JP2004239759A - 光学系の偏心測定装置と偏心測定方法 - Google Patents
光学系の偏心測定装置と偏心測定方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004239759A JP2004239759A JP2003029526A JP2003029526A JP2004239759A JP 2004239759 A JP2004239759 A JP 2004239759A JP 2003029526 A JP2003029526 A JP 2003029526A JP 2003029526 A JP2003029526 A JP 2003029526A JP 2004239759 A JP2004239759 A JP 2004239759A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- measured
- eccentricity
- measuring
- image
- amount
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)
Abstract
【課題】光学系の製作誤差や組立誤差や経時変化等に起因する測定誤差の少ない偏心測定装置を提供する。
【解決手段】偏心測定装置１００は、光束１３４を射出する光源１１２と、光束１３４を被測定面１２０に照射する測定光学系１１４と、被測定面１２０からの反射光束１３６を光束１３４から分離するハーフミラー１１６と、反射光束１３６の反射像を受光する受光素子１１８と、被測定面１２０を移動させるシフトステージ１４４と、被測定面１２０の移動量を測定するリニアスケール１４６と、受光素子１１８上における反射像の移動量を検出する反射像移動量検出部１５２と、反射像の結像倍率を算出する結像倍率算出部１５４と、反射像移動量検出部１５２からの情報と結像倍率算出部１５４からの情報に基づいて被測定面１２０の偏心を算出する偏心算出部１５６とを有している。
【選択図】 図１
【解決手段】偏心測定装置１００は、光束１３４を射出する光源１１２と、光束１３４を被測定面１２０に照射する測定光学系１１４と、被測定面１２０からの反射光束１３６を光束１３４から分離するハーフミラー１１６と、反射光束１３６の反射像を受光する受光素子１１８と、被測定面１２０を移動させるシフトステージ１４４と、被測定面１２０の移動量を測定するリニアスケール１４６と、受光素子１１８上における反射像の移動量を検出する反射像移動量検出部１５２と、反射像の結像倍率を算出する結像倍率算出部１５４と、反射像移動量検出部１５２からの情報と結像倍率算出部１５４からの情報に基づいて被測定面１２０の偏心を算出する偏心算出部１５６とを有している。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学系の偏心を測定する偏心測定装置と偏心測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光学系の偏心量を測定する手法として、従来より、オートコリメーション法による偏心測定法が知られている。オートコリメーション法による偏心測定法は例えば特開平７−２６０６２３号に開示されている。図７は、そのようなオートコリメーション法による偏心測定装置の基本構成を概略的に示している。
【０００３】
図７において、偏心測定装置５００は、測定用の光束５３４を射出する光源５１２と、光源５１２からの光束５３４を被測定面５２０に照射する測定光学系５１４と、被測定面５２０で反射された光束５３６を光源５１２から射出された光束５３４から分離するハーフミラー５１６と、被測定面５２０による反射像を受光する受光素子５１８とを有している。光源５１２と受光素子５１８は互いに共役な位置関係で配置されている。
【０００４】
光源５１２から射出された光束５３４は、ハーフミラー５１６を透過し、測定光学系５１４により集光され、被測定面５２０に照射される。測定光学系５１４と被測定面５２０は、被測定面５２０の曲率中心５２２を通り光軸５３２に直交する平面上においてビームスポットが最小になるように、光軸５３２に沿った位置が調整される。被測定面５２０に照射された光束５３４は、その一部が被測定面５２０で反射される。被測定面５２０で反射された光束５３６は、測定光学系５１４を経由し、ハーフミラー５１６で反射され、受光素子５１８上に、被測定面５２０による反射像５２４を形成する。
【０００５】
被測定面５２０の曲率中心５２２が測定光学系光軸５３２上にあるときには、被測定面５２０による反射像５２４は基準像位置５２６に形成されるが、図示のように、曲率中心５２２が測定光学系光軸５３２からδ１だけずれている（すなわち被測定面が偏心している）ときには、被測定面５２０による反射像５２４は基準像位置５２６からδ３だけずれた位置に形成される。この場合、被測定面による反射像の結像倍率（測定光学系の倍率と反射による倍率（等倍反射像を利用するこのタイプでは２となる）より算出される）をβとすると、δ３＝βδ１の関係が成立する。従って、受光素子５１８上での被測定面による反射像５２４の基準像位置５２６からのずれ量δ３を測定することにより、この式から被測定面５２０の偏心量δ１を求めることができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−２６０６２３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前述の従来例では、結像倍率βを偏心測定装置の測定光学系の倍率の設計値と、反射による倍率の設計値とから演算によって求めている。
【０００８】
しかし、偏心測定装置の製作誤差や組立誤差、組立後の経時変化等によって、測定光学系の焦点距離が設計値と変わったり、光源と受光素子が共役な位置から微妙にずれたりすると、実際の結像倍率βは、前述したように演算によって求められたβに対して誤差をもつようになる。その場合、前述の算出式によって求められる被測定面の偏心量δ１に誤差が生じる。
【０００９】
特に、被測定面の見かけの曲率半径が小さいほど、倍率の誤差による偏心測定誤差は大きくなる傾向にある。このため、内視鏡の光学系やデジタルカメラの光学系等の曲率半径の小さい光学系を測定する場合に、測定誤差の影響は無視できない。
【００１０】
このような不具合は、前述したようなオートコリメーション法による被測定面の等倍の反射像を利用した偏心量の測定に限られるものではなく、被測定面の不等倍の反射像を利用した偏心量の測定（反射による倍率が変化する）においても同様の不具合が生じる。
【００１１】
本発明の目的は、偏心測定装置の光学系の製作誤差や組立誤差や組立後の経時変化等に起因する測定誤差の少ない偏心測定方法と偏心測定装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ひとつには、光学系中の被測定面の偏心を測定する偏心測定装置に向けられている。本発明の偏心測定装置は、測定用の光束を射出する光源と、光源からの光束を被測定面に照射する測定光学系と、被測定面で反射された光束の像を受光する受光素子と、受光素子上の反射像の結像倍率を測定する結像倍率測定手段と、受光素子上における反射像の基準像位置からのずれ量と測定された結像倍率に基づいて被測定面の偏心量を算出する偏心算出部とを備えている。結像倍率測定手段は、例えば、被測定面を光軸に略直交する方向に移動させる被測定面移動手段と、被測定面の移動量を測定する測長手段と、被測定面の移動の前後の受光素子上における被測定面による反射像の移動量を検出する反射像移動量検出部と、測長手段で検出された被測定面の移動量と反射像移動量検出部で検出された反射像の移動量とから結像倍率を算出する結像倍率算出部とを有している。
【００１３】
