JP5158798B2 - レンズ検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、レンズの結像性能の検査等に利用されるレンズ検査装置に関する。

従来は、レンズ検査法として、写真レンズのように画角が広く収差の大きいものについては、解像力測定、収差曲線測定、ＭＴＦ（Module Transfer Function）測定等の測定手段が利用されている。顕微鏡対物レンズ及び光ディスク用レンズなど画角及び収差の小さなレンズの検査は、波面を干渉計で調べる測定手段が通常用いられている（特許文献１、２参照）。

特開平１１−３０４６４８号公報 特開２００２−３５７５０８号公報

従来のレンズ検査手段として、解像力測定、収差曲線測定、ＭＴＦ測定は、測定及び解析に多大の労力と時間が必要である。さらにその結果は、直感的に把握できるものではないので、現場での利用は難しい。特に色収差については、光源に白色光を用いるため、定量的な測定ができない。

波面検査も同様に測定及び解析に多大の労力と時間を必要とする。また、波面検査結果から結像状態を直接推測することは困難である。波面を干渉計で調べる波面検査は単色光で行うため、基本的に色収差測定はできない。

本発明は、上記従来の問題点を解決することを目的とするものであり、被検レンズの結像性能（レンズの収差、工作不良及び回折による点像の広がりの大きさ）を、製造現場や製品開発現場において、簡単に直感的に把握、瞬時に評価可能とするとともに、被検レンズの軸上色収差と倍率色収差の両方を定量的に評価可能とするレンズ検査装置を実現することを課題とする。

本発明は上記課題を解決するために、レーザー光をシングルモード光ファイバの一端に入射することで、他端からの射出光は単色高強度の点光源とし、該点光源からのレーザー光を検査光として被検レンズに照射して結像し、該結像の様子観測することにより結像性能を検査することを特徴とするレンズ検査装置を提供する。

色収差の測定を行う場合、前記レーザー光は、２種類以上の波長の異なるレーザー光が必要である。

前記点光源からの検査光は、放物凹面鏡により平行光として被検レンズに照射される構成としてもよい。

前記点光源からの検査光は、直接、被検レンズに照射される構成としてもよい。

前記点光源からの検査光の光軸に対して、被検レンズは傾け又は回転されて照射される構成としてもよい。

被検レンズによる前記結像は、観測用顕微鏡で観測される構成としてもよい。

前記点光源からの検査光の光軸に対して、被検レンズは絞りを変化されながら照射される構成としてもよい。

前記シングルモード光ファイバのコア径は、４μｍ以下であることが好ましい

本発明によれば、次のような効果が生じる。
（１）レーザー光をシングルモード光ファイバの一端に入射することで、他端からの射出光は単色高強度の理想的（回折限界）点光源とし、この点光源を被検レンズで結像し、この様子を顕微鏡で観測することにより結像性能を直感的に把握、瞬時に評価することができる。

（２）シングルモード光ファイバに２種類以上の波長（色）の異なるレーザーを入射し、２種類以上の単色光による点像の結像位置のずれ（縦方向及び横方向）を測定すると、軸上色収差と倍率色収差の両方を定量的に評価することができる。

本発明に係る平面度測定装置を実施するための最良の形態を実施例に基づいて図面を参照して、以下に説明する。

図１は、本発明に係る平面度測定装置の実施例１を説明する図である。この実施例１のレンズ検査装置１は、光源２と、シングルモード光ファイバ３と、放物凹面鏡４と、平面鏡５と、観測用顕微鏡６とから成り、それぞれ図１に示すように配置されている。なお、本実施例１では結像の観測を観測用顕微鏡６で行うが、他の光学的手段、例えば、ＣＣＤのような受光素子等でもよい。

光源２として、１又は２種類以上の単色光のレーザー光源を用いる。２種類以上の単色光のレーザー光源の場合は、それぞれ互いに波長の異なる単色のレーザー光を出光する。本実施例では、２種類の単色光を出光する２つのレーザー光源、即ち、波長が５３２ｎｍのレーザー光源７と波長が６５０ｎｍのレーザー光源８が設けられている構成で説明する。

２つのレーザー光源７、８からの２種類の単色光のレーザー光がハーフミラー９を介して、シングルモード光ファイバ３にその一端から入り、他端から出射される。ここで、シングルモード光ファイバ３は、例えば、コア径が４μｍ以下のものを使用する。

レーザー光をシングルモード光ファイバ３の一端に入射すると、他端からの射出光は単色高強度の理想的（回折限界）点光源１０となる。特に、２つのレーザー光源７、８から送られる２種類の波長の異なる単色光のレーザー光は、シングルモード光ファイバ３内を伝送され、その射出光が１つの点光源１０として出射される。即ち、シングルモード光ファイバ３の出射側から出射端面を観察した場合、出射端面内で２種類の単色光の出射位置がずれることなく１つの点光源１０となって出射される。

この点光源１０を、放物凹面鏡４を介して平行光にする。この平行光を検査光としてと平面鏡５を介して被検レンズ１１に入射して結像させ、この様子を観測用顕微鏡６で観測することにより結像性能を直感的に把握、瞬時に評価することができる。ここで、結像性能とは、レンズの収差、工作不良及び回折による点像の広がりの大きさである。

なお、本実施例１では、放物凹面鏡４を介してレーザーの点光源を平行光としているが、これは、無限遠にある物体（無限遠物体）での結像性能検査をするためであり、後記する実施例２（図２参照）に示すように、点光源１０を直接、検査光として使用すれば有限遠にある物体（有限遠物体）での結像性能検査が可能となる。

