JPH0324432A - 光学系、特に眼鏡用レンズの位相検出検査用光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の背景） 発明の分野 本発明は、一般に、任意の種類の光学系を検査すること
に関する。

詳細には、本発明は、必ずしも専用ではないが、眼鏡用
レンズを検査することに向けられたものである。

先行技術の説明 眼鏡用レンズの性能が特にそれらの面によって左右され
ることは知られている． 位相検出を用いて光学系を検査するため、ロンキー検査
（　ＲＯＮＣＨＩ　ｔｅｓｔ　）を用いることが既に提
案されている． 公知のロンキー検査は、検査中の光学系からの光波の収
束点に交互に不透明及び透明の平行線を配置したアレイ
を配置し、アレイの下流で観察できる縞の系を分析する
ことを行う． 幾何光学の法則に従って、かつ回折現象を無視すると、
これらの縞は、常に同一であり、光線が通過する媒質の
性質にいずれにしても全く依存することなく、当の波を
構成する光線の方向にのみ依存する．そこで、縞はこの
波の収差を特徴ずける． 縞の傾きは対応する波面とこの波面が一致すべき理論波
面との間の差を表す。

したがって、検査中の光学系のすべての点のこの傾きを
測定し（このことは、実際には、位相検出技術を用いて
行われる）、次いで積分を行うことで十分である．この
種の方法は、光学系の性質とは無関係に光学系の任意の
欠陥を測定するために使用でき、簡単で極めて正確な結
果を与える利点を有する． この種の方法を行うことができる光学系は１９８４年１
０月１５日発行の雑誌「応用光学」２３巻、第２０号に
記載の論文「非球面用の縞走査ロンキー検査」及び１９
８８年２月１日発行の同じ雑誌の論文「位相測定ロンキ
ー検査」に記載されている． この光学系は、光軸に沿って、コヒーレント光の点光源
を構成するようになっている発光手段と、検査中の光゜
学系を支持するようになっている保持ステーションと、
ロンキーアレイ（ＲＯＮＣＨＩ　ａｒｒａｙ）と、ロン
キーアレイの下流で観察できる像を受けるようになって
いる受像手段と、位相検出によってこの像を利用するよ
うになっているデータ処理手段とを有する。

しかしながら、実施の際、この光学系が希望する正確さ
を達成できないことが経験によりわかった。

本発明の一般的な目的は、正確さが著しく改善されたア
レイに基づく光学装置である。

（発明の要約） 本発明は、光学系の位相検出検査用の、アレイに基づく
光学装置において、光路上に、光源を構成するようにな
っている発光手段と、検査中の光学系を受け入れるよう
になっている保持ステーションと、アレイと、アレイの
下流で観察できる像を受け取るようになっている受像手
段と、位相検出によってこの像を利用するようになって
いるデータ処理手段と、を有し、保持ステーションとア
レイとの間で収束アダプタ素子が配置されており、前記
データ処理手段は光線プロットプログラムと、収束アダ
プタ素子による理論収差及び製造収差を考慮に入れる校
正手段とを有する、ことを特徴とする光学装置である． 本発明に従って、校正手段を設けることにより、この収
束アダプタ素子は得られる結果の正確さになんらの影響
を与えない． 本発明の１つの特徴によると、光源と保持ステーション
との間に、検査中の光学系の開口数と対物焦点距離及び
像焦点距離を考慮に入れる開口数アダプタ素子を用いる
ことができる． 本発明によると、校正手段が、また、理論収差及び開口
数アダプタ素子の製造から生じる収差を考慮に入れてい
る． かくして、本発明によると、収束アダプタ素子と開口数
アダプタ素子〈使用されるならば）の特性は、得られる
結果の正確さの利益のために、系統的に考慮に入れられ
る． 本発明で用いられた校正手段によって考慮に入れられた
理論収差は、本明ｍ書では、通常のように、検査中の光
学素子の光学部品の組み合わせだけによる収差を意味し
、これらの収差はそれ自体完全なものとみなされる。

データ処理手段に含まれる光線プロットプログラムは、
本発明による装置が、有利には、スネルの法則を単に適
用することによって理論収差を各光学面に対して計算で
きることを意味する。

さらに、本発明による装置は種々の形式のアレイと共に
使用できる利点を有する。

ウ才ラストンプリズム（　ＷＯＬＬＡＳＴＯＮ　ｐｒｉ
ｓｍｓ　）のような位相プリズムがロンキーアレイのよ
うな振幅アレイと同様に本発明を実施するのに丁度適し
ている． 本発明による装置、必要に応じて、特に振幅アレイを用
いるとき、点光源より高い正確さを達成できる利点を持
つ空間的に広がりのあるインコヒーレントな光源を用い
る． 空間的に広がりのあるインコヒーレントな光線とは、本
明細書では、エム　フランコン（Ｍ．ＦＲＡＮＣＯＮ　
）の「ホログラフィＪ　　（１９６９年メイソン社（Ｍ
ＡＳＳＯＮ　ｅｔ　Ｃｉｅ　）の９頁及び１０頁に定義
されたような光源を意味する。

本発明では、空間的に広がりのあるインコヒーレントな
光源が複数の縞の系の重なりから生じる良好な性質の縞
を得るために用いることができる。

適当な表面のざらつきと回転速度を持った回転拡散スク
リーンが実際にはこのことを達成するのに十分である． 本発明の特徴及び利点は、図面が本発明による光学系の
平面の概略図である添付の概略図を参照して例示として
与える以下の説明がら明らかになろう． （発明の詳細な説明） 図面は、検査中の光学系１０が眼鏡用レンズである場合
に対して本発明を用いることを例示として示す． 図面に示すように、この光学系は、例えば、凸面眼鏡用
レンズ、即ち、正の度を持つレンズであるであってもよ
い。

しかし、レンズは眼鏡用凹レンズ、即ち負の度を持つレ
ンズでも同様によい． 単一の眼鏡用レンズ１０、１０’から成る光学系を検査
するのに用いられる光学装置１２は、光軸Ａを持つ光路
に沿って、光源１５を構成するようになっている発光手
段１３と、光学系を支持するようになっている保持ステ
ーション１５と、アレイ■６と、アレイ１６の下流で観
察できる像を受けるようになっている受像千段１７と、
位相検出によってこの像を利用するようになっているデ
ータ処理千段１８とを有する。

データ処理手段は、本明細書では、用いられるデータ処
理ハードウエア及び関連するソフトウエアの両方を意味
する。

図示の実施例では、発光手段１３は、次々にかつ知られ
た仕方で、レーザ１９と、このレーザ１９によって放出
される光ビームを、光源を横成しかつ絞り２１の穴に位
置した点１４に焦点を合わせる対物レンズ２０とを有し
、「デンシティ」２２がレーザ１つと対物レンズ２０と
の間に任意に配置される． またそれ自体公知のように、アレイ１６は、例えばロン
キーアレイ、即ち０．２５乃至４＋ｕ程度のピッチで交
互に配置した不透明及び透明の平行線から形成されたア
レイであり、受像手段１７はカメラ２５から成り、カメ
ラの対物レンズ２８と走査面２９は概略的に示されてい
る． このカメラは、例えばモザイク形式のカメラ、即ち走査
によって走査面２９の各点で受像した光量を測定するよ
うになっている電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラであり、
この走査面２９が可視像を実際に受像する手段を構成し
ている。

本発明によると、光学装置１２は、保持ステーション１
５とアレイ１６との間に、検査中の光学系１０の収束性
を考慮に入れるようになっている収束アダプタ素子３０
を有し、データ処理手段１８は、光線プロットプログラ
ムと、理論収差及び収束アダプタ素子３０による収差を
考慮に入れるようになっている校正手段とを有する。

図示の実施例では、本発明による光学装置１２は、さら
に、光源１４と保持ステーション１５との間に、検査中
の光学系１０の開口数と対物焦点距離及び像焦点距離を
考慮に入れるようになっている開口数アダプタ素子３１
を有し、データ処理手段１８が含む校正手段は理論収差
とこの開口数アダプタ素子による製造収差を考慮に入れ
るようになっている。

このようにした構成された光学装置１２の種々の部品は
、好ましくは、共通のフレームによって支持され、その
うちの少なくとも或る部品はフレームに対して自由に移
動する． このような部品の配置は当業者にとって十分知られてい
るので、このことについては本明細書では説明しない． ただ、アレイ１６は光軸Ａに垂直な２つの直角方向のい
ずれにも並進移動でき、かつ前述の２つの直角方向に直
角な方向を中心に回転できるようになっている板に支持
されているということを言えば十分である． 全体として見ると、これらの板は、さらに、これらの板
が支持するアレイ１６を検査中の凸面１１によって反射
した光ビームの収束点にまたはその近くに配置できるよ
うに、光軸Ａに沿った位置で調節できる． これらの板は、板を制御した仕方で移動できるように、
制御手段によって制御されるのが好ましい． 同様に、カメラ２５とアダプタ及び（又は）補償素子３
０は光軸Ａに沿って移動できるのが好ましい． しかしながら、この場合、万一何らがの部品（アレイ、
アダプタ素子等）を交換する必要があるとき前回の校正
を維持するため、位置決めチョックが基準点として役立
つように対応する案内面に設けられる． 光源１４の発光手段１３がらの光ビームは実際には単色
光である．光ビームは、開口数アダプタ素子３１、検査
中の光学系１ｏを通過し、アレイ１６上で収束する前に
収束アダプタ素子に達する。

なお、この光ビームは図示の実施例では検査中の光学系
に入るときには発散している。

いずれにしても、装置は、好ましくは、この点で平行光
線でないようなものである． 実際には、アレイ１６は、可視像内の縞の数を最少にす
るため、収束アダプタ素子３０から出る波の収束点付近
に配置され、したがって、その後の操作を容易にし、得
られる結果の正確さを増大させる。

検査中の光学系１０は不可避の欠陥のため、アレイ１６
に達する波面は収差を持つ．縞の観察によりこれらの収
差を評価できる． 前述のように、これらの縞の傾きは検査した波面と理論
波面との間の差を表す． 検査中の波面の横方向の収差を測定するためには、した
がって、位相検出技術を用い、光軸Ａに垂直に特定な距
離だけ段階的にアレイ１６を移動させることによって、
位相ずれを伴った一連の測定を行うことで十分である． このような測定の回数は好ましくは奇数である．実際に
は、傾きを計算するためには、２つの直角方向の測定が
必要である。

そして、検査中の波面と問題の点での理論波面との間の
距離、即ち公称偏差を得るには、積分することで十分で
ある。

実際には、関連する可動素子のすべての変位が結果を系
統的にかつ迅速に利用できるソフトウエアによって制御
される。

この種のソフトウエアはそれ自体本発明のどんな部分も
構成しないので、本明細書では説明しない． 同一のことが、本発明に従って、データ処理手段１８が
持つ光線プロットプログラムにも当てはまる． この種の光線プロットプログラムは在来のものであり、
したがって、全て当業者にとって知られ本発明に従って
、データ処理手段１８がやはり有する校正手段に関して
、考慮に入れるべき収差の合計が校正ファイルに格納さ
れており、行った測定値のすべてから系統的に減算され
る。

校正ファイルは次のようにして得られる。

第１段階では、もし収束アダプタ素子３０と開口数アダ
プタ素子３１（もし使用されるならば）が完全であるな
らば、即ち、もし両方が理論特性に厳密に一致する形状
及び光学特性を持つならば得られるであろう縞の理論系
Ｆ１を計算する．第２段階で、光学系１０を完全な校正
系に置き換えて測定を行い、縞の系Ｆ２を得る。

第３段階で、この完全な校正系と完全であると仮定する
収束アダプタ素子３０及び開口数アダプタ素子３１（も
し使用されるならば）で得られる縞の理論系Ｆ３を計算
する。

差（Ｆ２　　Ｆ３）は収束アダプタ素子３０と開口数ア
ダプタ素子素子３１（もし使用されるならば〉の製造欠
陥を表す． 校正ファイルＦｃは、 Ｆｃ　＝　（Ｆ２　　Ｆｌ　）　＋Ｆ１　、である。

ＦＭを光学系１０を用いる装置によって決められる槁の
系を表すものとする。

差（ＦＭ　−ＦＣ　）から得られる縞の系を用いて、検
査中の波面と理論波面との間の距離、即ちＩ〉称偏差を
与える積分を行う。

前述のように、収束アダプタ素子３０と開口数アダプタ
素子３工に関して、本発明に従って系統的に考慮に入れ
られた収差は、これらの素子の理論収差及び（又は）製
造収差である． 差（ＦＭ　　ＦＣ）に基づいて計算された、得られた収
差は検査中の光学系１０の欠陥だけに依存している． したがって、これらの欠陥を極めて正確に推論すること
ができる． 実際には、収束アダプタ素子３０及び（又は）開口数ア
ダプタ素子３１の各光学面の正確さは、有利には、１波
長程度であるのがよく、校正手段のない類似の素子に対
しては、１波長のわずか２０分の１程度でなければなら
ない。

このことにより、有利に、本発明による光学装置１２の
ユニットの費用が減少する。

本発明の別の実施例では、光源１４は、前述のエム．フ
ランコンの著書に定義されているような空間的に広がり
のあるインコヒーレントな光源である。

絞りの穴は光源の寸法を決める。

この穴の直径、即ち光源１４の直径は、実際には、アレ
イ１６のピッチより小さいが、同じ程度の大きさである
。

この直径は、好ましくは、アレイ１６の直径の半分に等
しい。

必要な非干渉性を達戒するために、モータ２４によって
回転される拡散スクリーン２３が「デンシティ」２２の
下流劇でレーザ１９と対物レンズ２０との間に置かれる
。

このようにして、本発明で用いられる光源１４の種々の
点の間には位相関係は存在しない。

必要に応じて、光源１４の範囲を変更できることが容易
にわかる。

例えば、対物レンズが図示のように拡散スクリーン１３
の出力側にあるとき、対物レンズ２０を移動するだけで
十分である。

前述のように、アレイ↑６は、ロンキーアレイのような
振幅アレイに代えて、例えば、ウォラストンプリズムの
ような位相アレイでもよい。

公知のように、ウォラストンプリズムは２つの単一光軸
の複屈折プリズムを光軸を垂直にして接着することによ
って形成される。

もしウ才ラストンプリズムを用いるならば、公知の方法
で、ウォラストンプリズムを、ウォラストンプリズムの
光軸とは異なった方向に向けた光軸を持つ２つの偏向子
に関連させる必要がある。

これらの偏向子の光軸はウォラストンプリズムの光軸に
対して４５゜であることが好ましい。

本発明による光学系は、例えば、インデックス〈屈折率
）プロフィールを決定するため、グレーデットインデッ
クス光学系を検査するのに等しく用いることができる。

したがって、本発明は説明した実施例に限定されず、任
意に変更した実施及び（又は）種々の部品及び任意の変
形用途の組み合わせを包含する。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明による光学装置の平面の概略図である。 １０・・・光学系、 １２・・・光学装置、 １３・・・発光手段、 １６・・・アレイ、 １７・・受像手段、 １９・・・レーザ、 ３０・・・収束アダプタ素子、 ３１・・・開口数アダプタ素子。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）光学系の位相検出検査用の、アレイに基づく光学
   装置において、光路上に、光源を構成するようになって
   いる発光手段と、検査中の光学系を受け入れるようにな
   っている保持ステーションと、アレイと、アレイの下流
   で観察できる像を受け取るようになっている受像手段と
   、位相検出によってこの像を利用するようになっている
   データ処理手段と、を有し、保持ステーションとアレイ
   との間で収束アダプタ素子が配置されており、前記デー
   タ処理手段は光線プロットプログラムと、収束アダプタ
   素子による理論収差及び製造収差を考慮に入れる校正手
   段とを有する、ことを特徴とする光学装置。
2. （２）請求項１記載の光学装置において、アレイは２つ
   の直角方向のいずれかの並進移動及び該２つの直角方向
   に直角な方向を中心とする回転を可能にするようになっ
   ている板によって支持されている、ことを特徴とする光
   学装置。
3. （３）請求項２記載の光学装置において、アレイを支持
   する前記板は制御したアレイの変位を可能にするように
   なっている制御手段によって制御される、ことを特徴と
   する光学装置。
4. （４）請求項２記載の光学装置において、アレイを支持
   する前記板は光軸に沿って調節できる、ことを特徴とす
   る光学装置。
5. （５）請求項１記載の光学装置において、光源と保持ス
   テーションとの間に開口数アダプタ素子をさらに有し、
   データ処理手段に含まれる校正手段は開口数アダプタ素
   子による理論収差及び製造収差を考慮に入れるようにな
   っている、ことを特徴とする光学装置。
6. （６）請求項１記載の光学装置において、光源は空間的
   に広がりのあるインコヒーレントな光源である、ことを
   特徴とする光学装置。