本発明は、ひとつには、光学系中の被測定面の偏心を測定する偏心測定方法に向けられている。本発明の偏心測定方法は、被測定面に光束を照射する工程と、被測定面で反射された光束の像を受光する工程と、反射像の結像倍率を測定する工程と、反射像の基準像位置からのずれ量を測定する工程と、測定された結像倍率と測定されたずれ量から被測定面の偏心量を算出する工程とを有している。反射像の結像倍率を測定する工程は、例えば、被測定面を光軸に略直交する方向に移動させる工程と、被測定面の移動量を測定する工程と、移動の前後の反射像の移動量を測定する工程と、測定された被測定面の移動量と測定された反射像の移動量とから結像倍率を算出する工程とを有している。被測定面を移動させる工程は、例えば、反射像の移動量の測定のばらつきに対して十分に大きく被測定面を移動させる。被測定面を移動させる工程は、例えば、被測定面の反射像が基準像位置に来るように、被測定面を移動させる。被測定面を移動させる工程は、例えば、被測定面の反射像が基準像位置に対して点対称の位置に来るように、被測定面を移動させる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【００１５】
図１は本実施形態の偏心測定装置の構成を概略的に示している。図１において、偏心測定装置１００は、測定用の光束１３４を射出する光源１１２と、光源１１２からの光束１３４を被測定面１２０に照射する測定光学系１１４と、被測定面１２０で反射された光束１３６を光源１１２から射出された光束１３４から分離するハーフミラー１１６と、被測定面１２０による反射像を受光する受光素子１１８とを有している。
【００１６】
光源１１２と受光素子１１８は、測定光学系１１４を介して、被測定面１２０に対して互いに共役な位置関係で配置されている。受光素子１１８は例えばＣＣＤで構成される。しかし、受光素子１１８は、ＣＣＤに限定されるものではなく、被測定面１２０による反射像を検知し得る機能を有してさえいればよく、そのような機能を有する他の適当な素子で構成されてもよい。例えば、受光素子１１８はＰＳＤやＣＭＯＳセンサなどで構成されてもよい。また、ハーフミラー１１６は、光源１１２からの光束１３４と被測定面１２０からの反射光束１３６とを分離し得る他の光学デバイス、例えば、１／４波長板と偏光ビームスプリッタとで構成された光学デバイスと置き換えられてもよい。
【００１７】
偏心測定装置１００は、さらに、被測定面１２０を保持している鏡枠１４２と、鏡枠１４２すなわち被測定面１２０を移動させるシフトステージ１４４と、鏡枠１４２すなわち被測定面１２０の移動量を測定するリニアスケール１４６とを有している。
【００１８】
シフトステージ１４４は、被測定面１２０を、光軸１３２を横切る方向に、より好ましくは、光軸１３２に直交する方向に移動させる。被測定面１２０の移動は、受光素子１１８上に形成される反射像の移動を引き起こす。
【００１９】
ここで、光軸１３２とは、被測定面１２０が全く偏心していない状態において、光源１１２から被測定面１２０を経て受光素子１１８に到達する光束の主光線の軌跡を言う。
【００２０】
シフトステージ１４４は、被測定面１２０を移動させる被測定面移動手段を構成している。しかし、被測定面移動手段は、シフトステージに限定されるものではなく、被測定面１２０を移動できさえすれば、どのような構成であってもよい。例えば、被測定面移動手段は、ステッピングモータとボールねじとリニアガイドとで構成されてもよい。また、被測定面移動手段は、電動で駆動されても手動で駆動されてもよい。
【００２１】
リニアスケール１４６は、被測定面１２０の移動量を測定する測長手段を構成している。しかし、測長手段は、リニアスケールに限定されるものではなく、被測定面１２０の移動量を測定できさえすれば、どのような構成であってもよい。例えば、測長手段は、レーザー測長器で構成されてもよく、また、シフトステージを駆動するステッピングモータのパルス数をカウントする構成であってもよい。
【００２２】
偏心測定装置１００は、さらに、受光素子１１８からの情報に基づいて受光素子１１８上における反射像の移動量を検出する反射像移動量検出部１５２と、リニアスケール１４６からの情報と反射像移動量検出部１５２からの情報に基づいて受光素子１１８上の反射像の結像倍率を算出する結像倍率算出部１５４と、反射像移動量検出部１５２からの情報と結像倍率算出部１５４からの情報に基づいて被測定面１２０の偏心を算出する偏心算出部１５６とを有している。
【００２３】
反射像移動量検出部１５２は、被測定面１２０の移動の前後において、受光素子１１８の出力から受光素子１１８上における反射像の位置を求めると共に、被測定面１２０の移動によって引き起こされる受光素子１１８上における反射像１２４の移動の量を求める。結像倍率算出部１５４は、反射像移動量検出部１５２で求められた反射像１２４の移動量とリニアスケール１４６で測定された被測定面１２０の移動量とに基づいて、受光素子１１８上の反射像の結像倍率を算出する。偏心算出部１５６は、反射像移動量検出部１５２で求められた被測定面１２０の移動前の受光素子１１８上の反射像１２４の基準像位置１２６からのずれ量と、結像倍率算出部１５４で算出された結像倍率とに基づいて、被測定面１２０の曲率中心１２２の偏心量（光軸１３２からのずれ量）を算出する。
【００２４】
ここで、基準像位置とは、被測定面１２０が全く偏心していない状態において、被測定面１２０からの反射光束１３６より受光素子１１８に形成される反射像１２６の位置を言う。
【００２５】
基準像位置１２６は様々な手法によって求められる。例えば、光軸１３２に沿った測定光学系１１４と被測定面１２０の相対的な位置を、光源１１２からの光束１３４が被測定面１２０に収束するように調整することにより求められる。この状態では、被測定面１２０上の光束１３４の集光位置と基準像位置１２６が共役となるため、その反射光束は、受光素子１１８の基準像位置に、被測定面１２０による反射像１２４を形成する。従って、受光素子１１８の出力から、被測定面１２０による反射像１２４の座標を求めることにより、基準像位置の座標が求められる。
【００２６】
基準像位置を求める別の手法として、被測定面を略光軸中心に回転させることにより、受光素子上で反射像を回転させ、その回転中心の座標を求め、これを基準像位置の座標としてもよい。また、被測定面を回転させる代わりに、測定光学系と被測定面の間に光偏向部材を挿入し、その後段にイメージローテータと反射ミラーを配置し、イメージローテータを回転させることにより、反射ミラーからの反射像を受光素子上で回転させてもよい。
【００２７】
シフトステージ１４４とリニアスケール１４６と結像倍率算出部１５４は、受光素子１１８上の反射像の結像倍率を測定する結像倍率測定手段を構成している。言い換えれば、偏心測定装置１００は、受光素子１１８上の反射像の結像倍率を測定する結像倍率測定手段を含んでおり、結像倍率測定手段は、シフトステージ１４４とリニアスケール１４６と結像倍率算出部１５４とから構成されている。
【００２８】
結像倍率測定手段は、シフトステージ１４４が略直交する二本の軸に沿って移動し得るＸＹシフトステージで構成され、それら二本の軸の各々に関する結像倍率を測定してもよい。
【００２９】
偏心測定装置１００において、光源１１２から射出された光束１３４は、ハーフミラー１１６を透過し、測定光学系１１４により集光され、被測定面１２０に照射される。測定光学系１１４と被測定面１２０は、被測定面１２０の曲率中心を通り光軸１３２に直交する平面上において、言い換えれば、被測定面１２０からその曲率半径に相当する距離だけ後方の光軸１３２上の位置において、ビームスポットが最小になるように、光軸１３２に沿った相対的な位置が調整される。被測定面１２０に照射された光束１３４は、その一部が被測定面１２０で反射される。被測定面１２０で反射された光束１３６は、測定光学系１１４を経由し、ハーフミラー１１６によって被測定面１２０に向かう光束１３４から分離される。ハーフミラー１１６で分離された反射光束１３６は、測定光学系１１４の収束作用により、受光素子１１８上に、被測定面１２０による反射像１２４を形成する。