本発明の特徴的な構成は、このように、レーザー光源２からのレーザー光を、シングルモード光ファイバ３内を伝送して高強度の点光源とし出射し、この点光源を被レンズの結像性能の検査光とした点である。

また、仮に白色光源からの光をシングルモード光ファイバ３を伝送して出射する光を用いると、シングルモード光ファイバ３のコア径は、通常きわめて小さく（４μｍ以下）、出射光の光強度は微弱となり、検査光としては利用できない。十分な光強度を得るために、コア径の大きい（５０μｍ以上）マルチモード光ファイバを伝送して出射する光を用いると、光ファイバの出射端面から均一に出射しないので、理想的な点光源は実現できず、レンズに収差が無くても像はぼやけたものとなり、正確な収差計測が不可能である。

また、光源に白色光を検査光とした場合、被検レンズ１１の色収差による点像のずれは連続的なぼけとなり、色収差の存在は検知できるが、定量的な評価はできない。

本発明では、レーザー光源２からのレーザー光を、シングルモード光ファイバ３内を伝送して高強度の点光源として出射し、この点光源１０を被検レンズ１１の結像性能の検査光としたので、２種類以上（本実施例１では２種類）の波長の異なる単色光をレーザー光源７、８として用いても、出射端面で出射位置の異なることのない点光源となるから、検査光の複数（本実施例１では２つ）の波長のずれにより影響されることなく、被検レンズ１１の色収差の正確な評価が可能となる。

特に、本発明では、シングルモード光ファイバ３から点光源１０として出射された２種類以上の波長（色）の異なるレーザー光を、被検レンズ１１に入射し、２種類以上の単色光による点像の結像位置のずれ（縦方向及び横方向）を測定すると、被検レンズ１１の軸上色収差と倍率色収差の両方を定量的に評価することができる。

また、本発明では、１種類の単色光のレーザー光源を用いて、シングルモード光ファイバ３から高強度の点光源として１種類の単色のレーザー光を、被検レンズ１１に入射し、その単色光による点像の結像位置のずれ（縦方向及び横方向）を測定すると、被検レンズ１１の球面収差、コマ収差、非点収差、レンズの工作不良（軸心ずれ）等を正確に評価することができる。

この際、被検レンズ１１に絞りをかけ、絞りを調整しながら球面収差、コマ収差、非点収差、レンズの工作不良等の検査をすることが行われるが、絞り具合によっては、色収差が大きくなる場合があるが、本発明で単色のレーザー光源を用いた場合は、このような絞りにより生じる色収差に影響されることがなく、絞り調整による球面収差、コマ収差、非点収差、レンズの工作不良等の評価（どのような絞りで収差や工作不良が少なくなる等の評価）が、直感的に可能となる。

この場合、被検レンズ１１が色収差を有するレンズであると、白色光を検査光として用いると色収差が出てしまい、その色収差に影響され、被検レンズ１１の球面収差、コマ収差、非点収差、レンズの工作不良（軸心ずれ）等が正確に評価できない。しかし、単色のレーザー光を検査光として用いれば、色収差に影響され、被検レンズ１１の球面収差、コマ収差、非点収差、レンズの工作不良（軸心ずれ）等が正確に評価することができる。

さらに、被検レンズ１１を入射光軸に対して傾けることにより、任意角度の結像性能を評価することができる。これにより、被検レンズ１１の画角対応の結像性能が評価可能となる。また、被検レンズ１１をその光軸中心に回転させながら検査光を入射させてその結像性能を検査すると、工作不良による被検レンズ１１の偏心の有無を瞬時に評価可能となる。

図２は、本発明に係るレンズ検査装置の実施例２の全体構成を説明する図である。この実施例２は実施例１とほぼ同じ構成であるが、点光源１０を直接、検査光として被検レンズ１１に入射させた構成であり、有限遠にある物体（有限遠物体）での結像性能検査が可能となる。

以上、本発明に係るレンズ検査装置の最良の形態を実施例に基づいて説明したが、本発明はこのような実施例に限定されることなく、特許請求の範囲記載の技術的事項の範囲内で、いろいろな実施例があることは言うまでもない。

本発明に係るレンズ検査装置は、各種のレンズの評価に利用可能であるが、特に、観測用顕微鏡の倍率を変更することにより、収差の大きな写真用レンズ（収差により点像の広がりが大きくなるので、低倍率で観測）から、収差の小さい光ディスク用レンズ（点像は小さくなるので、高倍率で観測）まで幅広い適用が可能である。

本発明に係るレンズ検査装置の実施例１を説明する図である。 本発明に係るレンズ検査装置の実施例２を説明する図である。

符号の説明

１ レンズ検査装置
２ 光源
３ シングルモード光ファイバ
４ 放物凹面鏡
５ 平面鏡
６ 観測用顕微鏡
７ 波長が５３２ｎｍのレーザー光源
８ 波長が６５０ｎｍのレーザー光源
９ ハーフミラー
１０ 点光源
１１ 被検レンズ

Claims (2)

1. ２種類以上の波長の異なるレーザー光をコア径φ４μｍ以下であるシングルモード光ファイバの一端に入射することで、他端からの射出光は２種類以上の波長の異なる単色高強度で射出位置の異なることのない点光源とし、該点光源からのレーザー光を検査光とし、前記検査光は、放物凹面鏡により平行光として被検レンズに照射して結像し、結像の様子を観測用顕微鏡で観測することにより結像性能を検査するレンズ検査装置であって、
   前記平行光として照射される検査光の光軸に対して、前記被検レンズは回転されて照射される構成であることを特徴とするレンズ検査装置。
2. 前記平行光として照射される検査光の光軸に対して、前記被検レンズは絞りを変化されながら照射される構成であることを特徴とする請求項１記載のレンズ検査装置。