンス走査干渉法を使用して実行される、請求項１に記載の方法。
3. 前記平坦平行部の第１の表面及び前記第２の表面の表面測定は、共焦点顕微鏡法を使用して実行される、請求項１に記載の方法。
4. 前記平坦平行部についての情報は、
   前記平坦平行部の物理的な厚さプロファイル又は光学厚さプロファイルを含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記平坦平行部についての情報は、
   前記透明光学要素を形成する材料の屈折率についての情報を含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記屈折率についての情報は、前記材料の群屈折率を含む、請求項５に記載の方法。
7. 前記屈折率についての情報は、前記材料の位相指数を含む、請求項５に記載の方法。
8. 前記屈折率についての情報は、
   前記平坦平行部の異なる位置間の屈折率の変動についての情報を含む、請求項５に記載の方法。
9. 前記屈折率についての情報は、
   前記透明光学要素を形成する材料の複屈折についての情報を含む、請求項５に記載の方法。
10. 前記透明光学要素を支持する固定具上の参照特徴から反射される測定光を検出すること、
    前記参照特徴からの検出光に基づいて、前記参照特徴についての情報を特定すること、を更に備える請求項１に記載の方法。
11. 前記参照特徴から反射される測定光は、前記平坦平行部の第１の表面の少なくとも１つの位置に対応する位置から反射される、請求項１０に記載の方法。
12. 前記測定光は、前記参照特徴から反射される前及び後、前記透明光学要素により伝送される、請求項１１に記載の方法。
13. 前記透明光学要素は、前記参照特徴から反射される測定光の経路上にない、請求項１１に記載の方法。
14. 前記平坦平行部の第１の表面の前記少なくとも１つの位置に対応する位置とは異なる第２の位置において、前記固定具から反射される測定光を検出することを更に備える請求項１１に記載の方法。
15. 前記測定光は、第１の偏光について検出され、その後、前記第１の偏光とは異なる第２の偏光について検出される、請求項１に記載の方法。
16. 前記透明光学要素を評価することは、
    前記平坦平行部についての情報に基づいて、前記レンズ部の寸法又は光学特性についての情報を推測することを含む、請求項１に記載の方法。
17. 前記平坦平行部は、前記透明光学要素の傾斜制御インターロックである、請求項１に記載の方法。
18. 前記レンズ部の少なくとも１つの曲面は、非球面である、請求項１に記載の方法。
19. 前記レンズ部は、第１の曲面に対向する第２の曲面を含む、請求項１に記載の方法。
20. 前記レンズ部についての情報は、前記レンズ部を形成する材料の複屈折についての情報を含む、請求項１に記載の方法。
21. 前記レンズ部についての情報は、前記レンズ部を形成する材料の屈折率の変動についての情報を含む、請求項１に記載の方法。
22. 前記平坦平行部は、前記レンズ部の周縁に配置される、請求項１に記載の方法。
23. 光学組立体を形成する方法であって、
    請求項１に記載の方法を使用して、透明光学要素についての情報を決定することであって、前記透明光学要素はレンズである、前記決定すること、
    前記レンズをバレル内の１つ又は複数の他のレンズに対して固定して、前記光学組立体を形成すること、を備える方法。
24. 前記光学組立体をセンサに対して固定して、デジタルカメラのモジュールを提供することを更に備える請求項２３に記載の方法。
25. レンズ部及び平坦平行部を備える透明光学要素についての情報を決定するシステムであって、前記レンズ部は、少なくとも１つの曲面を含み、前記平坦平行部は、対向する第１の表面及び第２の表面を含む、前記システムにおいて、
    前記透明光学要素を支持するための固定具と、
    光源、検出器、及び光軸を有する対物レンズを含む複数の光学要素を備える光学機器であって、前記第１の表面が前記対物レンズに面している状態で前記透明光学要素が前記固定具により支持される場合、前記複数の光学要素は、光を前記光源から前記透明光学要素に向け、前記透明光学要素から反射される光を前記検出器に向けるように配置される、前記光学機器と、
    前記検出器と通信する電子コントローラと、を備え、
    前記電子コントローラは、
    前記システムに、前記第１の表面が前記対物レンズに面している状態で前記光軸に沿って前記対物レンズと前記透明光学要素との相対位置を走査させ、
    前記検出器に、前記走査において前記第１の表面および第２の表面から反射された光を検出させ、
    前記平坦平行部の第１の表面及び第２の表面の対応する位置から検出される光に基づいて、前記平坦平行部についての情報を決定するようにプログラムされ、
    前記電子コントローラは、
    前記平坦平行部の第１の表面から反射された検出した測定光に基づいて、前記平坦平行部の第１の表面の高さプロファイルを決定すること、および前記平坦平行部の第２の表面から反射された検出した測定光に基づいて、前記平坦平行部の第２の表面の高さプロファイルを決定することによって、前記平坦平行部についての情報を決定するようにプログラムされる、システム。
26. 前記光学機器は、光学面積表面トポグラフィ機器である、請求項２５に記載のシステム。
27. 前記光学面積表面トポグラフィ機器は、コヒーレンス走査干渉計である、請求項２６に記載のシステム。
28. 前記光学面積表面トポグラフィ機器は、共焦点顕微鏡である、請求項２６に記載のシステム。
29. 前記固定具は、前記光学機器からの前記光の経路に配置される参照特徴を含む、請求項２５に記載のシステム。
30. 前記参照特徴は、平面反射器である、請求項２９に記載のシステム。
31. 前記固定具は、前記透明光学要素を前記参照特徴からある距離の箇所に位置決めするスタンドを含む、請求項２９に記載のシステム。
32. 前記光学機器は、前記光源からの光を偏光するように構成される偏光モジュールを含む、請求項２５に記載のシステム。
33. 前記偏光モジュールは、前記光源からの光を直交偏光状態で選択的に偏光するように構成される、請求項３２に記載のシステム。