【００３０】
反射像移動量検出部１５２は、受光素子１１８の出力に基づいて、被測定面１２０による反射像１２４の座標（ｘ１，ｙ１）を検出する。反射像移動量検出部１５２は、さらに、被測定面１２０による反射像１２４の座標（ｘ１，ｙ１）と基準像位置１２６の座標（ｘ０、ｙ０）とに基づいて、δ３＝（（ｘ１−ｘ０）２＋（ｙ１−ｙ０）２）１／２に従って、受光素子１１８上の反射像１２４の基準像位置１２６からのずれ量δ３を求めると共に、θ３＝ｔａｎ−１（（ｙ１−ｙ０）／（ｘ１−ｘ０））に従って、受光素子１１８上の反射像１２４の基準像位置１２６からのずれの方向θ３を求める。
【００３１】
次に、被測定面１２０を保持する鏡枠１４２が、シフトステージ１４４によって、偏心測定装置１００の光学系の光軸１３２に略直交する方向１４８に移動される。被測定面１２０が光軸１３２に対して移動したことにより、被測定面１２０の曲率中心１２２は符号１２２’で示される位置に移動する。被測定面１２０の曲率中心１２２の移動量δ１’はシフトステージ１４４の移動量に等しく、シフトステージ１４４の移動量はリニアスケール１４６によって測定される。
【００３２】
また、被測定面１２０の曲率中心１２２の移動に対応して、被測定面１２０の反射像１２４は符号１２４’で示される位置に移動する。移動後の被測定面１２０による反射像１２４’の座標（ｘ２，ｙ２）は、反射像移動量検出部１５２によって検出される。反射像移動量検出部１５２は、先に検出した被測定面１２０による反射像１２４の座標（ｘ１，ｙ１）と移動後の被測定面１２０による反射像１２４’の座標（ｘ２，ｙ２）とから、前述した手法と同様にして、受光素子１１８上における反射像の移動量δ３’を求める。
【００３３】
結像倍率算出部１５４は、リニアスケール１４６によって測定された被測定面１２０の曲率中心１２２の移動量δ１’と、反射像移動量検出部１５２によって求められた受光素子上の反射像１２４の移動量δ３’とから、受光素子１１８上の反射像の結像倍率を算出する。
【００３４】
被測定面１２０の偏心量δ１と受光素子１１８上の反射像１２４の基準像位置１２６からのずれ量δ３との間には、δ３＝βδ１（βは被測定面による反射像の結像倍率の設計値）の関係が成り立つ。また、被測定面の移動量δ１’と受光素子上の反射像の移動量δ３’の間にも、同様の関係δ３’＝βδ１’が成り立つ。前述したように、被測定面の曲率中心の移動量δ１’と受光素子上の反射像の移動量δ３’は共に既に測定されている。従って、被測定面１２０による反射像の結像倍率βは、β＝δ３’／δ１’に従って算出され得る。ここで、区別のため、被測定面の移動量δ１’と受光素子上の反射像の移動量δ３’から求めたβの値（つまり、被測定面による反射像の結像倍率の実測値）をβ’とおく。
【００３５】
結像倍率算出部１５４は、このように算出した被測定面１２０による反射像１２４の結像倍率の実測値β’の情報を偏心算出部１５６に送る。偏心算出部１５６は、受け取った反射像１２４の結像倍率の実測値β’と、反射像移動量検出部１５２で先に求められた被測定面１２０の移動前の受光素子１１８上の反射像１２４の基準像位置１２６からのずれ量δ３とから、δ３＝β’δ１の計算式に基づいて、被測定面１２０の偏心量δ１を算出する。結像倍率算出部１５４は、さらに、反射像移動量検出部１５２で求められた受光素子１１８上の反射像１２４の基準像位置１２６からのずれの方向θ３から、偏心の方向θ１を求める。
【００３６】
このように、本実施形態では、被測定面に光束を照射し、被測定面で反射された光束の像を受光し、反射像の結像倍率を測定し、反射像の基準像位置からのずれ量を測定し、測定した結像倍率と測定したずれ量から被測定面の偏心量を算出している。また、反射像の結像倍率は、被測定面を光軸に略直交する方向に移動させ、被測定面の移動量を測定し、移動の前後の反射像の移動量を測定し、測定された被測定面の移動量と測定された反射像の移動量とから結像倍率を算出することによって測定される。
【００３７】
本実施形態の偏心測定装置１００によれば、実際の測定時の被測定面による反射像の結像倍率を実測し、その実測値を用いて偏心量を算出しているので、結像倍率の設計値を用いた偏心測定と比較して、被測定面の偏心量を少ない誤差で測定することができる。つまり、偏心測定装置１００は、偏心測定装置の光学系の製作誤差、偏心測定装置の組立誤差、組立後の経時変化等に起因する偏心測定誤差が小さい
上述した実施形態では、一つの被測定面の測定について述べたが、多数個のレンズを備えたレンズ鏡枠、すなわち、より多くの面を備える被測定光学系についても、前述したように一つの面の偏心測定を行なった後、シフトステージ１４４を元の位置に移動させて被測定光学系を初期位置（反射像１２４が形成される位置）に戻し、他の面についても再度同様の測定を行なう、という操作を順次繰り返すことにより、それぞれの面の偏心測定を精度良く行なうことができる。
【００３８】
初期位置に戻すためには、リニアスケール１４６の測長値を利用しても、受光素子の出力画像の反射像１２４の座標を利用してもよい。また、結像倍率測定の操作は全ての面について行なう必要はなく、より高精度な偏心測定が必要な被測定面（多数個のレンズからなる組立てレンズにおいて偏心が性能に大きな影響を及ぼす面など）のみについて行なうようにしてもよい。
【００３９】
同一の設計の被測定光学系を連続して複数個測定する場合には、はじめに被測定光学系の各面における結像倍率の測定値を記憶しておき、それ以降の測定には、それぞれの面の測定値を使用して測定してもよい。これにより、偏心測定精度を大きく低下させることなく測定時間を短縮できる。
【００４０】
前述した結像倍率の測定を複数回行なって、その平均値を結像倍率とするとよい。これにより、結像倍率の測定精度を向上させることができる。その場合、シフトステージによる移動量は、一定でも、変化させてもよい。
【００４１】
当然ながら、結像倍率の測定精度は、受光素子上での反射像の座標の測定のばらつきと、シフトステージの移動量の影響を受ける。
【００４２】
一例として、仮に、反射像の座標の測定のばらつきを±０．０１ｍｍ、移動前の反射像の座標の真値（測定誤差を含まない正しい値）を０．１ｍｍ、移動後の座標の真値を０．３ｍｍとする。その場合、反射像の座標の測定のばらつきによって、移動前の座標は０．１±０．０１ｍｍ、移動後の座標は０．３±０．０１ｍｍというばらつきを持って測定される。さらに、そのときのシフトステージの移動量を仮に０．０５ｍｍとすると、そのときの結像倍率の測定値は、前述の計算式β’＝δ３’／δ１’より、β’＝（（０．３±０．０１）−（０．１±０．０１））／０．０５＝４±０．４となる。
【００４３】
これより、この条件の場合、反射像の座標の測定のばらつきとシフトステージの移動量により、結像倍率の測定値は真値４に対して０．４、すなわち１０％の測定のばらつきをもつのがわかる。ここで、計算式より明らかに、反射像のスポットの重心座標の測定のばらつきが小さいほど、また、移動量が大きいほど、結像倍率の測定精度がよくなるといえる。
【００４４】
しかし、反射像の重心座標の測定のばらつきは、偏心測定装置の性能によって決定し、容易には向上できないことが多い。よって、反射像の重心座標の測定のばらつきを予め測定しておき、移動量をそれに対して十分大きくするとよく、これにより、高精度の結像倍率測定を行なうことができる。具体的には、結像倍率の測定のばらつきが、好ましくは１０％以下、より好ましくは５％以下となるように、移動量を決定するとよい。
【００４５】
以上のことから、測定を行なう際の、被測定面の曲率中心の偏心量δｉｎ（図１で述べると、移動前はδ１、移動後はδ１＋δ１’となる）と、受光素子上の反射像の基準像位置からのずれ量δｏｕｔ（図１で述べると、移動前はδ３、移動後はδ３＋δ３’となる）の関係が、図２に示されるように、線形な場合は、移動量を十分大きくすることにより、高精度の倍率測定が行なえる。
