JP3193449B2 - レンズ系の偏心測定装置および偏心測定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、ズームレンズ
のようにエレメント数が多く、しかも内部移動部分を有
する被測定レンズ系の各レンズの偏心量を測定する装置
に関し、より詳細には、被測定レンズ系の予め計算され
た位置に指標像を投影し、被測定レンズ系内の被測定面
による反射像の基準位置からのズレ量を観察光学系にて
測定し、計算によってレンズの偏心量を求めるレンズ系
の偏心測定装置および偏心測定方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、レンズ系の偏心測定装置として
は、例えば、特開平３−１０７７３９号公報に示される
ような装置が知られている。これは、オートコリメーシ
ョン法を利用した装置である。オートコリメーション法
について図面により簡単に説明する。図１３はオートコ
リメーション法を原理的に示す図である。図に示すよう
に、この方法では、レンズ系を構成する各レンズ面
Ｓ₁ 、Ｓ₂ 、Ｓ₃ 、Ｓ₄ のうち測定しようとする面、例
えば面Ｓ₁ の見かけ上の球心、即ち被測定面と観察系と
の間に存在する別の面によって指標Ｉ₁ を投影し、面Ｓ
₁ による等倍の反射像Ｉ₂ を指標像Ｉ₁ の測定基準軸Ｂ
上の位置Ａと光軸方向に同じ位置に生じさせる。

【０００３】上記の場合において測定基準軸Ｂに関して
全ての面に偏心がなければ、この基準軸Ｂ上に指標像Ｉ
₁ の反射像Ｉ₂ が形成されるが、もしいずれかの面に偏
心が存在すれば、基準軸Ｂと直交し図面の紙面と直交す
るＸ方向にΔＸ、あるいは紙面と平行なＹ方向にΔＹだ
け振れた位置に反射像Ｉ₂ が形成されることになる。こ
の振れ量ΔＸ及びΔＹ（以下略してΔとする）は、個々
の面の偏心量に比例するので、各面についてその見かけ
の球心位置に投影した指標像Ｉ₁ の等倍反射像Ｉ₂ の振
れ量Δを測定すれば、計算によってこの測定基準軸Ｂに
対する各面の偏心量を求めることができる。

【０００４】かかる測定方法によって被測定レンズ系の
各面の偏心を測定する場合、装置の光学系としては測定
基準軸Ｂ上の任意の点に指標像Ｉ₁ を投影することので
きる光学系が必要となる。この目的を達成するためには
従来、図１４のような光学系が知られている。図に示す
通り、この装置では、光源１０３と、コリメーターレン
ズ第１群１０２と、コリメーターレンズ第２群１０１と
コリメーターレンズ第３群１００Ａとが一直線上に配置
されている。また、コリメーターレンズの第３群として
は、正のパワーを有するレンズ１００Ａと負のパワーを
有するレンズ１００Ｂとが用意されている。この装置に
よれば、コリメーターレンズ第３群として正のパワーを
有するレンズ１００Ａないしは負のパワーを有するレン
ズ１００Ｂのどちらか一方を光軸Ｂ上に配置するととも
に、第３群と第２群１０１との距離を変化させる事によ
って光源１０３の結像位置を変化させ、任意の位置にあ
る被測定面の曲率中心に光源１０３の像を結像させるこ
とができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この装置お
よび測定方法では以下のような問題点がある。即ち、図
１５及び図１６は従来技術の問題点を示す図であり、図
において、ＦＦはコリメーターレンズ第３群１００Ａの
前側焦点位置、ＦＢはコリメーターレンズ第３群１００
Ａの後側焦点位置、Ｘ_１及びＸ_２は前側焦点位置ＦＦか
ら射出光束１０４の集束点１０５Ａまでの距離Ｘ’_１及
びＸ’_２は後側焦点位置ＦＢから光束１０６の集束点ま
での距離、ＮＡ_０は光束１０６の開口数をそれぞれ示し
ている。ここで、図１５においては光源１０３からの光
束１０４は点１０５Ａに集束しているが、図１６のよう
にコリメーターレンズ第２群１０１を移動してコリメー
ターレンズ第３群１００Ａに接近させれば集束点は点１
０５Ｂへと移動する。このとき、図１５においては数１
が成立する。（コリメーターレンズ第３群１００Ａの焦
点距離をｆとする。）

