JP6745654B2

JP6745654B2 - 非球面レンズの計測装置

Info

Publication number: JP6745654B2
Application number: JP2016123527A
Authority: JP
Inventors: 清原　元輔; 元輔清原; 耕輔清原
Original assignee: 株式会社清原光学
Priority date: 2016-06-22
Filing date: 2016-06-22
Publication date: 2020-08-26
Anticipated expiration: 2036-06-22
Also published as: JP2017227527A

Description

本発明は、非球面レンズを測定対象とする計測装置に関する。

非球面レンズを計測する場合、従来は、非球面ヌル干渉計が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

この従来の非球面ヌル干渉計は、測定すべき非球面レンズであるサンプルの透過光が正対して反射するように非球面のヌルミラーを設計して設置する。サンプルが設計通りの性能が出ていれば、干渉計に戻る波面は「無収差」になる。サンプルに何らかの問題があれば、戻り波面が乱れ、干渉縞に反映される。このように、従来の非球面ヌル干渉計を使用すれば、サンプルのレンズ全体の透過性能を測定することができる。

特開２０１４−１１５０７７

しかし、上記非球面ヌル干渉計では、サンプルの外形形状を測ることができないという問題がある。

一方、サンプルの外形形状を測定する装置として、ＣＧＨ干渉計が知られている。このＣＧＨ干渉計は、ＣＧＨ（Computer Generated Hologram）の回析光がサンプルに正対して入反射するように、ＣＧＨを設計し、設置する。戻り光には理想状態との差の波面が作られ、通常の干渉計で面計測される。

ところで、サンプルのレンズ全体の透過性能を測定することができ、しかもサンプルの外形形状を測定することができるようにするためには、上記非球面ヌル干渉計の隣にＣＧＨ干渉計を設置し、両干渉計のそれぞれに交互に、同一のサンプルを設置し、測定することが考えられる。

具体的には、非球面ヌル干渉計に、測定すべき非球面レンズであるサンプルを設置し、測定した後に、そのサンプルをＣＧＨ干渉計に移動して設置し、測定する。しかし、両干渉計にサンプルを設置する場合、それぞれでサンプルの位置調整、光軸調整を実行する必要があり、位置調整、光軸調整に２倍の時間がかかる。つまり、非球面ヌル干渉計、ＣＧＨ干渉計の２つの干渉計で測定すると、全体の測定時間が長いという問題がある。

また、従来の非球面干渉計では、透過波面計測によって、非球面レンズの良否を判定していた。

しかし、上記従来方法では、透過波面計測において、レンズ内部の収差であるのか、非球面レンズ表面の形状誤差であるのかを、判別することができないという問題がある。

本発明は、測定装置から被検レンズを外さずに、非球面レンズの表面形状を測定することによって、収差を分離することができ、誤差を特定することができ、しかも、非球面ヌル干渉計、ＣＧＨ干渉計の２台の干渉計を使用して計測する場合よりも、全体の測定時間を短くすることができる非球面レンズの計測装置を提供することを目的とする。

本発明の非球面レンズを測定対象とする計測装置は、干渉計と、ＣＧＨと、測定対象である非球面レンズを設置するサンプル台と、ヌルミラーと、使用する場合に、上記ＣＧＨの光軸が上記干渉計が出射する光と平行になるように上記干渉計と上記サンプル台との間の第１の領域の内に上記ＣＧＨを移動すること、及び、使用しない場合に、上記第１の領域の外に上記ＣＧＨを移動するように構成されたＣＧＨ移動手段と、使用する場合に、上記ヌルミラーの光軸が上記干渉計が出射する光と平行になるように上記干渉計が出射し上記非球面レンズを透過した光が通過する第２の領域内に上記ヌルミラーを移動すること、及び、使用しない場合に、上記第２の領域の外に上記ヌルミラーを移動するように構成されたヌルミラー移動手段とを有する。

