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KR101126150B1 - 렌즈미터 - Google Patents

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KR101126150B1
KR101126150B1 KR1020050026805A KR20050026805A KR101126150B1 KR 101126150 B1 KR101126150 B1 KR 101126150B1 KR 1020050026805 A KR1020050026805 A KR 1020050026805A KR 20050026805 A KR20050026805 A KR 20050026805A KR 101126150 B1 KR101126150 B1 KR 101126150B1
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사토시 이마이주미
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가부시키가이샤 니데크
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Abstract

간단한 구성으로 정밀하게 측정대상 렌즈의 광학특성을 측정할 수 있는 렌즈미터. 측정대상 렌즈의 광학특성을 측정하는 렌즈미터는, 적어도 3개의 측정용 광원, 광원으로부터 제공되는 측정광속을 대상렌즈로 투사하는 투영렌즈, 여기서 대상렌즈는 투영렌즈의 광축상에 배치되며, 광원과 투영렌즈와의 사이의 투영렌즈의 전측 초점위치에 배치된 개구를 가지는 조리개, 조리개의 개구와 투영렌즈를 통과하여 대상렌즈를 통과한 측정광속을 결상광학계를 통하지 않고 수광하는 2차원 수광소자, 를 가지며, 투영렌즈는, 0D 부근의 특정도수 또는 사용빈도가 높은 특정도수를 가지는 대상렌즈가 투영렌즈의 광축상에 배치된 경우에, 광원과 수광소자가 공역관계가 되도록 배치된다.
렌즈미터, 대상렌즈, 조리개, 수광소자, 공역

Description

렌즈미터{LENS METER}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈미터의 광학계 및 제어계의 개략적인 구성도이다.
도 2a는 측정대상 렌즈의 측정시 2차원 수광소자 상에 형성된 스폿상을 나타내는 도이다.
도 2b는 스폿상의 수광량의 변화를 나타내는 도이다.
도 3a는 대상렌즈 상에 측정광속이 걸리도록 흠집 또는 이물질이 있는 경우의 스폿상의 수광량의 변화를 나타내는 도이다.
도 3b는 도 3a의 대상렌즈의 측정시 조리개의 개구경을 크게 하였을 경우의 스폿상의 수광량의 변화를 나타내는 도이다.
도 4는 높은 플러스 도수를 가지는 대상렌즈의 측정시 수광소자 상의 스폿상을 나타내는 도이다.
도 5a는 도 4의 서로 겹쳐진 스폿상의 수광량의 변화를 나타내는 도이다.
도 5b는 도 4의 서로 겹쳐진 스폿상이 분리되었을 때의 양 스폿상의 수광량의 변화를 나타내는 도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 설명 *
1 : 측정용 광원 2 : 조리개
3 : 투영 렌즈 4 : 2차원 수광 소자
5 : 노즈 피스 10 : 제어부
11 : 조리개 구동부 LE : 렌즈
S1 ~ S4 : 스폿상 L1 : 광축
본 발명은 측정대상 렌즈의 광학특성을 측정하는 렌즈미터에 관한 것이다.
렌즈미터로서는, 측정용 광원으로부터 제공되는 측정광속을 콜리메이터 렌즈를 이용하여 평행광속으로 하여 측정대상 렌즈로 투사하며, 대상렌즈를 통과한 측정광속을 적어도 3개의 핀홀(개구)와 각 핀홀(개구)에 배설된 수속(收束)렌즈를 통해 2차원 수광소자를 이용하여 수광하고, 각 핀홀(개구)상(像)의 위치를 검출함으로써 대상렌즈의 광학특성을 측정하는 것이 제안되어 있다(특개평 11-255581).
또한, 대상렌즈 상의 흠집 또는 이물질로 인한 측정광속의 국소적인 파면의 흐트러짐, 또는 핀홀(개구)상의 손상에 의해, 측정결과가 부정확하게 되는 것을 방지하기 위해, 각 핀홀(개구)에 수속렌즈로서 회절렌즈ㆍ어레이가 배설된 것이 제안되어 있다(堀信男 외 2명「회절형 광학소자의 계측에 대한 대응」, 광얼라이언스, 일본공업출판, 1998년 11월호, p. 36-39)
그러나, 각 핀홀(개구)에 배설되는 회절렌즈ㆍ어레이는, 가공이 어려우며 고가이다. 또한, 대상렌즈 상에 커다란 흠집 또는 이물질이 있으면, 측정결과가 부정 확하게 되는 것을 방지할 수 없는 경우가 있다.