【０００６】

【数１】

【０００７】そして、このときのコリメーターレンズ第
３群１００Ａの、図中の矢印Ａの方向の倍率β₁ は数２
の通りである。

【０００８】

【数２】

【０００９】さらに、このときのコリメーターレンズ第
３群１００Ａから射出した光束の開口数ＮＡ₁ は数３の
通りである。

【００１０】

【数３】

【００１１】一方、図１６においては数４が成立する。

【００１２】

【数４】

【００１３】そして、このときのコリメーターレンズ第
３群１００Ａの、図中の矢印Ａの方向の倍率β₂ は数５
の通りである。

【００１４】

【数５】

【００１５】さらに、このときのコリメーターレンズ第
３群１００Ａから射出した光束の開口数ＮＡ₂ は数６の
通りである。

【００１６】

【数６】

【００１７】これらの数１〜６からわかるように、コリ
メーターレンズ第３群１００Ａの結像倍率はβ₁からβ₂
へと変化するので、コリメーターレンズ第２群１０１か
ら射出される光束１０６の開口数ＮＡ０が一定とする
と、コリメーターレンズ第３群１００Ａから射出される
光束１０４の開口数はコリメーターレンズ第３群１００
Ａの倍率に反比例して大きく変化する。これはコリメー
ターレンズ第３群として負のパワーを有するレンズ１０
０Ｂを使用した場合にも同様である。そして、射出光束
１０４の開口数が変化すると、被測定面の複数の面の球
心が接近している場合の光軸方向の分解能が変化する。
特にコリメーターレンズ第３群１００Ａの焦点距離が短
いと、数１及び数５からわかるように、コリメーターレ
ンズ第２群１０１をコリメーターレンズ第３群１００Ａ
に接近させるにつれてコリメーターレンズ第３群１００
Ａの結像倍率が急激に変化するので、コリメーターレン
ズ第３群１００Ａからの射出光束１０４の開口数が急激
に変化する。したがって、被測定面の球心位置が遠方に
ある場合には、射出光束１０４の開口数が小さくなって
コリメーターレンズ系の焦点深度も大きくなり、複数の
被測定面からの反射像が殆ど同時に観察されることにな
る。このため、被測定面と反射像の対応をつけることが
非常に困難となり、対応づけを誤って測定誤差の原因と
なるという問題点があった。

【００１８】上述のように従来のレンズ系の偏心測定装
置および偏心測定方法では、光源の結像位置によって、
コリメーターレンズ系から射出した光束の開口数が変化
し、これが原因で測定誤差が増大する可能性が高くなる
という問題点があった。

【００１９】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
で、コリメーターレンズからの射出光束の開口数の変化
を小さくして、測定誤差を抑えることができるレンズ系
の偏心測定装置および偏心測定方法を提供することを目
的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のレンズ系の偏心測定装置では、被測定レン
ズ系の予め計算された位置に指標像を投影し、被測定レ
ンズ系内の被測定面による反射像の基準位置からのズレ
量を観察光学系にて測定し、計算によってレンズの偏心
量を求めるレンズ系の偏心測定装置において、光源と、
ビームスプリッターと、正のパワーを有するコリメータ
ーレンズ第１群と、前記第１群との間でアフォーカル系
を構成し光軸上を移動自在に設けられたコリメーターレ
ンズ第２群と、前記第２群と連動して光軸上を移動自在
に設けられたコリメーターレンズ第３群と、を順次配置
するとともに、被測定レンズ系からの反射光束を観察す
る観察手段を備えることとした。また本発明のレンズ系
の偏心測定装置では、被測定レンズ系の予め計算された
位置に指標像を投影し、被測定レンズ系内の被測定面に
よる反射像の基準位置からのズレ量を観察光学系にて測
定し、計算によってレンズの偏心量を求めるレンズ系の
偏心測定装置において、光源と、ビームスプリッター
と、正のパワーを有するコリメーターレンズ第１群と、
前記第１群との間でアフォーカル系を構成するコリメー
ターレンズ第２群と、前記第２群からの光束を前記被測
定レンズ系の前記計算された位置に集束するように射出
するコリメーターレンズ第３群と、前記コリメーターレ
ンズ第２群を光軸方向に移動させる第２群移動部と、前
記コリメーターレンズ第３群を光軸方向に移動させる第
３群移動部と、前記被測定レンズ系からの反射光束を観
察する観察手段を備え、前記コリメーターレンズ第３群
から射出される光束の開口数が前記第２群移動部と第３
群移動部の移動で保たれるようにした。また本発明のレ
ンズ系の偏心測定装置では、被測定レンズ系の予め計算
された位置に指標像を投影し、被測定レンズ系内の被測
定面による反射像の基準位置からのズレ量を観察光学系
にて測定し、計算によってレンズの偏心量を求めるレン
ズ系の偏心測定方法において、光源と、ビームスプリッ
ターと、正のパワーを有するコリメーターレンズ第１群
と、前記第１群との間でアフォーカル系を構成するコリ
メーターレンズ第２群と、前記第２群からの光束を前記
被測定レンズ系の前記計算された位置に集束するように
射出するコリメーターレンズ第３群とを順次配置し、前
記コリメーターレンズ第３群から射出される光束の開口
数を一定にするときの前記コリメーターレンズ第２群と
コリメーターレンズ第３群との間隔を基準間隔とし、前
記被測定レンズ系の前記計算された位置に前記光源の指
標像を結像できる範囲で前記コリメーターレンズ第２群
と前記コリメーターレンズ第３群とを光軸上でそれぞれ
移動し、前記コリメーターレンズ第２群と前記コリメー
ターレンズ第３群とを前記基準間隔として前記測定する
こととした。

【００２１】

【作用】上記構成からなる本発明のレンズ系の偏心測定
装置および偏心測定方法では、光源からの射出光束は、
ビームスプリッターを通過した後コリメーターレンズ第
１群により平行光線となってコリメーターレンズ第２群
に入射する。コリメーターレンズ第２群によって光束は
一旦集束した後発散するが、更にコリメーターレンズ第
３群により被測定レンズ系内の被測定面の球心位置に集
束する。被測定面の表面からの反射光は入射光路を逆行
して光源と光学的に共役な位置に集光する。この像を観
察手段で観察し、基準軸からの離間量を測定して、被測
定面の偏心量を求める。

