JP7204428B2 - 偏心計測方法、レンズ製造方法、および偏心計測装置 - Google Patents
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Description
本発明の他の側面としての偏心計測方法は、被検レンズの第1面および第2面からの反射光を複数の光学素子で分割して第1スポット群および第2スポット群を形成する形成ステップと、第1スポット群および第2スポット群に基づいて第2面に対する第1面の偏心量を算出する偏心算出ステップと、を有し、偏心算出ステップでは、第1スポット群の第1シフト量および第2スポット群の第2シフト量に基づいて偏心量が算出され、第1および第2のスポット群を撮像して得られたスポット像のフーリエ変換像に基づいて第1シフト量および第2シフト量のうち少なくとも一方が算出されることを特徴とする。
本発明の他の側面としての偏心計測方法は、被検レンズの第1面および第2面からの反射光を複数の光学素子で分割して第1スポット群および第2スポット群を形成する形成ステップと、第1スポット群および第2スポット群に基づいて第2面に対する第1面の偏心量を算出する偏心算出ステップと、を有し、被検レンズは、被検レンズの光軸回りに回転可能であり、偏心算出ステップでは、被検レンズが第1の回転位置に位置する場合に第1スポット群および第2スポット群に基づいて算出された第1偏心データと、被検レンズが第2の回転位置に位置する場合に第1スポット群および第2スポット群に基づいて算出された第2偏心データと、に基づいて偏心量が算出されることを特徴とする。
図1は、計測対象である被検レンズ12の構成を説明する模式図である。被検レンズ12には、第1面12aと第2面12bが形成されている。第1面12aは、非球面軸12cに対して軸対称な形状を示す非球面(軸対称非球面)となっている。すなわち、被検レンズ12は、非球面レンズである。第2面12bは、本実施例では球面であるが、非球面であってもよい。また、被検レンズ12は、本実施例では両凸レンズであるが、両凹レンズやメニスカスレンズであってもよい。また、被検レンズ12は、研削・研磨加工によって形成されてもよいし、モールド加工によって形成されてもよい。
[偏心計測装置の説明]
図2は、偏心計測装置100の構成を説明する模式図である。偏心計測装置100は、光源1、シングルモード光ファイバー1a、光ファイバーコネクタ1b、レンズ4,5、ステージ7、ステージコントローラー7a、ホルダー7b、ハーフミラー8、検出部9、処理部10、モニタ10e、および測長機15を備える。
[スポット像の説明]
被検レンズ12がホルダー7bに設置されると、レンズ4で収束された光の一部は第1面12aで反射される。反射された直後の光の波面には、第1面12aの非球面形状が反映される。第1面12aで反射された光(第1面反射光)は、レンズ4を通過し、ハーフミラー8で反射されてレンズ5でおおよそコリメートされ、検出部9に入射する。また、レンズ4で収束された光の一部は、第1面12aを通過し、第2面12bで反射される。第2面12bで反射された光(第2面反射光)は、一旦第1面12aの近傍で集光した後に発散光となり、レンズ4でおおよそコリメートされ、レンズ5に入射する。ただし、レンズ5に入射する第2面反射光は、その光束径がレンズ5の口径を大きく上回るため、そのほとんどがレンズ5を保持するホルダー5aによって遮られる。ホルダー5aに遮られなかった測定光軸1dの近傍の第2面反射光のみが、レンズ5によって収束され、検出部9の中央部に入射する。
[面間偏心の計測手順の説明:パラメータ算出]
図6は、本実施例の被検レンズ12の面間偏芯の計測手順を示すフローチャートである。被検レンズ12の面間偏心の計測は、レンズを製造する際、加工対象物(ワーク)を加工してレンズを製作する加工ステップの後に実行される。
[面間偏心の計測手順:仮の裏面傾斜の取得]