본 발명은, 상기 종래기술의 문제점을 감안하여, 간단한 구성으로 정밀하게 측정대상 렌즈의 광학특성을 측정할 수 있는 렌즈미터를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
본 발명의 기술과제를 달성하기 위함 및 본 발명의 목적에 따르면, 측정대상 렌즈의 광학특성을 측정하는 렌즈미터는, 적어도 3개의 측정용 광원과, 각 광원으로부터 제공되는 측정광속을 대상렌즈로 투사하는 투영렌즈-대상렌즈는 투영렌즈의 광축상에 배치된다-와, 광원과 투영렌즈와의 사이에 있는 투영렌즈의 전측초점 위치에 배치된 개구를 가지는 조리개와, 조리개의 개구와 투영렌즈를 통과하여 대상렌즈를 통과한 측정광속을 결상광학계를 통하지 않고 수광하는 2차원 수광소자, 를 포함하며, 투영렌즈는, 0D 부근의 특정도수 또는 사용빈도가 높은 특정도수를 가지는 대상렌즈가 투영렌즈의 광축상에 배치된 경우에, 광원과 수광소자가 공역(共役) 관계가 되도록 배치되어 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예를 도면에 기초하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈미터의 광학계 및 제어계의 개략적인 구성도이다.
백색 LED 등의 측정용 광원(1)은, 후술할 투영렌즈(3)의 광축인 측정광축(L1)을 중심으로 90도 간격의 등거리 위치에 4개 배치되어 있다. 조리개(2)는, 광축(L1)을 중심으로 하는 직경 가변의 개구를 가지며, 광원(1)으로부터 제공되는 측 정광속을 제한한다. 노즈피스(렌즈재치대)(5)는, 광축(L1)를 중심으로 하는 개구(5a)를 가지며, 측정대상 렌즈(LE)를 개구(5a) 위에서 지지한다. 투영렌즈(3)는, 조리개(2)의 개구를 통과한 측정광속을, 노즈피스(5) 상에 지지된 렌즈(LE)에 투사한다. 밴드패스 필터(6)는, 렌즈(LE) 및 개구(5a)를 통과한 측정광속 내의 e선(546.07nm) 부근만을 통과시킨다. 2차원 수광소자(4)는, 필터(6)를 통과한 측정광속을 수광한다.
조리개(2)의 개구는, 광원(1)과 렌즈(3) 사이에 렌즈(3)의 전측 초점위치에 배치되어 있으며, 조리개(2)의 개구와 렌즈(3)는 후측 텔레센트릭(telecentric) 광학계를 구성하고 있다. 또한, 렌즈(3)는, 0D 부근의 특정도수 또는 사용빈도가 높은 특정도수(-1D~-2D 부근)를 갖는 렌즈(LE)가 광축(L1) 상에 배치된 경우에, 광원(1)과 수광소자(4)가 공역(共役) 관계가 되도록 배치되어 있다(필요한 측정정밀도와의 관계에 있어서 대략 공역관계가 되면 좋다).
4개의 광원(1)으로부터 제공되는 4개의 측정광속은, 조리개(2)의 개구와 렌즈(3)를 통해서 4개의 수속광속이 되며, 렌즈(LE)에 투사된다. 그리고, 렌즈(LE)를 통과한 4개의 측정광속은, 렌즈 등의 결상광학계를 통하지 않고 수광소자(4)에서 수광된다(수광소자(4) 상에는 4개의 광원(1)에 의한 4개의 스폿상이 형성된다). 수광소자(4)로부터 나오는 출력신호는 제어부(10)에 입력되며, 제어부(10)는, 소정의 연산에 의해 렌즈(LE)의 광학특성을 얻는다.
제어부(10)에는, 조리개(2)의 개구경을 변경하기 위한 조리개 구동부(11), 메모리(12), 측정결과 등을 표시하는 모니터(13), 스위치부(14), 등이 접속되어 있 다.
이와 같은 측정광학계에 의한 렌즈(LE)의 측정방법을 설명한다. 광원(1)의 점등에 의해, 조리개(2)가 조명된다. 그리고, 광원(1)으로부터 제공되는 측정광속이 조리개(2)의 개구와 렌즈(3)를 통과하면, 측정광속은 그 주광선이 광축(L1)에 대해서 평행이 되어 렌즈(LE)에 투사된다. 이때, 측정광속은, 렌즈(3)에 의해 집광되어 렌즈(LE)에 투사된다. 렌즈(LE)를 통과한 측정광속은, 필터(6)를 통해서 수광소자(4)에서 수광된다.