【００２２】次に、被測定面を他の被測定面に変更する
場合には、例えば、コリメーターレンズ第２群とコリメ
ーターレンズ第３群との距離を変化させることなく同時
に、２つのレンズ群を移動させる。すると、コリメータ
ーレンズ第１群とコリメーターレンズ第２群との間では
平行光束となっているので集光点は同一状態のまま平行
に移動する。従って、コリメーターレンズ全体の倍率及
びコリメーターレンズ第３群から射出される光束の開口
数は一定になる。

【００２３】次に、本発明の実施例を説明するに先立っ
てその原理を説明する。図１〜図４は本発明の原理を示
す図である。図に示す通り、この装置および方法では、
光源１、ビームスプリッター２、正のパワーを有するコ
リメーターレンズ第１群３、正のパワーを有するコリメ
ーターレンズ第２群４、及び正のパワーを有するコリメ
ーターレンズ第３群５が一直線上に順次配置されてい
る。６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄは被測定面であり、７は光
源１から射出した光束、８はコリメーターレンズ第１群
３とコリメーターレンズ第２群４との間を伝搬する平行
光束、９はコリメーターレンズ第２群４とコリメーター
レンズ第３群５の間を伝搬する光束、１０はコリメータ
ーレンズ第３群５から射出する光束を示している。点Ｐ
１及び点Ｐ２は光束１０の集束点であり、それぞれ被測
定面６Ａ及び６Ｂの球心位置と一致している。Ｃは被測
定面６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄで発生した反射光束を観察
する観察手段である。なお、光源１はコリメーターレン
ズ第１群３の焦点位置に配置され、従ってコリメーター
レンズ第１群３とコリメーターレンズ第２群４との間が
アフォーカルとなっている。また、コリメーターレンズ
第２群４とコリメーターレンズ第３群５は光軸方向に移
動する機構を具備している。

【００２４】ここで、光源１から射出した光束７の一部
は、ビームスプリッター２を通過した後コリメーターレ
ンズ第１群３により平行光線８となってコリメーターレ
ンズ第２群４に入射する。このコリメーターレンズ第２
群４によって光束８は一旦集束した後発散してコリメー
ターレンズ第３群に入射する。コリメーターレンズ第３
群からは集束光線１０が射出し、点Ｐ１に入射する。点
Ｐ１は被測定面６Ａの球心位置と一致しているのでオー
トコリメーション法の条件が成立し、被測定面６Ａの表
面からの反射光は入射時の光路を逆行してビームスプリ
ッター２でその一部が反射して、光源１と光学的に共役
な位置に集光する。この像を観察手段Ｃで観察し、基準
軸からの離間量を測定すれば、被測定面６Ａの偏心量を
求めることができる。

【００２５】次に、被測定面を６Ａから他の被測定面６
Ｂに変更する場合について図２により説明する。図２に
おいて、被測定面６Ｂの球心位置に集光させるため、光
束１０の集光位置を点Ｐ１から点Ｐ２へと変化させる場
合には、コリメーターレンズ第２群４とコリメーターレ
ンズ第３群５との距離を変化させることなく、２つのレ
ンズ群を矢印の方向に所定量移動させる。すると、コリ
メーターレンズ第１群３とコリメーターレンズ第２群４
との間隔は変化するが、この間では光束は平行光束８と
なっているので集光点は同一状態のまま平行に移動す
る。このようにしてコリメーターレンズ第３群５から射
出した集光光束１０の集光点の位置を変化させればコリ
メーターレンズ第２群４及びコリメーターレンズ第３群
５の可動距離の範囲内で、コリメーターレンズ全体の倍
率及びコリメーターレンズ第３群５から射出される光束
１０の開口数は変化しない。

【００２６】この場合にも図１で説明したのと同様に、
光束１０は被測定面６Ｂに入射して被測定面６Ｂでは反
射光束が発生する。ここで被測定面６Ｂの球心位置が光
束１０の集光点Ｐ２と一致しているので、被測定面６Ｂ
にて発生した光束は入射光路を逆行し、ビームスプリッ
ター２にてその一部が反射して、光源１と光学的に共役
な位置に集光する。この像を観察手段Ｃで観察し、基準
軸からの離間量を測定すれば、被測定面６Ｂの偏心量を
求めることができる。そして、同様にして図３及び図４
に示すように他の被測定面６Ｃ及び６Ｄの偏心量を求め
ることができる。

【００２７】ところで、内部に複数のレンズ面を有する
組上がりレンズ系の各面の偏心を測定する場合には、被
測定系中の各面の見かけの球心位置に順次光束を集束さ
せ、各々の状態での被測定面からの反射光束の集束位置
を測定する必要が生じる。ここで、被測定系中の各面の
見かけの球心位置は被測定系の各面の曲率半径、面間隔
及び屈折率にて決定されるが、被測定系の焦点位置付近
にある程度密集して分布していることが多い。そして、
このような見かけの球心位置が密集して分布している範
囲内にコリメーターレンズ第３群５から射出した光束を
集束させる場合には、光束の開口数を変化させずにコリ
メーターレンズ系の分解能が高い状態を維持したままで
集束させることが望ましい。

