KR20080031509A - 렌즈에 있어서의 표리면의 광축 편심량의 측정 방법 - Google Patents

Abstract

레이저 프로브에 의해 비구면 렌즈의 표리 양면에서의 각 정점에 의한 제1 방향 및 제2 방향의 단면 형상 측정을 행하고, 측정된 비구면 렌즈의 표리 양면의 단면 형상을, 측정된 핀홀(공통 기준점)의 3차원 위치에 기초하여 결정된 공통의 좌표계로 기술한다. 측정된 단면 형상에 기초하여 각 정점 위치를 검출하여 비구면 렌즈의 표리 양면의 상대적인 편심량을 마이크로미터 이하의 레벨에서 정량적으로 구한다.

레이저 프로브, 단면 형상 측정, 비구면 렌즈, 편심량, 핀홀

Description

렌즈에 있어서의 표리면의 광축 편심량의 측정 방법{METHOD FOR MEASURING DECENTRALIZATION OF OPTICAL AXIS ON THE FRONT AND THE REAR SURFACE OF LENS}

본 발명은, 특히 비구면 렌즈에 있어서의 표리면의 광축 편심량의 측정 방법에 관한 것이다.

비구면 렌즈의 대부분이 금형을 이용한 성형 기술에 의해 대량 생산되고 있다. 양면이 구면-평면 또는 구면-구면으로 구성되는 렌즈는, 모든 표면의 임의의 점에 있어서도 그 점에서의 법선 벡터에 회전 대칭한 형상으로 되므로 모든 면에 있어서도 그 주위에 회전 대칭이 되는 축이 존재하는데, 그것이 광축이 된다. 그러나, 비구면 렌즈에 있어서는, 회전 대칭이 되는 축은 유일하기 때문에 비구면-비구면이나 구면-비구면 렌즈에서는 성형 시에 양면의 회전 대칭축이 일치하도록 가공해야한다. 따라서, 가공 정밀도를 향상시키기 위해서는, 비구면 렌즈의 편심을 정량적으로 측정하는 것이 불가결하게 된다.

금형을 이용한 성형 기술에 의하면 광축의 편심은 수십 마이크로미터의 정밀도로 억제할 수 있다. 비구면 렌즈의 편심 측정은, 종래 일본 특허 공개 공보 일본 특개평5-340838호에 개시된 바와 같이, 오토 콜리메이터를 이용하여 외주에 대한 초점상의 떨림을 광학적으로 평가함으로써 행해지고 있다.

그러나, 이러한 종래의 오토 콜리메이터에 의한 방법으로는, 형상 오차를 정량적으로 평가할 수 없기 때문에, 얻어진 결과로부터, 금형의 가공 수정을 할 수 없다. 게다가, 최근의 비구면 렌즈의 소형화, 고NA화의 경향에 따라, 편심 허용값도 수 마이크로미터 이하의 레벨이 요구되고 있어, 오토 콜리메이터에 의한 방법으로는 정밀도적에 있어서도 대응할 수 없다. 따라서, 비구면 렌즈의 표면 형상을 실제로 정밀 측정하여, 얻어진 형상 데이터로부터, 비구면 렌즈의 표리 양면의 광축 중심과 기울기를 구하여, 양면의 상대적인 편심량을 마이크로미터 이하의 레벨에서 정량적으로 구할 필요성이 있다.

본 발명은, 이러한 종래의 기술에 주목하여 이루어진 것으로, 비구면 렌즈의 표리 표면의 형상을 정밀 측정함으로써, 비구면 렌즈의 양면의 상대적인 편심량을 마이크로미터 레벨에서 정량적으로 구할 수 있는 측정 방법을 제공할 수 있다.