ステップS102では、被検レンズ12がホルダー7bに設置される。その際、非球面軸12cを測定光軸1cにおおよそ一致させる。そのために、あらかじめホルダー7bに目印を備えてこれに合わせて被検レンズ12を設置してもよいし、ホルダー7bに不図示の位置決めピンなどを備えて被検レンズ12を突き当ててもよい。また、ステージ7のθz方向における位置は、0°に設定しておく。被検レンズ12をホルダー7bに設置した結果、受光面3aには、図5に示されるように、スポット群SP1,SP2が形成される。ステップS102の処理は、形成ステップに相当する。
[面間偏心の計測手順:系統誤差の補正]
式(12),(13)では、レンズ4,5がそれぞれ測定光軸1c,1dに対して精密に軸対称であることを前提としており、ここから導出される式(16),(17)も同じ前提に基づいている。しかしながら、実際には、レンズ4,5には製造誤差や設置誤差があるため、厳密に軸対称となることはない。そのため、式(16),(17)で算出される裏面傾斜には、レンズ4,5の非軸対称性に由来する系統誤差が発生する。そこで、本実施例では、計測した仮の裏面傾斜からレンズ4,5の非軸対称性に由来する系統誤差を抽出し、補正する。本実施例では、前述したように、被検レンズ12は、被検レンズ12の光軸回りに回転可能であるため、第1の回転位置に位置する場合と第2の回転位置に位置する場合の偏心データを算出することで系統誤差を補正する。
[先行技術との比較]
上述したように、処理部10の構成は、一般的なSHSの構成と類似している。SHSは波面センサーとして知られており、なだらかな単一波面(等位相面)から構成される光束を計測対象とする。一方、本実施例において、処理部10の計測対象は、2つの波面から構成される光束である。図10は、2つの波面から構成される光束について、光電場の位相をシミュレーションした結果を示す図である。等位相面には単なる2πごとの折り返し以外にも急峻な段差が発生しており、この光束がなだらかな単一波面で構成されているとは言えない。すなわち、本実施例において、処理部10の計測対象は、一般的なSHSの計測対象とは異なる。
[効果]
一般的に撮像素子の受光面は、10um程度に区切られた画素から構成されている。一方、上述したように、処理部10は一般的なSHSで代用することができ、一般的なSHSのスポット径は40um程度である。すなわち、画素サイズはスポットサイズの1/4程度であり、十分小さいとは言えない。このような状況において、2つのスポット群のシフト量をステップS105bのフィッティングによって高精度に算出できることは、決して自明ではない。
Z16(ξ、η)=-1+12ρ2-30ρ4+20ρ6 (39)
ただし、ρ2=ξ2+η2である。本実施例では、波面をZernike関数で展開する際の最高項数を16としているが、それ以上に高次の軸対称成分を付加してもよい。このときのスポット像は、式(11)に代わり、以下の式(40)で表される。
[第1予備スポット像を取得するステップS400の説明]
第1予備スポット像の取得には、被検レンズ12と同じ設計形状に基づいて製作された、不図示の予備レンズ16を用いる。予備レンズ16には、被検レンズの第1面12a、第2面12bとそれぞれ同じ設計形状に基づいて、第3面と第4面が形成されている。予備レンズ16の第4面には、反射防止処理が施されている。反射防止処理としては、反射防止膜の形成や、サンドブラストなどで粗面にすることが挙げられる。また、被検レンズと近い屈折率を示すジェル状の物質を塗布してもよい。
[仮の裏面傾斜を算出するステップS405の説明]
図17は、本実施例において仮の裏面傾斜の算出するステップS405の手順を詳細に示したフローチャートである。
本実施例では、複数のスポットを含むスポット像を所定の関数でフィッティングする必要がないので、実施例1と比較して、解析のロバスト性が向上する。
[スポット差による検出誤差の影響の説明]
第1差分スポット像ΔI1には、スポット群SP1とスポット群SP3の違いに伴うノイズΔISP1(=ISP1-ISP3)が含まれている。そのため、ステップS405gにおいて、スポット群SP2を構成する各スポットの位置を検出する際には、このノイズΔISP1による検出誤差が発生する。ただし、スポット群のシフト量を計算する際には、この検出誤差の影響は微小である。以下では、この点について説明する。
