WO2017094072A1 - 光学素子製造装置および光学素子製造方法 - Google Patents

光学素子製造装置および光学素子製造方法 Download PDF

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modeling
measurement result
shape
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花野　和成
山崎　健
義浩 前田
敢人 宮崎
平田　唯史
児玉　裕
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オリンパス株式会社
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    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor

Definitions

  • the present invention relates to an optical element manufacturing apparatus and an optical element manufacturing method.
  • An imaging optical system for imaging an object using an imaging device such as a CCD or CMOS, and an illumination optical system for illuminating an object with uniform intensity illumination light include various lenses.
  • An optical element is used.
  • Such an optical element has a curved surface shape or the like designed so that the optical system to be incorporated has a desired optical performance, and is molded according to the designed shape data.
  • a molding method of the optical element generally, die processing, cutting processing, polishing processing or the like is used.
  • a three-dimensional modeling apparatus called a so-called 3D printer has been put into practical use, and has been attracting attention as an apparatus that can easily and integrally form a three-dimensional model.
  • a method of forming a modeled object by sequentially laminating a layer in which a resin is partially solidified by irradiating a photocurable resin with ultraviolet light.
  • Techniques for forming an optical element having a desired shape using such a three-dimensional modeling apparatus have been proposed (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
  • a technique for controlling a modeling condition so that a modeling shape error is within an allowable value has been proposed (see, for example, Patent Documents 3 and 4).
  • the present invention has been made in such a situation, and one of exemplary purposes of an embodiment thereof is to provide an optical element manufacturing technique capable of manufacturing an optical element having a desired optical performance by an additive manufacturing method.
  • An embodiment of the present invention relates to an optical element manufacturing apparatus.
  • the optical element manufacturing apparatus includes a layered modeling unit that models optical elements by sequentially stacking optical materials, and an acquisition unit that acquires a measurement result of optical performance of an optical system including the optical element to be modeled.
  • the layered modeling unit ends the modeling of the optical element on condition that the measurement result acquired by the acquiring unit satisfies a predetermined condition.
  • Another aspect of the present invention is an optical element manufacturing method.
  • This method comprises sequentially laminating optical materials to form an optical element, and obtaining a measurement result of optical performance of an optical system including the optical element to be shaped.
  • the modeling of the optical element is completed on condition that the measurement result of the optical performance of the optical system satisfies a predetermined condition.
  • an optical element having desired optical performance can be manufactured by an additive manufacturing method.
  • FIGS. 3A to 3C are diagrams schematically showing how an optical element is manufactured.
  • 4 (a) to 4 (c) are diagrams schematically showing how an optical element is manufactured.
  • FIGS. 7A to 7C are diagrams schematically showing how an optical element is manufactured.
  • FIGS. 8A to 8C are views schematically showing how an optical element is manufactured. It is a flowchart which shows the manufacturing method of an optical element.
  • FIGS. 11A to 11C are diagrams schematically showing how an optical element is manufactured. It is a flowchart which shows the manufacturing method of an optical element. It is a figure which shows typically the structure of the optical element manufacturing apparatus which concerns on a certain Example. It is a figure which shows typically a mode that an optical element is manufactured. It is a figure which shows typically the measuring method of the optical performance which concerns on an Example.
  • the optical element manufacturing apparatus includes a layered modeling unit that models optical elements by sequentially stacking optical materials, and an acquisition unit that acquires a measurement result of optical performance of an optical system including the optical element to be modeled.
  • the layered modeling unit ends the modeling of the optical element on condition that the measurement result acquired by the acquiring unit satisfies a predetermined condition.
  • the optical element can be formed while measuring the optical performance, an optical element that satisfies the desired optical performance can be manufactured without separately measuring the optical performance after the formation.
  • a modeling shape calculation unit that calculates a modeling shape for modeling the optical element based on the measurement result acquired by the acquisition unit may be further provided.
  • the layered modeling means may model the optical element according to the modeling shape calculated by the modeling shape calculating means. According to this aspect, since an optical element can be formed according to the modeling shape calculated based on the measurement result of optical performance, an optical element having desired optical performance can be formed immediately.
  • the acquisition unit acquires the measurement result of the optical performance of the optical system including the optical element in the middle of the modeling, and the modeling shape calculation unit is on the optical element in the middle of the modeling based on the measurement result of the optical performance of the optical system in the middle of the modeling.
  • the modeling shape to be stacked is calculated, and the layered modeling means stacks the optical material on the optical element in the middle of modeling according to the modeling shape calculated by the modeling shape calculation means based on the measurement result of the optical performance of the optical system in the middle of modeling. You may let them.
  • the acquisition unit acquires the measurement result of the optical performance of the optical system before modeling the optical element
  • the modeling shape calculation unit calculates the modeling shape of the optical element based on the measurement result of the optical performance of the optical system before modeling.
  • the layered modeling means may stack the optical material according to the modeling shape calculated by the modeling shape calculating means based on the measurement result of the optical performance of the optical system before modeling.
  • the modeling shape calculation means calculates the modeling shape of the compensation optical element that compensates the optical performance of the optical system before modeling the optical element, and the layered modeling means calculates the modeling shape of the compensation optical element calculated by the modeling shape calculation means. Therefore, the compensation optical element may be formed by laminating optical materials.
  • the optical system may include a base material disposed at one end of the optical system.
  • the layered modeling means may model an optical element by stacking optical materials on a substrate.
  • the layered modeling means is configured to stack a photocurable resin on a base material by ultraviolet irradiation, and the base material may be configured to reduce the amount of transmitted ultraviolet light.
  • the layered modeling means may model the optical element such that the optical surface of the optical element is a rotationally asymmetric surface.
  • the acquisition unit may acquire a measurement result of light transmitted through the optical system.
  • the optical system may be an imaging optical system including an imaging element and an imaging lens.
  • the acquisition unit may acquire image data captured by the image sensor.
  • the optical system may be an illumination optical system including a light source and an illumination lens.
  • the acquisition unit may acquire a measurement result of the illumination light output from the illumination optical system.
  • Another aspect of the present invention is an optical element manufacturing method.
  • This method comprises sequentially laminating optical materials to form an optical element, and obtaining a measurement result of optical performance of an optical system including the optical element to be shaped.
  • the modeling of the optical element is completed on condition that the measurement result of the optical performance of the optical system satisfies a predetermined condition.
  • the optical element can be formed while measuring the optical performance, an optical element that satisfies the desired optical performance can be manufactured without separately measuring the optical performance after the formation.
  • It may further include incorporating a protective member for protecting the optical surface of the optical element to be shaped into the optical system.
  • FIG. 1 schematically shows a configuration of an optical element manufacturing apparatus 10 according to the first example.
  • the optical element manufacturing apparatus 10 includes a stage 20, a modeling head 24, a light source 32, a sensor 34, and a control device 40.
  • the optical element manufacturing apparatus 10 manufactures the optical element 70 by modeling the laminated body 72 on the base material 71 supported by the stage 20.
  • the optical element manufacturing apparatus 10 measures the optical performance of the optical element 70 by measuring the measurement light 30 output from the light source 32 and transmitted through the optical element 70 with the sensor 34.
  • the optical element manufacturing apparatus 10 performs layered modeling so as to correct the deviation between the actual value and the target value of the optical performance of the optical element 70 based on the measurement result of the optical performance.
  • a convex lens is formed as the optical element 70 is shown, but this is not intended to limit the type of optical element to be shaped.
  • the stage 20 is a member that supports the base material 71, and is constituted by a flat plate-like member on which the base material 71 is placed, for example.
  • the stage 20 fixes the base material 71 so that the position of the optical element 70 does not move during modeling of the optical element 70 and measurement of the optical performance of the optical element 70.
  • an opening 22 for transmitting the measurement light 30 from the light source 32 to the optical element 70 is provided in the center of the stage 20, an opening 22 for transmitting the measurement light 30 from the light source 32 to the optical element 70 is provided.
  • the stage 20 may have a structure that supports the base material 71 from the side instead of a structure that supports the base material 71 from below.
  • the modeling head 24 is a layered modeling unit that supplies and laminates an optical material for modeling the stacked body 72 on the base material 71.
  • the modeling head 24 is configured to, for example, supply a photocurable resin liquid onto the base 71 and irradiate the supplied photocurable resin liquid with ultraviolet light to solidify the liquid.
  • the modeling head 24 may be configured to supply a molten or softened optical material onto the base 71, or supply a powdered optical material onto the base 71 to perform laser processing. You may comprise so that a powdery optical material may be sintered by irradiating light.
  • the modeling head 24 is configured to be movable in the left-right direction (x direction) and the front-rear direction (y direction) with respect to the stage 20.
  • x direction left-right direction
  • y direction front-rear direction
  • FIG. 1 a state in which the modeling head 24 is scanned in the x direction by an arrow A is illustrated.
  • the modeling head 24 forms a layer structure of a desired shape on the base material 71 by supplying the optical material onto the base material 71 while moving in the x direction and the y direction.
  • the modeling head 24 may be configured to be movable in the vertical direction or the vertical direction (z direction), and the vertical position of the modeling head 24 is changed according to the height of the stacked body 72 that is sequentially stacked.
  • An optical material may be laminated on the substrate 71.
  • the modeling head 24 is connected to the control device 40 and operates based on a command from the control device 40.
  • the light source 32 irradiates the optical element 70 with measurement light 30 for measuring the optical performance of the optical element 70.
  • the light source 32 is configured to output measurement light 30 having optical characteristics suitable for measuring the optical performance of the optical element 70.
  • the light source 32 is configured to output collimated measurement light 30 so that light incident on the base material 71 becomes parallel light so that the imaging performance of the optical element 70 serving as a convex lens can be measured, for example. Is done.
  • the structure of the light source 32 is not specifically limited, According to the kind of optical performance of the optical element 70 to measure, you may be comprised so that the illumination light which has an appropriate characteristic may be output.
  • the light source 32 may be configured such that, for example, a light beam having a small beam diameter such as laser light can be incident on an arbitrary position of the optical element 70, or a plurality of light beams can be simultaneously applied to a plurality of positions. You may comprise so that it can inject.
  • the sensor 34 is a measuring unit that receives the measurement light 30 transmitted through the optical element 70 and measures the optical performance of the optical element 70.
  • the sensor 34 measures the intensity value, intensity distribution, spot diagram, various aberrations such as spherical aberration and astigmatism, wavefront aberration, and the like of the measurement light 30.
  • an appropriate measuring device is selected according to the optical performance to be measured.
  • an image sensor such as a photodiode, a CCD or a CMOS sensor, an interferometer, a Shack-Hartmann sensor, or the like can be used.
  • the sensor 34 may be configured such that a modulation transfer function MTF (Modulation Transfer Function) of the measurement light 30 can be measured.
  • MTF Modulation Transfer Function
  • the sensor 34 may be configured such that the position in the optical axis direction (z direction) can be adjusted so that a spot diagram or the like can be measured.
  • the sensor 34 transmits the measurement result of the optical performance of the optical element 70 to the control device 40.
  • the light source 32 and the sensor 34 function as a “measurement system” for measuring the optical performance of the optical element 70.
  • the optical element 70 to be shaped is composed of a base material 71 and a laminate 72.
  • the base material 71 is a plate-like member that becomes the base of the laminate 72, and is made of an optical glass material, a resin material, or the like.
  • the base material 71 is comprised with the material which has the same material as the material used as the laminated body 72, or the same optical characteristic, for example.
  • the base material 71 may be made of a different type of material from the laminate 72.
  • the stacked body 72 is formed by the modeling head 24.