도 2a는, 렌즈(LE)의 측정 시 수광소자(4) 상에 형성된 4개의 스폿상(S1~S4)을 도시한 도이다. 렌즈(LE)가 광축(L1) 상에 없는 경우에는, 광축(L1)에 평행이 된 측정광속에 의한 스폿상이 수광소자(4) 상에 결상된다. 이에 대해, 플러스 도수를 가지는 렌즈(LE)가 광축(L1) 상에 배치되면, 렌즈(LE)가 없는 경우에 비해서, 스폿상끼리의 간격이 작아지게 된다. 반대로, 마이너스 도수를 가지는 렌즈가 광축(L1) 상에 배치되면, 렌즈(LE)가 없는 경우에 비해서, 스폿상끼리의 간격이 커지게 된다. 또한, 주면도수를 가지는 렌즈(LE)가 광축(L1) 상에 배치되면, 렌즈(LE)가 없는 경우에 비해서, 대향하는 스폿상을 연결하는 선이 주면축 각도에 대응하여 경사진다(도 2a 참조).
제어부(10)는, 수광소자(4) 상의 스폿상(S1~S4)의 위치를 검출한다. 도 2b는, 스폿상의 수광량의 변화를 나타내는 도이다. 우선, 제어부(10)는, 수광량의 변화의 출발점(Smin)을 구하고, 다음으로, 출발점(Smin)에서 소정 레벨 증가한 광량(Ks)이 되었을 때의 수광소자(4) 상의 변위(위치)(Pa)를 구한다. 나아가, 제어부 (10)는, 수광량의 피크(Smax)를 지나 다시 광량(Ks)이 되었을 때의 수광소자(4) 상의 변위(위치)(Pb)를 구한다. 그리고, 변위(Pa)와 변위(Pb)와의 중간점이 수광소자(4) 상의 스폿상의 위치(Ps)가 된다. 수광소자(4) 상의 스폿상은 렌즈(3)에 의해 집광된 광속에 의한 것이므로, 수광소자(4) 상의 스폿상에는 불균일한 광강도가 생기기 어려우며, , 스폿상의 수광량이 커지게 된다. 이 때문에, S/N비가 상승하며, 스폿상의 위치의 검출정밀도가 안정된다.
본 실시예에서는, 상기의 렌즈(3)의 배치구성에 의해, 0D 부근의 특정도수 또는 사용빈도가 높은 특정도수(-1D~-2D 부근)를 갖는 렌즈(LE)를 측정했을 때, 수광소자(4) 상의 스폿상이 가장 작아지게 되고, 스폿상의 위치 검출정밀도가 높아진다. 즉, 0D 부근의 특정도수 또는 사용빈도가 높은 특정도수를 가지는 렌즈(LE)의 측정결과에 대한 신뢰성이 특히 높아진다.
렌즈(LE)에 흠집 또는 이물질이 있는 경우의 측정오차를 억제하기 위해서는, 렌즈(LE)를 통과하는 측정광속의 직경을 크게 하는 것이 바람직하다. 광속직경은 조리개(2)의 개구경으로 제한된다. 따라서, 조리개(2)의 개구경으로서는, 측정가능한 높은 플러스 도수를 가지는 렌즈(LE)를 측정했을 때, 수광소자(4) 상에 4개의 스폿상(S1~S4)이 분리하여 형성되는 크기로 해두는 것이 바람직하다.
제어부(10)는, 수광소자(4) 상의 스폿상(S1~S4)의 위치를 검출하고, 그 위치관계를 기초로 구면도수, 주면도수, 주면축각도, 등의 광학특성을 구한다. 따라서, 이상과 같은 구성으로 하면, 측정광학계에 고가의 회절렌즈를 사용하도록 구성하지 않아도, 간단한 구성으로 렌즈(LE)에 흠집 또는 이물질이 있는 경우의 측정오차를 억제 및 방지하는 것이 가능하다. 또한, 다른 도수의 렌즈(LE)를 측정하는 경우에도, 측정광속이 렌즈(LE)에 입사하는 위치가 같기 때문에, 도수에 의존하지 않고 항상 같은 위치에서 측정이 가능하다. 이 때문에, 수광소자(4) 상에 있어서 스폿상의 도수 당 변위량은, 도수에 의존하지 않고, 일정하기 때문에, 측정도수의 편차를 억제할 있으며, 안정적인 측정이 가능하게 된다.
또한, 본 실시예의 광학계에 있어서, 광원(1)의 수는 4개로 하였지만, 광축(L1)을 중심으로 적어도 3개의 광원을 설치하여도 좋다.
다음으로, 조리개(2)의 개구경을 변경할 경우의 동작에 대해서 설명한다. 도 3a는, 렌즈(LE) 상에 측정광속이 걸리도록 큰 흠집 또는 이물질이 있는 경우의 스폿상의 수광량의 변화를 나타내는 도이다. 렌즈(LE)의 흠집 또는 이물질 부문을 측정광속이 통과하면, 수광소자(4) 상의 스폿상이 손실되어 버리며, 수광량이 저하한다. 이 때문에, 스폿상의 위치 검출정밀도가 저하되며, 측정정밀도가 저하한다. 그래서, 제어부(10)는, 스폿상의 수광량의 출발점(Smin)과 스폿상의 수광량의 피크(Smax)와의 차를 산출한다. 그리고, 그 광량차가 미리 설정된 허용범위(Ka)를 만족시키지 않을 때에는, 구동부(11)를 구동시켜 조리개(2)의 개구경을 크게 한다. 조리개(2)의 개구경을 크게 하면, 렌즈(LE)를 통과하는 광속의 직경이 커지게 되며, 수광소자(4) 상의 스폿상의 사이즈가 커지게 된다. 도 3b는 조리개(2)의 개구경을 크게 했을 때의 스폿상의 수광량의 변화를 나타내는 도이다.