【００２８】そして、コリメーターレンズ第２群４とコ
リメーターレンズ第３群５の間隔を基準間隔としたまま
で光源１の像を結像することができる範囲、即ち光束１
０の集束点を変化させることができる範囲（図１及び図
２のＬ_１）は、コリメーターレンズ第２群４とコリメー
ターレンズ第３群５を光軸方向に移動させる機構となる
移動部の移動距離（図１及び図２のＬ_２）によって決定
され、Ｌ_１＝Ｌ_２となる。この範囲を被測定系の見かけ
の球心位置の分布範囲をカバーする程度に長くしておけ
ば、この範囲内ではコリメーターレンズ第３群５から射
出した光束１０の開口数が一定、即ち光学系の光軸方向
の分解能が一定の状態で測定を行うことが可能となる。

【００２９】

【実施例１】次に、以上の原理に基づく本発明の実施例
を説明する。図５は本発明の実施例１の構成を示す図で
ある。図に示す通り、この装置では、光源としてのレー
ザーダイオード１１、偏光ビームスプリッター１２、１
／４波長板１３、正のパワーを有するコリメーターレン
ズ第１群１４、正のパワーを有するコリメーターレンズ
第２群１５、及び正のパワーを有するコリメーターレン
ズ第３群１６が一直線上に順次配置されている。そし
て、１７は被測定系たる組上がった状態のレンズ系であ
り、１７Ａは被測定面、１７Ｂは被測定面１７Ａの球心
位置を示している。１８及び１９はコリメーターレンズ
第２群１５、第３群１６を光軸方向に移動させるための
ボールネジであり、２０及び２１はコリメーターレンズ
第２群１５、第３群１６を載せてボールネジ１８、１９
と結合させるための、移動部としての台座である。

【００３０】２２は２次元ＰＳＤセンサでありレーザー
ダイオード１１と光学的に共役な位置に配置されてい
る。２３はＰＳＤセンサ２２の出力を表示する表示部で
ある。２４は被測定系たるレンズ系（以下、被測定系）
１７を回転させる回転機構であり、手動のベアリング又
はモーター等を使用する。２５、２６はボールネジ１
８、１９を回転させるためのモーターである。２７はモ
ーター２５、２６のコントローラーである。２８は測定
の際の制御・計算を行うコンピューターである。なお、
コリメーターレンズ第１群１４とコリメーターレンズ第
２群１５の間をアフォーカルとするため、レーザーダイ
オード１１の発光点はコリメーターレンズ第１群１４の
焦点位置と一致するように配置されている。

【００３１】次に、本実施例の作用について説明する。
まず、コンピューター２８に被測定系１７の各面の曲率
半径、面間隔、屈折率を入力する。コンピューター２８
ではこれらのデータに基づき、各面の球心を焦点とした
ときの結像位置を計算し、被測定系１７の第１面１７Ａ
の球心１７Ｂにレーザーダイオード１１から射出した光
束が集束する位置までコリメーターレンズ第２群１５及
びコリメーターレンズ第３群１６を移動すべくコントロ
ーラー２７に指示を出す。コントローラー２７はコンピ
ューター２８からの指示に基づきモーター２５及び２６
を駆動してコリメーターレンズ第２群１５及びコリメー
ターレンズ第３群１６を移動する。

【００３２】ここで、レーザーダイオード１１から射出
した光束は偏光ビームスプリッター１２を透過し、１／
４波長板１３で円偏光の偏光状態になる。そしてコリメ
ーターレンズ第１群１４により平行光束となってコリメ
ーターレンズ第２群１５に入射し、さらにコリメーター
レンズ第２群１５によって光束は集光光束となって射出
してコリメーターレンズ第３群１６に入射する。コリメ
ーターレンズ第３群１６によって光束は再び集束して被
測定系１７に入射する。そして、被測定系１７の第１面
１７Ａの球心１７Ｂにレーザー光束が集光すると第１面
１７Ａで反射光が発生し、この反射光は入射光路を逆行
して１／４波長板１３により偏光状態はレーザーダイオ
ード１１からの射出時と直交する偏光方向の直線偏光に
変化する。

【００３３】そして、この反射光束は偏光ビームスプリ
ッター１２で反射して２次元ＰＳＤセンサ２２に入射す
る。ＰＳＤセンサ２２上で反射光は集束し、集束位置が
表示部２３に表示されるとともにコンピューター２８に
も入力される。ここで回転機構２４により被測定系１７
を回転させると、第１面１７Ａからの反射光束によるス
ポットはＰＳＤセンサ２２上で回転する。そしてこの回
転半径と回転半径を持つ方向とをコンピューター２８に
より計算する。続いて第２面以降の測定を順次同様に行
い、全ての面について反射光束によるスポットの回転半
径と回転半径を持つ方向を測定した後、コンピューター
２８により第１面より順次各面の偏心量を計算する。