【００４６】
しかし、一般に光学系は収差をもっており、光線が光学系の周辺部を通るほど、収差は大きくなる。このため、測定光学系の周辺部を通る被測定面からの反射光は収差の影響を受け、δｉｎとδｏｕｔの関係は、図３に示されるように、非線形になる。特に、図４（ａ）と図４（ｂ）を見比べて分かるように、曲率半径が大きい被測定面と曲率半径が小さい被測定面とを比較した場合、同じ大きさのδｉｎに対して、曲率半径が小さい被測定面の方が曲率半径が大きい被測定面よりも、そこで反射される光線の角度が大きいため、収差の影響が生じ易い。
【００４７】
図５に示されるように、δｉｎとδｏｕｔの関係が非線形である場合において、移動前のδｉｎとδｏｕｔをそれぞれδ１とδ３とし、δ１を−δ１’だけ移動させたことにより、δｏｕｔがδ３−δ３’になったとする。つまり、図５において、座標Ａ（δ１，δ３）を座標Ａ’（δ１−δ１’，δ３−δ３’）に移動させたとする。この場合、結像倍率の計算式β＝δ３’／δ１’に従って測定される結像倍率βは、直線ＡＡ’の傾きとなる。この結像倍率βを、前述と同様に、偏心量の計算式δ３＝βδ１に適用すると、求まる偏心量は、直線ａにおいてδｏｕｔ＝δ３に対するδｉｎの値、すなわちδ１ａとなり、実際の偏心量δ１に対して誤差を持ってしまう。
【００４８】
δｉｎとδｏｕｔの関係が非線形である場合に、このような誤差の発生を避けるには、δｏｕｔ＝０となるように、被測定面の移動を行なうとよい。言い換えれば、被測定面の反射像が基準像位置に来るように、被測定面を移動させるとよい。この場合、図６に示されるように、移動後の座標がＯ（０，０）となり、測定される結像倍率は直線ＡＯの傾きとなる。これにより、収差の影響を含めた結像倍率を測定することになるが、求まる偏心量は、直線ＡＯにおいてδｏｕｔ＝δ３に対するδｉｎの値、すなわちδ１ａ＝δ１となり、偏心測定誤差が小さくできる。
【００４９】
また、収差の影響は、光学系が回転対称形状であることにより、多くの場合、光軸対象の形となるので、移動後にδｉｎ＝−δ１となるように、−２δ１だけ移動させてもよい。言い換えれば、被測定面の反射像が基準像位置に対して点対称の位置に来るように、被測定面を移動させるとよい。この場合も、図６から容易に分かるように、測定される結像倍率は直線ＡＯの傾きとなり、偏心測定誤差が小さくできる。
【００５０】
なお、収差の影響の有無は、光線追跡ソフトウェアにより確認することも、実際に移動量を変えながら結像倍率測定を複数回行なうことにより確認することもできる。収差の影響がある場合にのみ、上述したような結像倍率測定を行なうとよい。
【００５１】
これまで、図面を参照しながら本発明の実施の形態を述べたが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。
【００５２】
例えば、本発明は、オートコリメーション法による被測定面の等倍の反射像を利用した偏心測定に限られるものではなく、被測定面の不等倍の反射像を利用した偏心測定に適用されてもよい。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、光学系の製作誤差や組立誤差や経時変化等に起因する測定誤差の少ない偏心測定装置と偏心測定方法とが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の偏心測定装置の構成を概略的に示している。
【図２】線形な関係にある被測定面の曲率中心の偏心量δｉｎと受光素子上の反射像の基準像位置からのずれ量δｏｕｔとを示している。
【図３】非線形な関係にある被測定面の曲率中心の偏心量δｉｎと受光素子上の反射像の基準像位置からのずれ量δｏｕｔとを示している。
【図４】曲率半径が大きい被測定面で反射される光線の角度と、曲率半径が小さい被測定面とで反射される光線の角度とを示している。
【図５】δｉｎとδｏｕｔの関係が非線形である場合において、被測定面がδ１から−δ１’だけ移動されたときに算出される結像倍率を視覚的に表している。
【図６】δｉｎとδｏｕｔの関係が非線形である場合において、被測定面がδｏｕｔ＝０となるように移動されたときに算出される結像倍率を視覚的に表している。
【図７】オートコリメーション法による従来の偏心測定装置の基本構成を概略的に示している。
【符号の説明】
１００…偏心測定装置、１１２…光源、１１４…測定光学系、１１６…ハーフミラー、１１８…受光素子、１２０…被測定面、１２２…曲率中心、１２４…反射像、１２６…基準像位置、１３２…光軸、１４４…シフトステージ、１４６…リニアスケール、１５２…反射像移動量検出部、１５４…結像倍率算出部、１５６…偏心算出部。
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学系の偏心を測定する偏心測定装置と偏心測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光学系の偏心量を測定する手法として、従来より、オートコリメーション法による偏心測定法が知られている。オートコリメーション法による偏心測定法は例えば特開平７−２６０６２３号に開示されている。図７は、そのようなオートコリメーション法による偏心測定装置の基本構成を概略的に示している。
【０００３】
図７において、偏心測定装置５００は、測定用の光束５３４を射出する光源５１２と、光源５１２からの光束５３４を被測定面５２０に照射する測定光学系５１４と、被測定面５２０で反射された光束５３６を光源５１２から射出された光束５３４から分離するハーフミラー５１６と、被測定面５２０による反射像を受光する受光素子５１８とを有している。光源５１２と受光素子５１８は互いに共役な位置関係で配置されている。
【０００４】
光源５１２から射出された光束５３４は、ハーフミラー５１６を透過し、測定光学系５１４により集光され、被測定面５２０に照射される。測定光学系５１４と被測定面５２０は、被測定面５２０の曲率中心５２２を通り光軸５３２に直交する平面上においてビームスポットが最小になるように、光軸５３２に沿った位置が調整される。被測定面５２０に照射された光束５３４は、その一部が被測定面５２０で反射される。被測定面５２０で反射された光束５３６は、測定光学系５１４を経由し、ハーフミラー５１６で反射され、受光素子５１８上に、被測定面５２０による反射像５２４を形成する。
【０００５】
被測定面５２０の曲率中心５２２が測定光学系光軸５３２上にあるときには、被測定面５２０による反射像５２４は基準像位置５２６に形成されるが、図示のように、曲率中心５２２が測定光学系光軸５３２からδ１だけずれている（すなわち被測定面が偏心している）ときには、被測定面５２０による反射像５２４は基準像位置５２６からδ３だけずれた位置に形成される。この場合、被測定面による反射像の結像倍率（測定光学系の倍率と反射による倍率（等倍反射像を利用するこのタイプでは２となる）より算出される）をβとすると、δ３＝βδ１の関係が成立する。従って、受光素子５１８上での被測定面による反射像５２４の基準像位置５２６からのずれ量δ３を測定することにより、この式から被測定面５２０の偏心量δ１を求めることができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−２６０６２３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前述の従来例では、結像倍率βを偏心測定装置の測定光学系の倍率の設計値と、反射による倍率の設計値とから演算によって求めている。
【０００８】