허용범위(Ka)를 넘어 충분한 수광량이 확보될 수 있도록 된다면, 스폿상의 위치 검출정밀도가 향상된다. 또한, 이상과 같은 구성은, 렌즈(LE)에 흠집 또는 이 물질이 있는 경우 외에, 높은 도수를 가지는 렌즈(LE)를 측정했을 경우의 스폿상의 사이즈의 넓이 및 상의 비초점화(ボケ)에 의해, 수광량이 저하되는 경우에 있어서도 동일한 효과를 얻는다. 이 경우에도, 상기와 같이 수광소자(4) 상의 스폿상의 수광량을 검출하며, 수광량차가 허용범위(Ka)에 미치지 않은 경우, 조리개(2)의 개구경을 크게한다.
도 4는, 높은 플러스 도수를 가지는 렌즈(LE)의 측정시 수광소자(4) 상의 스폿이미지(S1~S4)를 나타내는 도이다. 이 경우, 도 4와 같이, 스폿상(S1~S4)이 밀집하여 그 일부가 서로 겹쳐지는 일이 있다. 이와 같은 경우, 서로 겹쳐진 스폿상(S1, S2)의 수광량의 변화는 도 5a와 같이 되며, 제어부(10)는, 스폿상(S1, S2)의 각 위치를 정확하게 검출할 수 없다. 여기서, 제어부(10)는, 4개의 광원(1)을 전부 점등했을 경우에 스폿상(S1~S4)이 모두 검출되지 않은 경우(검출된 스폿상이 3개 이하인 경우)에는, 조리개(2)의 개구경을 작게 한다. 조리개(2)의 개구경이 작아지면, 렌즈(LE)를 통과하는 광속의 직경이 작아지고, 스폿상(S1, S2)의 크기가 작아진다. 따라서, 도 5b와 같이, 스폿상(S1~S4)을 분리하여 형성시킬 수 있고, 스폿상(S1~S4)의 각 위치를 정확하게 검출할 수 있게 된다. 이와 같이, 겹쳐지는 스폿상이 분리되면, 제어부(10)는 스폿상(S1~S4)의 위치를 검출하며, 스폿상(S1~S4)의 위치관계를 기초로 렌즈(LE)의 광학특성을 구한다. 이와 같은 구성이 되면, 높은 플러스 도수를 가지는 렌즈(LE)여도, 측정정밀도를 저하하는 일 없이 측정을 수행할 수 있다. 단, 조리개(2)의 개구경을 작게하여도 스폿상(S1~S4)이 검출되지 않은 경우에, 제어부(10)는, 흠집 또는 이물질에 의한 것이라고 판정하면 좋다.
본 발명에 따른 렌즈미터는, 간단한 구성으로 정밀하게 측정대상 렌즈의 광학특성을 측정할 수 있다.

Claims (4)

  1. 측정대상 렌즈의 광학특성을 측정하는 렌즈미터에 있어서,
    상기 렌즈 미터는,
    측정 광학계;를 포함하고,
    상기 측정 광학계는,
    상기 측정 광학계의 측정 광축으로부터 등거리에 배치된 적어도 3개의 측정용 스폿 광원;
    투영렌즈;
    광원과 투영렌즈와의 사이의 투영렌즈의 전측 초점위치에 배치된 개구를 가지고, 개구의 직경이 가변한 조리개; 및
    조리개의 개구와 투영렌즈를 통과한 후에 대상렌즈를 통과한 광원으로부터의 측정광속(measurement light bundles)을 수광하고 광원의 상(image)을 검지하는 2차원 수광소자;를 포함하고,
    상기 투영렌즈는,
    0D 부근의 특정도수 또는 사용빈도가 높은 특정도수를 가지는 대상렌즈가 측정 광축 상의 측정 위치에 배치된 경우에, 광원과 수광소자가 공역관계가 되도록 배치되어 있으며,
    상기 렌즈미터는,
    상기 수광소자의 출력에 기초하여 광원 상 중의 광량차와 검지된 광원 상의 수 중 어느 하나를 취득하고, 그 결과에 기초하여 조리개의 개구의 직경을 변경하는 제어수단;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 렌즈 미터.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
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