【００３４】次に、被測定系１７の他の被測定面の球心
位置にレーザー光束を集束させる際に行われる、コリメ
ーターレンズの移動について図６〜図１０により説明す
る。図において、コリメーターレンズ第２群１５の焦点
距離をｆ₂ 、コリメーターレンズ第２群１５の前側主点
位置をＨ₂ 、コリメーターレンズ第３群の焦点距離をｆ
₃ 、コリメーターレンズ第３群１６の後側主点位置をＨ
₃ と示す。ここで、被測定面の球心が図６及び図７のよ
うにＬ₁ の範囲内にあるときには、コリメーターレンズ
第２群１５の前側主点位置Ｈ₂ とコリメーターレンズ第
３群１６の後側主点位置Ｈ₃ との間隔を、コリメーター
レンズ第２群１５の焦点距離ｆ₂ とコリメーターレンズ
第３群１６の焦点距離ｆ₃ を２倍した値との和となるよ
うに設定し、この間隔を維持しつつ、コリメーターレン
ズ第２群１５とコリメーターレンズ第３群１６とを連動
して移動させる。すると、レーザーダイオードから射出
した光束の集束位置はＬ₁ 上を移動して、被測定面の球
心位置に集束させることが可能になる。なお、この場合
にコリメーターレンズ第３群による倍率は−１倍に維持
される。

【００３５】次に、被測定面の球心位置が図６のＬ１の
範囲外にある場合について図８〜図１０により説明す
る。この場合には、コリメーターレンズ第１群１４とコ
リメーターレンズ第２群１５との距離を変更する。例え
ば、図８のように、コリメーターレンズ第３群１６は図
６と同じ位置で、コリメーターレンズ第２群１５のみを
下方に移動してコリメーターレンズ第３群１６に接近さ
せれば、コリメーターレンズ第３群１６から射出した光
束の集束点はコリメーターレンズ第３群１６の下方へ移
動する。そして、図９のように、コリメーターレンズ第
２群１５の前側主点とコリメーターレンズ第３群１６の
後側主点との間隔がｆ₂ ＋ｆ₃ となったときにコリメー
ターレンズ第３群１６から平行光束が射出される。ま
た、図１０のように、さらにコリメーターレンズ第２群
１５をコリメーターレンズ第３群１６に接近させると射
出光束の集束点はコリメーターレンズ第２群１５の上方
にまで移動してコリメーターレンズ第３群１６から発散
光束が射出するようになる。以上のようにして、図６〜
図１０の光軸ＡＸ上の任意の被測定面の位置にレーザー
光束を集束させることができる。

【００３６】そして、図６及び図７のようにレーザー光
束の集束点が範囲Ｌ₁ 内の場合には、コリメーターレン
ズ第３群１６から射出されるレーザー光束の開口数は常
時一定で光学系の倍率も変化しない。一方、図８のよう
に被測定面の球心位置をＬ₁外に移動すると、コリメー
ターレンズ第３群１６から射出されるレーザー光束の開
口数は変化するが、その変化は小さく抑えられている。
また、光軸ＡＸ上に光学系切換のための機構を配置する
必要がないので、コリメーターレンズ第２群及びコリメ
ーターレンズ第３群１６の移動範囲を大きく設計するこ
とが可能である。そして、本実施例の固有の効果として
は、組上がった状態でのレンズ系の偏心測定を簡単な構
成で実施できる点を挙げることができる。

【００３７】

【実施例２】次に、本発明の実施例２について図１１に
より説明する。図１１は実施例２の構成を示す図であ
る。図に示す通り、この装置では、光源としての電球３
１、電球３１からの光束を一旦集光させるコンデンサー
レンズ３２、ハーフビームスプリッター３３、正のパワ
ーを有するコリメーターレンズ第１群３４、正のパワー
を有するコリメーターレンズ第２群３５、及び、正のパ
ワーを有するコリメーターレンズ第３群３６が一直線上
に順次配置されている。そして、３７はラックギアで、
コリメーターレンズ第２群３５及びコリメーターレンズ
第３群３６を光軸方向に移動させるためのものであり、
コリメーターレンズの移動部としての載置台３８、３９
に内蔵したピニオンギア（図示せず）と噛合している。
４０及び４１はこのピニオンギアを回転するハンドルで
ある。

【００３８】また、４２は被測定系たる単レンズで、４
２Ａは被測定面を、４２Ｂは被測定面４２Ａの球心位置
を示している。４３は回転機構でベアリング又はモータ
ー等からなる。４４はスクリーンであり、４５はスクリ
ーン４４の像を観察するための顕微鏡である。なお、コ
リメーターレンズ第１群３４とコリメーターレンズ第２
群３５との間をアフォーカルとするため、電球３１から
射出した光束のコンデンサーレンズ３２による集束点は
コリメーターレンズ第１群３４の焦点位置に配置されて
いる。

【００３９】次に、本実施例の作用について説明する。
電球３１から射出した光束は、コンデンサーレンズ３２
で一旦集束した後発散し、ハーフビームスプリッター３
３を一部が透過してコリメーターレンズ第１群３４に入
射する。ここで光束は平行光束になってコリメーターレ
ンズ第２群３５に入射する。そして、コリメーターレン
ズ第２群３５により再び集束、発散した後コリメーター
レンズ第３群３６で集束して被測定系４２に入射する。
被測定系４２の被測定面４２Ａでは反射光束が発生し、
入射光路を逆行する。この反射光はコリメーターレンズ
第１群３４を射出した後ハーフビームスプリッター３３
で反射して、スクリーン４４上にスポット像として集光
する。このスポット像を顕微鏡４５で観察して、スクリ
ーン４４上での回転半径を読みとる。このときの回転半
径をｒとすると、被測定面の横ずれ量δとの間には数７
が成立する。（ここで、βはコリメーターレンズ系の倍
率である。）

【００４０】

【数７】

【００４１】この数７により被測定面４２Ａの横ずれ量
を測定することができる。本実施例においては、顕微鏡
４５にてスポットの集光状態を観察してスポットの集束
状態が最良となるようにコリメーターレンズ第２群３５
及びコリメーターレンズ第３群３６の位置を調整する。
そして、被測定面４２Ａの曲率半径がラックギア３７の
ストローク範囲内にあるときは、コリメーターレンズ第
２群３５とコリメーターレンズ第３群３６の距離を変化
させることなく両者を光軸方向に等距離移動させる。一
方、被測定面４２Ａの曲率半径の絶対値が大きくてラッ
クギア３７のストロークの範囲外にあるときは、ラック
ギア３７によってコリメーターレンズ第２群３５とコリ
メーターレンズ第３群３６の距離を変更してコリメータ
ーレンズ第３群３６から射出した光束の集光点を変化さ
せる。この距離はスクリーン４４上のスポットの集束状
態が最良となるように調整すれば良い。なお、本実施例
による固有の効果としては、構成部品数が少なくて安価
なレンズ系の偏心測定装置を提供できる点が挙げられ
る。

【００４２】

【実施例３】次に、本発明の実施例３について図１２に
より説明する。図１２は本発明の実施例３の構成を示す
図である。図に示す通り、この装置では、光源としての
レーザーダイオード５１、偏光ビームスプリッター５
２、１／４波長板５３、正のパワーを有する測定用コリ
メーターレンズ第１群５４、正のパワーを有する測定用
コリメーターレンズ第２群５５、正のパワーを有する測
定用コリメーターレンズ第３群５６、及び無偏光ビーム
スプリッター５７が一直線上に順次配置されている。ま
た、５８はイメージローテーターとして使用されるペチ
ャンプリズム、５９は基準軸設定用コリメーターレンズ
第１群、６０は基準軸設定用コリメーターレンズ第２
群、６１はミラーであり、これらによって基準軸光学系
が構成されている。

【００４３】６２は被測定系である組上がり状態のレン
ズである。また、６３は被測定系６２と無偏光ビームス
プリッター５７とを遮蔽するシャッター、６４はペチャ
ンプリズム５８と無偏光ビームスプリッター５７との間
を遮蔽するシャッターである。６５はＣＣＤカメラで、
その受光面がレーザーダイオード５１の発光点と光学的
に共役な位置に配置されている。６６は画像メモリ装
置、６７は演算処理部、６８は表示部である。

【００４４】そして、６９は測定用コリメーターレンズ
第２群５５及び測定用コリメーターレンズ第３群５６を
載せた移動部としての各台座を光軸方向に移動させるた
めのレール、７０は基準軸設定用コリメーターレンズ第
１群５９及び基準軸設定用コリメーターレンズ第２群６
０を光軸方向に移動させるためのレールである。７１〜
７４はそれぞれ測定用コリメーターレンズ第２群５５、
測定用コリメーターレンズ第３群５６、基準軸設定用コ
リメーターレンズ第１群５９、基準軸設定用コリメータ
ーレンズ第２群６０を載せた各台座を光軸方向に移動す
るモーターであり、制御部７６によって駆動制御され
る。また、７５はペチャンプリズム５８を回転するモー
ターである。７７は演算処理部６７に被測定系内部の各
面の曲率半径、面間隔及び屈折率を入力する入力部であ
る。なお、測定用コリメーターレンズ第１群５４と測定
用コリメーターレンズ第２群５５との間がアフォーカル
となるように、レーザーダイオード５１の発光点は測定
用コリメーターレンズ第１群５４の焦点位置に配置され
ている。

【００４５】次に、本実施例の作用について説明する。
まず、測定に先立ち、被測定系６２内部の各面の曲率半
径、面間隔及び屈折率のデータを入力部７７に入力す
る。このデータを演算処理部６７が処理して、被測定系
６２内部の各面にレーザーダイオード５１の射出光束を
垂直入射するための、測定用コリメーターレンズ第２群
５５及び測定用コリメーターレンズ第３群５６の配置を
計算する。そして同様に、測定用コリメーターレンズ第
３群５６の射出光束が無偏光ビームスプリッター５７で
反射してペチャンプリズム５８を透過したのち基準軸設
定用コリメーターレンズ第１群５９及び基準軸設定用コ
リメーターレンズ６０を通過して平行光束となって射出
するための、基準軸設定用コリメーターレンズ第１群５
９及び基準軸設定用コリメーターレンズ第２群６０の配
置を計算する。そして、これらのデータに基づいて制御
部７６がモーター７１、７２、７３、７４を駆動して、
計算位置に測定用コリメーターレンズ第２群５５、測定
用コリメーターレンズ第３群５６、基準軸設定用コリメ
ーターレンズ第１群５９、基準軸設定用コリメーターレ
ンズ第２群６０を移動する。

