CN102844651B - 波前像差测定装置 - Google Patents

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Abstract

一种波前像差测定装置，具有：设置在被测透镜的入射侧的照明光学系统、设置在上述被测透镜的射出侧的测量光学系统，上述照明光学系统具有自由开关的开口光圈，上述照明光学系统沿着照明光学系统的光轴自由移动，以将上述开口光圈和上述被测透镜的入射光瞳面调节到光学共轭关系的位置。由此，提供一种可抑制测定结果的误差的波前像差测定装置。

Description

波前像差测定装置
技术领域
本发明涉及一种波前像差测定装置，用于测定作为检查对象的透镜的波前像差。
背景技术
作为波前像差的测定方法，夏克－哈特曼型传感器为世人所知。例如，在鹤田匡夫著的「第4光の鉛筆」(新技術コミユニケ一シヨンズ、1997年、212頁)中，有作为波前测定传感器的代表例的解说。
测定由被测透镜产生的波前像差的波前像差测定装置的光学系统，一般使用：照明光学系统，使光波入射到被测透镜；测量光学系统，测定来自被测透镜的光束的波前像差。
在测量光学系统中，当解析通过被测透镜产生的波前像差时，需要知道投影的开口的形状。因此，投影被测透镜的开口光圈，进行其形状测定。此时，为求出开口的中心，会将开口光圈缩小到最小，进行投影的开口的形状和位置的测定。
发明内容
发明要解决的问题
但是，为使开口光圈缩小到最小而使被测透镜内的开口光圈动作时，通过开口光圈的驱动，被测透镜的重心移动、或产生透镜部分的变形等影响，投影的开口形状和位置的测定结果可能产生误差。其结果是，波前像差的测定结果可能产生误差。
本发明是鉴于这一情况而提出的，其目的在于提供一种可抑制测定结果误差的波前像差测定装置。
用于解决问题的手段
本发明的第一方式提供一种波前像差测定装置，其特征在于，具有：设置在被测透镜的入射侧的照明光学系统、设置在上述被测透镜的射出侧的测量光学系统，上述照明光学系统具有自由开关的开口光圈，上述照明光学系统沿着照明光学系统的光轴自由移动，以将上述开口光圈和上述被测透镜的入射光瞳面调节到光学共轭关系的位置。
本发明的第二方式提供一种波前像差测定装置，其特征在于，具有：设置在被测透镜的入射侧的照明光学系统、设置在上述被测透镜的射出侧的测量光学系统，上述照明光学系统具有自由开关的开口光圈，上述测量光学系统及上述被测透镜沿着被测透镜的光轴自由移动，以将上述开口光圈和上述被测透镜的入射光瞳面调节到光学共轭关系的位置。
本发明的第三方式提供一种透镜系统的制造方法，该透镜系统具有多个透镜部件，其特征在于，在透镜镜筒内配置上述多个透镜部件而组装上述透镜系统，通过本发明的第一方式的波前像差测定装置测定组装的上述透镜系统的波前像差，根据测定结果，判断上述透镜系统是否良好。
发明效果
根据本发明，可提供一种可抑制测定结果误差的波前像差测定装置。
附图说明
图1A、1B表示本发明的波前像差测定装置的一个实施方式，图1A表示调节为光学共轭关系前的状态，图1B表示调节为该光学共轭关系后的状态。
图2A、2B是表示图1A、1B的调节详情的图，图2A表示调节为光学共轭关系前的状态，图2B表示调节后的状态。
图3A、3B表示本发明的波前像差测定装置的其他实施方式，图3A表示调节为光学共轭关系前的状态，图3B表示调节为该光学共轭关系后的状态。
图4是图3A、3B的被测透镜3的放大图。
图5是用于说明本发明的透镜系统的制造方法的概要的流程图。
具体实施方式
接着根据表示本发明的实施方式的附图，进一步详细说明波前像差测定装置。此外，为便于说明，省略了机械、电气驱动部分的图示。并且，对起到相同作用的部分给予同样的附图标记，省略重复性说明。
