JP3328960B2

JP3328960B2 - 干渉計装置

Info

Publication number: JP3328960B2
Application number: JP20706292A
Authority: JP
Inventors: 賢司安田; 正美米田; 重徳大井; 憲一野口
Original assignee: 富士写真光機株式会社
Priority date: 1992-04-23
Filing date: 1992-07-13
Publication date: 2002-09-30
Anticipated expiration: 2017-09-30
Also published as: US5377007A; JPH063219A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、球面レンズの表面状態
をレーザ干渉計を用いて検査するための干渉計装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】レンズの仕上げ精度の検査は、一般に、
ニュートンゲージ（乃至ニュートン原器）を用い、この
ニュートンゲージを通して被検物体であるレンズに光を
照射し、ニュートンゲージにおける基準面からの反射光
と、被検物体からの反射光とにより生じる干渉縞の本数
（通常、ニュートン本数と呼ばれる）を測定することに
より行われる。而して、検査の対象となる被検レンズに
ニュートンゲージを直接重ね合わせて、このニュートン
ゲージに照明光を照射し、ニュートンゲージの基準面か
らの反射光と、被検レンズの被検面からの反射光との間
で発生する干渉縞を肉眼で観察するのが最も簡易な検査
方式である。しかしながら、検査時において、ニュート
ンゲージを被検レンズに接触させるようにしているの
で、その取り扱いを慎重に行わないと、両者に傷等が発
生するおそれがある。特に、ニュートンゲージは繰り返
し使用されることから、極めて早期に全面にわたって傷
が累積することになり、ニュートンゲージを頻繁に交換
する必要がある。また、両者の重ね合わせ部に塵埃その
他の異物が入り込むと、干渉縞の観察を正確に行えなく
なり、このために、検査前に必ずその重ね合わせ面をク
リーニングする必要がある等といった種々の問題点があ
る。

【０００３】そこで、レーザ干渉計を用いることによっ
て、被検レンズとを非接触状態にして検査するようにし
たものも知られている。即ち、この種の装置は、レーザ
発振器から出射されたレーザビームを、レーザビーム導
光用光学系を通して基準レンズに照射し、この基準レン
ズの基準面で一部を反射させると共に、透過光の一部を
基準レンズに対面する状態に装着した被検レンズの被検
面で反射させ、これら両反射光の間に生じる干渉縞を干
渉縞観察手段により観察するように構成したものであ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、レー
ザ干渉計を用いれば、被検レンズを基準レンズと非接触
で検査できるので、ニュートンゲージを直接被検レンズ
と重ね合わせる方式に比較して、被検レンズにも、また
基準レンズにも傷が発生する不都合等を確実に防止され
る。しかしながら、前述した従来技術のものにあって
は、被検レンズに対してレーザビームを上方からまたは
水平方向から照射するようになっており、従ってその被
検面とは反対側の面を支持するか、または外周縁部をク
ランプさせるようにして支持させる構成とする必要があ
る。通常、レンズの厚みや外径寸法には多少の公差等が
ある関係から、レンズが装着される毎に干渉計本体とレ
ンズの被検面との間の位置調整を行わなければ、正確な
検査を行うことができなくなる。ここで、干渉計本体と
レンズとの間の位置調整は、干渉計本体を、その光軸方
向に移動させると共に、レンズを支持するマウント部を
光軸と直交する方向及び光軸に対して傾き方向の位置を
調整することにより行われる。そして、この干渉計本体
及びマウント部の位置調整は、たとえ同じレンズであっ
ても、１回の検査毎に行わなければならず、しかも干渉
計本体とマウント部との双方の位置調整を行わなければ
ならないことから、その作業が極めて面倒であり、かつ
熟練を必要とするものであり、従ってこの検査を自動化
することは極めて困難である等といった欠点がある。