しかし、偏心測定装置の製作誤差や組立誤差、組立後の経時変化等によって、測定光学系の焦点距離が設計値と変わったり、光源と受光素子が共役な位置から微妙にずれたりすると、実際の結像倍率βは、前述したように演算によって求められたβに対して誤差をもつようになる。その場合、前述の算出式によって求められる被測定面の偏心量δ１に誤差が生じる。
【０００９】
特に、被測定面の見かけの曲率半径が小さいほど、倍率の誤差による偏心測定誤差は大きくなる傾向にある。このため、内視鏡の光学系やデジタルカメラの光学系等の曲率半径の小さい光学系を測定する場合に、測定誤差の影響は無視できない。
【００１０】
このような不具合は、前述したようなオートコリメーション法による被測定面の等倍の反射像を利用した偏心量の測定に限られるものではなく、被測定面の不等倍の反射像を利用した偏心量の測定（反射による倍率が変化する）においても同様の不具合が生じる。
【００１１】
本発明の目的は、偏心測定装置の光学系の製作誤差や組立誤差や組立後の経時変化等に起因する測定誤差の少ない偏心測定方法と偏心測定装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ひとつには、光学系中の被測定面の偏心を測定する偏心測定装置に向けられている。本発明の偏心測定装置は、測定用の光束を射出する光源と、光源からの光束を被測定面に照射する測定光学系と、被測定面で反射された光束の像を受光する受光素子と、受光素子上の反射像の結像倍率を測定する結像倍率測定手段と、受光素子上における反射像の基準像位置からのずれ量と測定された結像倍率に基づいて被測定面の偏心量を算出する偏心算出部とを備えている。結像倍率測定手段は、例えば、被測定面を光軸に略直交する方向に移動させる被測定面移動手段と、被測定面の移動量を測定する測長手段と、被測定面の移動の前後の受光素子上における被測定面による反射像の移動量を検出する反射像移動量検出部と、測長手段で検出された被測定面の移動量と反射像移動量検出部で検出された反射像の移動量とから結像倍率を算出する結像倍率算出部とを有している。
【００１３】
本発明は、ひとつには、光学系中の被測定面の偏心を測定する偏心測定方法に向けられている。本発明の偏心測定方法は、被測定面に光束を照射する工程と、被測定面で反射された光束の像を受光する工程と、反射像の結像倍率を測定する工程と、反射像の基準像位置からのずれ量を測定する工程と、測定された結像倍率と測定されたずれ量から被測定面の偏心量を算出する工程とを有している。反射像の結像倍率を測定する工程は、例えば、被測定面を光軸に略直交する方向に移動させる工程と、被測定面の移動量を測定する工程と、移動の前後の反射像の移動量を測定する工程と、測定された被測定面の移動量と測定された反射像の移動量とから結像倍率を算出する工程とを有している。被測定面を移動させる工程は、例えば、反射像の移動量の測定のばらつきに対して十分に大きく被測定面を移動させる。被測定面を移動させる工程は、例えば、被測定面の反射像が基準像位置に来るように、被測定面を移動させる。被測定面を移動させる工程は、例えば、被測定面の反射像が基準像位置に対して点対称の位置に来るように、被測定面を移動させる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【００１５】
図１は本実施形態の偏心測定装置の構成を概略的に示している。図１において、偏心測定装置１００は、測定用の光束１３４を射出する光源１１２と、光源１１２からの光束１３４を被測定面１２０に照射する測定光学系１１４と、被測定面１２０で反射された光束１３６を光源１１２から射出された光束１３４から分離するハーフミラー１１６と、被測定面１２０による反射像を受光する受光素子１１８とを有している。
【００１６】
光源１１２と受光素子１１８は、測定光学系１１４を介して、被測定面１２０に対して互いに共役な位置関係で配置されている。受光素子１１８は例えばＣＣＤで構成される。しかし、受光素子１１８は、ＣＣＤに限定されるものではなく、被測定面１２０による反射像を検知し得る機能を有してさえいればよく、そのような機能を有する他の適当な素子で構成されてもよい。例えば、受光素子１１８はＰＳＤやＣＭＯＳセンサなどで構成されてもよい。また、ハーフミラー１１６は、光源１１２からの光束１３４と被測定面１２０からの反射光束１３６とを分離し得る他の光学デバイス、例えば、１／４波長板と偏光ビームスプリッタとで構成された光学デバイスと置き換えられてもよい。
【００１７】
偏心測定装置１００は、さらに、被測定面１２０を保持している鏡枠１４２と、鏡枠１４２すなわち被測定面１２０を移動させるシフトステージ１４４と、鏡枠１４２すなわち被測定面１２０の移動量を測定するリニアスケール１４６とを有している。
【００１８】
シフトステージ１４４は、被測定面１２０を、光軸１３２を横切る方向に、より好ましくは、光軸１３２に直交する方向に移動させる。被測定面１２０の移動は、受光素子１１８上に形成される反射像の移動を引き起こす。
【００１９】
ここで、光軸１３２とは、被測定面１２０が全く偏心していない状態において、光源１１２から被測定面１２０を経て受光素子１１８に到達する光束の主光線の軌跡を言う。
【００２０】
シフトステージ１４４は、被測定面１２０を移動させる被測定面移動手段を構成している。しかし、被測定面移動手段は、シフトステージに限定されるものではなく、被測定面１２０を移動できさえすれば、どのような構成であってもよい。例えば、被測定面移動手段は、ステッピングモータとボールねじとリニアガイドとで構成されてもよい。また、被測定面移動手段は、電動で駆動されても手動で駆動されてもよい。
【００２１】
リニアスケール１４６は、被測定面１２０の移動量を測定する測長手段を構成している。しかし、測長手段は、リニアスケールに限定されるものではなく、被測定面１２０の移動量を測定できさえすれば、どのような構成であってもよい。例えば、測長手段は、レーザー測長器で構成されてもよく、また、シフトステージを駆動するステッピングモータのパルス数をカウントする構成であってもよい。
【００２２】
偏心測定装置１００は、さらに、受光素子１１８からの情報に基づいて受光素子１１８上における反射像の移動量を検出する反射像移動量検出部１５２と、リニアスケール１４６からの情報と反射像移動量検出部１５２からの情報に基づいて受光素子１１８上の反射像の結像倍率を算出する結像倍率算出部１５４と、反射像移動量検出部１５２からの情報と結像倍率算出部１５４からの情報に基づいて被測定面１２０の偏心を算出する偏心算出部１５６とを有している。
【００２３】
反射像移動量検出部１５２は、被測定面１２０の移動の前後において、受光素子１１８の出力から受光素子１１８上における反射像の位置を求めると共に、被測定面１２０の移動によって引き起こされる受光素子１１８上における反射像１２４の移動の量を求める。結像倍率算出部１５４は、反射像移動量検出部１５２で求められた反射像１２４の移動量とリニアスケール１４６で測定された被測定面１２０の移動量とに基づいて、受光素子１１８上の反射像の結像倍率を算出する。偏心算出部１５６は、反射像移動量検出部１５２で求められた被測定面１２０の移動前の受光素子１１８上の反射像１２４の基準像位置１２６からのずれ量と、結像倍率算出部１５４で算出された結像倍率とに基づいて、被測定面１２０の曲率中心１２２の偏心量（光軸１３２からのずれ量）を算出する。
【００２４】
ここで、基準像位置とは、被測定面１２０が全く偏心していない状態において、被測定面１２０からの反射光束１３６より受光素子１１８に形成される反射像１２６の位置を言う。
【００２５】
基準像位置１２６は様々な手法によって求められる。例えば、光軸１３２に沿った測定光学系１１４と被測定面１２０の相対的な位置を、光源１１２からの光束１３４が被測定面１２０に収束するように調整することにより求められる。この状態では、被測定面１２０上の光束１３４の集光位置と基準像位置１２６が共役となるため、その反射光束は、受光素子１１８の基準像位置に、被測定面１２０による反射像１２４を形成する。従って、受光素子１１８の出力から、被測定面１２０による反射像１２４の座標を求めることにより、基準像位置の座標が求められる。