本発明によれば、測定装置から被検レンズを外さずに、非球面レンズの表面形状を測定することによって、収差を分離することができ、誤差を特定することができ、しかも、非球面ヌル干渉計、ＣＧＨ干渉計の２台の干渉計を使用して計測する場合よりも、全体の測定時間を短くすることができるという効果を奏する。

本発明の実施例１である非球面レンズの計測装置１００を示す図である。実施例１において、ＣＧＨ３０を退避させ、ヌルミラー４０のみでサンプル２０を計測する場合を示す図である。本発明の実施例２である非球面レンズの計測装置２００を示す図である。

発明を実施するための形態は、以下の実施例である。

図１は、本発明の実施例１である非球面レンズの計測装置１００を示す図である。

非球面レンズの計測装置１００は、干渉計１０と、サンプル台２１と、ＣＧＨ台３１と、ＣＧＨ移動手段３２と、ヌルミラー台４１と、ヌルミラー移動手段４２とを有する。

なお、図１は、干渉計１０からの光が照射される領域Ｒ１にＣＧＨ３０が存在し、干渉計１０で出射された光が照射される領域から、ヌルミラー４０が退避している状態を示す図である。

サンプル２０は、測定対象である非球面レンズである。サンプル台２１は、サンプル２０を載置する台である。

サンプル台２１にサンプル２０を載置する場合、サンプル２０の光軸と干渉計１０からの光の軸とが平行になるように、サンプル台２１にサンプル２０を載置する。つまり、サンプルの位置、方向を調整する。非球面レンズの計測装置１００において、１つのサンプルの位置、方向を調整する回数が１回であることが重要である。

ＣＧＨ台３１は、ＣＧＨ３０（Computer Generated Hologram）を載置する台である。

ＣＧＨ移動手段３２は、ＣＧＨ３０を移動する手段である。また、ＣＧＨ移動手段３２は、ＣＧＨ３０の光軸を干渉計１０が出射する光と平行になるように、ＣＧＨ３０を移動させ、一方、干渉計１０とサンプル台２１との間の第１の領域Ｒ１の外に、ＣＧＨ３０を移動させる手段である。

つまり、ＣＧＨ移動手段３２は、ＣＧＨ３０を使用する場合に、ＣＧＨ３０の光軸をサンプル２０の光軸と一致させるようにＣＧＨ３０を移動させ、また、ＣＧＨ３０を使用しないときに、干渉計１０とサンプル台２１との間の第１の領域Ｒ１の外に、ＣＧＨ３０を移動させる手段である。

具体的には、ＣＧＨ移動手段３２は、モーターＭ３と、モーターＭ３の回転軸Ｓ３と、バーＢ３とを有する。バーＢ３は、一端がＣＧＨ台３１に固定され、他端部が回転軸Ｓ３に固定されている。モーターＭ３が回転すると、その回転軸Ｓ３の回転に伴って、バーＢ３が回転し、これに連動して、ＣＧＨ台３１とＣＧＨ３０とが回転する。

ヌルミラー４０は、サンプル２０の透過光が正対して反射するように設計されている非球面のミラーであり、サンプル２０に応じて異なる非球面を有するミラーである。

ヌルミラー台４１は、ヌルミラー４０を載置する台である。

ヌルミラー移動手段４２は、ヌルミラー４０を移動する手段である。また、ヌルミラー移動手段４２は、ヌルミラー４０の光軸を干渉計１０が出射する光と平行になるように、ヌルミラー４０を移動させ、一方、干渉計１０が出射し、サンプル２０を透過した光が通過する第２の領域Ｒ２以外の領域に、ヌルミラー４０を退避させる手段である。

つまり、ヌルミラー４０を使用する場合に、ヌルミラー４０の光軸をサンプル２０の光軸と一致させるようにヌルミラー４０を移動させ、また、ヌルミラー４０を使用しない場合、干渉計１０で出射され、サンプル２０を通過した光がヌルミラー４０で反射しない領域に、ヌルミラー４０を退避させる手段である。

具体的には、ヌルミラー移動手段４２は、モーターＭ４と、モーターＭ４の回転軸Ｓ４と、バーＢ４とを有する。バーＢ４は、一端がヌルミラー台４１に固定され、他端部が回転軸Ｓ４に固定されている。モーターＭ４が回転すると、その回転軸Ｓ４の回転に伴ってバーＢ４が回転し、これに連動して、ヌルミラー台４１とヌルミラー４０とが回転する。

次に、非球面レンズの計測装置１００の動作について説明する。

まず、サンプル２０の表面形状を計測する。この場合、サンプル載置台２１にサンプルを載置し、干渉計１０とサンプル２０との間に、ＣＧＨ３０をセットする。つまり、ＣＧＨ移動手段３２によって、ＣＧＨ３０を移動し、図１に示す状態にする。この場合、ヌルミラー移動手段４２によって、ヌルミラー４０を、第２の領域Ｒ２の外に領域に移動する。すなわち、干渉計１０が出射しサンプル２０を通過した光の光路の領域にヌルミラー４０が存在せず、つまり、干渉計１０が出射しサンプル２０を透過した光の経路である第２の領域Ｒ２から、ヌルミラー４０が退避されている。この状態で、干渉計１０によって干渉縞を計測する。

この計測によって、測定対象の非球面レンズであるサンプル２０の表面形状を計測することができる。

次に、ヌルミラー４０を使用して、サンプル２０の全体の透過性能を測定する。

図２は、ＣＧＨ３０を退避させ、ヌルミラー４０のみでサンプル２０を計測する場合を示す図である。

図１に示す状態から、ＣＧＨ３０を退避させる場合、モーターＭ３を駆動して、バーＢ３を時計方向に９０度回転し、ＣＧＨ台３１に載置されているＣＧＨ３０を９０度回転し、図２に示す状態にする。

また、図１に示す状態から、ヌルミラー４０を光路中に挿入する場合、モーターＭ４を駆動して、バーＢ４を時計方向に９０度回転し、ヌルミラー台４１に載置されているヌルミラー４０を９０度回転し、図２に示す状態にする。

このようにすれば、ヌルミラー４０によって、サンプル２０のレンズ全体の透過性能を測定することができる。

そして、ヌルミラー４０によって計測したレンズ全体の透過性能と、ＣＧＨ３０のみによって計測したレンズの外形形状との差をとれば、サンプル２０の透過性能を得ることができる。

したがって、上記実施例によれば、サンプルの第１面が異常であるのか、サンプルの第２面が異常であるのかが分かる。

また、上記実施例によれば、ＣＧＨ３０のみを使用して測定する場合と、ヌルミラー４０のみを使用して測定する場合とで、干渉計１０とサンプル２０との間隔を一定にすることができる（２台使用した場合では、間隔を一定にすることが困難である）。さらに、上記実施例では、サンプル２０の光軸と干渉計１０の光の方向とを平行に維持することが容易である。

なお、ＣＧＨ３０が第１の領域Ｒ１から退避している場合には、モーターＭ３を駆動して、バーＢ３を反時計方向に９０度回転し、ＣＧＨ台３１に載置されているＣＧＨ３０が９０度回転し、図１に示す状態にする。

また、ヌルミラー４０が、第２の領域Ｒ２以外の領域に存在している場合には、モーターＭ４を駆動して、バーＢ４を反時計方向に９０度回転し、ヌルミラー台４１に載置されているヌルミラー４０が９０度回転し、図２に示す状態にする。

なお、ＣＧＨ移動手段３２の代替手段として、ＣＧＨ台３１に一端が接続されている直線歯車と、この直線歯車に螺合する歯車と、この歯車を回転させるモーターとによって構成するようにしてもよい。また、ＣＧＨ移動手段３２の代替手段として、ＣＧＨ台３１をスライドするガイド（図示せず）を設け、操作者が自分の手で、ＣＧＨ台３１をそのガイドに沿って手動でスライドすることによって、ＣＧＨ３０を光路から退避するようにしてもよい。

なお、ヌルミラー移動手段４２の代替手段として、ヌルミラー台４１に一端が接続されている直線歯車と、この直線歯車に螺合する歯車と、この歯車を回転させるモーターとによって構成するようにしてもよい。さらに、ヌルミラー移動手段４２の代替手段として、ヌルミラー台４１をスライドするガイドを設け、操作者が自分の手で、ヌルミラー４０台をガイドに沿って手動でスライドすることによって、ヌルミラー４０を光路から退避するように構成してもよい。

上記実施例によって、計測対象の非球面レンズであるサンプル２０を測定装置から外さずに、非球面レンズの表面形状を測定することによって、収差を分離することができ、誤差を特定することができ、しかも、非球面ヌル干渉計、ＣＧＨ干渉計の２台の干渉計を使用して計測する場合よりも、全体の測定時間を短くすることができる。

図３は、本発明の実施例２である非球面レンズの計測装置２００を示す図である。

非球面レンズの計測装置２００は、基本的には、非球面レンズの計測装置１００と同じであるが、非球面レンズの計測装置１００に、制御手段５０、入力手段５１が設けられている。

制御手段５０は、ＣＧＨ移動手段３２と、ヌルミラー移動手段４２とを自動的に制御する手段である。入力手段５１は、ＣＧＨボタン（図示せず）とヌルミラーボタン（図示せず）とが設けられ、ＣＧＨボタンを押すと、制御手段５０を介して、図１に示す状態にセットされる。一方、ヌルミラーボタンを押すと、制御手段５０をかいして、図２に示す状態にセットされる。

１００、２００…非球面レンズの計測装置、
１０…干渉計、
２０…サンプル、
３０…ＣＧＨ、
４０…ヌルミラー、
５０…制御手段。

Claims

干渉計と；
ＣＧＨと；
測定対象である非球面レンズを設置するサンプル台と；
ヌルミラーと；
使用する場合に、上記ＣＧＨの光軸が上記干渉計が出射する光と平行になるように上記干渉計と上記サンプル台との間の第１の領域の内に上記ＣＧＨを移動すること、及び、使用しない場合に、上記第１の領域の外に上記ＣＧＨを移動するように構成されたＣＧＨ移動手段と；
使用する場合に、上記ヌルミラーの光軸が上記干渉計が出射する光と平行になるように上記干渉計が出射し上記非球面レンズを透過した光が通過する第２の領域内に上記ヌルミラーを移動すること、及び、使用しない場合に、上記第２の領域の外に上記ヌルミラーを移動するように構成されたヌルミラー移動手段と；
を有することを特徴とする非球面レンズを測定対象とする計測装置。
請求項１において、
上記干渉計が出射する光と上記ＣＧＨの光軸とが平行になっているときに、上記ヌルミラーを上記第２の領域以外の領域に移動するように、上記ヌルミラー移動手段を制御し、一方、上記干渉計が出射する光が上記ヌルミラーの光軸と平行になっているときに、上記第１の領域の外に、上記ＣＧＨを移動するように、上記ＣＧＨ移動手段を制御する制御手段を有することを特徴とする非球面レンズを測定対象とする計測装置。
請求項１において、
上記ＣＧＨ移動手段は、回転運動または直線運動によって上記ＣＧＨを移動する手段であり、また、上記ヌルミラー移動手段は、回転運動または直線運動によって上記ヌルミラーを移動する手段であることを特徴とする非球面レンズを測定対象とする計測装置。
請求項３において、
上記ＣＧＨ移動手段及び上記ヌルミラー移動手段は、自動的または手動で移動させることを特徴とする非球面レンズを測定対象とする計測装置。