【０００５】本発明はこのような従来技術の課題を解決
するためになされたもので、その目的とするところは、
球面レンズを極めて簡易に、しかも連続的に同一の条件
下で検査できるようにすることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ために、本発明は、導光用の開口を備えた定盤と、この
定盤の下面側に垂設した昇降ガイド手段と、この昇降用
ガイド手段に昇降可能に装着されて、基準レンズの基準
面を前記開口側に向けて配設した干渉計本体とを備え、
球面レンズからなる被検レンズの被検面の表面状態を検
査するための干渉計装置であって、前記定盤の上面側に
おける開口形成位置に設けられ、前記被検レンズを、そ
の被検面が前記基準レンズと対向するように支承するレ
ンズマウント部と、このレンズマウント部から突出する
ように設けられ、前記被検レンズの被検面の外周縁部の
近傍の部位を３点で受承するために、円周方向に同じ間
隔に配置した３つの受承突起と、これら３つの受承突起
に前記被検レンズを設置した時に、この被検レンズの曲
率中心を前記干渉計本体から照射されるレーザ光の光軸
上に位置させるように、前記レンズマウント部を水平方
向に位置を微調整する微調整手段とを備える構成とした
ことをその特徴とするものである。

【０００７】

【作用】球面レンズの表面状態の検査を行うに当って
は、その被検面が基準レンズの焦点位置から曲率半径分
だけ離れた位置に配設されることから、被検面を支承す
るように構成すれば、レンズの被検面がいずれかの方向
に多少位置ずれしていたとしても、格別検査精度に影響
を与えることはない。そこで、被検レンズの被検面側を
支承させて、その下方に基準レンズを配設し、この基準
レンズの下方から上に向かうレーザビームを照射すれ
ば、同じ種類のレンズである限り、レンズ毎にレンズマ
ウント部と干渉計本体との間の位置調整を行う必要がな
くなる。

【０００８】而して、被検レンズの検査を行うに先立っ
て、干渉計本体とレンズマウント部との位置合わせを行
う。この位置合わせは、当該の被検レンズ用のニュート
ンゲージを用い、このニュートンゲージをレンズマウン
ト部にセットして、干渉計本体を昇降ガイド手段により
上下動させながら、レーザ発振器からレーザ光を基準レ
ンズに向けて照射して、この基準レンズの基準面からの
反射光とニュートンゲージからの反射光との間の干渉縞
を観察する。そして、干渉縞が最小の本数（理想的には
０本）となった位置で、ニュートンゲージと干渉計本体
との相対位置合わせが完了する。ここで、両者間の正確
な位置合わせを行うために、レンズマウント部を定盤に
対して水平方向（Ｘ，Ｙ方向）に位置の微調整を行える
ようにしている。これによって、球面レンズをレンズマ
ウント部に設置すると、曲率半径の中心は基準レンズに
よりレーザ光が収束される焦点位置に保持される。

【０００９】このようにして相対位置合わせが行われる
と、干渉計本体とレンズマウント部との間の位置関係を
保った状態に保持して、ニュートンゲージをレンズマウ
ント部から取り外すと共に、被検レンズをレンズマウン
ト部に装着して、干渉縞を観察することによって、この
被検レンズの被検面の状態を検査できる。而して、レン
ズマウント部にレンズを順次交換してセットすることに
より、その検査を連続的に行うことができる。また、レ
ンズマウント部に被検レンズをセットした時には、この
被検レンズの自重が作用することから、被検レンズをレ
ンズマウント部に置くだけで、格別クランプ等を行わな
くとも、そのセット位置が安定する。

【００１０】ところで、被検レンズは球面レンズであ
り、レンズマウント部にこの球面レンズが円周方向に等
間隔に設けた３つの支承突起で被検面が支承されること
から、レンズのセット位置が多少がずれたとしても、そ
の曲率半径の中心は基準レンズによってレーザ光が収束
される焦点位置に保持されるので、格別支障はない。し
かも、レンズマウント部は干渉計本体と位置合わせする
際に微調整を行うにしても、殆どその位置がずれること
はなく、実質的に定位置に位置している。従って、被検
レンズのレンズマウント部への着脱をロボット等による
ピックアンドプレイス手段により容易に行えるようにな
り、連続的に自動検査を行うことが可能となる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。まず、図１において、１は干渉計本体を示
し、この干渉計本体１のケーシングは本体ケーシング１
ａと、この本体ケーシング１ａの上面に立設した筒体部
１ｂとを有する。本体ケーシング１ａには、筒体部１ｂ
と平行にＨｅ−Ｎｅレーザ等からなるレーザ発振器２が
取り付けられる構成となっている。本体ハウジング１ａ
内には、反射ミラー３及びエクスパンダやダイバージャ
等を備えたレーザビーム導光用光学系４が設けられてい
る。レーザ発振器２からのレーザビームは、反射ミラー
３によって９０°曲折せしめられて、レーザビーム導光
用光学系４を介することによってそのスポット径を広げ
ながら、ビームスプリッタ５に反射して再び９０°方向
を転換して、筒体部１ｂの軸線方向に沿ってレーザ発振
器２から出射方向とは反対方向に向けて進行し、コリメ
ータレンズ６により平行光となされて、その前方に設け
た基準レンズ７に入射される。

【００１２】基準レンズ７は、その入射面７ａとは反対
面が球面形状となった基準面７ｂとなっており、入射面
７ａは反射防止コーティングが施されている。基準レン
ズ７に入射されたレーザビームはその基準面７ｂで一部
が反射し、大部分はこの基準レンズ７を透過してその前
方位置にセットされている被検レンズ８の被検面８ａに
入射され、その一部がこの被検面８ａで反射する。そし
て、この被検面８ａからの反射光と基準レンズ７の基準
面７ｂからの反射光とが干渉し合って干渉縞が生じる。
このように干渉縞を有する反射光はコリメータレンズ６
及びビームスプリッタ５を透過して、スクリーン９及び
干渉縞結像用レンズ１０を介して撮像手段１１に入射さ
れ、この撮像手段１１により干渉縞の撮影が行われ、そ
の映像がモニタ装置１２（図２参照）に表示できるよう
になっている。

【００１３】次に、図２及び図３において、２０は干渉
計装置の本体機枠を示し、この本体機枠２０の上部には
定盤２１が装着されており、この定盤２１と本体機枠２
０との間には防振部材２２が介装されている。そして、
定盤２１の下面には昇降ガイド手段２３が垂設されてお
り、干渉計本体１はこの昇降ガイド手段２３に昇降可能
に装着されている。昇降ガイド手段２３は、図３からも
明らかなように、定盤２１の下面に固着されたプレート
２４に設けた左右一対のガイドレール２５，２５を有
し、このガイドレール２５，２５に昇降ブロック２６が
昇降可能に装着されている。また、ガイドレール２５と
平行にねじ軸２７が設けられており、このねじ軸２７の
下端部にはプーリ２８が連結されている。プレート２４
のガイドレール２５を装着した側とは反対側には正逆回
転可能なパルスモータ等の駆動手段２９が装着されてお
り、この駆動手段２９にはプーリ３０が連結され、また
このプーリ３０とねじ軸２７側のプーリ２８との間には
タイミングベルト３１が巻回して設けられている。さら
に、昇降ブロック２６にはナット部３２が固着して設け
られており、ねじ軸２７はこのナット部３２内に挿通さ
れている。従って、駆動手段２９を作動させると、プー
リ３０が回転し、この回転がタイミングベルト３１を介
してプーリ２８に伝達されて、ねじ軸２７が、その軸回
りに回転して、昇降ブロック２６が上下動せしめられ、
また駆動手段２９を停止させると、昇降ブロック２６は
その位置に保持されるようになっている。

【００１４】干渉計本体１は昇降ブロック２６に固着し
て設けられるが、この干渉計本体１は、その本体ハウジ
ング１ａが下方に位置し、筒状部１ｂがこの本体ハウジ
ング１ａから上方に突出する状態に組み付けられる。従
って、レーザビームの光路としては、基準レンズ７への
入射光は下から上に向けて進行するようになる。そし
て、定盤２１には、干渉計本体１の筒状部１ｂが対面す
る部位に筒状部１ｂを挿通させることができる大きさの
開口２１ａが形成されており、この開口２１ａの位置に
おける上面部には、レンズ支持部材４０が設けられてい
る。

【００１５】レンズ支持部材４０は、図５からも明らか
なように、基台４１に設けたＸ軸ガイドレール４２にガ
イドされる第１のテーブル４３にＹ軸ガイドレール４４
を設け、このＹ軸ガイドレール４４によりガイドされる
第２のテーブル４５とからなるＸＹテーブルを有し、こ
のＸＹテーブルを構成する第１及び第２のテーブル４
３，４５はそれぞれマイクロメータヘッド４６，４７に
よって位置微調整可能となっている。また、第２のテー
ブル４５には、高さ調整リング４８がボルト等の手段に
よって固着して設けられている。この高さ調整リング４
８の外面にはねじが設けられており、この高さ調整リン
グ４８のねじの部分にマウント保持体４９が螺合されて
いる。そして、このマウント保持体４９にはレバー５０
が連結されており、このレバー５０を回動させることに
よって、マウント保持体４９の高さ位置を調整できるよ
うになっている。このマウント保持体４９にはリング状
のレンズマウント５１が螺挿されており、このレンズマ
ウント５１に被検レンズ８が、その被検面８ａの外周縁
近傍部位が当接するようにセットされる構成となってい
る。そして、マウント保持体４９を回動させることによ
って、レンズマウント５１の高さを調整する際に、レン
ズマウント５１がそれに連動して回動しないように保持
するために、マウント保持体４９は回動部４９ａ，４９
ｂと、この回動部４９ａ，４９ｂ間にクランプされて、
レンズマウント５１が直接螺合される保持体４９ｃとか
ら構成され、保持体４９ｃは高さ調整リング４８に装着
した回り止めピン５２により回り止めされている。な
お、基台４１及び第１，第２のテーブル４３，４５には
定盤２１の開口２１ａに対応する開口が設けられてい
る。

【００１６】ここで、被検レンズ８は球面レンズである
から、レンズマウント５１では、被検レンズ８の被検面
８ａを３点で支承させる。このために、図６及び図７に
示したように、レンズマウント５１の上面５１ａを平坦
な状態となし、この上面５１ａの円周方向に１２０°ず
らせた位置に３個の受承突起６１を突設するように構成
している。そして、これら３個の受承突起６１相互間の
高さ位置は正確に調整されている。これによって、被検
レンズ８を極めて精度良くマウントできるようになり、
かつレンズマウントの加工が容易になる。ここで、この
受承突起６１の先端部分に丸みを持たせておくことによ
り、被検レンズ８を装着する際に、この被検レンズ８に
傷が付く等といった不都合がなくなる。

【００１７】さらに、本体機枠２０には支持板３３が立
設されており、この支持板３３の上端部には台座部３４
が連設されている。この台座部３４は、定盤２１の上部
位置をほぼ完全に覆うように配設されて、その上にモニ
タ装置１２が設置されている。そして、定盤２１から台
座部３４までの間隔は、被検レンズ８をレンズマウント
５１にセットしたり、それから取り外したりする作業の
作業性を損なわない程度で、可及的に狭くすることによ
って、この台座部３４が邪魔になり、作業者がレンズマ
ウント５１の位置に目を近付けることができないように
なされている。従って、台座部３４は、モニタ装置１２
の設置部としての機能と、作業者に対する安全機構とし
ての機能とを発揮させることができるようになってい
る。

【００１８】本発明による干渉計装置は前述のように構
成されるものであって、この干渉計装置を用いることに
よって、球面レンズのニュートン本数を測定するニュー
トンチェッカとして用いることができ、これによって球
面レンズの仕上げ精度の検査を行うことができる。

【００１９】而して、まず所定のＦ値のレンズのニュー
トン本数を測定するのに適した基準レンズ７を干渉計本
体１に装着しておき、レンズマウント５１は、被検レン
ズ８の外径寸法に応じて、その外周縁近傍部を支承する
のに最適な寸法のものをマウント保持体４９に取り付け
ておく。そこで、レンズマウント５１にニュートンゲー
ジをセットする。ここで、ニュートンゲージは、被検レ
ンズ８の被検面８ａの形状が理想状態に形成されいるも
のである。ただし、その材質は必ずしも被検レンズ８と
同じものではなくとも良い。

【００２０】そこで、干渉計本体１とニュートンゲージ
との位置関係が、被検レンズ８をセットした時に、ニュ
ートン本数の測定を行うのに最適な相対位置関係となる
ように調整する。この相対位置関係の調整は、昇降ガイ
ド手段２３を作動させて干渉計本体１を上下動させ、ま
たマイクロメータヘッド４６，４７を操作して、レンズ
支持部材４０を構成する第１，第２のテーブル４３，４
５を微小移動させて、ニュートンゲージの水平方向の位
置を微調整する。さらには、昇降ガイド手段２３による
干渉計本体１の上下動はかなりストロークが大きいため
に、干渉計本体１の高さを微細に調整できない場合に
は、レバー５０を操作することによって、マウント保持
体４９を微小量上下方向に動かすことによって、ニュー
トンゲージの高さ方向の位置を微調整する。そして、こ
の間にレーザ発振器２からレーザビームを出射させて、
基準レンズ７の基準面７ｂからの反射光とニュートンゲ
ージからの反射光とを撮像手段１１に結像させて、この
像をモニタ装置１２に表示させる。このモニタ装置１２
に表示される像に干渉縞本数が最小の状態となると、相
対位置関係の調整が完了し、レンズマウント５１と干渉
計本体１とが、被検レンズ８のニュートン本数の測定、
即ちニュートンチェックを行うことができる状態とな
る。従って、干渉計本体１及びレンズマウント５１を当
該の位置において固定する。

【００２１】次に、ニュートンゲージをレンズマウント
５１から取り外し、被検レンズ８をこのレンズマウント
５１の上面５１ａに突設した３箇所の受承突起６１上に
セットして、その被検面８ａと基準レンズ７の基準面７
ｂとの間の干渉縞映像をモニタ装置１２に表示し、この
映像におけるニュートン本数に応じて被検レンズ８の被
検面８ａの仕上げ精度の検査を行うことができる。

【００２２】ところで、被検レンズ８は、その被検面８
ａにおける外周縁近傍部が受承突起６１に当接し、しか
もこの受承突起６１に当接する方向に自重が作用するの
で、被検レンズ８を固定するためにクランプ等を行わな
くとも、それを安定的に保持できる。被検レンズ８は３
点設けた受承突起６１に当接することになるが、この被
検レンズ８の光軸中心が、それに照射されるレーザビー
ムの光軸中心と一致しない場合がある。しかしながら、
被検レンズ８の被検面８ａはレーザビームの焦点位置か
らその曲率半径の長さ分だけ離れた位置に配置されてい
るから、被検レンズ８がその被検面８ａ内で多少位置ず
れしていたとしても、球面レンズの測定が行われる限り
格別不都合は来さない。従って、このことは、レンズマ
ウント５１と干渉計本体１との間で傾き角の調整を行う
必要がないことにもなり、レンズ支持部材４０によって
微調整を行う際に、傾き角の調整機構を設ける必要がな
くなることを意味し、この微調整機構の簡略化が図られ
る。

【００２３】このように、被検レンズ８に対して下方か
らレーザビームを照射するようにして、被検レンズ８は
レンズマウント５１上に載置するだけでセットでき、し
かもこのセット時に被検面８ａのレンズマウント５１へ
の当接位置が多少ずれたとしたとしても格別問題が生じ
ることがないことから、またニュートンゲージを用いて
一度干渉計本体１とレンズマウント５１との間の相対位
置を調整しておけば、被検レンズ８をセットする毎に再
調整を行う必要がない。また、このことから、ロボット
等のピックアンドプレイス手段を用いてレンズマウント
５１に被検レンズ８を連続的にセットしてそのニュート
ン本数の測定を行うことができるようになり、被検レン
ズ８の被検面８ａの仕上げ精度の検査作業の自動化を図
ることができる。なお、レンズマウント５１は微調整さ
れるようになっているが、干渉計本体１が装着されてい
る昇降ガイド手段２３及びレンズマウント５１が装着さ
れているレンズ支持部材４０は共に、定盤２１に装着さ
れているので、これらの組み付け誤差を最小限なものと
しておけば、レンズマウント５１の微調整は殆ど必要な
いか、または極僅かなもので良いので、ピックアンドプ
レイス手段による被検レンズ８のレンズマウント５１へ
のセット及び取り出しを行う位置が大きくずれるおそれ
はない。

【００２４】

【発明の効果】本発明は以上のように構成したので、球
面レンズの被検面の表面仕上げ状態をニュートン本数を
測定することにより行うに当って、ニュートンゲージを
レンズマウント部にセットして干渉計本体とレンズマウ
ント部との間の相対位置を調整する初期調整を行った後
に、実際に被検レンズのニュートン本数の測定を行う際
に、被検レンズをレンズマウント部の上にセットするだ
けで、この被検レンズをクランプすることなく安定的に
支承させることができ、また被検レンズをセットする毎
に干渉計本体とレンズマウント部との間の位置調整を行
うことがなくなり、ニュートン本数の測定を簡単な操作
で連続的に行うことができ、検査の自動化を図る上で非
常に都合が良い等といった諸効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】レーザ干渉計の構成説明図である。

【図２】本発明の干渉計装置の全体構成を示す外観図で
ある。

【図３】図２のＸ−Ｘ断面図である。

【図４】干渉計本体の昇降ガイド手段の構成説明図であ
る。

【図５】レンズ支持部材の構成を示す断面図である。

【図６】レンズ支持部材の外観斜視図である。

【図７】図６の平面図である。

【符号の説明】

１干渉計本体２レーザ発振器３反射ミラー４レーザビーム導光用光学系５ビームスプリッタ６コリメータレンズ７基準レンズ７ｂ基準面８被検レンズ８ａ被検面１０干渉縞結像用レンズ１１撮像手段２０本体機枠２１定盤２１ａ開口２２防振部材２３昇降ガイド手段２５ガイドレール２６昇降ブロック２９駆動手段４０レンズ支持部材４１基台４３第１のテーブル４５第２のテーブル４６，４７マイクロメータヘッド４８高さ調整リング４９マウント保持体５０レバー５１レンズマウント６１受承突起

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き審査官菊井広行 (56)参考文献特開平３−21806（ＪＰ，Ａ) 特開平４−6402（ＪＰ，Ａ) 実開昭62−62239（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01M 11/00 G01B 9/02 G01B 11/30 102

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】導光用の開口を備えた定盤と、この定盤
の下面側に垂設した昇降ガイド手段と、この昇降ガイド
手段に昇降可能に装着されて、基準レンズの基準面を前
記開口側に向けて配設した干渉計本体とを備え、球面レ
ンズからなる被検レンズの被検面の表面状態を検査する
ための干渉計装置において、前記定盤の上面側における開口形成位置に設けられ、前
記被検レンズを、その被検面が前記基準レンズと対向す
るように支承するレンズマウント部と、このレンズマウント部から突出するように設けられ、前
記被検レンズの被検面の外周縁部の近傍の部位を３点で
受承するために、円周方向に同じ間隔に配置した３つの
受承突起と、これら３つの受承突起に前記被検レンズを設置した時
に、この被検レンズの曲率中心を前記干渉計本体から照
射されるレーザ光の光軸上に位置させるように、前記レ
ンズマウント部を水平方向に位置を微調整する微調整手
段とを備える構成としたことを特徴とする干渉計装置。
【請求項２】前記微調整手段は、さらに前記レンズマ
ウント部の高さ位置を微調整することで、前記球面レン
ズと前記干渉計本体との間隔を微調整する高さ微調整手
段を含むものであることを特徴とする請求項１記載の干
渉計装置。
【請求項３】前記定盤における導光用開口の上部に
は、前記レンズマウント部から所定間隔置いた位置に、
この定盤の上部位置を覆うように台座部を設ける構成と
したことを特徴とする請求項１記載の干渉計装置。
【請求項４】前記定盤は防振部材を介して本体機枠上
に装着する構成としたことを特徴とする請求項１記載の
干渉計装置。