【００４６】次に、測定を開始する。まず、シャッター
６３を開き、シャッター６４を閉じる。レーザーダイオ
ード５１から射出した光束は偏光ビームスプリッター５
２及び１／４波長板５３を透過して円偏光となって測定
用コリメーターレンズ第１群５４に入射して平行光束と
なって射出する。この平行光束は測定用コリメーターレ
ンズ第２群５５により集束・発散する。そして測定用コ
リメーターレンズ第３群５６で集束（又は発散）して、
その一部は無偏光ビームスプリッター５７を透過して被
測定系６２の第１面の球心に集束する。被測定系６２の
第１面では、入射した光束のうち数パーセントが反射し
て入射光路を逆行する。そして１／４波長板５３を透過
する際に、レーザーダイオード５１の射出光束と直交す
る偏光方向の直線偏光波となって、偏光ビームスプリッ
ター５２で反射してＣＣＤカメラ６５に入射する。ここ
で、ＣＣＤカメラ６５の受光面はレーザーダイオード５
１の発光面と光学的に共役な位置に配置されているの
で、反射光束はＣＣＤカメラ６５の受光面上に集光す
る。そして、ＣＣＤカメラ６５で受光した反射光束のス
ポット像を画像メモリ６６に取り込んでその位置を測定
する。

【００４７】次に、シャッター６３を閉じて、シャッタ
ー６４を開く。上記場合と同様の光路により測定用コリ
メーターレンズ第３群５６から射出した光束の一部は、
無偏光ビームスプリッター５７で反射してペチャンプリ
ズム５８を通過し、基準軸設定用コリメーターレンズ第
１群５９及び基準軸設定用コリメーターレンズ第２群６
０に入射して平行光束となってミラー６１に入射する。
ミラー６１では平行光束のまま反射されて入射時と逆の
光路をたどってＣＣＤカメラ６５の受光面に達する。こ
のときペチャンプリズム５８は回転しているため、光束
は光軸を中心として回転し、ＣＣＤカメラ６５の受光面
ではスポット像が回転する。この回転するスポット像を
ペチャンプリズム５８の９０度回転毎に回転軌跡上の４
点で画像メモリ６６に取り込んでスポット像の回転中心
を求める。そして、この中心点を基準点として、先に測
定した被測定系６２の第１面による反射像の振れ量を計
算処理部６７で求める。この振れ量を被測定系６２の各
面について求め、全ての面の測定が終了した後、各面の
振れ量から被測定系６２の各面の偏心量を計算処理部６
７で計算する。

【００４８】本実施例においては、被測定系６２中の被
測定面の球心の位置がレール６９のストローク範囲内に
あるときは、測定用コリメーターレンズ第２群５５と測
定用コリメーターレンズ第３群５６の距離を変化させる
ことなく両者を同方向に等距離だけ、モーター７１及び
７２により移動させる。一方、被測定系６２中の被測定
面の球心の位置がレール６９のストロークの範囲外にあ
るときには、レール６９によって測定用コリメーターレ
ンズ第２群５５と測定用コリメーターレンズ第３群５６
の距離を変更して測定用コリメーターレンズ第３群５６
から射出した光束の集光点を変化させる。両者の距離の
変更により測定用コリメーターレンズ第３群５６からの
射出光束の集束位置を変更すれば、目的とする被測定面
の球心位置にレーザー光束を集光することができる。そ
して、本実施例の場合、各コリメーターレンズの移動量
の計算は演算処理部６７によって行われる。

【００４９】また、本実施例では測定用コリメーターレ
ンズ系の調整と同時に基準軸光学系の調整をも行う。す
なわち、測定用コリメーターレンズ第３群５６より射出
された光束の集光位置がレール７０のストローク範囲内
にあるときは、基準軸設定用コリメーターレンズ第１群
５９と基準軸設定用コリメーターレンズ第２群６０の距
離を変化させることなく両者を同方向に等距離だけ、モ
ーター７３及び７４により移動させて、基準軸設定用コ
リメーターレンズ第２群６０から平行光束が射出される
ようにする。一方、測定用コリメーターレンズ第３群５
６から射出した光束の集光位置がレール７０のストロー
クの範囲外にあるときには、レールによって基準軸設定
用コリメーターレンズ第１群５９と基準軸設定用コリメ
ーターレンズ第２群６０の距離を変更して基準軸設定用
コリメーターレンズ第２群６０から平行光束が射出する
ようにする。この場合の各コリメーターレンズの移動距
離も演算処理部６７によって計算される。なお、本実施
例の固有の効果としては測定の基準点を定める光学系を
設けたことにより、被測定系を静止したままで正確な偏
心量の測定が可能なことが挙げられる。

【００５０】

【発明の効果】以上のように、本発明のレンズ系の偏心
測定装置および偏心測定方法によれば、いずれの被測定
面の偏心量を測定する場合にも射出光束の開口数が変化
することがなく、常に一定の高い精度で偏心量を測定す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を示す光路図である。

【図２】本発明の原理を示す光路図である。

【図３】本発明の原理を示す光路図である。

【図４】本発明の原理を示す光路図である。

【図５】本発明の実施例１を示す構成図である。

【図６】コリメーターレンズの移動について説明する光
路図である。

【図７】コリメーターレンズの移動について説明する光
路図である。

【図８】コリメーターレンズの移動について説明する光
路図である。

【図９】コリメーターレンズの移動について説明する光
路図である。

【図１０】コリメーターレンズの移動について説明する
光路図である。

【図１１】本発明の実施例２を示す構成図である。

【図１２】本発明の実施例３を示す構成図である。

【図１３】オートコリメーション法を原理的に示す光路
図である。

【図１４】従来技術の光学系を示す光路図である。

【図１５】従来技術の問題点を説明する光路図である。

【図１６】従来技術の問題点を説明する光路図である。

【符号の説明】

１ 光源 ２ ビームスプリッター ３，１４，３４，５４ コリメーターレンズ第１群 ４，１５，３５，５５ コリメーターレンズ第２群 ５，１６，３６，５６ コリメーターレンズ第３群 ６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ 被測定面 ７，８，９，１０ 光束 １１，５１ レーザーダイオード １２，５２ 偏光ビームスプリッター １３，５３ １／４波長板 １７，４２，６２ 被測定系 １７Ａ，４２Ａ 被測定面 １７Ｂ，４２Ｂ 被測定面の球心位置 １８，１９ ボールネジ ２０，２１ 台座 ２２ ２次元ＰＳＤセンサ ２３，６８ 表示部 ２４，４３ 回転機構 ２５，２６，７０，７１，７２，７３，７４，７５ モ
ーター ２７ コントローラー ２８ コンピューター ３１ 電球 ３２ コンデンサーレンズ ３３ ハーフビームスプリッター ３７ ラックギア ３８，３９ 載置台 ４０，４１ ハンドル ４４ スクリーン ４５ 顕微鏡 ５７ 無偏光ビームスプリッター ５８ ペチャンプリズム ５９ 基準軸設定用コリメーターレンズ第１群 ６０ 基準軸設定用コリメーターレンズ第２群 ６１ ミラー ６３，６４ シャッター ６５ ＣＣＤカメラ ６６ 画像メモリ装置 ６７ 演算処理部 ６９，７０ レール ７６ 制御部 ７７ 入力部 １００Ａ，１００Ｂ コリメーターレンズ第３群 １０１ コリメーターレンズ第２群 １０２ コリメーターレンズ第１群 １０３ 光源 １０４，１０６ 光束 １０５Ａ，１０５Ｂ 点 Ｂ 測定基準軸 Ｃ 観察手段 Ｉ₁ 指標像 Ｉ₂ 反射像 ＮＡ 開口数 Ｐ₁ ，Ｐ₂ 集束点 Ｓ₁ ，Ｓ₂ ，Ｓ₃ ，Ｓ₄ レンズ面 ΔＸ，ΔＹ 振れ量

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被測定レンズ系の予め計算された位置に指
   標像を投影し、被測定レンズ系内の被測定面による反射
   像の基準位置からのズレ量を観察光学系にて測定し、計
   算によってレンズの偏心量を求めるレンズ系の偏心測定
   装置において、 光源と、ビームスプリッターと、正のパワーを有するコ
   リメーターレンズ第１群と、前記第１群との間でアフォ
   ーカル系を構成し光軸上を移動自在に設けられたコリメ
   ーターレンズ第２群と、前記第２群と連動して光軸上を
   移動自在に設けられたコリメーターレンズ第３群と、を
   順次配置するとともに、被測定レンズ系からの反射光束
   を観察する観察手段を備えたことを特徴とするレンズ系
   の偏心測定装置。
2. 【請求項２】被測定レンズ系の予め計算された位置に指
   標像を投影し、被測定レンズ系内の被測定面による反射
   像の基準位置からのズレ量を観察光学系にて測定し、計
   算によってレンズの偏心量を求めるレンズ系の偏心測定
   装置において、 光源と、ビームスプリッターと、正のパワーを有するコ
   リメーターレンズ第１群と、前記第１群との間でアフォ
   ーカル系を構成するコリメーターレンズ第２群と、前記
   第２群からの光束を前記被測定レンズ系の前記計算され
   た位置に集束するように射出するコリメーターレンズ第
   ３群と、前記コリメーターレンズ第２群を光軸方向に移
   動させる第２群移動部と、前記コリメーターレンズ第３
   群を光軸方向に移動させる第３群移動部と、前記被測定
   レンズ系からの反射光束を観察する観察手段を備え、前
   記コリメーターレンズ第３群から射出される光束の開口
   数が前記第２群移動部と第３群移動部の移動で保たれる
   ようにしたことを特徴とするレンズ系の偏心測定装置。
3. 【請求項３】被測定レンズ系の予め計算された位置に指
   標像を投影し、被測定レンズ系内の被測定面による反射
   像の基準位置からのズレ量を観察光学系にて測定し、計
   算によってレンズの偏心量を求めるレンズ系の偏心測定
   方法において、 光源と、ビームスプリッターと、正のパワーを有するコ
   リメーターレンズ第１群と、前記第１群との間でアフォ
   ーカル系を構成するコリメーターレンズ第２群と、前記
   第２群からの光束を前記被測定レンズ系の前記計算され
   た位置に集束するように射出するコリメーターレンズ第
   ３群とを順次配置し、 前記コリメーターレンズ第３群から射出される光束の開
   口数を一定にするときの前記コリメーターレンズ第２群
   とコリメーターレンズ第３群との間隔を基準間隔とし、 前記被測定レンズ系の前記計算された位置に前記光源の
   指標像を結像できる範囲で前記コリメーターレンズ第２
   群とコリメーターレンズ第３群とを光軸上でそれぞれ移
   動し、 前記コリメーターレンズ第２群と前記コリメーターレン
   ズ第３群とを前記基準間隔として前記測定することを特
   徴とするレンズ系の偏心測定方法。