본 발명의 제1 기술적 측면에 의하면, 비구면 렌즈에서의 표리 양면의 광축 편심량의 측정 방법은, 서로 위치 고정된 3개 이상의 기준점을 갖는 홀더에 제1 면 및 제2 면을 갖는 비구면 렌즈를 위치 고정하는 것과, 상기 제1 면에 대하여, 상기 홀더의 제1 방향 및 제2 방향으로 소정 피치로 상기 제1 면의 1차원 표면 형상을 측정하는 것과, 상기 제1 면의 1차원 표면 형상을 측정할 때의 상기 홀더의 위치에 있어서 상기 제1 면측에 있어서의 상기 기준점의 제1 위치를 측정하는 것과, 상기 제2 면에 대하여, 상기 홀더의 제1 방향 및 제2 방향으로 소정 피치로 상기 제2 면의 1차원 표면 형상을 측정하는 것과, 상기 제2 면의 1차원 표면 형상을 측정할 때의 상기 홀더의 위치에 있어서 상기 제2 면측에서의 상기 기준점의 제2 위치를 측정하는 것과, 측정된 상기 제1 위치 및 제2 위치에 기초하여, 상기 비구면 렌즈의 제1 면의 표면 형상 및 상기 비구면 렌즈의 제2 면의 표면 형상을 동일한 3차원 좌표계로 기술하는 것과, 상기 제1 면의 표면 형상 및 상기 제2 면의 표면 형상을 소정의 표면 형상으로 비구면 피팅하여, 베스트 피팅 시의 정점 위치와 광축의 기울기로부터 광축 편심량을 산출하는 것을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제2 기술적 특징에 의하면, 비구면 렌즈에 있어서의 표리 양면의 광축 편심량의 측정 방법은, 서로 위치 고정된 제1 기준점, 제2 기준점, 제3 기준점 및 제4 기준점을 갖는 홀더를 준비하는 것이며, 상기 제1 기준점 및 제2 기준점은 제1 방향을 따라 배열하고, 상기 제3 기준점 및 제4 기준점은 상기 제1 방향에 직교하는 제2 방향을 따라 배열하는 것과, 상기 홀더에 제1 면 및 제2 면을 갖는 비구면 렌즈를 위치 고정하는 것과, 상기 제1 면측에서의 상기 각 기준점의 제1 위치를 검출하여, 상기 제1 방향 및 제2 방향에 기초하여 공통 기준 좌표를 설정하는 것과, 상기 제1 면의 제1 정점 위치를 검출하여 상기 공통 기준 좌표에 의해 기술하는 것과, 상기 제1 면의 제1 정점 위치를 검출하여 상기 기준 좌표에 의해 기술하는 것과, 상기 홀더를 반전하는 것과, 상기 제2 면측에서의 상기 각 기준점의 제2 위치를 검출하여, 상기 공통 기준 좌표에 대응시키는 것과, 상기 제2 면의 제2 정점 위치를 검출하여 상기 기준 좌표에 대응시켜 기술하는 것과, 상기 제1 정점 위치 및 제2 정점 위치로부터 편심량을 산출하는 것을 포함하는 것을 특징으로 한다.

도1은 비구면 렌즈를 측정하기 위한 레이저 프로브식 비접촉 3차원 측정 장치의 구조를 도시한 개략도.

도2는 비구면 렌즈를 유지한 렌즈 홀더를 도시하는 사시도.

도3은 도2에서의 SA-SA 선을 따라 자른 단면도.

도4는 비구면 렌즈의 확대 단면도.

도5는 비구면 렌즈의 평면도.

도6은 비구면 렌즈 표면의 측정 상태를 나타내는 렌즈 홀더의 단면도.

도7은 비구면 렌즈 표면의 정점의 검출을 도시하는 도면.

도8은 비구면 렌즈의 광축의 기울기를 도시하는 확대 단면도.

도9는 제2 실시예에 따른 비구면 렌즈를 유지하는 렌즈 홀더를 도시하는 사시도.

도10은 제2 실시예에 의한 비구면 렌즈의 표면의 측정을 도시하는 도면.

도11은 제2 실시예에 의한 비구면 렌즈의 표면의 정점 검출을 도시하는 도면.

도12는 변경 실시예에 따른 비구면 렌즈의 표면의 정점 검출을 도시하는 도면.

이하, 본 발명에 따른 스위칭 전원 장치의 실시 형태를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명은, 비구면 렌즈의 표리 표면의 형상을 정밀 측정함으로써, 비구면 렌즈의 양면의 상대적인 편심량을 마이크로미터 이하의 레벨에서 정량적으로 구할 수 있는 측정 방법을 제공할 수 있다. 이하, 본 발명의 실시예는 도면에 기초하여 설명한다.