图1A、1B表示波前像差测定装置1的一个实施方式。波前像差测定装置1由照明光学系统10和测量光学系统20构成。在照明光学系统10和测量光学系统20之间配置检查对象的被测透镜3，测定被测透镜3的波前像差。
上述照明光学系统10由通过光纤11引导的光源12、透镜13、滤波器14、开口光圈15、透镜16、光圈17、投影透镜18构成，在被测透镜3的入射侧直线状配置。上述照明光学系统10沿着光轴A自由移动。并且，上述投影透镜18沿着光轴A自由移动。上述开口光圈15相对光轴A垂直设置，自由开关。上述开口光圈15的开口可设定为任意的直径。
上述光圈17配置在投影透镜18的前侧焦点处。投影透镜18的后侧焦点和被测透镜3的入射光瞳一致。并且，上述开口光圈15配置在上述透镜16的前侧焦点处。上述光圈17配置在上述透镜16的后侧焦点处。而且，上述开口光圈15配置在上述透镜13的后侧焦点处。由此，上述开口光圈15和上述被测透镜3的入射光圈变为光学共轭关系，通过被测透镜3，上述光圈17的图像（虚像）形成在后述的像面光圈21的位置处。此外，上述被测透镜3的入射光瞳是对被测透镜3的开口光圈35进行了光学投影的位置。并且，被测透镜3的开口光圈35处于仍旧开放的状态。
上述测量光学系统20由像面光圈21、物镜22、第1转像透镜23、滤波器光圈24、第2转像透镜25、夏克－哈尔曼型波面传感器26、切换镜27、拍摄元件28构成，上述各部件在被测镜头3的射出侧直线状配置。
上述波面传感器26由多透镜阵列26a及拍摄元件26b构成。上述多透镜阵列26a通过将多个透镜元件（省略图示）二元状邻接排列而成。上述各透镜元件的各微小开口（省略图示）相对光轴A正交设置。上述各镜头元件的微小开口分别具有正的折射力，例如外周边形成4个四角形状体。上述透镜元件中，例如与光轴方向平行的面的截面形状形成为，仅入射面在整个上述微小开口上凸弧状隆起，外周边均由曲线构成。并且，相对的外周边分别形成为朝向外侧的凸弧状及与其对应的朝向内侧的凹弧状，其他的相对的外周边分别形成为朝向外侧的凸弧状及与其对应的朝向内侧的凹弧状。上述多透镜阵列26a如上所述，通过将元件形状相同的多个透镜元件二元状邻接排列而成，因此各透镜元件之间无间隙连接。拍摄元件26b由电荷耦合元件（CCD）构成，设置在上述多透镜阵列26a的焦点处。
上述多透镜阵列26a和上述拍摄元件28通过上述切换镜27使光路直角切换，因此位于光学共轭关系的位置处。上述滤波器光圈24适当限制光束的频率。
被测镜头3如图4所示，由多个镜头31、32、33、34的组构成，具有固有的开口光圈35。在图4中，A表示入射光的主光线，B表示上述镜头组31~34的光轴，3a表示被测镜头3的入射光瞳的中心，3b表示被测镜头3的射出光瞳的中心，35a表示开口光圈的中心。
在照明光学系统10中，光束的光波La由透镜13校准，通过开口光圈15进行开口的调节，通过透镜16聚光后，照明到光圈17。照明到光圈17的光波La经过投影透镜18入射到被测镜头3，在像面光圈21的位置处形成光圈17的图像。入射到测量光学系统20的光波Lb通过物镜22校准为平行光束，通过第1转像透镜23及第2转像透镜25放大，投影到波前传感器26。在第1转像透镜23和第2转像透镜25之间形成中间像面，但通过滤波器光圈24适当限制光束的频率。
在波前传感器26中，通过多透镜阵列26a分割聚光。该分割聚光的光波Lb在和波前像差对应的位置处成像，通过拍摄元件26b测量多透镜阵列26a各自的成像位置M。该测量数据通过数据存储装置（省略图示）记录，而且通过分析装置（省略图示）解析，显示到显示装置（省略图示）。
图1A所示的开口光圈15是相对被测镜头3的开口光圈35不处于光学共轭关系位置的状态。因此，光波La通过被测透镜3后，包括投影透镜18及被测透镜3的像差在内的波面入射到上述测量光学系统20。因此，通过拍摄元件26b测量的成像位置相对理想波面M0偏移，因此表示为波前像差M'，但该偏移量未正确表现被测透镜3的波前像差。
因此，为校正上述“偏移”，需要使投影的光圈17的位置和投影透镜18的射出光瞳的中心一致。图2是详细表示该调节的图，如图2A所示，首先，使投影透镜18向光轴A方向移动，决定了投影位置后，使照明光学系统10整体向光轴A方向移动，如图2B所示进行调节，使投影透镜18的射出光瞳E到达被测透镜3的入射光瞳位置35。此时，根据需要，使照明光学系统10整体向和光轴A垂直的方向移动并调节。由此，可使开口光圈15相对被测镜头3调节到光学共轭关系的位置。表示上述状态的是图1B、图2B。此时，通过了被测透镜3的光波Lb的成像位置M和理想波面M0一致。由此，通过沿着光轴A入射的光波La可测定由被测透镜3产生的波前像差。此外在图1B中，“C”表示通过开口光圈15限制并入射的最外周的光束。
为正确获知光波Lb的光束的中心M，缩小开口光圈15。并且，以拍摄元件28拍摄开口光圈15的图像，正确掌握其形状和位置。由此，可不缩小被测透镜3的光圈35而正确获得光束的中心M。因此，可抑制测定结果的误差并且测定波前像差。
图3A、3B表示波前像差测定装置1的其他实施方式，是测定向相对被测透镜3的光轴B倾斜的方向入射的光束的波前像差的情况。此时，测量光学系统20相对光轴A倾斜设置，因此如图4所示，作为照明光学系统10的光轴A和被测透镜3的光轴B的交点的被测透镜3的入射光瞳的中心3a、和被测透镜3的射出光瞳的中心3b向被测透镜3的光轴B方向偏移。其他和图1的实施方式相同，因此省略说明。此外在图3A中，“D”表示应朝向被测透镜3的入射光瞳的光束的中心。
波前像差测定装置不限于上述实施方式。例如，自由移动的构成部分可以不是照明光学系统10，而是测量光学系统20。此时，照明光学系统10是固定的，仅开口光圈15自由开关。并且，使测量光学系统20沿着光轴B自由移动，并和自由开关的开口光圈15相配合，将开口光圈15和被测透镜3的入射光瞳调节到光学共轭关系的位置。此时，可进一步使波前传感器26沿着光轴B自由移动，将开口光圈15和被测透镜3的入射光瞳调节到光学共轭关系的位置。
并且，可考虑以下情况：相对固定的照明光学系统10，使测量光学系统20的波前传感器26沿着光轴B自由移动，并和自由开关的开口光圈15相配合，将开口光圈15和被测透镜3的入射光瞳调节到光学共轭关系的位置。这种情况下，也可进一步使照明光学系统10沿着光轴A自由移动，将开口光圈15和被测透镜3的入射光瞳调节到光学共轭关系的位置。
而且，也可使照明光学系统10的全部或一部分（具体而言是投影透镜18）、和测量光学系统20的全部或一部分（具体而言是波前传感器26）均可自由移动，使开口光圈15和被测透镜3的入射光瞳与光学共轭关系的位置一致。此时，可更正确测量被测透镜的射出光瞳的形状和位置。
因此，根据本实施方式，可不驱动被测透镜的开口光圈，测量被测透镜的射出光瞳的正确的形状和位置。
并且，在近年来的电气化的相机用透镜等中，为开关开口光圈需要进行电气动作，但可省略驱动用的电路、外部接点。
并且，通过照明光学系统的光圈的开关、和沿着光轴移动照明光学系统的全部或一部分或者测量光学系统的全部或一部分，可测量被测透镜的射出光瞳的形状和位置。
并且，无需开关被测透镜的开口光圈，因此是误差因素少的测定方法，所以可以进行更精密的测定。
因此，可测量被测透镜的射出光瞳的正确形状和位置。
构成多透镜阵列26a的透镜元件的形状是任意的。并且，作为拍摄元件，除了CCD外还可考虑摄像管、互补型金属氧化膜半导体（CMOS）。
以下参照图5说明具有多个透镜部件的透镜系统的制造方法的概要。
首先，在透镜镜筒内配置多个透镜部件，组装透镜系统。使用图1A、1B所示的波前像差测定装置测定组装的透镜系统的波前像差。根据测定结果判断组装的透镜系统是否良好。
本发明的波前像差测定装置例如一般可应用于望远镜、相机、显微镜的物镜等光学设备。

Claims (11)

1.一种波前像差测定装置，其特征在于，
具有：设置在被测透镜的入射侧的照明光学系统、设置在上述被测透镜的射出侧的测量光学系统，
上述照明光学系统具有自由开关的开口光圈，
上述照明光学系统沿着照明光学系统的光轴自由移动，以将上述开口光圈和上述被测透镜的入射光瞳面调节到光学共轭关系的位置，
上述测量光学系统包括：具有透镜阵列和第一拍摄元件的波前传感器、拍摄上述开口光圈的图像的第二拍摄元件、以及切换到上述波前传感器和到上述第二拍摄元件的光路的切换镜。
2.根据权利要求1所述的波前像差测定装置，其特征在于，
上述照明光学系统具有投影透镜，
上述投影透镜和上述照明光学系统中的其他构成部件相互间可沿着上述照明光学系统的光轴自由移动并且整个上述照明光学系统可沿着上述光轴自由移动。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的波前像差测定装置，其特征在于，
上述测量光学系统可沿着上述被测透镜的光轴自由移动。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的波前像差测定装置，其特征在于，
上述波前传感器可沿着上述被测透镜的光轴自由移动。
5.一种波前像差测定装置，其特征在于，
具有：设置在被测透镜的入射侧的照明光学系统、设置在上述被测透镜的射出侧的测量光学系统，
上述照明光学系统具有自由开关的开口光圈，
上述测量光学系统包括：具有透镜阵列和第一拍摄元件的波前传感器、拍摄上述开口光圈的图像的第二拍摄元件、以及切换到上述波前传感器和到上述第二拍摄元件的光路的切换镜，
上述测量光学系统及上述被测透镜沿着被测透镜的光轴自由移动，以将上述开口光圈和上述被测透镜的入射光瞳面调节到光学共轭关系的位置。
6.根据权利要求5所述的波前像差测定装置，其特征在于，
上述波前传感器可沿着上述被测透镜的光轴自由移动。
7.一种波前像差测定装置，其特征在于，
具有：设置在被测透镜的入射侧的照明光学系统、设置在上述被测透镜的射出侧的测量光学系统，
上述照明光学系统具有自由开关的开口光圈，
上述测量光学系统包括：具有透镜阵列和第一拍摄元件的波前传感器、拍摄上述开口光圈的图像的第二拍摄元件、以及切换到上述波前传感器和到上述第二拍摄元件的光路的切换镜，
上述测量光学系统具有波前传感器，其沿着被测透镜的光轴自由移动，以将上述开口光圈和上述被测透镜的入射光瞳面调节到光学共轭关系的位置。
8.根据权利要求7所述的波前像差测定装置，其特征在于，
上述测量光学系统沿着上述被测透镜的光轴自由移动。
9.根据权利要求1至2、权利要求5至8的任意一项所述的波前像差测定装置，其特征在于，
上述测量光学系统相对上述照明光学系统直线状配置。
10.根据权利要求1至2、权利要求5至8的任意一项所述的波前像差测定装置，其特征在于，
上述测量光学系统相对上述照明光学系统倾斜配置。
11.一种透镜系统的制造方法，该透镜系统具有多个透镜部件，其特征在于，
在透镜镜筒内配置上述多个透镜部件，组装上述透镜系统，
通过权利要求1所述的波前像差测定装置测定组装的上述透镜系统的波前像差，
根据测定结果，判断上述透镜系统是否良好。
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