  • the stacked body 72 has a multilayer structure in which a plurality of layers of optical materials formed by the modeling head 24 are stacked.
  • FIG. 2 is a block diagram schematically showing a functional configuration of the control device 40.
  • the control device 40 includes a measurement system control unit 42, an acquisition unit 44, an optical performance determination unit 46, a modeling shape calculation unit 48, a layered modeling control unit 50, and a storage unit 52.
  • the measurement system control means 42 controls the operation of the light source 32 and the sensor 34 constituting the measurement system.
  • the measurement system control unit 42 controls the sensor 34 to be in a position suitable for measurement, and controls the light source 32 to output the measurement light 30 suitable for measurement.
  • the acquisition unit 44 acquires the measurement result of the optical performance of the optical element 70 by the sensor 34.
  • the acquisition unit 44 acquires, for example, the intensity value or intensity distribution image of the measurement light 30 measured by the sensor 34.
  • the optical performance determination unit 46 determines the optical performance of the optical element 70 based on the measurement result acquired by the acquisition unit 44.
  • the optical performance determination means 46 determines whether or not the obtained optical performance measurement result satisfies a predetermined condition.
  • the optical performance determining means 46 determines whether or not the target optical element 70 satisfies the target condition determined based on the target value of the optical performance of the optical element 70 to be modeled, and whether or not the modeled optical element 70 has the desired optical performance. Determine. This target condition is held in advance in the storage means 52 in accordance with the optical performance of the optical element 70 to be modeled.
  • the optical performance determination unit 46 may determine whether or not the optical element 70 is normally formed based on the measurement result acquired by the acquisition unit 44.
  • the optical performance determination unit 46 may determine whether or not an error condition indicating that an abnormality has occurred in the modeling of the optical element 70 is satisfied based on the measurement result acquired by the acquisition unit 44.
  • This error condition is stored in the storage unit 52 in advance.
  • the error condition may be determined according to the optical performance of the optical element 70 to be modeled, or may be determined as a common condition that does not depend on the optical performance of the optical element 70 to be modeled. For example, the error condition may be that the amount of light measured by the sensor 34 is equal to or less than a reference value.
  • the modeling shape calculation unit 48 calculates a modeling shape for modeling the optical element 70 based on the measurement result acquired by the acquisition unit 44. If the above-described target condition is not satisfied, the modeling shape calculation unit 48 specifies a deviation between the measurement result of the optical performance and the target value, and calculates a modeling shape necessary for correcting the deviation.
  • the modeling shape calculation means 48 refers to a plurality of types of templates corresponding to the type of deviation between the measurement result and the target value, and calculates the parameter value of the modeling shape data determined for the template based on the measurement result of the optical performance. .
  • a template is used in which the modeling shape for correcting the asymmetry to obtain axially symmetric optical performance is an asymmetric shape.
  • a plurality of types of templates used for the calculation of the modeling shape are held in the storage unit 52 in advance.
  • the additive manufacturing control means 50 controls the operation of the modeling head 24 based on predetermined modeling shape data.
  • the layered modeling control means 50 operates the modeling head 24 based on the modeled shape data held in the storage unit 52 in advance or the modeled shape data calculated by the modeled shape calculating unit 48, and a layered shape corresponding to the modeled shape data is obtained.
  • the body 72 is controlled to be formed.
  • the layered modeling control means 50 may operate the modeling head 24 so as to satisfy a predetermined modeling condition.
  • the layered modeling control means 50 may, for example, operate the modeling head 24 so that the layered body 72 fits within a predetermined layered region (region in the xy plane), or the height ( The modeling head 24 may be operated so that (z direction) is within a predetermined upper limit value.
  • the layered modeling control means 50 moves the modeling head 24 to a predetermined retreat position so as not to block the measurement light 30 when measuring the optical performance of the optical element 70.
  • the layered modeling control unit 50 ends the modeling process assuming that the modeling of the optical element 70 is completed when the optical performance determining unit 46 determines that the above target condition is satisfied.
  • the layered modeling control unit 50 ends or cancels the modeling process assuming that an abnormality has occurred in the modeling of the optical element 70 when the optical performance determining unit 46 determines that the above-described error condition is satisfied.
  • the storage means 52 holds various conditions, modeling shape data, templates, and the like used for the processing of the control device 40.
  • a plurality of types of templates held in the storage unit 52 are prepared according to the type of optical performance measured using the measurement unit. For example, the correspondence between various aberrations such as spherical aberration, coma aberration, astigmatism, curvature of field aberration, and distortion aberration, and the shape of wavefront aberration, and a modeling shape for correcting these aberrations is held as a template.
  • Each template may have a correspondence relationship between the degree (size) of aberration and a parameter for adjusting a correction amount according to the degree.
  • Each template may be determined based on an actual measurement value of optical performance of an optical element having a shape corresponding to a laminated body in the middle of modeling.
  • the storage means 52 is composed of, for example, a semiconductor memory or a magnetic disk.
  • the storage means 52 may be a non-volatile memory such as a ROM (Read Only Memory) or a flash memory, or a volatile memory such as a DRAM (Dynamic Random Access Memory).
  • the storage means 52 may be a hard disk drive.
  • the data stored in the storage unit 52 may be data stored in the control device 40 in advance through installation work or the like, or may be data that is temporarily acquired from a network connected to the control device 40 and stored.
  • FIGS. 3A to 3C and FIGS. 4A to 4C are views schematically showing how the optical element 70 is manufactured.
  • the first laminate 73 is formed on the base 71 fixed to the stage 20 by operating the modeling head 24 based on predetermined modeling shape data.
  • the measurement light 30 is irradiated to the optical element 70 in the middle of the formation composed of the base material 71 and the first laminated body 73, and the optical performance of the optical element 70 is measured by the sensor 34.
  • FIG. 3C shows a measurement result 81 of the optical performance of the optical element 70 measured in FIG.
  • the wavefront aberration in the vicinity of the focal point of the measurement light 30 collected by the optical element 70 is measured.
  • the measurement result 81 shown in FIG. 3C has a wavefront aberration such that the left side is concave and the right side is convex, and there is a deviation from the target value of the optical performance of the optical element 70 to be modeled. Is shown. That is, the measurement result 81 indicates that the optical performance of the optical element 70 in the middle of modeling does not satisfy the target condition. Therefore, the optical element manufacturing apparatus 10 calculates a modeling shape for correcting the wavefront aberration shown in FIG. 3C, and performs correction modeling processing based on the calculated modeling shape data for correction.
  • FIG. 4A shows a state in which the correction modeling process is executed.
  • the second laminate 74 is laminated on the first laminate 73 formed on the base material 71.
  • the second laminated body 74 is formed according to the corrected modeling shape data calculated based on the measurement result 81 shown in FIG.
  • the first laminated body 73 and the second laminated body 74 are shown in different colors for easy understanding, but the first laminated body 73 and the second laminated body 74 may be made of the same material, and after the modeling In the embodiment, the first laminated body 73 and the second laminated body 74 may be integrally formed in such a manner that they cannot be distinguished from each other.
  • FIG. 4B shows a measurement result 82 of the optical performance of the optical element 70 measured in FIG.
  • the measurement result 82 has a Gaussian wavefront shape with a convex center, and shows a state in which a target value of the optical performance of the optical element 70 to be modeled is obtained. Therefore, the optical element manufacturing apparatus 10 determines that the optical performance of the optical element 70 satisfies the target condition, and ends the modeling process of the optical element 70. Thereby, the optical element 70 having desired optical performance is completed.
  • FIG. 5 is a flowchart showing an operation flow of the optical element manufacturing apparatus 10.
  • the optical element manufacturing apparatus 10 laminates an optical material on the base material 71 according to the modeling shape data held in advance (S10), and the optical performance of the optical system including the optical element 70 modeled on the base material 71. Is measured (S12).
  • the corrected modeling shape data is calculated based on the measurement result of the optical performance (S16), and the optical is formed on the base material 71 according to the corrected modeling shape data.
  • the materials for use are stacked (S18), and the processes of S12 and S14 are executed again.
  • the measurement result of the optical performance satisfies the predetermined condition (Y in S14)
  • the modeling of the optical element 70 is finished.
  • the optical element 70 can be formed while confirming the optical performance of the optical element 70 to be shaped.
  • the optical element 70 can be formed using the optical performance of the optical element 70 to be modeled as a target value, instead of setting the shape of the laminate 72 formed on the base material 71 by the layered modeling means.
  • the optical element 70 having the optical performance that is finally required can be formed by the additive manufacturing method.
  • the optical element 70 having the finally required optical performance by correcting the deviation. can be formed.
  • the shape of the optical element 70 finally obtained may be different from the originally assumed shape.
  • the creation of a shaped object that is significantly different from a predetermined design shape means a modeling failure.
  • the target optical performance is obtained by the optical element 70 of that shape, it means that the modeling is successful. Therefore, in order to obtain a desired optical performance, it is possible to correct the shape of the optical element 70 away from the original design shape. As a result, the degree of freedom in correcting the shaped shape can be increased, and various types of optical performance shifts can be corrected.
  • both the layered manufacturing and the optical measurement can be performed while the optical element 70 is fixed to the stage 20. If the layered modeling of the optical element 70 and the optical measurement are performed using different apparatuses, it takes time to move the optical element 70 between apparatuses, and the reference position of the optical element 70 is set by removing the optical element 70. There is a possibility of deviation. If the positional deviation occurs, the optical performance cannot be measured accurately, or the laminated bodies are stacked at the shifted positions, and the desired optical performance cannot be obtained. On the other hand, according to the present embodiment, the layered manufacturing and the optical measurement can be performed while the optical element 70 is fixed. Therefore, it is possible to efficiently prevent an optical element having a desired optical performance by preventing the occurrence of a defect due to the positional deviation. Can be modeled.
  • FIG. 6 is a diagram schematically illustrating the configuration of the optical element manufacturing apparatus 110 according to the second example.
  • the optical element manufacturing apparatus 110 models the laminated body 172 on the base material 171 based on modeling shape data, and forms the optical elements 170, such as a convex lens.
  • the optical element manufacturing apparatus 110 aims to produce an optical element whose required optical performance is not so high as compared with the first embodiment, and does not perform correction modeling based on the measurement result of the optical performance. Is different.
  • the optical element 70 according to the first example is a convex lens that requires high accuracy like an imaging optical system
  • the optical element 170 according to the present example is a convex lens used in an illumination optical system. .
  • Such an optical element manufacturing apparatus 110 will be described focusing on differences from the first embodiment described above.
  • the optical element manufacturing apparatus 110 includes a stage 20, a modeling head 24, a light source 32, a screen 136, a camera 138, and a control device 40.
  • the stage 20, the modeling head 24, the light source 32, and the control device 40 are configured in the same manner as in the first embodiment.
  • the optical element manufacturing apparatus 110 is different from the first embodiment in that it includes not the sensor 34 but a screen 136 and a camera 138 as measurement means.
  • the screen 136 is a transmissive diffusion screen for imaging the optical characteristics of the measurement light 130 transmitted through the optical element 70 with the camera 138.
  • the screen 136 is provided on the opposite side of the light source 32 across the stage 20.
  • the screen 136 is disposed at a position suitable for measuring the optical performance of the optical element 70.
  • the screen 136 is disposed at the focal position of the optical element 70.
  • the screen 136 may be configured such that the position in the optical axis direction (z direction) from the optical element 70 can be adjusted so that the optical performance of the optical elements 70 having different focal lengths can be measured.
  • the camera 138 images the measurement light 30 projected on the screen 136.
  • the camera 138 includes an image sensor such as a CCD or a CMOS, and generates a captured image of the measurement light 30 projected on the screen 136.