[第2予備スポット像を算出する理由の説明]
上述の通り、第1差分スポット像ΔI1には、周期quのノイズΔISP1が含まれている。本実施例では、第1差分スポット像ΔI1から第2差分スポット像ΔI2を算出する際に、ステップS405g,S405hを実施して第2予備スポット像I2を算出する工程を導入することにより、ノイズの周期をquからqbに変換している。そのため、スポットが間隔quで並ぶ第2差分スポット像ΔI2においては、ノイズの位置がスポットから離れる。その結果、ステップS405jにて第2差分スポット像ΔI2に含まれるスポットの位置を検出する際にはその検出誤差が抑制され、その後のステップS405kではスポット群SP1のシフト量が精度良く算出される。
[その他の実施例]
本発明は、上述の実施例の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
12,13 被検レンズ
12a,13a 第1面
12b,13b 第2面
L1 第1面反射光(反射光)
L2 第2面反射光(反射光)
SP1 スポット群(第1のスポット群)
SP2 スポット群(第2のスポット群)
Claims (16)
- 被検レンズの第1面および第2面からの反射光を、同一面内に等間隔で配置された複数の光学素子で分割して第1スポット群および第2スポット群を形成する形成ステップと、
前記第1スポット群および前記第2スポット群に基づいて前記第2面に対する前記第1面の偏心量を算出する偏心算出ステップと、を有し、
前記偏心算出ステップでは、
前記第1スポット群の第1シフト量および前記第2スポット群の第2シフト量に基づいて前記偏心量が算出され、
前記第1および第2のスポット群を撮像して得られたスポット像に対して、周期関数の和である関数でフィッティングを行うことで、前記第1シフト量および前記第2シフト量のうち少なくとも一方として前記周期関数の位相が算出されることを特徴とする偏心計測方法。 - 前記関数は、複数の波面を形成する光が前記複数の光学素子に入射した場合に形成されるスポット群に基づくスポット像の計算値であり、
前記複数の波面のうち少なくとも1つは非球面波であることを特徴とする請求項1に記載の偏心計測方法。 - 前記偏心算出ステップでは、前記第1および第2のスポット群を撮像して得られた前記スポット像のフーリエ変換像に基づいて前記第1シフト量および前記第2シフト量のうち少なくとも一方が算出されることを特徴とする請求項1又は2に記載の偏心計測方法。
- 被検レンズの第1面および第2面からの反射光を複数の光学素子で分割して第1スポット群および第2スポット群を形成する形成ステップと、
前記第1スポット群および前記第2スポット群に基づいて前記第2面に対する前記第1面の偏心量を算出する偏心算出ステップと、を有し、
前記偏心算出ステップでは、
前記第1スポット群の第1シフト量および前記第2スポット群の第2シフト量に基づいて前記偏心量が算出され、
前記第1および第2のスポット群を撮像して得られたスポット像のフーリエ変換像に基づいて前記第1シフト量および前記第2シフト量のうち少なくとも一方が算出されることを特徴とする偏心計測方法。 - 前記第1スポット群と前記第2スポット群のうちいずれか一方のみに基づく予備スポット像を取得する予備スポット像取得ステップを更に有し、
前記偏心算出ステップでは、前記第1および第2のスポット群を撮像して得られた前記スポット像を構成する光強度分布と、前記予備スポット像を構成する光強度分布との差である差分スポット像を算出し、前記第1シフト量と前記第2シフト量のうち少なくとも一方を算出することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の偏心計測方法。 - 前記差分スポット像から前記第1スポット群または前記第2スポット群を構成する各スポットの位置を求め、前記第1シフト量または前記第2シフト量を算出することを特徴とする請求項5に記載の偏心計測方法。
- 前記予備スポット像を、前記被検レンズとは異なる予備レンズで反射された光を撮像して取得することを特徴とする請求項5または6に記載の偏心計測方法。
- 前記予備スポット像を、前記被検レンズの設計形状に基づいて計算して取得することを特徴とする請求項5に記載の偏心計測方法。
- 前記予備スポット像取得ステップは、前記第1スポット群に基づく予備スポット像である第1予備スポット像を取得するステップと、前記第2スポット群に基づく予備スポット像である第2予備スポット像を取得するステップと、を備え、
前記第2予備スポット像を取得するステップでは、前記第1および第2のスポット群を撮像して得られた前記スポット像を構成する光強度分布と前記第1予備スポット像を構成する光強度分布との差である前記差分スポット像に含まれるスポットの位置を検出し、前記第2スポット群に基づくスポット像を前記第2予備スポット像として算出することを特徴とする請求項5から8のいずれか1項に記載の偏心計測方法。 - 前記第1面は、軸対称非球面であり、
前記偏心算出ステップでは、前記第1スポット群から算出された非球面軸および前記第2シフト量に基づいて前記偏心量が算出されることを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の偏心計測方法。 - 前記被検レンズは、前記被検レンズの光軸回りに回転可能であり、
前記偏心算出ステップでは、前記被検レンズが第1の回転位置に位置する場合に前記第1スポット群および前記第2スポット群に基づいて算出された第1偏心データと、前記被検レンズが第2の回転位置に位置する場合に前記第1スポット群および前記第2スポット群に基づいて算出された第2偏心データと、に基づいて前記偏心量が算出されることを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の偏心計測方法。 - 被検レンズの第1面および第2面からの反射光を複数の光学素子で分割して第1スポット群および第2スポット群を形成する形成ステップと、
前記第1スポット群および前記第2スポット群に基づいて前記第2面に対する前記第1面の偏心量を算出する偏心算出ステップと、を有し、
前記被検レンズは、前記被検レンズの光軸回りに回転可能であり、
前記偏心算出ステップでは、前記被検レンズが第1の回転位置に位置する場合に前記第1スポット群および前記第2スポット群に基づいて算出された第1偏心データと、前記被検レンズが第2の回転位置に位置する場合に前記第1スポット群および前記第2スポット群に基づいて算出された第2偏心データと、に基づいて前記偏心量が算出されることを特徴とする偏心計測方法。 - 前記第1スポット群に基づいて前記第1面の形状を算出する形状算出ステップを更に有することを特徴とする請求項1から12のいずれか1項に記載の偏心計測方法。
- 前記形状算出ステップでは、前記第1および第2のスポット群を撮像して得られたスポット像から、該スポット像に対して所定の関数でフィッティングを行うことで算出される前記第2スポット群に基づくスポット像を除去することで算出される前記第1スポット群に基づくスポット像に基づいて前記第1面の形状が算出されることを特徴とする請求項13に記載の偏心計測方法。
- 前記被検レンズを製作する製作ステップと、
請求項1から14のいずれか1項に記載の偏心計測方法を用いて前記被検レンズの偏心量を計測する偏心計測ステップと、を有することを特徴とするレンズの製造方法。 - 同一面内に等間隔で配置され、被検レンズの第1面および第2面からの反射光を分割して第1スポット群および第2スポット群を形成する複数の光学素子と、
前記第1スポット群および前記第2スポット群に基づいて前記第2面に対する前記第1面の偏心量を算出する算出部と、を有し、
前記算出部は、
前記第1スポット群の第1シフト量および前記第2スポット群の第2シフト量に基づいて前記偏心量を算出し、
前記第1および第2のスポット群を撮像して得られたスポット像に対して、周期関数の和である関数でフィッティングを行うことで、前記第1シフト量および前記第2シフト量のうち少なくとも一方として前記周期関数の位相を算出することを特徴とする偏心計測装置。
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