【００２６】
基準像位置を求める別の手法として、被測定面を略光軸中心に回転させることにより、受光素子上で反射像を回転させ、その回転中心の座標を求め、これを基準像位置の座標としてもよい。また、被測定面を回転させる代わりに、測定光学系と被測定面の間に光偏向部材を挿入し、その後段にイメージローテータと反射ミラーを配置し、イメージローテータを回転させることにより、反射ミラーからの反射像を受光素子上で回転させてもよい。
【００２７】
シフトステージ１４４とリニアスケール１４６と結像倍率算出部１５４は、受光素子１１８上の反射像の結像倍率を測定する結像倍率測定手段を構成している。言い換えれば、偏心測定装置１００は、受光素子１１８上の反射像の結像倍率を測定する結像倍率測定手段を含んでおり、結像倍率測定手段は、シフトステージ１４４とリニアスケール１４６と結像倍率算出部１５４とから構成されている。
【００２８】
結像倍率測定手段は、シフトステージ１４４が略直交する二本の軸に沿って移動し得るＸＹシフトステージで構成され、それら二本の軸の各々に関する結像倍率を測定してもよい。
【００２９】
偏心測定装置１００において、光源１１２から射出された光束１３４は、ハーフミラー１１６を透過し、測定光学系１１４により集光され、被測定面１２０に照射される。測定光学系１１４と被測定面１２０は、被測定面１２０の曲率中心を通り光軸１３２に直交する平面上において、言い換えれば、被測定面１２０からその曲率半径に相当する距離だけ後方の光軸１３２上の位置において、ビームスポットが最小になるように、光軸１３２に沿った相対的な位置が調整される。被測定面１２０に照射された光束１３４は、その一部が被測定面１２０で反射される。被測定面１２０で反射された光束１３６は、測定光学系１１４を経由し、ハーフミラー１１６によって被測定面１２０に向かう光束１３４から分離される。ハーフミラー１１６で分離された反射光束１３６は、測定光学系１１４の収束作用により、受光素子１１８上に、被測定面１２０による反射像１２４を形成する。
【００３０】
反射像移動量検出部１５２は、受光素子１１８の出力に基づいて、被測定面１２０による反射像１２４の座標（ｘ１，ｙ１）を検出する。反射像移動量検出部１５２は、さらに、被測定面１２０による反射像１２４の座標（ｘ１，ｙ１）と基準像位置１２６の座標（ｘ０、ｙ０）とに基づいて、δ３＝（（ｘ１−ｘ０）２＋（ｙ１−ｙ０）２）１／２に従って、受光素子１１８上の反射像１２４の基準像位置１２６からのずれ量δ３を求めると共に、θ３＝ｔａｎ−１（（ｙ１−ｙ０）／（ｘ１−ｘ０））に従って、受光素子１１８上の反射像１２４の基準像位置１２６からのずれの方向θ３を求める。
【００３１】
次に、被測定面１２０を保持する鏡枠１４２が、シフトステージ１４４によって、偏心測定装置１００の光学系の光軸１３２に略直交する方向１４８に移動される。被測定面１２０が光軸１３２に対して移動したことにより、被測定面１２０の曲率中心１２２は符号１２２’で示される位置に移動する。被測定面１２０の曲率中心１２２の移動量δ１’はシフトステージ１４４の移動量に等しく、シフトステージ１４４の移動量はリニアスケール１４６によって測定される。
【００３２】
また、被測定面１２０の曲率中心１２２の移動に対応して、被測定面１２０の反射像１２４は符号１２４’で示される位置に移動する。移動後の被測定面１２０による反射像１２４’の座標（ｘ２，ｙ２）は、反射像移動量検出部１５２によって検出される。反射像移動量検出部１５２は、先に検出した被測定面１２０による反射像１２４の座標（ｘ１，ｙ１）と移動後の被測定面１２０による反射像１２４’の座標（ｘ２，ｙ２）とから、前述した手法と同様にして、受光素子１１８上における反射像の移動量δ３’を求める。
【００３３】
結像倍率算出部１５４は、リニアスケール１４６によって測定された被測定面１２０の曲率中心１２２の移動量δ１’と、反射像移動量検出部１５２によって求められた受光素子上の反射像１２４の移動量δ３’とから、受光素子１１８上の反射像の結像倍率を算出する。
【００３４】
被測定面１２０の偏心量δ１と受光素子１１８上の反射像１２４の基準像位置１２６からのずれ量δ３との間には、δ３＝βδ１（βは被測定面による反射像の結像倍率の設計値）の関係が成り立つ。また、被測定面の移動量δ１’と受光素子上の反射像の移動量δ３’の間にも、同様の関係δ３’＝βδ１’が成り立つ。前述したように、被測定面の曲率中心の移動量δ１’と受光素子上の反射像の移動量δ３’は共に既に測定されている。従って、被測定面１２０による反射像の結像倍率βは、β＝δ３’／δ１’に従って算出され得る。ここで、区別のため、被測定面の移動量δ１’と受光素子上の反射像の移動量δ３’から求めたβの値（つまり、被測定面による反射像の結像倍率の実測値）をβ’とおく。
【００３５】
結像倍率算出部１５４は、このように算出した被測定面１２０による反射像１２４の結像倍率の実測値β’の情報を偏心算出部１５６に送る。偏心算出部１５６は、受け取った反射像１２４の結像倍率の実測値β’と、反射像移動量検出部１５２で先に求められた被測定面１２０の移動前の受光素子１１８上の反射像１２４の基準像位置１２６からのずれ量δ３とから、δ３＝β’δ１の計算式に基づいて、被測定面１２０の偏心量δ１を算出する。結像倍率算出部１５４は、さらに、反射像移動量検出部１５２で求められた受光素子１１８上の反射像１２４の基準像位置１２６からのずれの方向θ３から、偏心の方向θ１を求める。
【００３６】
このように、本実施形態では、被測定面に光束を照射し、被測定面で反射された光束の像を受光し、反射像の結像倍率を測定し、反射像の基準像位置からのずれ量を測定し、測定した結像倍率と測定したずれ量から被測定面の偏心量を算出している。また、反射像の結像倍率は、被測定面を光軸に略直交する方向に移動させ、被測定面の移動量を測定し、移動の前後の反射像の移動量を測定し、測定された被測定面の移動量と測定された反射像の移動量とから結像倍率を算出することによって測定される。
【００３７】
本実施形態の偏心測定装置１００によれば、実際の測定時の被測定面による反射像の結像倍率を実測し、その実測値を用いて偏心量を算出しているので、結像倍率の設計値を用いた偏心測定と比較して、被測定面の偏心量を少ない誤差で測定することができる。つまり、偏心測定装置１００は、偏心測定装置の光学系の製作誤差、偏心測定装置の組立誤差、組立後の経時変化等に起因する偏心測定誤差が小さい
上述した実施形態では、一つの被測定面の測定について述べたが、多数個のレンズを備えたレンズ鏡枠、すなわち、より多くの面を備える被測定光学系についても、前述したように一つの面の偏心測定を行なった後、シフトステージ１４４を元の位置に移動させて被測定光学系を初期位置（反射像１２４が形成される位置）に戻し、他の面についても再度同様の測定を行なう、という操作を順次繰り返すことにより、それぞれの面の偏心測定を精度良く行なうことができる。
【００３８】
初期位置に戻すためには、リニアスケール１４６の測長値を利用しても、受光素子の出力画像の反射像１２４の座標を利用してもよい。また、結像倍率測定の操作は全ての面について行なう必要はなく、より高精度な偏心測定が必要な被測定面（多数個のレンズからなる組立てレンズにおいて偏心が性能に大きな影響を及ぼす面など）のみについて行なうようにしてもよい。
【００３９】
同一の設計の被測定光学系を連続して複数個測定する場合には、はじめに被測定光学系の各面における結像倍率の測定値を記憶しておき、それ以降の測定には、それぞれの面の測定値を使用して測定してもよい。これにより、偏心測定精度を大きく低下させることなく測定時間を短縮できる。
【００４０】