  • the camera 138 transmits the generated captured image to the control device 40 as a measurement result of the optical performance of the optical element 70.
  • the screen 136 and the camera 138 function as “measuring means” for measuring the optical performance of the optical element 70.
  • the control device 40 operates the modeling head 24 in accordance with the modeling shape data held in the storage unit 52 to form the stacked body 172.
  • the control device 40 measures the optical performance of the optical element 170 in the middle of modeling before forming the entire shape defined in the modeling shape data, that is, in the middle of modeling. For example, the control device 40 temporarily stops the modeling process on the condition that the modeling is completed up to a plurality of confirmation points determined in the modeling shape data or the modeling is completed up to a predetermined number of layers, and measures the optical performance.
  • the control device 40 ends the modeling process when the measurement result of the optical performance satisfies the target condition. At this time, you may comprise the control apparatus 40 so that modeling may be complete
  • the control device 40 also ends the modeling process when the measurement result of the optical performance satisfies the error condition.
  • FIGS. 7A to 7C and FIGS. 8A to 8C are diagrams schematically showing how the optical element 170 is manufactured.
  • the 1st laminated body 173 is formed on the base material 171 fixed to the stage 20 by operating the modeling head 24 based on predetermined modeling shape data.
  • the first laminated body 173 corresponds to a part of the entire shape defined in the modeling shape data, and corresponds to the one formed when the modeling process is advanced halfway through the entire process of manufacturing the optical element 170.
  • FIG. 7 (a) the 1st laminated body 173 is formed on the base material 171 fixed to the stage 20 by operating the modeling head 24 based on predetermined modeling shape data.
  • the first laminated body 173 corresponds to a part of the entire shape defined in the modeling shape data, and corresponds to the one formed when the modeling process is advanced halfway through the entire process of manufacturing the optical element 170.
  • the measuring element 30 is irradiated with the measuring light 30 on the optical element 170 in the process of being formed of the base material 171 and the first laminate 173, and the optical performance of the optical element 170 is changed to the screen 136 and Measurement is performed using the camera 138.
  • FIG. 7C shows a measurement result 181 of the optical performance of the optical element 170 measured in FIG.
  • the intensity distribution of the measurement light 30 condensed on the screen 136 by the optical element 170 is measured. Since the optical element 170 shown in FIG. 7B is in the middle of modeling, sufficient light condensing performance is not obtained.
  • the optical element manufacturing apparatus 110 resumes the modeling process that has been temporarily stopped so that the optical element 170 can obtain a desired optical performance.
  • FIG. 8A shows a state in which the modeling process is continuously executed.
  • the second laminated body 174 is laminated on the first laminated body 173 shaped on the base material 171.
  • the 2nd laminated body 174 is formed according to modeling shape data defined beforehand.
  • the second stacked body 174 is shaped, for example, so that the shape of the first stacked body 173 and the second stacked body 174 corresponds to the entire shape or a part thereof defined in the shaped shape data.
  • the optical element 170 composed of the base material 171, the first laminated body 173, and the second laminated body 174 is irradiated with the measuring light 30, and the optical performance of the optical element 170 is improved. taking measurement.
  • FIG. 8C shows a measurement result 182 of the optical performance of the optical element 170 measured in FIG.
  • the measurement result 182 of FIG. 8C shows a case where the light collection intensity exceeds the target intensity I 0 and the light collection diameter d 2 is smaller than the target value, and the optical element to be shaped A state is shown in which a target value of 170 for optical performance has been obtained. Therefore, the optical element manufacturing apparatus 110 determines that the optical performance of the optical element 170 satisfies the target condition, and ends the shaping of the optical element 170. Thereby, the optical element 170 having desired optical performance is completed.
  • FIG. 9 is a flowchart showing an operation flow of the optical element manufacturing apparatus 110.
  • the optical element manufacturing apparatus 110 laminates an optical material on the base material 171 in accordance with pre-held modeling shape data (S30), and the optical performance of the optical system including the optical element 170 modeled on the base material 171. Is measured (S32). If the measurement result of the optical performance does not satisfy the predetermined condition (N in S34), the modeling process is continued (S30), and the optical performance is measured again (S32). When the measurement result of the optical performance satisfies the predetermined condition (Y in S34), the modeling of the optical element 170 is finished.
  • the modeling process when the optical element 170 is modeled according to predetermined modeling shape data, the modeling process can be performed while confirming the optical performance of the optical element 170 in the middle of modeling. Therefore, even if the modeling process defined in the modeling shape data is not completed, the modeling process can be terminated at the timing when the optical element 170 having the desired optical performance is obtained. Further, when a predetermined error condition is satisfied during modeling, the modeling process can be interrupted at that time. Thereby, the manufacturing efficiency of the optical element 170 can be improved.
  • FIG. 10 schematically shows a configuration of an optical element manufacturing apparatus 210 according to the third example.
  • the optical element manufacturing apparatus 210 manufactures an optical element 270 that is incorporated in the optical system of the imaging apparatus 260.
  • the imaging device 260 is a device that is incorporated as an imaging module in a digital camera or an optical microscope, for example.
  • the optical element manufacturing apparatus 210 is different from the above-described embodiment in that it does not have a measuring unit and uses an imaging device 260 in which the optical element 270 is incorporated as a measuring unit.
  • the optical element manufacturing apparatus 210 will be described focusing on differences from the above-described embodiments.
  • the optical element manufacturing apparatus 210 includes a fixing jig 220, a modeling head 24, an evaluation chart 236, and a control device 40.
  • the modeling head 24 and the control device 40 are configured in the same manner as in the above-described embodiment.
  • the fixing jig 220 is a member that supports the imaging device 260 and fixes the imaging device 260 at a position suitable for modeling the optical element 270.
  • the evaluation chart 236 is a test chart for measuring the optical performance of the imaging device 260.
  • the type of the evaluation chart 236 is not particularly limited. For example, a resolution chart, a lattice chart for measuring distortion, a dot chart for measuring field curvature aberration, and the like can be used as the evaluation chart 236.
  • the evaluation chart 236 may be configured such that the position in the optical axis direction (z direction) from the optical element 70 can be adjusted so that the optical performance at different focus positions can be measured.
  • the imaging device 260 includes an imaging element 262, a housing 264, an imaging lens 266, and an optical element 270.
  • the image sensor 262 is an image sensor such as a CCD or a CMOS.
  • the housing 264 is a member that houses and fixes the imaging lens 266 and the optical element 270, and has a concave portion or a step portion to which these optical components can be attached.
  • the imaging lens 266 forms an optical image to be imaged by the imaging device 260 on the imaging element 262.
  • the imaging lens 266 is illustrated as a single convex lens, the imaging lens 266 is not limited to such a configuration, and the imaging lens 266 may be configured by a plurality of lens groups.
  • the optical element 270 is a compensating optical element for compensating the optical performance of the imaging device 260.
  • the optical element 270 is used for, for example, compensation for aberrations caused by the imaging lens 266, compensation for aberrations caused by attachment tolerances of components constituting the imaging device 260, and the like.
  • the optical element 270 is configured to compensate for an asymmetrical aberration generated in the imaging device 260, and is configured such that the optical surface formed by the stacked body 272 is a rotationally asymmetric surface.
  • the optical element 270 is configured such that the thickness of the stacked body 272 is different between the central portion and the peripheral portion so as to compensate for wavefront aberration between the central portion and the peripheral portion on the imaging surface of the imaging device 260. It may also have an axially asymmetric anamorphic shape or a free-form surface shape.
  • the optical element 270 may be a diffractive optical element that compensates for chromatic aberration of the imaging device 260.
  • the optical element 270 is formed by modeling the laminated body 272 on the base material 271 attached to the housing 264 of the imaging device 260.
  • the base material 271 has an ultraviolet light shielding layer 275 so that the ultraviolet light irradiated from the modeling head 24 does not hit the imaging element 262 when the stacked body 272 is formed.
  • the ultraviolet light shielding layer 275 is, for example, a dielectric multilayer film configured to transmit visible light and shield ultraviolet light.
  • the base material 271 may be made of a material that absorbs ultraviolet light such as acrylic resin.
  • the imaging device 260 is connected to the control device 40 while being fixed on the fixing jig 220.
  • the imaging device 260 operates based on the control signal from the control device 40 and images the evaluation chart 236.
  • the imaging device 260 transmits the captured image of the evaluation chart 236 to the control device 40. Thereby, the imaging device 260 functions as a measuring unit of the optical element manufacturing device 210.
  • the control device 40 acquires the captured image of the evaluation chart 236 as a measurement result of the optical performance of the imaging device 260, and determines the optical performance of the imaging device 260 based on the acquired measurement result. When the measurement result of the optical performance does not satisfy the target condition, the control device 40 calculates the shaping shape of the compensation optical element for compensating the optical performance.
  • the control apparatus 40 models the laminated body 272 on the base material 271 based on the calculated modeling shape data, and forms the optical element 270.
  • FIGS. 11A to 11C are views schematically showing how the optical element 270 is manufactured.
  • the imaging device 260 is attached to the fixing jig 220.
  • the imaging lens 266 and the base material 271 constituting the imaging optical system are attached to the housing 264, and the base material 271 is disposed at one end of the imaging optical system and exposed.
  • the optical element manufacturing apparatus 210 causes the imaging apparatus 260 in this state to capture an image of the evaluation chart 236, and obtains a captured image indicating the optical performance of the imaging apparatus 260 that is not compensated by the optical element 270.
  • the optical element manufacturing apparatus 210 calculates modeling shape data of the stacked body 272 to be modeled on the base material 271 based on the captured image indicating the optical performance of the imaging apparatus 260.
  • a laminate 272 is formed on the base material 271.
  • the optical element manufacturing apparatus 210 forms the laminated body 272 according to the modeling shape data calculated based on the acquired captured image. After forming the laminated body 272, the optical element manufacturing apparatus 210 acquires a captured image indicating the optical performance of the imaging apparatus 260 compensated by the optical element 270. The optical element manufacturing apparatus 210 determines the optical performance of the imaging apparatus 260 based on the acquired captured image, and determines whether the target condition is satisfied. When the target condition is not satisfied, a corrected modeling shape is calculated based on the acquired captured image, and the shape of the optical element 270 is corrected. If the target condition is satisfied, the modeling of the optical element 270 is terminated.
  • a protective member 278 is incorporated in the housing 264.
  • the protection member 278 is a member for protecting the laminated body 272 formed on the base material 271.
  • the protective member 278 is preferably configured by a homogeneous plate-like member. By attaching the protection member 278, the imaging device 260 is completed. Note that the protective member 278 may not be provided.
  • FIG. 12 is a flowchart showing an operation flow of the optical element manufacturing apparatus 210.
  • the optical element manufacturing apparatus 210 measures the optical performance of the optical system including the base material 271 before modeling the optical element 270 (S50), and calculates modeling shape data of the optical element 270 based on the measurement result of the optical performance. (S52).
  • An optical material is laminated on the base material 271 according to the calculated modeling shape data (S54), and the optical performance of the optical system including the optical element 270 modeled on the base material 271 is measured (S56).
  • the corrected modeling shape data is calculated based on the measurement result of the optical performance (S60), and the optical is formed on the base material 271 according to the corrected modeling shape data.
  • the materials for use are stacked (S62), and the processes of S56 and S58 are executed again.
  • a protective member for protecting the laminated body 272 is incorporated in the optical system (S66). This flow ends.
  • S66 is skipped and this flow is finished.
  • the optical performance of the imaging device 260 is measured using the imaging device 260 in which the optical element 270 is incorporated, it is possible to directly determine and compensate for the optical performance of the entire imaging optical system. . Even if the optical aberration or the like is not a problem at the time of designing the imaging device 260, a problem such as an aberration may occur depending on the mounting accuracy of the imaging device 262 or the imaging device 262 when the imaging device 260 is assembled. Since such aberrations may cause individual differences depending on the imaging device 260 to be manufactured, the shape of the compensation optical element required for each individual may be different.
  • the optical element 270 since the shape of the compensation optical element is determined by directly measuring the manufactured imaging device 260, the optical element 270 having appropriate compensation performance can be formed for each individual. Thereby, the dispersion
  • the optical element 270 can be formed immediately by the additive manufacturing method based on the measurement result of the optical performance of the imaging device 260, the lead time for manufacturing the imaging device 260 can be shortened.
  • FIG. 13 is a diagram schematically showing a configuration of an optical element manufacturing apparatus 310 according to the fourth example.
  • the optical element manufacturing apparatus 310 manufactures an optical element 370 that is incorporated in the optical system of the illumination device 360.
  • the lighting device 360 is a device that is incorporated as a lighting module in a projector, an optical microscope, or the like.
  • the optical element manufacturing apparatus 310 is different from the above-described embodiment in that it does not have a measurement light source and uses an illumination device 360 in which the optical element 370 is incorporated as a light source.
  • the optical element manufacturing apparatus 310 will be described focusing on differences from the above-described embodiments.
  • the optical element manufacturing apparatus 310 includes a fixing jig 320, a modeling head 24, an evaluation screen 336, a camera 138, and a control device 40.
  • the modeling head 24, the camera 138, and the control device 40 are configured in the same manner as in the above-described embodiment.
  • the fixing jig 320 is a member that supports the illumination device 360, and fixes the illumination device 360 at a position suitable for modeling the optical element 370.
  • the evaluation screen 336 is a transmissive diffusion screen for imaging the optical characteristics of the illumination light 330 output from the illumination device 360 with the camera 138.
  • the evaluation screen 336 is provided with a mark or the like indicating a reference position so that it can be evaluated whether the position irradiated with the illumination light 330 is appropriate.
  • FIG. 13 shows a state in which the illumination light of the illumination device 360 is appropriately irradiated into the marks on the evaluation screen 336.
  • the evaluation screen 336 functions as a “measuring unit” for measuring the optical performance of the illumination device 360 together with the camera 138.
  • the illumination device 360 includes a light emitting element 362, a housing 364, an illumination lens 366, and an optical element 370.
  • the light emitting element 362 is a semiconductor light emitting element such as a light emitting diode or a laser diode.
  • the housing 364 is a member that accommodates and fixes the light emitting element 362, the illumination lens 366, and the optical element 370, and has a recess or a step portion to which these optical components can be attached.
  • the illumination lens 366 collimates the output light from the light emitting element 362 and converts it into illumination light 330 directed toward the illumination target.
  • the illumination lens 366 is illustrated as a single convex lens. However, the illumination lens 366 is not limited to such a configuration, and the illumination lens 366 may be configured by a plurality of lens groups.
  • the optical element 370 is a compensating optical element for compensating the optical performance of the illumination device 360.
  • the optical element 370 is used, for example, for compensation of aberrations caused by the illumination lens 366, compensation for aberrations caused by attachment tolerances of components constituting the illumination device 360, and the like.
  • the optical element 370 is configured so as to compensate for the effect of the light distribution of the illumination light 330 being shifted due to, for example, a shift in the mounting position of the light emitting element 362, and the stacked body 372 is configured to be asymmetric.
  • the optical element 370 is formed by modeling the laminated body 372 on the base material 371 attached to the housing 364 of the lighting device 360.
  • the lighting device 360 is connected to the control device 40 while being fixed on the fixing jig 220.
  • the illumination device 360 operates based on a control signal from the control device 40 and outputs illumination light 330 toward the evaluation screen 336.
  • the control device 40 causes the camera 138 to capture the evaluation screen 336 irradiated with the illumination light 330, and acquires the captured image of the evaluation screen 336 as a measurement result of the optical performance of the illumination device 360.
  • the control device 40 calculates the modeling shape of the compensation optical element for compensating the optical performance, and is laminated on the base material 371 according to the calculated modeling shape data.
  • a body 372 is formed.
  • FIG. 14 is a diagram schematically showing how the optical element 370 is manufactured, and shows how the optical performance of the illumination device 360 is measured before the optical element 370 is formed.
  • the light emitting element 362, the illumination lens 366, and the base material 371 that constitute the illumination optical system are attached to the housing 364, and the base material 371 is exposed at one end of the illumination optical system.
  • the optical element manufacturing apparatus 310 outputs the illumination light 330 from the illumination apparatus 360 in this state, and images the evaluation screen 336 irradiated with the illumination light 330.
  • the optical element manufacturing apparatus 310 calculates modeling shape data of the stacked body 372 based on the captured image of the evaluation screen 336, and forms the stacked body 372 according to the calculated modeling shape data.
  • the optical element manufacturing apparatus 310 measures the optical performance of the illumination optical system including the shaped optical element 370, and finishes the shaping when the measurement result satisfies the target condition.
  • the optical element manufacturing apparatus 310 may incorporate a protective member for protecting the surface of the shaped optical element 370 into the lighting apparatus 360.
  • FIG. 15 is a diagram schematically illustrating the optical performance measurement method according to the fifth example.
  • the optical element manufacturing apparatus 410 according to the present embodiment is used for manufacturing an optical element incorporated in the pupil plane 462 of the optical apparatus 460.
  • the optical element manufacturing apparatus 410 will be described focusing on differences from the above-described embodiment.
  • the optical element manufacturing apparatus 410 includes a fixing jig 420 for fixing the optical apparatus 460, a sensor 434 for measuring optical performance on the pupil plane 462, and a measuring optical system 436.
  • the measurement optical system 436 is an optical system for forming a conjugate plane of the pupil plane 462.
  • the sensor 434 is disposed on the conjugate plane of the pupil plane 462.
  • the optical element manufacturing apparatus 410 obtains the measurement result of the optical performance on the pupil plane 462 of the optical apparatus 460 by acquiring the measurement result of the sensor 434.
  • the optical element manufacturing apparatus 410 calculates the shaping shape of the compensation optical element to be incorporated into the pupil plane 462 based on the acquired optical performance, and forms the optical element based on the calculated shaping shape data.
  • the formed optical element is incorporated in the pupil plane 462 of the optical device 460.
  • a compensation optical element for compensating the optical performance in the pupil plane 462 according to the optical performance of the optical device 460.
  • a compensation optical element capable of appropriately compensating the wavefront on the pupil plane 462 can be formed.
  • it may be easier to compensate for aberrations and the like by incorporating a compensation element at a position closer to the pupil plane than at a position away from the pupil plane.
  • a compensation element at a position closer to the pupil plane than at a position away from the pupil plane.
  • the compensating optical element when the compensating optical element is arranged at a position near the pupil plane away from the image pickup element, an optical element having a relatively large structure can be used, so that the required accuracy of the shaped shape can be lowered. Therefore, according to the present embodiment, an optical element having effective compensation performance can be manufactured relatively easily.
  • the present invention has been described with reference to the above-described embodiments.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the configurations of the embodiments are appropriately combined or replaced. Those are also included in the present invention. Further, based on the knowledge of those skilled in the art, it is possible to appropriately change the combination and processing order in each embodiment and to add various modifications such as various design changes to the embodiment. Added embodiments may also fall within the scope of the present invention.
  • Imaging lens 270 ... Optical element, 271 ... Base material, 272 ... Laminated body, 275 ... UV light shielding layer, 278 ... protective member, 310 ... optical element manufacturing device, 336 ... evaluation screen, 338 ... camera, 360 ... lighting device, 362 ... light emitting element, 366 ... Bright lens, 370 ... optical element, 371 ... substrate, 372 ... layered body, 410 ... optical element manufacturing apparatus, 434 ... sensor, 436 ... measuring optical system, 460 ... optical system, 462 ... pupil plane.
  • the present invention can be used for manufacturing optical elements.

Abstract

　光学素子製造装置１０は、光学用材料を順次積層させて光学素子７０を造形する積層造形手段と、造形される光学素子を含む光学系の光学性能の測定結果を取得する取得手段と、を備える。積層造形手段は、取得手段が取得する測定結果が所定条件を満たすことを条件に光学素子の造形を終了する。光学素子製造装置１０は、取得手段が取得する測定結果に基づいて光学素子７０を造形するための造形形状を算出する造形形状演算手段をさらに備えてもよい。積層造形手段は、造形形状演算手段が算出した造形形状にしたがって光学素子７０を造形してもよい。

Description

光学素子製造装置および光学素子製造方法
　本発明は、光学素子製造装置および光学素子製造方法に関する。
　ＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子を用いて対象物を撮像するための撮像光学系や、対象物に一様な強度の照明光を照明するための照明光学系には、レンズをはじめとする様々な光学素子が用いられる。このような光学素子は、組み込まれる光学系が所望の光学性能を有するようにその曲面形状等が設計され、設計された形状データにしたがって成形される。光学素子の成形方法として、一般に、金型加工や切削加工、研磨加工等が用いられる。
　近年、いわゆる３Ｄプリンタといわれる立体造形装置が実用化され、立体的な造形物を手軽に一体的に形成できる装置として注目されている。例えば、樹脂材料を用いる装置では、光硬化性樹脂に紫外光を照射することで樹脂を部分的に固化させた層を順次積層させることにより造形物を形成する方法などが用いられる。このような立体造形装置を利用して、所望の形状を有する光学素子を成形する技術が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。また、造形形状の誤差が許容値内となるように造形条件を制御する技術も提案されている（例えば、特許文献３，４参照）。
特開２００７－８００４号公報 特開２０１４－１０９７５２号公報 特開平９－７６３５３号公報 特開２００４－９５７４号公報
　本発明はかかる状況においてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、所望の光学性能を有する光学素子を積層造形法により製造できる光学素子製造技術を提供することにある。
　本発明のある態様は、光学素子製造装置に関する。この光学素子製造装置は、光学用材料を順次積層させて光学素子を造形する積層造形手段と、造形される光学素子を含む光学系の光学性能の測定結果を取得する取得手段と、を備える。積層造形手段は、取得手段が取得する測定結果が所定条件を満たすことを条件に光学素子の造形を終了する。
　本発明の別の態様は、光学素子製造方法である。この方法は、光学用材料を順次積層させて光学素子を造形することと、造形される光学素子を含む光学系の光学性能の測定結果を取得することと、を備える。光学系の光学性能の測定結果が所定条件を満たすことを条件に光学素子の造形を終了する。
　なお、以上の構成要素の任意の組み合わせ、本発明の表現を方法、装置、システム、などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
　本発明のある態様によれば、所望の光学性能を有する光学素子を積層造形法により製造できる。
ある実施例に係る光学素子製造装置の構成を模式的に示す図である。 制御装置の機能構成を模式的に示すブロック図である。 図３（ａ）～（ｃ）は、光学素子を製造する様子を模式的に示す図である。 図４（ａ）～（ｃ）は、光学素子を製造する様子を模式的に示す図である。 光学素子の製造方法を示すフローチャートである。 ある実施例に係る光学素子製造装置の構成を模式的に示す図である。 図７（ａ）～（ｃ）は、光学素子を製造する様子を模式的に示す図である。 図８（ａ）～（ｃ）は、光学素子を製造する様子を模式的に示す図である。 光学素子の製造方法を示すフローチャートである。 ある実施例に係る光学素子製造装置の構成を模式的に示す図である。 図１１（ａ）～（ｃ）は、光学素子を製造する様子を模式的に示す図である。 光学素子の製造方法を示すフローチャートである。 ある実施例に係る光学素子製造装置の構成を模式的に示す図である。 光学素子を製造する様子を模式的に示す図である。 ある実施例に係る光学性能の測定方法を模式的に示す図である。
　はじめに、本発明に係るいくつかの実施の形態の概要を説明する。
　本発明のある態様は、光学素子製造装置である。この光学素子製造装置は、光学用材料を順次積層させて光学素子を造形する積層造形手段と、造形される光学素子を含む光学系の光学性能の測定結果を取得する取得手段と、を備える。積層造形手段は、取得手段が取得する測定結果が所定条件を満たすことを条件に光学素子の造形を終了する。
　この態様によれば、光学性能を測定しながら光学素子を造形できるため、造形後に別途光学性能を測定することなく所望の光学性能を満たす光学素子を製造することができる。
　取得手段が取得する測定結果に基づいて光学素子を造形するための造形形状を算出する造形形状演算手段をさらに備えてもよい。積層造形手段は、造形形状演算手段が算出した造形形状にしたがって光学素子を造形してもよい。この態様によれば、光学性能の測定結果に基づいて算出される造形形状にしたがって光学素子を形成できるため、所望の光学性能を有する光学素子を即時的に形成できる。
　取得手段は、造形途中の光学素子を含む光学系の光学性能の測定結果を取得し、造形形状演算手段は、造形途中の光学系の光学性能の測定結果に基づいて造形途中の光学素子上に積層させる造形形状を算出し、積層造形手段は、造形途中の光学系の光学性能の測定結果に基づいて造形形状演算手段が算出した造形形状にしたがって造形途中の光学素子上に光学用材料を積層させてもよい。
　取得手段は、光学素子を造形する前の光学系の光学性能の測定結果を取得し、造形形状演算手段は、造形前の光学系の光学性能の測定結果に基づいて光学素子の造形形状を算出し、積層造形手段は、造形前の光学系の光学性能の測定結果に基づいて造形形状演算手段が算出した造形形状にしたがって光学用材料を積層させてもよい。
　造形形状演算手段は、光学素子を造形する前の光学系の光学性能を補償する補償光学素子の造形形状を算出し、積層造形手段は、造形形状演算手段が算出した補償光学素子の造形形状にしたがって光学用材料を積層させることにより、補償光学素子を造形してもよい。
　光学系は、光学系の一端に配置される基材を含んでもよい。積層造形手段は、基材上に光学用材料を積層して光学素子を造形してもよい。
　積層造形手段は、紫外線照射により基材上に光硬化性樹脂を積層させるよう構成されており、基材は、紫外線の透過量を低減させるよう構成されてもよい。
　積層造形手段は、光学素子の光学面が回転非対称面となるように光学素子を造形してもよい。
　取得手段は、光学系を透過する光の測定結果を取得してもよい。
　光学系は、撮像素子と撮像レンズとを含む撮像光学系であってもよい。取得手段は、撮像素子が撮像する画像データを取得してもよい。
　光学系は、光源と照明レンズとを含む照明光学系であってもよい。取得手段は、照明光学系から出力される照明光の測定結果を取得してもよい。
　本発明の別の態様は、光学素子製造方法である。この方法は、光学用材料を順次積層させて光学素子を造形することと、造形される光学素子を含む光学系の光学性能の測定結果を取得することと、を備える。光学系の光学性能の測定結果が所定条件を満たすことを条件に光学素子の造形を終了する。
　この態様によれば、光学性能を測定しながら光学素子を造形できるため、造形後に別途光学性能を測定することなく所望の光学性能を満たす光学素子を製造することができる。
　造形される光学素子の光学面を保護する保護部材を光学系に組み込むことをさらに備えてもよい。
　以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。
（第１実施例）
　図１は、第１実施例に係る光学素子製造装置１０の構成を模式的に示す。光学素子製造装置１０は、ステージ２０と、造形ヘッド２４と、光源３２と、センサ３４と、制御装置４０とを備える。
　光学素子製造装置１０は、ステージ２０に支持される基材７１の上に積層体７２を造形することにより光学素子７０を製造する。光学素子製造装置１０は、光源３２から出力され、光学素子７０を透過した測定光３０をセンサ３４で計測することにより光学素子７０の光学性能を測定する。光学素子製造装置１０は、光学性能の測定結果に基づいて、光学素子７０の光学性能の実際値と目標値のずれを補正するように積層造形する。本実施例では、光学素子７０として凸レンズを形成する場合について示すが、これは、造形対象となる光学素子の種類の限定を意図するものではない。
　ステージ２０は、基材７１を支持する部材であり、例えば、基材７１を載置するための平板状の部材で構成される。ステージ２０は、光学素子７０の造形中および光学素子７０の光学性能の測定中に光学素子７０の位置が動かないように基材７１を固定する。ステージ２０の中央には、光源３２からの測定光３０を光学素子７０へ透過させるための開口２２が設けられる。ステージ２０は、基材７１を下から支える構造ではなく、基材７１を側方から支える構造であってもよい。
　造形ヘッド２４は、積層体７２を造形するための光学用材料を基材７１の上に供給して積層させる積層造形手段である。造形ヘッド２４は、例えば、光硬化性樹脂液を基材７１の上に供給するとともに、供給した光硬化性樹脂液に紫外光を照射して固化させるように構成される。なお、造形ヘッド２４は、溶融または軟化させた光学用材料を基材７１の上に供給するように構成されてもよいし、粉末状の光学用材料を基材７１の上に供給してレーザ光を照射することにより粉末状の光学用材料を焼結させるように構成されてもよい。
　造形ヘッド２４は、ステージ２０に対して左右方向（ｘ方向）、前後方向（ｙ方向）に移動できるように構成される。図１では、矢印Ａにより造形ヘッド２４がｘ方向にスキャンされる様子を例示している。造形ヘッド２４は、ｘ方向およびｙ方向に移動しながら基材７１の上に光学用材料を供給することにより、基材７１の上に所望の形状の層構造を形成する。造形ヘッド２４は、上下方向または鉛直方向（ｚ方向）に移動できるように構成されてもよく、順次積層される積層体７２の高さに応じて、造形ヘッド２４の鉛直方向の位置を変えながら基材７１の上に光学用材料を積層してもよい。造形ヘッド２４は、制御装置４０に接続されており、制御装置４０からの指令に基づいて動作する。
　光源３２は、光学素子７０の光学性能を測定するための測定光３０を光学素子７０に向けて照射する。光源３２は、光学素子７０の光学性能の測定に適した光学特性を有する測定光３０を出力するように構成される。光源３２は、例えば、凸レンズとなる光学素子７０の結像性能の測定が可能となるように、基材７１に入射する光が平行光となるようコリメートされた測定光３０を出力するように構成される。なお、光源３２の構成は特に限定されず、測定しようとする光学素子７０の光学性能の種類に応じて、適切な特性を有する照明光が出力されるように構成されてよい。光源３２は、例えば、レーザ光のようにビーム径の細い光線を光学素子７０の任意の位置に入射させるようことができるように構成されてもよいし、複数本の光線を複数の位置に同時に入射させることができるように構成されてもよい。
　センサ３４は、光学素子７０を透過した測定光３０を受光して光学素子７０の光学性能を測定する測定手段である。センサ３４は、測定光３０の強度値、強度分布、スポットダイアグラム、球面収差や非点収差といった各種収差、波面収差などを測定する。センサ３４は、測定しようとする光学性能に応じて適切な測定器が選択される。センサ３４として、例えば、フォトダイオード、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサなどの撮像素子、干渉計、シャックハルトマンセンサなどを用いることができる。センサ３４は、測定光３０の変調伝達関数ＭＴＦ（Modulation Transfer Function）が測定可能となるように構成されてもよい。センサ３４は、スポットダイアグラム等の測定が可能となるように、光軸方向（ｚ方向）の位置が調整可能となるように構成されてもよい。センサ３４は、光学素子７０の光学性能の測定結果を制御装置４０に送信する。光源３２およびセンサ３４は、光学素子７０の光学性能を測定するための「測定系」として機能する。
　造形される光学素子７０は、基材７１と積層体７２で構成される。基材７１は、積層体７２の土台となる板状部材であり、光学用のガラス材料や樹脂材料等で構成される。基材７１は、例えば、積層体７２として使用する材料と同じ材料もしくは同じ光学特性を有する材料で構成される。基材７１は、積層体７２と異なる種類の材料で構成されてもよい。積層体７２は、造形ヘッド２４により形成される。積層体７２は、造形ヘッド２４により形成される光学用材料の層が複数積層された多層構造を有する。
　図２は、制御装置４０の機能構成を模式的に示すブロック図である。制御装置４０は、測定系制御手段４２と、取得手段４４と、光学性能判定手段４６と、造形形状演算手段４８と、積層造形制御手段５０と、記憶手段５２とを有する。
　本明細書のブロック図において示される各ブロックは、ハードウェア的には、コンピュータのＣＰＵをはじめとする素子や機械装置で実現でき、ソフトウェア的にはコンピュータプログラム等によって実現されるが、ここでは、それらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックはハードウェア、ソフトウェアの組み合わせによる様々なかたちで実現できることは、当業者に理解されるところである。
　測定系制御手段４２は、測定系を構成する光源３２およびセンサ３４の動作を制御する。測定系制御手段４２は、光学素子７０の光学性能を測定する場合にセンサ３４が測定に適した位置となるように制御し、光源３２が測定に適した測定光３０を出力するように制御する。取得手段４４は、センサ３４による光学素子７０の光学性能の測定結果を取得する。取得手段４４は、例えば、センサ３４が測定した測定光３０の強度値や強度分布画像などを取得する。
　光学性能判定手段４６は、取得手段４４が取得した測定結果に基づいて、光学素子７０の光学性能を判定する。光学性能判定手段４６は、取得した光学性能の測定結果が所定条件を満たすかどうかを判定する。光学性能判定手段４６は、造形しようとする光学素子７０の光学性能の目標値に基づいて定められる目標条件を満たすかを判定し、造形された光学素子７０が所望の光学性能を有するか否かを判定する。この目標条件は、造形しようとする光学素子７０の光学性能に応じてあらかじめ記憶手段５２に保持される。
　光学性能判定手段４６は、取得手段４４が取得した測定結果に基づいて、光学素子７０が正常に造形されているか否かを判定してもよい。光学性能判定手段４６は、取得手段４４が取得した測定結果に基づいて、光学素子７０の造形に異常が発生したことを示すエラー条件を満たすかを判定してもよい。このエラー条件は、あらかじめ記憶手段５２に保持される。エラー条件は、造形しようとする光学素子７０の光学性能に応じて決められてもよいし、造形しようとする光学素子７０の光学性能に依存しない共通の条件として決められてもよい。例えば、センサ３４にて測定される光量が基準値以下となることをエラー条件として定めてもよい。
　造形形状演算手段４８は、取得手段４４が取得した測定結果に基づいて、光学素子７０を造形するための造形形状を算出する。造形形状演算手段４８は、上述の目標条件を満たさない場合に、光学性能の測定結果と目標値とのずれを特定し、そのずれを補正するために必要な造形形状を算出する。造形形状演算手段４８は、測定結果と目標値とのずれの種類に対応した複数種のテンプレートを参照し、そのテンプレートに定められる造形形状データのパラメータ値を光学性能の測定結果に基づいて演算する。例えば、光軸に対して非対称な収差が測定された場合には、その非対称性を補正して軸対称な光学性能を得るための造形形状が非対称形状となるテンプレートを利用する。造形形状の演算に用いる複数種のテンプレートは、あらかじめ記憶手段５２に保持される。
　積層造形制御手段５０は、所定の造形形状データに基づいて造形ヘッド２４の動作を制御する。積層造形制御手段５０は、あらかじめ記憶手段５２に保持される造形形状データや、造形形状演算手段４８が算出する造形形状データに基づいて造形ヘッド２４を動作させ、造形形状データに対応する形状の積層体７２が形成されるように制御する。積層造形制御手段５０は、あらかじめ定められる造形条件を満たすように造形ヘッド２４を動作させてもよい。積層造形制御手段５０は、例えば、所定の積層領域（ｘｙ平面内の領域）内に積層体７２が収まるように造形ヘッド２４を動作させてもよいし、造形される積層体７２の高さ（ｚ方向）が所定の上限値内になるように造形ヘッド２４を動作させてもよい。
　積層造形制御手段５０は、光学素子７０の光学性能の測定時に測定光３０を遮らないように、造形ヘッド２４を所定の待避位置に移動させる。積層造形制御手段５０は、光学性能判定手段４６により上述の目標条件を満たすと判定された場合に、光学素子７０の造形が完了したとして造形処理を終了する。積層造形制御手段５０は、光学性能判定手段４６により上述のエラー条件を満たすと判定された場合に、光学素子７０の造形に異常が発生したとして造形処理を終了または中止する。
　記憶手段５２は、制御装置４０の処理に用いる各種条件、造形形状データ、テンプレートなどを保持する。記憶手段５２に保持されるテンプレートは、測定手段を用いて測定される光学性能の種類に応じて複数種用意される。例えば、球面収差、コマ収差、非点収差、像面湾曲収差、歪曲収差といった各種収差や波面収差の形状と、これら収差を補正するための造形形状との対応関係がテンプレートとして保持される。各テンプレートには、収差の度合い（大きさ）と、その度合いに応じた補正量を調整するためのパラメータとの対応関係が定められてもよい。これらの対応関係は、光学設計ソフトを用いたシミュレーション結果や、光学素子の光学性能の実測値などに基づいてあらかじめ決められる。各テンプレートは、造形途中の積層体に対応した形状の光学素子の光学性能の実測値に基づいて決められてもよい。
　記憶手段５２は、例えば、半導体メモリや磁気ディスクなどで構成される。記憶手段５２は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やフラッシュメモリなどの不揮発性メモリでもよいし、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）などの揮発性メモリでもよい。記憶手段５２は、ハードディスクドライブでもよい。記憶手段５２に保持されるデータは、インストール作業等を通じてあらかじめ制御装置４０に記憶されるデータでもよいし、制御装置４０と接続されるネットワークから一時的に取得して記憶されるデータでもよい。
　以上の構成による光学素子製造装置１０の動作例を示す。図３（ａ）～（ｃ）および図４（ａ）～（ｃ）は、光学素子７０を製造する様子を模式的に示す図である。まず、図３（ａ）に示すように、所定の造形形状データに基づいて造形ヘッド２４を動作させることにより、ステージ２０に固定された基材７１の上に第１積層体７３を形成する。つづいて、図３（ｂ）に示すように、基材７１および第１積層体７３で構成される造形途中の光学素子７０に測定光３０を照射し、光学素子７０の光学性能をセンサ３４を用いて測定する。図３（ｃ）は、図３（ｂ）において測定された光学素子７０の光学性能の測定結果８１を示す。図示する例では、光学素子７０により集光される測定光３０の焦点付近の波面収差が測定されている。
　図３（ｃ）に示す測定結果８１は、左側が凹、右側が凸となるような波面収差が生じており、造形しようとする光学素子７０の光学性能の目標値とずれが生じている様子を示している。つまり、測定結果８１は、造形途中の光学素子７０の光学性能が目標条件を満たさない状態であることを示している。そこで、光学素子製造装置１０は、図３（ｃ）に示す波面収差を補正するための造形形状を算出し、算出された補正用の造形形状データに基づく補正造形処理を行う。
　図４（ａ）は、補正造形処理を実行する様子を示す。図示するように、基材７１の上に造形された第１積層体７３の上に重ねて第２積層体７４が積層される。第２積層体７４は、図３（ｃ）に示す測定結果８１に基づいて算出された補正造形形状データにしたがって形成される。図面上ではわかりやすさのために第１積層体７３と第２積層体７４を異なる色で示しているが、第１積層体７３と第２積層体７４は、材料が同じであってよく、造形後において第１積層体７３と第２積層体７４とが区別できないような態様で一体的に造形されてよい。
　つづいて、図４（ｂ）に示すように、基材７１、第１積層体７３および第２積層体７４で構成される光学素子７０に測定光３０を照射し、光学素子７０の光学性能を測定する。図４（ｃ）は、図４（ｂ）において測定された光学素子７０の光学性能の測定結果８２を示す。測定結果８２は、中央が凸となるガウス分布状の波面形状となっており、造形しようとする光学素子７０の光学性能の目標値が得られた状態を示している。そこで、光学素子製造装置１０は、光学素子７０の光学性能が目標条件を満たすと判定し、光学素子７０の造形処理を終了する。これにより、所望の光学性能を有する光学素子７０ができあがる。
　図５は、光学素子製造装置１０の動作の流れを示すフローチャートである。光学素子製造装置１０は、予め保持される造形形状データにしたがって基材７１の上に光学用材料を積層し（Ｓ１０）、基材７１上に造形される光学素子７０を含む光学系の光学性能を測定する（Ｓ１２）。光学性能の測定結果が所定条件を満たさない場合（Ｓ１４のＮ）、光学性能の測定結果に基づいて補正造形形状データを算出し（Ｓ１６）、補正造形形状データにしたがって基材７１の上に光学用材料を積層し（Ｓ１８）、Ｓ１２およびＳ１４の処理を再度実行する。光学性能の測定結果が所定条件を満たす場合（Ｓ１４のＹ）、光学素子７０の造形を終了する。
　本実施例によれば、造形される光学素子７０の光学性能を確認しながら光学素子７０を形成できる。その結果、積層造形手段によって基材７１上に形成される積層体７２の形状を目標値とするのではなく、造形される光学素子７０の光学性能を目標値として光学素子７０を形成できる。これにより、形状誤差が少ないにもかかわらず所望の光学性能が得られないような光学素子の造形を防ぐことができ、形状誤差があったとしても所望の光学性能が得られる光学素子７０を完成品として用いることができる。このようにして、本実施例によれば、最終的に必要となる光学性能を有する光学素子７０を積層造形法により形成できる。
　本実施例によれば、造形途中の光学素子７０の光学性能の測定結果と目標値の間にずれが生じたとしても、そのずれを補正して最終的に必要な光学性能を有する光学素子７０を形成できる。このとき、既に造形された積層体の上にさらなる積層体を重ねていく手法をとるため、最終的にできあがる光学素子７０の形状は当初想定していた形状とは異なるかもしれない。一般的な積層造形法において、予め定められる設計形状と形状の大きく異なる造形物ができあがることは造形失敗を意味する。一方、本実施例によれば、当初想定していた形状と異なる形状であったとしても、その形状の光学素子７０によって目標とする光学性能が得られれば造形成功を意味する。そのため、所望の光学性能を得るために当初の設計形状から離れて光学素子７０の形状を補正することも可能となる。その結果、造形形状を補正する場合の自由度を高めることができ、様々な種類の光学性能のずれを補正することができる。
　本実施例によれば、光学素子７０をステージ２０に固定したまま積層造形と光学測定の双方を実施できる。仮に、光学素子７０の積層造形と光学測定とを別の装置を用いて行う場合、装置間で光学素子７０を移動させる手間が発生するとともに、光学素子７０の取り外しによって光学素子７０の基準位置がずれる可能性がある。位置ずれが生じてしまうと、光学性能を正確に測定できなかったり、積層体を重ねていく場合にずれた位置に積層したりしてしまい、所望の光学性能が得られない結果となりうる。一方、本実施例によれば、光学素子７０を固定したまま積層造形と光学測定を実施できるため、位置ずれに起因する不具合の発生を防いで、所望の光学性能を有する光学素子を効率的に造形できる。
（第２実施例）
　図６は、第２実施例に係る光学素子製造装置１１０の構成を模式的に示す図である。光学素子製造装置１１０は、造形形状データに基づいて基材１７１の上に積層体１７２を造形し、凸レンズなどの光学素子１７０を形成する。光学素子製造装置１１０は、第１実施例に比べて光学性能の要求精度がそれほど高くない光学素子を作ることを目的とし、光学性能の測定結果に基づく補正造形を行わない点で上述の実施例と相違する。例えば、第１実施例に係る光学素子７０が結像光学系のような高い精度を求められる凸レンズであれば、本実施例に係る光学素子１７０は、照明光学系に用いられるような凸レンズである。このような光学素子製造装置１１０について、上述の第１実施例との相違点を中心に説明する。
　光学素子製造装置１１０は、ステージ２０と、造形ヘッド２４と、光源３２と、スクリーン１３６と、カメラ１３８と、制御装置４０とを備える。ステージ２０、造形ヘッド２４、光源３２および制御装置４０は、第１実施例と同様に構成される。光学素子製造装置１１０は、測定手段として、センサ３４ではなく、スクリーン１３６とカメラ１３８を曽備える点で第１実施例と相違する。
　スクリーン１３６は、光学素子７０を透過した測定光１３０の光学特性をカメラ１３８で撮像するための透過型の拡散スクリーンである。スクリーン１３６は、ステージ２０を挟んで光源３２の反対側に設けられる。スクリーン１３６は、光学素子７０の光学性能の測定に適した位置に配置される。例えば、光学素子７０として凸レンズを製造する場合、スクリーン１３６は、光学素子７０の焦点位置に配置される。スクリーン１３６は、焦点距離の異なる光学素子７０の光学性能が測定可能となるように、光学素子７０からの光軸方向（ｚ方向）の位置が調整可能となるように構成されてもよい。
　カメラ１３８は、スクリーン１３６に投影される測定光３０を撮像する。カメラ１３８は、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子を有し、スクリーン１３６に投影される測定光３０の撮像画像を生成する。カメラ１３８は、生成した撮像画像を光学素子７０の光学性能の測定結果として制御装置４０に送信する。本実施例において、スクリーン１３６およびカメラ１３８は、光学素子７０の光学性能を測定するための「測定手段」として機能する。
　制御装置４０は、記憶手段５２に保持される造形形状データにしたがって造形ヘッド２４を動作させて積層体１７２を形成させる。制御装置４０は、造形形状データに定められる形状全体を形成する前、つまり造形途中において、造形途中の光学素子１７０の光学性能を測定させる。制御装置４０は、例えば、造形形状データに定められる複数の確認ポイントまで造形が完了したことや、所定の層数まで造形が完了したを条件として造形処理を一時的に停止し、光学性能を測定させる。制御装置４０は、光学性能の測定結果が目標条件を満たす場合に造形処理を終了させる。このとき、造形形状データに定められる形状全体の造形が完了させずに造形処理を終了するように制御装置４０を構成してもよい。制御装置４０は、光学性能の測定結果がエラー条件を満たす場合にも造形処理を終了させる。
　以上の構成による光学素子製造装置１１０の動作例を示す。図７（ａ）～（ｃ）および図８（ａ）～（ｃ）は、光学素子１７０を製造する様子を模式的に示す図である。まず、図７（ａ）に示すように、所定の造形形状データに基づいて造形ヘッド２４を動作させることにより、ステージ２０に固定された基材１７１の上に第１積層体１７３を形成する。第１積層体１７３は、造形形状データに定められる全体形状の一部に対応し、光学素子１７０を製造する全工程の途中まで造形処理を進めたときに形成されるものに相当する。つづいて、図７（ｂ）に示すように、基材１７１および第１積層体１７３で構成される造形途中の光学素子１７０に測定光３０を照射し、光学素子１７０の光学性能をスクリーン１３６およびカメラ１３８を用いて測定する。
　図７（ｃ）は、図７（ｂ）において測定された光学素子１７０の光学性能の測定結果１８１を示す。図示する例では、光学素子１７０によりスクリーン１３６に集光される測定光３０の強度分布が測定されている。図７（ｂ）に示す光学素子１７０は、造形途中であるために十分な集光性能が得られていない。具体的には、図７（ｃ）に示す測定結果１８１において、集光径ｄ１が目標値よりも大きく、集光強度が目標強度Ｉ０に達していない。そこで、光学素子製造装置１１０は、光学素子１７０が所望の光学性能を得られるように一時停止していた造形処理を再開する。
　図８（ａ）は、造形処理を継続して実行する様子を示す。図示するように、基材１７１の上に造形された第１積層体１７３の上に重ねて第２積層体１７４が積層される。第２積層体１７４は、予め定められる造形形状データにしたがって形成される。第２積層体１７４は、例えば、第１積層体１７３と第２積層体１７４を合わせた形状が造形形状データに定められる全体形状またはその一部に対応するように造形される。つづいて、図８（ｂ）に示すように、基材１７１、第１積層体１７３および第２積層体１７４で構成される光学素子１７０に測定光３０を照射し、光学素子１７０の光学性能を測定する。
　図８（ｃ）は、図８（ｂ）において測定された光学素子１７０の光学性能の測定結果１８２を示す。図８（ｃ）の測定結果１８２は、集光強度が目標強度Ｉ０を超えており、かつ、集光径ｄ２が目標値よりも小さくなる場合を示しており、造形しようとする光学素子１７０の光学性能の目標値が得られた状態を示している。そこで、光学素子製造装置１１０は、光学素子１７０の光学性能が目標条件を満たすと判定し、光学素子１７０の造形を終了する。これにより所望の光学性能を有する光学素子１７０ができあがる。
　図９は、光学素子製造装置１１０の動作の流れを示すフローチャートである。光学素子製造装置１１０は、予め保持される造形形状データにしたがって基材１７１の上に光学用材料を積層し（Ｓ３０）、基材１７１上に造形される光学素子１７０を含む光学系の光学性能を測定する（Ｓ３２）。光学性能の測定結果が所定条件を満たさない場合（Ｓ３４のＮ）、造形処理を継続し（Ｓ３０）、光学性能を再度測定する（Ｓ３２）。光学性能の測定結果が所定条件を満たす場合（Ｓ３４のＹ）、光学素子１７０の造形を終了する。
　本実施例によれば、所定の造形形状データにしたがって光学素子１７０を造形する場合において、造形途中の光学素子１７０の光学性能を確認しながら造形処理を進めることができる。したがって、造形形状データに定める造形処理が全て完了していなくても、所望の光学性能を有する光学素子１７０が得られたタイミングで造形処理を終了させることができる。また、造形途中で所定のエラー条件を満たす場合には、その時点で造形処理を中断させることができる。これにより、光学素子１７０の製造効率を高めることができる。
（第３実施例）
　図１０は、第３実施例に係る光学素子製造装置２１０の構成を模式的に示す。光学素子製造装置２１０は、撮像装置２６０の光学系に組み込まれる光学素子２７０を製造する。撮像装置２６０は、例えば、デジタルカメラや光学顕微鏡などに撮像モジュールとして組み込まれる装置である。光学素子製造装置２１０は、測定手段を有さず、光学素子２７０が組み込まれる撮像装置２６０を測定手段として利用する点で上述の実施例と相違する。以下、光学素子製造装置２１０について上述の実施例との相違点を中心に説明する。
　光学素子製造装置２１０は、固定治具２２０と、造形ヘッド２４と、評価チャート２３６と、制御装置４０とを備える。造形ヘッド２４および制御装置４０は、上述の実施例と同様に構成される。
　固定治具２２０は、撮像装置２６０を支持する部材であり、光学素子２７０の造形に適した位置に撮像装置２６０を固定する。評価チャート２３６は、撮像装置２６０の光学性能を測定するためのテストチャートである。評価チャート２３６の種類は、特に限定されないが、例えば、解像度チャートや、歪曲収差を測定するための格子チャート、像面湾曲収差を測定するためのドットチャート等を評価チャート２３６として用いることができる。評価チャート２３６は、異なるピント位置での光学性能が測定可能となるように、光学素子７０からの光軸方向（ｚ方向）の位置が調整可能となるように構成されてもよい。
　撮像装置２６０は、撮像素子２６２と、筐体２６４と、撮像レンズ２６６と、光学素子２７０とを備える。撮像素子２６２は、ＣＣＤやＣＭＯＳなどのイメージセンサである。筐体２６４は、撮像レンズ２６６や光学素子２７０を収容して固定する部材であり、これら光学部品が取り付け可能となる凹部または段差部を有する。撮像レンズ２６６は、撮像装置２６０の撮像対象となる光学像を撮像素子２６２に結像させる。撮像レンズ２６６は、一枚の凸レンズとして図示されているが、このような構成に限られず、複数枚のレンズ群によって撮像レンズ２６６が構成されてもよい。
　光学素子２７０は、撮像装置２６０の光学性能を補償するための補償光学素子である。光学素子２７０は、例えば、撮像レンズ２６６に起因する収差の補償や、撮像装置２６０を構成する各部品の取付公差に起因する収差の補償等に用いられる。光学素子２７０は、例えば、撮像装置２６０に生じる非対称形状の収差を補償するように構成され、積層体２７２により構成される光学面が回転非対称面となるように構成される。光学素子２７０は、例えば、撮像装置２６０の結像面における中央部と周辺部の間の波面収差を補償するように、積層体２７２の厚さが中央部と周辺部とで異なるように構成されてもよく、軸非対称なアナモルフィック形状や自由曲面形状を有してもよい。光学素子２７０は、撮像装置２６０の色収差を補償するような回折光学素子であってもよい。
　光学素子２７０は、撮像装置２６０の筐体２６４に取り付けられた基材２７１の上に積層体２７２を造形することにより形成される。基材２７１は、紫外光遮蔽層２７５を有し、積層体２７２の形成時に造形ヘッド２４から照射される紫外光が撮像素子２６２に当たらないようにする。紫外光遮蔽層２７５は、例えば、可視光を透過し、紫外光を遮蔽するように構成される誘電体多層膜などである。なお、紫外光遮蔽層２７５を設ける代わりに、基材２７１をアクリル樹脂等の紫外光を吸収する材料で構成してもよい。
　撮像装置２６０は、固定治具２２０の上に固定された状態で制御装置４０と接続される。撮像装置２６０は、制御装置４０からの制御信号に基づいて動作し、評価チャート２３６を撮像する。撮像装置２６０は、評価チャート２３６の撮像画像を制御装置４０に送信する。これにより、撮像装置２６０は、光学素子製造装置２１０の測定手段として機能する。
　制御装置４０は、評価チャート２３６の撮像画像を撮像装置２６０の光学性能の測定結果として取得し、取得した測定結果に基づいて撮像装置２６０の光学性能を判定する。制御装置４０は、光学性能の測定結果が目標条件を満たさない場合、その光学性能を補償するための補償光学素子の造形形状を算出する。制御装置４０は、算出した造形形状データに基づいて基材２７１の上に積層体２７２を造形して光学素子２７０を形成する。
　以上の構成による光学素子製造装置２１０の動作例を示す。図１１（ａ）～（ｃ）は、光学素子２７０を製造する様子を模式的に示す図である。まず、図１１（ａ）に示すように撮像装置２６０を固定治具２２０に取り付ける。このとき、撮像光学系を構成する撮像レンズ２６６および基材２７１が筐体２６４に取り付けられ、基材２７１が撮像光学系の一端に配置されて露出した状態となっている。光学素子製造装置２１０は、この状態の撮像装置２６０に評価チャート２３６を撮像させて、光学素子２７０による補償のなされていない撮像装置２６０の光学性能を示す撮像画像を取得する。光学素子製造装置２１０は、撮像装置２６０の光学性能を示す撮像画像に基づいて、基材２７１の上に造形する積層体２７２の造形形状データを算出する。
　次に、図１１（ｂ）に示すように、基材２７１の上に積層体２７２を造形する。光学素子製造装置２１０は、取得した撮像画像に基づいて算出された造形形状データにしたがって積層体２７２を形成する。光学素子製造装置２１０は、積層体２７２を形成した後、光学素子２７０による補償のなされた撮像装置２６０の光学性能を示す撮像画像を取得する。光学素子製造装置２１０は、取得した撮像画像に基づいて、撮像装置２６０の光学性能を判定し、目標条件を満たすかを判定する。目標条件を満たさない場合、取得した撮像画像に基づいて補正造形形状を算出し、光学素子２７０の形状を補正する。目標条件を満たしている場合、光学素子２７０の造形を終了する。
　最後に、図１１（ｃ）に示すように、筐体２６４に保護部材２７８を組み込む。保護部材２７８は、基材２７１の上に形成される積層体２７２を保護するための部材である。保護部材２７８を撮像光学系に組み込むことによる撮像装置２６０の光学性能への影響を抑えるため、保護部材２７８は、均質な板状部材で構成されることが好ましい。保護部材２７８を取り付けにより撮像装置２６０ができあがる。なお、保護部材２７８はなくてもよい。
　図１２は、光学素子製造装置２１０の動作の流れを示すフローチャートである。光学素子製造装置２１０は、光学素子２７０を造形する前の基材２７１を含む光学系の光学性能を測定し（Ｓ５０）、光学性能の測定結果に基づいて光学素子２７０の造形形状データを算出する（Ｓ５２）。算出した造形形状データにしたがって基材２７１の上に光学用材料を積層し（Ｓ５４）、基材２７１に造形された光学素子２７０を含む光学系の光学性能を測定する（Ｓ５６）。光学性能の測定結果が所定条件を満たさない場合（Ｓ５８のＮ）、光学性能の測定結果に基づいて補正造形形状データを算出し（Ｓ６０）、補正造形形状データにしたがって基材２７１の上に光学用材料を積層し（Ｓ６２）、Ｓ５６およびＳ５８の処理を再度実行する。光学性能の測定結果が所定条件を満たす場合であって（Ｓ５８のＹ）、目標条件を満たす場合（Ｓ６４のＹ）、積層体２７２を保護するための保護部材を光学系に組み込み（Ｓ６６）、本フローを終了する。目標条件を満たさない場合（Ｓ６４のＮ）、Ｓ６６をスキップして本フローを終了する。
　本実施例によれば、光学素子２７０が組み込まれる撮像装置２６０を用いて撮像装置２６０の光学性能を測定するため、撮像光学系全体としての光学性能を直接的に判定して補償することができる。仮に、撮像装置２６０の設計時において光学収差等が問題になっていなかったとしても、撮像装置２６０の組立時における撮像素子２６２や撮像素子２６２の取付精度によって収差等の問題が生じることがある。このような収差は、製造される撮像装置２６０によって個体差が生じうることから、個体ごとに必要となる補償光学素子の形状も異なりうる。本実施例によれば、製造された撮像装置２６０を直接測定して補償光学素子の形状を決定しているため、個体ごとに適切な補償性能を有する光学素子２７０を形成できる。これにより、撮像装置２６０の個体間の光学性能のばらつきを抑えて、撮像装置２６０の品質を向上させることができる。また、撮像装置２６０の光学性能の測定結果に基づいて積層造形法により光学素子２７０を即時に形成できるため、撮像装置２６０の製造にかかるリードタイムを短縮できる。
（第４実施例）
　図１３は、第４実施例に係る光学素子製造装置３１０の構成を模式的に示す図である。光学素子製造装置３１０は、照明装置３６０の光学系に組み込まれる光学素子３７０を製造する。照明装置３６０は、プロジェクタや光学顕微鏡などに照明モジュールとして組み込まれる装置である。光学素子製造装置３１０は、測定用の光源を有さず、光学素子３７０が組み込まれる照明装置３６０を光源として利用する点で上述の実施例と相違する。以下、光学素子製造装置３１０について上述の実施例との相違点を中心に説明する。
　光学素子製造装置３１０は、固定治具３２０と、造形ヘッド２４と、評価スクリーン３３６と、カメラ１３８と、制御装置４０とを備える。造形ヘッド２４、カメラ１３８および制御装置４０は、上述の実施例と同様に構成される。
　固定治具３２０は、照明装置３６０を支持する部材であり、光学素子３７０の造形に適した位置に照明装置３６０を固定する。評価スクリーン３３６は、照明装置３６０から出力される照明光３３０の光学特性をカメラ１３８で撮像するための透過型の拡散スクリーンである。評価スクリーン３３６は、照明光３３０が照射される位置が適切であるかを評価できるように、基準位置を示すマークなどが付される。図１３は、照明装置３６０の照明光が評価スクリーン３３６のマーク内に適切に照射される様子を示している。評価スクリーン３３６は、カメラ１３８とともに照明装置３６０の光学性能を測定するための「測定手段」として機能する。
　照明装置３６０は、発光素子３６２と、筐体３６４と、照明レンズ３６６と、光学素子３７０とを備える。発光素子３６２は、発光ダイオードやレーザダイオードなどの半導体発光素子である。筐体３６４は、発光素子３６２、照明レンズ３６６および光学素子３７０を収容して固定する部材であり、これら光学部品が取付可能となる凹部または段差部を有する。照明レンズ３６６は、発光素子３６２からの出力光をコリメートして照明対象に向かう照明光３３０に変換する。照明レンズ３６６は、一枚の凸レンズとして図示されているが、このような構成に限られず、複数枚のレンズ群によって照明レンズ３６６が構成されてもよい。
　光学素子３７０は、照明装置３６０の光学性能を補償するための補償光学素子である。光学素子３７０は、例えば、照明レンズ３６６に起因する収差の補償や、照明装置３６０を構成する各部品の取付公差に起因する収差の補償等に用いられる。光学素子３７０は、例えば、発光素子３６２の取付位置のずれにより照明光３３０の配光がずれる影響を補償するように構成され、積層体３７２が非対称形状となるように構成される。光学素子３７０は、照明装置３６０の筐体３６４に取り付けられた基材３７１の上に積層体３７２を造形することにより形成される。
　照明装置３６０は、固定治具２２０の上に固定された状態で制御装置４０と接続されている。照明装置３６０は、制御装置４０からの制御信号に基づいて動作し、評価スクリーン３３６に向けて照明光３３０を出力する。
　制御装置４０は、照明光３３０が照射された評価スクリーン３３６をカメラ１３８で撮像させ、評価スクリーン３３６の撮像画像を照明装置３６０の光学性能の測定結果として取得する。制御装置４０は、光学性能の測定結果が目標条件を満たさない場合、その光学性能を補償するための補償光学素子の造形形状を算出し、算出した造形形状データにしたがって基材３７１の上に積層体３７２を造形させる。
　図１４は、光学素子３７０を製造する様子を模式的に示す図であり、光学素子３７０を造形する前に照明装置３６０の光学性能を測定する様子を示す。照明装置３６０は、照明光学系を構成する発光素子３６２、照明レンズ３６６および基材３７１が筐体３６４に取り付けられ、照明光学系の一端において基材３７１が露出した状態となっている。光学素子製造装置３１０は、この状態の照明装置３６０から照明光３３０を出力させ、照明光３３０が照射された評価スクリーン３３６を撮像する。
　つづいて、光学素子製造装置３１０は、評価スクリーン３３６の撮像画像に基づいて積層体３７２の造形形状データを算出し、算出した造形形状データにしたがって積層体３７２を形成する。光学素子製造装置３１０は、造形した光学素子３７０を含む照明光学系の光学性能を測定し、その測定結果が目標条件を満たす場合に造形を終了する。光学素子製造装置３１０は、造形した光学素子３７０の表面を保護するための保護部材を照明装置３６０に組み込んでもよい。
　本実施例によれば、上述の第３実施例と同様の効果を奏することができる。
（第５実施例）
　図１５は、第５実施例に係る光学性能の測定方法を模式的に示す図である。本実施例に係る光学素子製造装置４１０は、光学装置４６０の瞳面４６２に組み込まれる光学素子を製造するために用いられる。光学素子製造装置４１０について、上述の実施例との相違点を中心に説明する。
　光学素子製造装置４１０は、光学装置４６０を固定するための固定治具４２０と、瞳面４６２における光学性能を測定するためのセンサ４３４および測定用光学系４３６とを備える。測定用光学系４３６は、瞳面４６２の共役面を形成するための光学系である。センサ４３４は、瞳面４６２の共役面に配置される。光学素子製造装置４１０は、センサ４３４の測定結果を取得することにより、光学装置４６０の瞳面４６２における光学性能の測定結果を得る。光学素子製造装置４１０は、取得した光学性能に基づいて、瞳面４６２に組み込まれるべき補償光学素子の造形形状を算出し、算出した造形形状データに基づいて光学素子を形成する。形成された光学素子は、光学装置４６０の瞳面４６２に組み込まれる。
　本実施例によれば、光学装置４６０の光学性能に応じて、その光学性能を瞳面４６２において補償するための補償光学素子を形成できる。例えば、瞳面４６２における瞳収差や波面収差を測定することで、瞳面４６２における波面を適切に補償することができる補償光学素子を形成できる。光学系の収差等を補償する場合には、瞳面から離れた位置よりも瞳面に近い位置に補償素子を組み込む方が収差等の補償がしやすいことがある。例えば、撮像光学系の収差を補償しようとする場合、撮像素子の近くに補償光学素子を配置しようとすると、より微細で形状精度の高い積層体を形成する必要が生じる。一方で、撮像素子から離れた瞳面の近い位置に補償光学素子を配置する場合には、比較的大きな構造を有する光学素子を利用できるため、造形形状の要求精度を下げることができる。したがって、本実施例によれば、効果的な補償性能を有する光学素子を比較的容易に製造することができる。
　以上、本発明を上述の各実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の各実施の形態に限定されるものではなく、各実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて各実施の形態における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれ得る。
　１０…光学素子製造装置、２４…造形ヘッド、３２…光源、３４…センサ、４０…制御装置、４２…測定系制御手段、４４…取得手段、４６…光学性能判定手段、４８…造形形状演算手段、５０…積層造形制御手段、５２…記憶手段、７０…光学素子、７１…基材、７２…積層体、１１０…光学素子製造装置、１３６…スクリーン、１３８…カメラ、１７０…光学素子、１７１…基材、１７２…積層体、２１０…光学素子製造装置、２３６…評価チャート、２６０…撮像装置、２６２…撮像素子、２６６…撮像レンズ、２７０…光学素子、２７１…基材、２７２…積層体、２７５…紫外光遮蔽層、２７８…保護部材、３１０…光学素子製造装置、３３６…評価スクリーン、３３８…カメラ、３６０…照明装置、３６２…発光素子、３６６…照明レンズ、３７０…光学素子、３７１…基材、３７２…積層体、４１０…光学素子製造装置、４３４…センサ、４３６…測定用光学系、４６０…光学装置、４６２…瞳面。
　本発明は、光学素子の製造に利用できる。

Claims (13)

  1. 　光学用材料を順次積層させて光学素子を造形する積層造形手段と、
    　造形される光学素子を含む光学系の光学性能の測定結果を取得する取得手段と、を備え、
    　前記積層造形手段は、前記取得手段が取得する測定結果が所定条件を満たすことを条件に前記光学素子の造形を終了する光学素子製造装置。
  2. 　前記取得手段が取得する測定結果に基づいて前記光学素子を造形するための造形形状を算出する造形形状演算手段をさらに備え、
    　前記積層造形手段は、前記造形形状演算手段が算出した造形形状にしたがって前記光学素子を造形する請求項１に記載の光学素子製造装置。
  3. 　前記取得手段は、造形途中の光学素子を含む前記光学系の光学性能の測定結果を取得し、
    　前記造形形状演算手段は、造形途中の前記光学系の光学性能の測定結果に基づいて造形途中の光学素子上に積層させる造形形状を算出し、
    　前記積層造形手段は、造形途中の前記光学系の光学性能の測定結果に基づいて前記造形形状演算手段が算出した造形形状にしたがって造形途中の光学素子上に光学用材料を積層させる請求項２に記載の光学素子製造装置。
  4. 　前記取得手段は、前記光学素子を造形する前の前記光学系の光学性能の測定結果を取得し、
    　前記造形形状演算手段は、造形前の前記光学系の光学性能の測定結果に基づいて前記光学素子の造形形状を算出し、
    　前記積層造形手段は、造形前の前記光学系の光学性能の測定結果に基づいて前記造形形状演算手段が算出した造形形状にしたがって光学用材料を積層させる請求項２または３に記載の光学素子製造装置。
  5. 　前記造形形状演算手段は、前記光学素子を造形する前の前記光学系の光学性能を補償する補償光学素子の造形形状を算出し、
    　前記積層造形手段は、前記造形形状演算手段が算出した補償光学素子の造形形状にしたがって光学用材料を積層させることにより、前記補償光学素子を造形する請求項４に記載の光学素子製造装置。
  6. 　前記光学系は、前記光学系の一端に配置される基材を含み、
    　前記積層造形手段は、前記基材上に光学用材料を積層して前記光学素子を造形する請求項１から５のいずれか一項に記載の光学素子製造装置。
  7. 　前記積層造形手段は、紫外線照射により前記基材上に光硬化性樹脂を積層させるよう構成されており、
    　前記基材は、紫外線の透過量を低減させるよう構成される請求項６に記載の光学素子製造装置。
  8. 　前記積層造形手段は、前記光学素子の光学面が回転非対称面となるように前記光学素子を造形する請求項１から７のいずれか一項に記載の光学素子製造装置。
  9. 　前記取得手段は、前記光学系を透過する光の測定結果を取得する請求項１から８のいずれか一項に記載の光学素子製造装置。
  10. 　前記光学系は、撮像素子と撮像レンズとを含む撮像光学系であり、
    　前記取得手段は、前記撮像素子が撮像する画像データを取得する請求項１から９のいずれか一項に記載の光学素子製造装置。
  11. 　前記光学系は、光源と照明レンズとを含む照明光学系であり、
    　前記取得手段は、前記照明光学系から出力される照明光の測定結果を取得する請求項１から９のいずれか一項に記載の光学素子製造装置。
  12. 　光学用材料を順次積層させて光学素子を造形することと、
    　造形される光学素子を含む光学系の光学性能の測定結果を取得することと、を備え、
    　前記光学系の光学性能の測定結果が所定条件を満たすことを条件に前記光学素子の造形を終了する光学素子製造方法。
  13. 　造形される光学素子の光学面を保護する保護部材を前記光学系に組み込むことをさらに備える請求項１２に記載の光学素子製造方法。
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