실시예1

도1 내지 도7은, 본 발명의 일 실시예를 도시하는 도면이다. 도1은, 본 실시 형태에 따른 레이저 프로브식 형상 측정기의 구조를 도시하는 도면이다. 도1에 있어서, X, Y는 수평면 상에서 직교하는 2방향이며, Z는 연직 방향이다. 또한, 도1은 개략적으로 도시되어 있다.

<공통 기준점 및 공통 기준면>

측정 대상인 비구면 렌즈(1)는, 표면(제1 면)(1a) 및 이면(제2 면)(1b)을 갖고, 비구면 형상으로 형성되어 있다. 이 비구면 렌즈(1)는, 일정 두께를 갖고 열팽창율이 적은 금속으로 형성된 렌즈 홀더(2)에 유지되어 있다. 렌즈 홀더(2)는 또한 스캐너 등의 지그에 고정된 기준 핀(21)에 의해 위치 결정된다. 렌즈 홀더(2)의 중심에는 유지 구멍(3)이 형성되어 있다. 유지 구멍(3)은 비구면 렌즈(1)의 직경에 상당하는 오목부(4)가 형성되고, 그 저부에 비구면 렌즈(1)의 주연을 싣게 된 상태에서, 링 캡(5)에 의해 고정되어 있다.

도2, 도3에 도시한 바와 같이 렌즈 홀더(2)의 3방 위치에는, 「공통 기준점」으로서의 핀홀(6)이 렌즈 홀더(2)를 표면(1a)으로부터 이면(1b)으로 관통하도록 형성되어 공통 기준면(Sc)을 규정하고 있다. 핀홀(6)은 형성이 용이하고, 화상 처 리에 의한 3차원 위치 검출도 용이하게 행할 수 있다. 즉, 각 핀홀은 서로 위치 고정되어 렌즈 홀더에 형성되어 있고, 핀홀(6)을 투과하는 광을 광학계를 통해 2차원 촬상 장치에서 검출하고, 취득한 2차원 화상으로부터 각 핀홀(6)의 수평면 방향의 위치를 검출한다. 또한, 대물 광학계의 합초점 위치로부터 각 핀홀의 수직 방향의 위치를 검출할 수 있다. 그 결과 핀홀(6)의 3차원 위치의 측정이 가능하게 된다. 각 핀홀의 사이즈는, 예를 들어 직경, 길이 모두 10㎛ 정도이다. 상기 방법에 의해 각 핀홀의 위치로부터 3차원 공간 상에 제1 기준 좌표를 규정할 수 있다. 피측정 렌즈인 비구면 렌즈는 렌즈 홀더에 고정되기 때문에 공통 기준점(6)과는 서로 위치 고정되게 된다. 따라서, 후술하는 비구면 렌즈 표면의 3차원 측정의 측정 결과는 제1 기준 좌표에 의해 기술할 수 있다. 또한, 렌즈 홀더를 뒤집어서 마찬가지로 상기 각 핀홀의 3차원 위치 측정을 행하여 제2 기준 좌표를 규정하고, 비구면 렌즈의 반대면인 표면의 3차원 측정의 결과를 제2 기준 좌표에 의해 기술할 수 있다.

이 경우에, 동일한 핀홀을 제1 면(표면) 및 제2 면(이면)에서의 위치 검출 모두에 이용할 수 있다. 따라서, 각 제1 기준 좌표와 대응하는 제2 기준 좌표는 동일점에 관한 좌표이기 때문에 비구면 렌즈의 양면의 3차원 측정 데이터를 동일한 3차원 좌표계(X, Y, Z)에 의해 기술하는 것이 가능하게 된다. 또한, 수직 방향의 위치 검출에는 후술하는 레이저 프로브법을 이용해도 된다.

<레이저 프로브법에 의한 렌즈 표면의 3차원 측정>

렌즈 홀더(2)는, XY 방향으로 정밀 이동하는 스캔 스테이지(7) 상에, 표 면(1a) 또는 이면(1b)을 위로 한 상태에서 세트된다. 렌즈 홀더(2)에 유지된 비구면 렌즈(1)의 표면(1a) 및 이면(1b)에 대하여, 레이저 조사 장치(8)로부터의 반도체 레이저 광선(L)을 오토 포커스 광학계를 통하여 조사한다.

구체적으로는, 레이저 조사 장치(8)로부터의 반도체 레이저 광선(L)을 미러(9)를 통하여 반사시키고, 대물 렌즈(10)를 통하여, 비구면 렌즈(1)의, 예를 들어 표면(1a)에 조사한다. 이 비구면 렌즈(1)에 조사되는 레이저 광선(L)은 실질적으로 광축(L0) 상만을 통과하는 퍼지지 않는 광선이다. 레이저 광선(L)은 Z-Y면에 평행한 면 내에서 대물 렌즈(10)의 광축(L0)으로부터 떨어진 위치를 통과하여 비구면 렌즈에 비스듬[광축(L0)과 비평행]하게 입사된다. 레이저 광선(L)은 장해물이 없는 상태에서는 대물 렌즈(10)의 초점면에서 대물 렌즈의 광축(L0)과 교차한다. 따라서, 레이저 광선(L)은 비구면 렌즈(1)의 표면(1a)의 실질적으로 1점에 비스듬하게 조사되기 때문에, 그 1점의 X-Y면내(도면에서 수평면)에서의 위치를 검출할 수 있으면 삼각 측량의 원리로 Z 방향의 위치(도면에서 높이)를 측정할 수 있다. 즉, 레이저 광선(L)이 조사된 피측정물 표면의 1점(반사점)이 대물 렌즈(10)의 초점 위치에 있으면 그 1점은 대물 렌즈의 광축(L0) 상에 있고, 초점 위치로부터 어긋난 위치에 있으면 1점의 위치는 그에 따라 Y 방향으로 어긋난다. 따라서, Z 방향의 표면의 위치를 Y 방향의 반사점의 위치로 변환함으로써 피측정물의 표면의 초점 위치로부터의 어긋남을 검출할 수 있다. 이러한 레이저 광선(L)이 소위 「레이저 프로브」이다.

비구면 렌즈(1)의 1점에 조사된 레이저광(L)은 거기에서 산란, 반사되어 일 부의 성분(L')이 다시 대물 렌즈(10)를 통과하여, 2매의 미러(9, 11)로 반사되어, 결상 렌즈(12)를 거쳐 광 위치 검출 장치(13)에 이른다. 광 위치 검출 장치(13)는 광학적 무게 중심의 위치를 검출하는 광 검출기를 구비하고, 광 검출기의 센터(13s)의 위치는 대물 렌즈(10)의 초점면 위치에 대응한다. 또한, 산란, 반사 성분(L')은 통상 퍼지는 광속이지만 도면에서는 반사광으로 대표하여 표시하고 있다.

대물 렌즈(10), 결상 렌즈(12), 광 위치 검출 장치(13), 서보 기구(14) 등에 의해, 오토 포커스 광학계가 구성된다. 즉, 비구면 렌즈 표면으로부터의 반사광(L')이 광 위치 검출 장치(13)의 센터(13s)로부터 어긋난 경우에는, 그 어긋남을 시정하기 위해, 서보 기구(14)에 의해 대물 렌즈(10)를 포커스 방향(Z 방향)으로 이동시키도록 피드백 제어함으로써 오토 포커스를 실현하고 있다. 그 결과 그 대물 렌즈(10)의 광축 방향(Z축)의 이동량으로부터, 비구면 렌즈(1)의 표면(1a) 또는 이면(1b)의 높이 치수를 측정할 수 있다.

레이저 광선(L) 또는 대물 렌즈(10)에 대하여 스캔 스테이지(7)를 X 방향 및 Y 방향으로 스캔함으로써, 레이저 광선(L)이 Y-Z 평면 내에서 비구면 렌즈(1)의 정점(Pa)을 포함하는 표면(1a)에 대하여 조사되어 반사된다.

미러(9)는 하프 미러이며, 이 미러(9) 및 결상 렌즈(15)를 통하여 렌즈 홀더(2)의 전체 화상을 2차원 촬상 장치(CCD 카메라)(16)에 의해 촬영할 수 있다. 2 차원 촬상 장치(16)에는 화상 처리부(17)와 모니터(18)가 접속되어 있다. 또한, 화상 처리부(17)는 서보 기구(14)와도 접속되어 있어, 렌즈 홀더(2)의 표면의 화상으로부터, 렌즈 홀더(2)에 설정된 3개소의 핀홀(6)을 인식하여, 그 3차원 위치를 측정할 수 있다.

다음에 도3 내지 도8에 기초하여 실제의 측정 수순을 설명한다. 우선, 비구면 렌즈(1)의 표면(1a)을 위로 한 상태에서, 렌즈 홀더(2)를 스캔 스테이지(7) 상에 세트하고, 스캔 스테이지(7)를 X 방향으로 스캔하여 비구면 렌즈(1)의 표면(1a)의 정점(Pa)을 포함하는 X축에서의 단면 형상을 측정한다(단면 형상은 마이크로미터 이하의 정밀도로 측정 가능). X 방향으로의 스캔에 의한 단면 형상 측정은 Y 방향으로 소정 피치 이동하여 반복된다.

다음에 마찬가지로 하여 스캔 스테이지(7)를 X 방향으로 소정 피치 이동하면서 Y 방향으로의 스캔을 반복하여, 비구면 렌즈(1)의 표면(1a)의 정점(Pa)을 포함하는 Y축에서의 1차원 단면 형상을 측정한다. 이것은 도4에 도시한 바와 같이 피측정 대상인 비구면 렌즈에 대하여 상대적으로 레이저 프로브(L)가 스캔 계측하는 것과 등가이다.

마지막으로, 렌즈 홀더(2)에 있어서의 3개소의 핀홀(6)의 3차원 위치를, CCD 카메라(16)에 의해 얻어진 화상, 및 초점 맞추기 방향에서의 대물 렌즈(10)의 이동량으로부터, 화상 처리부(17)에 의해 연산하여 구한다.

다음에 렌즈 홀더(2)의 상하를 반대로 하여, 비구면 렌즈(1)의 이면(1b)을 위로 한 상태에서, 전술한 바와 마찬가지로, 비구면 렌즈(1)의 이면(1b)의 정점(Pb)을 포함하는 X축 및 Y축에서의 단면 형상을 측정한다. 또한, 렌즈 홀더(2)를 이면측으로 한 상태에서의 3개소의 핀홀(6)의 3차원 위치를, 동일하게 CCD 카메라(16)에 의해 얻어진 화상 등으로부터 화상 처리부(17)에 의해 연산하여 구한다.

<비구면 피팅>

이상과 같이 하여 구해진 비구면 렌즈(1)의 표면(1a)과 이면(1b)의 형상 측정 데이터는, 핀홀(6)의 3차원 위치에 기초하여 결정된 XY 좌표계에 있어서, Z축의 좌표계가 반전한 동일한 좌표계의 데이터로서 취급할 수 있다.

따라서, 그 공통의 XY 좌표계에 있어서, 측정한 비구면 형상을, 계산식에 의해 구해지는 완전한 비구면 형상에 대하여 피팅 처리한다. 비구면 형상은 일반적으로 이하의 비구면식에 의해 나타낸다.

여기서, C는 R을 곡률 반경으로 하여 C=1/R 되는 곡률, k는 원추 상수, Ai는 비구면 계수(i=1, 2, …)이다.

피측정 렌즈의 설계값이 기지이면, 표면 형상을 측정하여, 상기 식에 대하여 최소 제곱법 등에 의해 피팅하여 정점 위치와 광축의 경사를 취득할 수 있다. 피팅에서는 오차 곡선이 Z축에 대하여 대칭이 되는 점을 탐사한다.

우선, 도7의 (a)에 있어서 y 방향의 스캔에 의해 표면 형상을 측정한 경우에, 일반적으로 비구면의 정점을 통과하지 않는 단면(S2, S3)에 관한 표면 형상이 얻어진다. 축대상(軸對象)의 표면 형상의 단면이므로, 도7의 (b)에 도시한 바와 같이 단면(S2, S3)에서도 공통의 대칭축(Ls)이 존재하고, y축에 수직하여 대칭축(Ls)을 통과하는 평면은 광축(Sa)을 통과한다. 따라서 비구면 형상의 대칭축인 광축(Sa) 및 대칭축(Ls)을 포함하는 평면을 따라 x 방향으로 스캔함으로써 정점(Pa)을 통과하는 x축 방향의 단면 형상을 취득할 수 있다. y축 방향의 단면 형상도 마찬가지로 취득할 수 있다. 또한, 이면(제2 면)(1b)의 단면 형상 측정도 마찬가지이다.

이상의 조작에 의해, 베스트 피팅 시의 정점(Pa, Pb)과 광축(Sa, Sb)으로부터, 광축(Sa, Sb) 사이의 각도의 어긋남(θx, θy)과, 정점(Pa, Pb) 사이의 위치의 어긋남(D)을 마이크로미터 이하의 정밀도로 정량적으로 구할 수 있다. 또한, 도8의 광축(Sb)의 기울기는 과장되어 도시되어 있다. 실제로는 도시할 수 없을 정도로 근소하다.

본 실시 형태에 의하면, 구해진 각도의 어긋남(θx, θy)이나 위치의 어긋남(D)에 관한 편심량을, 비구면 렌즈(1)를 제조하기 위한 금형의 설계에 피드백하여, 보다 완전한 비구면 렌즈(1)의 성형이 가능한 금형을 제조할 수 있다.

실시예 2

본 발명의 실시예2에 따른 광축 편심량 측정 장치에 있어서 레이저 프로브법을 이용한 형상 측정기나 그 동작은 실시예1과 마찬가지이므로 공통되는 부분의 설명은 생략한다.

본 실시예에 따른 렌즈 홀더(22)는 도9에 도시한 바와 같이 공통 기준점을 4 점 갖고, 2개의 기준점(6a, 6c)의 배열 방향에 대하여 기준점(6b, 6d)이 직교하도록 배열한다.

기준점(6b, 6d)의 3차원 위치 측정으로부터 이들 2점을 통과하는 x축을 규정 하고, 기준점(6a, 6c)의 3차원 위치 측정으로부터 이들 2점을 통과하여 x축에 직교하는 y축을 규정하고, 이들에 직교하는 z축을 규정하여 직교 좌표계(x, y, z)에 의해 위치를 기술한다. x축 및 y축에 의해 규정되는 가상면이 공통 기준면(Sc)이다. 이러한 공통 기준점(6)에 의해 직교 좌표계를 설정함으로써, 렌즈 및 렌즈 홀더를 뒤집어도 동일한 기준 좌표계로 위치를 기술할 수 있다. 예를 들어, x축 방향으로 렌즈 및 렌즈 홀더를 뒤집으면, 기준점(6b, 6d)의 위치는 변하지 않고, 기준점(6a, 6c)의 위치가 그대로 교환되므로 위치를 대응시키기가 용이해진다.

<정점 위치의 검출>

본 실시예에서는, 비구면 렌즈의 정점 위치에 기초하여 편심량을 어림하는 것을 특징으로 한다. 비구면 렌즈에서는 축대상으로 되는 정점은 1점밖에 존재하지 않으므로 정점 위치를 특정하는 것이 가능하게 되어, 정점 위치로부터 광축의 위치를 특정할 수 있다. 또한, 최근의 금형 가공 기술의 향상에 의해 비구면 렌즈의 양면에서의 광축의 각도의 어긋남이 편심량 측정에 지장이 없을 정도로 개선되어 있는 경우가 많아, 이 경우에는 비구면 렌즈의 각 정점 위치에 기초하여 편심량을 산출할 수 있으므로 보다 신속한 측정이 가능하게 된다.

도10에 있어서, 현실의 정점(P0)의 근방에 가상의 중심점(P')을 설정하고 x축 방향 및 y축 방향으로 각각 1차원 형상 측정(단면 형상 측정)을 실시한다. 가상의 중심점(P')을 공통 기준면에 사영한 좌표계를 (x', y')로 하면, 도11에 도시한 바와 같이 x축 방향의 단면 형상에서 x'=Δx, 및 y축 방향의 단면 형상에서 y'=Δy의 위치에 외관상의 정점이 도출된다. 따라서, 각 축에 있어서의 정점 위치로 부터 기준면에 사영된 정점의 위치(Δx, Δy)가 특정된다. 만약 가상의 중심점(P')이 현실의 정점으로부터 떨어져 있을 경우에는 상기 조작을 반복하여 현실의 정점에 수렴시킴으로써 정점 위치를 보다 고정밀도로 측정할 수 있다.

상기 조작을 비구면 렌즈의 제1 면 및 제2 면의 양면에 대하여 행함으로써, 정점 위치의 기준면 내에서의 어긋남으로부터 편심량을 산출할 수 있다.

<변경 실시예>

비구면 렌즈의 비구면 부분과 플랜지 부분이 동시 가공되어 있을 경우에는 이들 경계선은 비구면 렌즈의 광축에 대하여 동심원을 이룬다. 따라서, 비구면 렌즈의 양면에 있어서 비구면 부분과 플랜지 부분의 경계선을 검출함으로써 기준면 내에서의 동심원의 중심 위치를 정점의 사영 위치로서 구할 수 있다.

도12에 도시한 바와 같이 현실의 동심원(C0)의 중심의 근방에 가상의 중심점을 설정하여 가상의 중심점으로부터 설계된 반경만큼 떨어진 점을 포함하는 영역(e1)에서의 2차원 화상을 취득하고 그 화상의 휘도 변화(공간 미분)로부터 동심원에서의 엣지 위치(31)를 검출해 그 위치를 판독한다. 다른 영역(e2, e3)에 있어서도 마찬가지로 엣지 검출을 행함으로써 동심원의 중심(C0)의 좌표를 구할 수 있다. 엣지 검출은 3개소 이상의 영역에서 행한다.

중심(C0)의 좌표는 비구면 렌즈의 정점 위치에 대응하기 때문에, 상기 조작을 비구면 렌즈의 양면에 대하여 행함으로써, 정점 위치의 공통 기준면 내에서의 어긋남으로부터 편심량을 산출할 수 있다.

본 발명의 제1 기술적 측면에 의하면, 비구면 렌즈의 표리 양면의 상대적인 편심량을 마이크로미터보다 작은 정밀도로 정량적으로 구할 수 있다. 그 결과, 구해진 편심량을, 비구면 렌즈를 제조하기 위한 금형의 설계에 피드백하여, 보다 완전한 비구면 렌즈의 성형이 가능한 금형을 제조할 수 있다.

본 발명의 제2 기술적 측면에 의하면, 비구면 렌즈의 표리 양면의 상대적인 편심량이 표면 형상의 정점을 신속하게 검출함으로써 구해지므로, 조작이 보다 단순화되고 또한 바로 정량 평가할 수 있기 때문에, 비구면 렌즈를 제조하기 위한 금형 설계에 신속하게 피드백할 수 있다.

이상의 실시예에서는, 공통 기준점으로서 핀홀(6)을 예로 했지만, 이것에 한정되지 않는다. 또한, 핀홀(6)의 3차원 위치를 화상 처리에 의해 측정하는 예를 설명했지만, 비구면 렌즈(1)를 측정하기 위한 레이저 프로브를 이용하여 검출해도 된다.

(미국 지정)

본 출원은 미국 지정에 관한 것으로, 2005년8월5일에 출원된 일본 특허 출원 제2005-228760(2005년8월5일 출원)에 대하여 미국 특허법 제119조(a)에 기초하는 우선권의 이익을 원용하고, 상기 개시 내용을 인용한다.

Claims (8)

1. 비구면 렌즈에 있어서의 표리 양면의 광축 편심량의 측정 방법이며,

   서로 위치 고정된 3개 이상의 기준점을 갖는 홀더에 제1 면 및 제2 면을 갖는 비구면 렌즈를 위치 고정하는 것과,

   상기 제1 면에 대하여, 상기 홀더의 제1 방향 및 제2 방향으로 각각 소정 피치로 상기 제1 면의 1차원 표면 형상을 측정하는 것과,

   상기 제1 면의 1차원 표면 형상을 측정할 때의 상기 홀더의 위치에서 상기 제1 면측에서의 상기 기준점의 제1 위치를 측정하는 것과,

   상기 제2 면에 대하여, 상기 홀더의 제1 방향 및 제2 방향으로 각각 소정 피치로 상기 제2 면의 1차원 표면 형상을 측정하는 것과,

   상기 제2 면의 1차원 표면 형상을 측정할 때의 상기 홀더의 위치에서 상기 제2 면측에서의 상기 기준점의 제2 위치를 측정하는 것과,

   측정된 상기 제1 위치 및 제2 위치에 기초하여, 상기 비구면 렌즈의 제1 면의 표면 형상 및 상기 비구면 렌즈의 제2 면의 표면 형상을 동일한 3차원 좌표계로 기술하는 것과,

   상기 제1 면의 표면 형상 및 상기 제2 면의 표면 형상을 소정의 표면 형상에 의해 피팅 처리하고, 베스트 피팅일 때의 정점 위치와 광축의 기울기로부터 광축 편심량을 산출하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 면의 1차원 표면 형상을 측정하는 것은,

   상기 제1 방향으로 상기 제1 면의 1차원 표면 형상을 계측하여 제1 정점 위치를 검출하는 것과,

   상기 제1 정점 위치를 통과하는 가상 평면 내에서 상기 제2 방향으로 상기 제1 면의 1차원 표면 형상을 측정하여 제2 정점 위치를 검출하는 것과,

   상기 제1 정점 위치 및 제2 정점 위치에 기초하여 측정 위치를 결정하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 각 기준점은 상기 홀더에 형성된 핀홀이며, 상기 홀더를 상기 제1 면측으로부터 상기 제2 면측으로 관통하고 있는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기준점의 제1 위치 및 제2 위치를 측정하는 것은,

   상기 각 기준점의 핀홀을 투과한 조명광을 상기 제1 방향 및 제2 방향에 직교하는 제3 방향(Z축)으로부터 광학계를 통해 촬상하고, 상기 제1 방향 및 제2 방향에서의 상기 핀홀의 위치를 측정하는 것과,

   상기 광학계의 상기 핀홀에 관한 초점 맞추기의 위치에 기초하여 상기 기준점의 상기 제3 방향의 위치를 측정하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
5. 비구면 렌즈에 있어서의 표리 양면의 광축 편심량의 측정 방법이며,

   서로 위치 고정된 제1 기준점(6b), 제2 기준점(6d), 제3 기준점(6a) 및 제4 기준점(6c)을 갖는 홀더를 준비하는 것이며, 상기 제1 기준점 및 제2 기준점은 제1 방향(x축)을 따라 배열하고, 상기 제3 기준점 및 제4 기준점은 상기 제1 방향에 직교하는 제2 방향(y축)을 따라 배열하는 것과,

   상기 홀더에 제1 면(1a) 및 제2 면(1b)을 갖는 비구면 렌즈를 위치 고정하는 것과,

   상기 제1 면측에서의 상기 각 기준점의 제1 위치를 검출하여, 상기 제1 방향 및 제2 방향에 기초하여 공통 기준 좌표를 설정하는 것과,

   상기 제1 면의 제1 정점 위치를 검출하여 상기 공통 기준 좌표에 의해 기술 하는 것과,

   상기 홀더를 반전시키는 것과,

   상기 제2 면측에서의 상기 각 기준점의 제2 위치를 검출하여, 상기 공통 기준 좌표에 대응시키는 것과,

   상기 제2 면의 제2 정점 위치를 검출하여 상기 공통 기준 좌표에 대응시켜 기술하는 것과,

   상기 제1 정점 위치 및 제2 정점 위치로부터 편심량을 산출하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 기준점의 제1 위치 및 제2 위치를 측정하는 것은,

   각 상기 기준점의 핀홀을 투과한 조명광을 상기 제1 방향 및 제2 방향에 직교하는 제3 방향으로부터 광학계를 통해 촬상하여, 상기 제1 방향 및 제2 방향에서의 상기 핀홀의 위치를 측정하는 것과,

   상기 광학계의 상기 핀홀에 관한 초점 맞추기의 위치에 기초하여 상기 기준점의 상기 제3 방향의 위치를 측정하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 제1 정점 위치를 검출하는 것은,

   상기 제1 방향으로 상기 제1 면의 1차원 표면 형상을 계측하여 제1 대칭 중심 위치를 검출하는 것과,

   상기 제2 방향으로 상기 제1 면의 1차원 표면 형상을 측정하여 제2 대칭 중심 위치를 검출하는 것과,

   상기 제1 대칭 중심 위치 및 제2 대칭 중심 위치로부터 상기 제1 정점 위치를 산출하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
8. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 비구면 렌즈의 플랜지부와의 경계가 광축에 대하여 동심원 형상으로 형성되어 있는 경우에,

   상기 제1 정점 위치를 검출하는 것은, 상기 동심원 형상의 경계를 검출하여, 그 동심원의 중심 위치로부터 상기 제1 정점 위치를 구하는 것을 특징으로 하는 측 정 방법.

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