前述した結像倍率の測定を複数回行なって、その平均値を結像倍率とするとよい。これにより、結像倍率の測定精度を向上させることができる。その場合、シフトステージによる移動量は、一定でも、変化させてもよい。
【００４１】
当然ながら、結像倍率の測定精度は、受光素子上での反射像の座標の測定のばらつきと、シフトステージの移動量の影響を受ける。
【００４２】
一例として、仮に、反射像の座標の測定のばらつきを±０．０１ｍｍ、移動前の反射像の座標の真値（測定誤差を含まない正しい値）を０．１ｍｍ、移動後の座標の真値を０．３ｍｍとする。その場合、反射像の座標の測定のばらつきによって、移動前の座標は０．１±０．０１ｍｍ、移動後の座標は０．３±０．０１ｍｍというばらつきを持って測定される。さらに、そのときのシフトステージの移動量を仮に０．０５ｍｍとすると、そのときの結像倍率の測定値は、前述の計算式β’＝δ３’／δ１’より、β’＝（（０．３±０．０１）−（０．１±０．０１））／０．０５＝４±０．４となる。
【００４３】
これより、この条件の場合、反射像の座標の測定のばらつきとシフトステージの移動量により、結像倍率の測定値は真値４に対して０．４、すなわち１０％の測定のばらつきをもつのがわかる。ここで、計算式より明らかに、反射像のスポットの重心座標の測定のばらつきが小さいほど、また、移動量が大きいほど、結像倍率の測定精度がよくなるといえる。
【００４４】
しかし、反射像の重心座標の測定のばらつきは、偏心測定装置の性能によって決定し、容易には向上できないことが多い。よって、反射像の重心座標の測定のばらつきを予め測定しておき、移動量をそれに対して十分大きくするとよく、これにより、高精度の結像倍率測定を行なうことができる。具体的には、結像倍率の測定のばらつきが、好ましくは１０％以下、より好ましくは５％以下となるように、移動量を決定するとよい。
【００４５】
以上のことから、測定を行なう際の、被測定面の曲率中心の偏心量δｉｎ（図１で述べると、移動前はδ１、移動後はδ１＋δ１’となる）と、受光素子上の反射像の基準像位置からのずれ量δｏｕｔ（図１で述べると、移動前はδ３、移動後はδ３＋δ３’となる）の関係が、図２に示されるように、線形な場合は、移動量を十分大きくすることにより、高精度の倍率測定が行なえる。
【００４６】
しかし、一般に光学系は収差をもっており、光線が光学系の周辺部を通るほど、収差は大きくなる。このため、測定光学系の周辺部を通る被測定面からの反射光は収差の影響を受け、δｉｎとδｏｕｔの関係は、図３に示されるように、非線形になる。特に、図４（ａ）と図４（ｂ）を見比べて分かるように、曲率半径が大きい被測定面と曲率半径が小さい被測定面とを比較した場合、同じ大きさのδｉｎに対して、曲率半径が小さい被測定面の方が曲率半径が大きい被測定面よりも、そこで反射される光線の角度が大きいため、収差の影響が生じ易い。
【００４７】
図５に示されるように、δｉｎとδｏｕｔの関係が非線形である場合において、移動前のδｉｎとδｏｕｔをそれぞれδ１とδ３とし、δ１を−δ１’だけ移動させたことにより、δｏｕｔがδ３−δ３’になったとする。つまり、図５において、座標Ａ（δ１，δ３）を座標Ａ’（δ１−δ１’，δ３−δ３’）に移動させたとする。この場合、結像倍率の計算式β＝δ３’／δ１’に従って測定される結像倍率βは、直線ＡＡ’の傾きとなる。この結像倍率βを、前述と同様に、偏心量の計算式δ３＝βδ１に適用すると、求まる偏心量は、直線ａにおいてδｏｕｔ＝δ３に対するδｉｎの値、すなわちδ１ａとなり、実際の偏心量δ１に対して誤差を持ってしまう。
【００４８】
δｉｎとδｏｕｔの関係が非線形である場合に、このような誤差の発生を避けるには、δｏｕｔ＝０となるように、被測定面の移動を行なうとよい。言い換えれば、被測定面の反射像が基準像位置に来るように、被測定面を移動させるとよい。この場合、図６に示されるように、移動後の座標がＯ（０，０）となり、測定される結像倍率は直線ＡＯの傾きとなる。これにより、収差の影響を含めた結像倍率を測定することになるが、求まる偏心量は、直線ＡＯにおいてδｏｕｔ＝δ３に対するδｉｎの値、すなわちδ１ａ＝δ１となり、偏心測定誤差が小さくできる。
【００４９】
また、収差の影響は、光学系が回転対称形状であることにより、多くの場合、光軸対象の形となるので、移動後にδｉｎ＝−δ１となるように、−２δ１だけ移動させてもよい。言い換えれば、被測定面の反射像が基準像位置に対して点対称の位置に来るように、被測定面を移動させるとよい。この場合も、図６から容易に分かるように、測定される結像倍率は直線ＡＯの傾きとなり、偏心測定誤差が小さくできる。
【００５０】
なお、収差の影響の有無は、光線追跡ソフトウェアにより確認することも、実際に移動量を変えながら結像倍率測定を複数回行なうことにより確認することもできる。収差の影響がある場合にのみ、上述したような結像倍率測定を行なうとよい。
【００５１】
これまで、図面を参照しながら本発明の実施の形態を述べたが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。
【００５２】
例えば、本発明は、オートコリメーション法による被測定面の等倍の反射像を利用した偏心測定に限られるものではなく、被測定面の不等倍の反射像を利用した偏心測定に適用されてもよい。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、光学系の製作誤差や組立誤差や経時変化等に起因する測定誤差の少ない偏心測定装置と偏心測定方法とが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の偏心測定装置の構成を概略的に示している。
【図２】線形な関係にある被測定面の曲率中心の偏心量δｉｎと受光素子上の反射像の基準像位置からのずれ量δｏｕｔとを示している。
【図３】非線形な関係にある被測定面の曲率中心の偏心量δｉｎと受光素子上の反射像の基準像位置からのずれ量δｏｕｔとを示している。
【図４】曲率半径が大きい被測定面で反射される光線の角度と、曲率半径が小さい被測定面とで反射される光線の角度とを示している。
【図５】δｉｎとδｏｕｔの関係が非線形である場合において、被測定面がδ１から−δ１’だけ移動されたときに算出される結像倍率を視覚的に表している。
【図６】δｉｎとδｏｕｔの関係が非線形である場合において、被測定面がδｏｕｔ＝０となるように移動されたときに算出される結像倍率を視覚的に表している。
【図７】オートコリメーション法による従来の偏心測定装置の基本構成を概略的に示している。
【符号の説明】
１００…偏心測定装置、１１２…光源、１１４…測定光学系、１１６…ハーフミラー、１１８…受光素子、１２０…被測定面、１２２…曲率中心、１２４…反射像、１２６…基準像位置、１３２…光軸、１４４…シフトステージ、１４６…リニアスケール、１５２…反射像移動量検出部、１５４…結像倍率算出部、１５６…偏心算出部。
Claims (7)
- 光学系中の被測定面の偏心を測定する偏心測定装置であって、測定用の光束を射出する光源と、光源からの光束を被測定面に照射する測定光学系と、被測定面で反射された光束の像を受光する受光素子と、受光素子上の反射像の結像倍率を測定する結像倍率測定手段と、受光素子上における反射像の基準像位置からのずれ量と測定された結像倍率に基づいて被測定面の偏心量を算出する偏心算出部とを備えている、偏心測定装置。
- 結像倍率測定手段は、被測定面を光軸に略直交する方向に移動させる被測定面移動手段と、被測定面の移動量を測定する測長手段と、被測定面の移動の前後の受光素子上における被測定面による反射像の移動量を検出する反射像移動量検出部と、測長手段で検出された被測定面の移動量と反射像移動量検出部で検出された反射像の移動量とから結像倍率を算出する結像倍率算出部とを有している、請求項１に記載の偏心測定装置。
- 光学系中の被測定面の偏心を測定する偏心測定方法であって、被測定面に光束を照射する工程と、被測定面で反射された光束の像を受光する工程と、反射像の結像倍率を測定する工程と、反射像の基準像位置からのずれ量を測定する工程と、測定された結像倍率と測定されたずれ量から被測定面の偏心量を算出する工程とを有している、偏心測定方法。
- 反射像の結像倍率を測定する工程は、被測定面を光軸に略直交する方向に移動させる工程と、被測定面の移動量を測定する工程と、移動の前後の反射像の移動量を測定する工程と、測定された被測定面の移動量と測定された反射像の移動量とから結像倍率を算出する工程とを有している、請求項３に記載の偏心測定方法。
- 被測定面を移動させる工程は、反射像の移動量の測定のばらつきに対して、十分に大きく被測定面を移動させる、請求項４に記載の偏心測定方法。
- 被測定面を移動させる工程は、被測定面の反射像が基準像位置に来るように、被測定面を移動させる、請求項４に記載の偏心測定方法。
- 被測定面を移動させる工程は、被測定面の反射像が基準像位置に対して点対称の位置に来るように、被測定面を移動させる、請求項４に記載の偏心測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003029526A JP4128463B2 (ja) | 2003-02-06 | 2003-02-06 | 光学系の偏心測定装置と偏心測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003029526A JP4128463B2 (ja) | 2003-02-06 | 2003-02-06 | 光学系の偏心測定装置と偏心測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004239759A true JP2004239759A (ja) | 2004-08-26 |
| JP4128463B2 JP4128463B2 (ja) | 2008-07-30 |
Family
ID=32956682
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003029526A Expired - Lifetime JP4128463B2 (ja) | 2003-02-06 | 2003-02-06 | 光学系の偏心測定装置と偏心測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4128463B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012208012A (ja) * | 2011-03-30 | 2012-10-25 | Canon Inc | 面形状計測装置および面形状計測方法 |
-
2003
- 2003-02-06 JP JP2003029526A patent/JP4128463B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012208012A (ja) * | 2011-03-30 | 2012-10-25 | Canon Inc | 面形状計測装置および面形状計測方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4128463B2 (ja) | 2008-07-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4183228B2 (ja) | 投影露光装置、ならびに、特にミクロリソグラフィのための投影露光装置の投影光学系で発生する結像誤差を補正する方法 | |
| US6614538B1 (en) | Method and apparatus for recording medical objects, in particular for recording models of prepared teeth | |
| JP3921004B2 (ja) | 変位傾斜測定装置 | |
| JP2771546B2 (ja) | 孔内面測定装置 | |
| JP6810801B2 (ja) | フォーカシング・レベリング装置 | |
| JP4128463B2 (ja) | 光学系の偏心測定装置と偏心測定方法 | |
| JP2983673B2 (ja) | 曲率半径測定方法および装置 | |
| JPH0360260B2 (ja) | ||
| TWM583937U (zh) | 檢測模組 | |
| JP2580824Y2 (ja) | 焦点調整装置 | |
| JP3328624B2 (ja) | 検眼装置 | |
| JPH0755638A (ja) | 光学系の焦点距離測定装置及び測定方法 | |
| JP2005003667A (ja) | 基準軸設定光学系、並びにこれを用いた偏心量測定機及び偏心測定方法 | |
| JP3437479B2 (ja) | 複屈折測定装置 | |
| JP2556126B2 (ja) | 間隔測定装置及び間隔測定方法 | |
| JP3213140B2 (ja) | 光コネクタのコア偏心測定方法、および、これにより測定された光コネクタ | |
| JP2597711B2 (ja) | ３次元位置測定装置 | |
| JPH08166209A (ja) | 多面鏡評価装置 | |
| JPH1137738A (ja) | 非球面レンズの形状及び偏心測定装置 | |
| JP3410902B2 (ja) | レンズ面偏心測定方法およびレンズ面偏心測定装置 | |
| JP3955242B2 (ja) | 平面度の測定法並びにその装置 | |
| JPH04130239A (ja) | 動的面出入り測定装置 | |
| JP3561439B2 (ja) | 変位測定装置及び方法 | |
| JPH05332735A (ja) | ３次元形状測定装置及びそれを用いた３次元形状測定方法 | |
| JPH09210845A (ja) | 非球面レンズの偏心測定方法及び偏心測定装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20051228 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20080128 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080205 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080404 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080507 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080514 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110523 Year of fee payment: 3 |
|
| R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 4128463 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110523 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120523 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130523 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140523 Year of fee payment: 6 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |