JP4133574B2 - 偏芯測定器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学機器に用いられるレンズの偏芯を測定する偏芯測定器に関する。
【０００２】
【背景技術】
従来、光学機器に用いられるレンズの偏芯を測定するための偏芯測定器が知られている（例えば、特許文献１）。
図３に示されるように、この公報の偏芯測定器１００によれば、ケース１０２内に収容されるとともに、光軸Ｌ上に、光源１１１と、この光源１１１からの光を集束する集光レンズ１１２と、集光レンズ１１２の焦点に配置されたピンホール１１３ａを有する指標１１３と、ピンホール１１３ａを焦点として配置されたコリメータレンズ１１４と、コリメータレンズ１１４からの平行光を測定物、つまり被検レンズ１３０の近軸焦点に投影するためのフォーカスレンズ（対物レンズ）系１１５を含み構成された照明光学系１１０と、フォーカスレンズ系１１５と被検レンズ１３０の間に配置され被検レンズ１３０からの光を観測するための観測手段１２０とを備えて構成されている。
【０００３】
ここで、フォーカスレンズ系１１５は、光軸Ｌに沿って移動可能に設けられた第１フォーカスレンズ１１６と、固定された第２フォーカスレンズ１１７とを含み構成されている。
また、観測手段１２０は、ビームスプリッタ１２１と、このビームスプリッタ１２１からの光を集光する投影レンズ１２３と、投影レンズ１２３からの光を投影させて観測するための受光センサ２４とを含み構成されている。
なお、被検レンズ１３０は図示しない高精度の回転台に載置されている。
【０００４】
このように構成された偏芯測定器において、光源１１１から照射された光は、ピンホール１１３ａを通過した後、コリメータレンズ１１４に入射される。すると、コリメータレンズ１１４はピンホール１１３ａを焦点としていることから、コリメータレンズ１１４に入射された光は、平行光としてフォーカスレンズレンズ系１１５に入射される。
このフォーカスレンズ系１１５に入射された平行光は、ビームスプリッタ１２１を透過した後、被検レンズ１３０の近軸焦点で結像するように被検レンズ１３０に入射される。被検レンズ１３０に入射された光は、近軸焦点から発せられた光と同等であるので、被検レンズ１３０によって平行光として反射され、この反射光はビームスプリッタ１２１で向きを変える方向に反射され、観測手段１２０によって観測される。
【０００５】
観測手段１２０において被検レンズ１３０からの反射像、つまり、ピンホール１１３ａの投影像の投影位置は、被検レンズ１３０の偏芯度に応じて変化する。被検レンズ１３０を回転させながら、投影像の軌跡であるリサージュ図形を観測することによって、被検レンズ１３０の偏芯度を測定することができる。
以上のように、フォーカスレンズ系１１５からの光を被検レンズ１３０の近軸焦点に投影し、反射光を平行光とすることにより、被検レンズ１３０の曲率半径に影響を受けず、高精度な偏芯測定をすることができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−２０５９９８号公報。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の偏芯測定器１００では、ビームスプリッタ１２１がハーフミラーで構成されており、第１フォーカスレンズレンズ１１６、および第２フォーカスレンズ１１７を通過した光がビームスプリッタ１２１から被検レンズ１３０に到達し、そこから再度ビームスプリッタ１２１に反射されて受光センサ２４に結像するようになっている。
その結果、まず、第１フォーカスレンズレンズ１１６、および第２フォーカスレンズ１１７からビームスプリッタ１２１に入射するとき、半分（５０％）の光量は透過するが、残りの半分（５０％）の光量は反射するため、この時点で５０％の光量のロスが生じる。
【０００８】
次いで、被検レンズ１３０で反射された光はビームスプリッタ１２１によって受光センサ１２４側に反射されるが、被検レンズ１３０からビームスプリッタ１２１に入射するとき、被検レンズ１３０に届いた５０％の光量の半分（２５％）の光量は反射するが、残りの半分（２５％）の光量は透過するため、受光センサ１２４に届く光量は２５％に過ぎず、反射と透過の合計で７５％にも及ぶ大きな光量のロスが発生している。
その結果、被検レンズの反射率が小さい場合には、光源のパワーを大きくしなければ、被検レンズ１３０からの反射像を投影することができず、被検レンズ１３０の偏芯度を測定することができないという問題がある。
【０００９】
また、従来の偏芯測定器１００では、フォーカスレンズ系１１５の２つのレンズ１１６，１１７と、コリメータレンズ１１４、および投影レンズ１２３の合計４個のレンズが用いられており、さらに、フォーカスレンズ系１１５の第１フォーカスレンズ１１６が、光軸Ｌに沿って移動可能とされているため、移動用の駆動部が必要となる。その結果、構造が複雑になり、その分、測定精度に必ずしも十分な信頼性が得られないおそれがあり、また、装置が大型化するという問題もある。
【００１０】
本発明の目的は、光量のロスを少なくできてエネルギーの低減化を図れるとともに、構造の簡略化および小型化を図れ、かつ測定精度の信頼を得ることが可能となる偏芯測定器を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の偏芯測定器は、光源と、この光源からの光を通過させる指標と、この指標を通過した光を被検レンズ側に全反射させるとともに透過部を有する全反射部材と、この全反射部材からの光を前記被検レンズの近軸焦点に結像させる対物レンズを有する照明光学系と、前記被検レンズによる反射像を観測する観測手段と、を備えた偏芯測定器であって、前記対物レンズは、前記照明光学系を構成するとともに、前記被検レンズからの反射像を前記全反射部材の前記透過部近傍で結像させて観察可能とし、前記観測手段を構成するものであることを特徴とするものである。
【００１２】
この発明において、被検レンズからの反射像が結像される全反射部材の透過部近傍とは、透過部の位置そのものを含むとともに、透過部の被検レンズ側に所定距離寄った位置、あるいは、透過部を越えて観測手段側に所定距離寄った位置も含むものである。
【００１３】
このような構成によれば、光源から発射された光は、指標を通過した後、全反射部材に入射し、そこから対物レンズに入射されて、被検レンズの近軸焦点に結像される。被検レンズからの反射光は、被検レンズの近軸焦点から発射された光と同等となるので、被検レンズからの反射光は平行光となる。この被検レンズからの反射像は対物レンズに入射されるとともに、対物レンズによって全反射部材の透過部近傍で結像される。そして、その像を観測手段で観測することで、被検レンズの偏芯度を測定することができる。
【００１４】
その結果、光源から発射された光のほとんどが全反射部材で反射されて対物レンズに入射するので、光量のロスがほとんどなくなる。従って、被検レンズの反射率が小さい場合でも、光源のパワーを大きくしなくても被検レンズ１３０からの反射像を容易に投影することができ、エネルギーの低減化を図れる。
また、対物レンズが全反射部材から反射される光を被検レンズの近軸焦点に結像させるとともに、被検レンズからの反射光を全反射部材の透過部近傍で結像させることができるようになっているので、１つの部材で照明光学系および観測手段の２つの役割を果たすことができる。従って、部品点数の削減ができ、構造の簡略化、小型化およびコストダウンを図ることができる。
さらに、例えば、被検レンズの曲率半径に合わせて、対物レンズに設けた移動可能な焦点距離調整用レンズを移動させるための駆動機構が不要となり、その結果、ここでも構造の簡略化、小型化およびコストダウンを図れるとともに、調整部が減るため、測定精度に十分な信頼性が得られるようになる。
【００１５】
ここで、被検レンズを換えて測定するときは、被検レンズの近軸焦点に対物レンズからの光を投影するように、被検レンズの曲率半径に合わせて偏芯測定器全体、あるいは被検レンズを移動させて調整する。このとき、被検レンズの曲率半径の分だけ移動させればよいので、種類の異なる被検レンズの測定に容易に対応することができる。
【００１６】
請求項２に記載の偏芯測定器は、請求項１に記載の偏芯測定器において、前記観測手段は、前記全反射部材の透過部近傍で結像された前記被検レンズからの反射像を拡大する投影レンズと、この投影レンズからの光を結像させる受光センサとを含み構成されていることを特徴とするものである。
【００１７】
このような構成によれば、全反射部材の透過部近傍で結像された被検レンズからの反射像を投影レンズで拡大して受光センサに投影できるので、透過部を最小の穴径とすることができ、その結果、光量のロスを最大限に防止することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１には、本発明にかかる偏芯測定器の一実施形態が示されている。
第１実施形態の偏芯測定器１は、ケース２内に収容され、測定されるレンズ、つまり被検レンズ３０に対して光を入射させる照明光学系１０と、被検レンズ３０からの反射光を観測するための観測手段２０を備えて構成されている。
【００１９】
照明光学系１０は、光源１１と、集光レンズ１２と、指標１３と、全反射部材である全反射ミラー１４と、対物レンズ１５とを備えている。
これら光源１１等は、光源１１から被検レンズ３０に向かう照明光学系１０の光軸Ｌ１に沿って配置されている。なお、光軸Ｌ１は、垂直な第１の光軸Ｌ１ー１と、この光軸Ｌ１ー１と直交する水平な第２の光軸Ｌ１ー２とで構成されている。
【００２０】
光源１１は、光を発射する発光体であって、種々の発熱発光灯や放電灯を用いることができる。
集光レンズ１２は、光源１１の下方に設けられており、光源１１からの光を集光するようになっている。
指標１３は、集光レンズ１２の焦点に合うように設けられており、ピンホール１３ａを有している。
【００２１】
全反射ミラー１４は、指標１３の下方に設けられている。この全反射ミラー１４は、光源１１からの光を反射する反射面１４ａを有し、光源１１からの光のほとんどが被検レンズ３０側に反射するように、垂直な第１の光軸Ｌ１ー１に対して４５°傾斜して配置されている。また、全反射ミラー１４の中心には、所定の大きさの透過部１４ｂが形成されている。
対物レンズ１５は、第２の光軸Ｌ１−２上で全反射ミラー１４の反射面１４ａと被検レンズ３０側に設けられ、被検レンズ３０の近軸焦点にピンホール１３ａの像を結像させるようになっている。
【００２２】
観測手段２０は、光軸Ｌ２上に配置された前記対物レンズ１５と、投影レンズ２１と、受光センサ２２を備えて構成されている。
対物レンズ１５は、全反射ミラー１４から反射された光を前述のように、被検レンズ３０の近軸焦点にピンホール１３ａの像を結像させる他、被検レンズ３０から反射された光を全反射ミラー１４の透過部１４ｂの位置で結像させることができる。
投影レンズ２１は、対物レンズ１５によって全反射ミラー１４の透過部１４ｂで結像された像を拡大して受光センサ２４上に拡大投影させることができる。
被検レンズ３０は回転台（不図示）に載置され、この回転台は、光軸Ｌ１ー２、Ｌ２回りに高精度で回転可能に設けられている。
【００２３】
以上のような構成の偏芯測定器１は、対物レンズ１５を移動させる駆動機構を有しないため、曲率半径が異なる被検レンズ３０の測定を行う場合、偏芯測定器１全体を被検レンズ３０の曲率半径に合わせて移動させるか、あるいは、偏芯測定器１に対して被検レンズ３０を移動させてから、測定に移行する。
なお、被検レンズ３０としては、偏芯測定器１全体、あるいは、被検レンズ３０を移動させやすい距離、例えば曲率半径±５０ｍｍ以下のレンズ面の測定に使用することが好ましいが、曲率半径の大きさは上記大きさに限定されない。
【００２４】
次に、このような構成の偏芯測定器１による被検レンズ３０の測定方法を説明する。
まず、光源１１から発射され、集光レンズ１２で絞られた光は、指標１３のピンホール１３ａを通過する。ピンホール１３ａを通過した光は全反射ミラー１４に入射され、この全反射ミラー１４の反射面１４ａで透過部１４ｂを除いた全部の光が反射される。
【００２５】
全反射ミラー１４で反射された光は対物レンズ１５に入射された後、被検レンズ３０の近軸焦点で像を結ぶ。この被検レンズ３０に入射された光は、被検レンズ３０の近軸焦点から発射された光と同等であることから、被検レンズ３０から平行光として反射され、上記対物レンズ１５に入射される。この対物レンズ１５に入射された光は、全反射ミラー１４の透過部１４ｂで結像された後、投影レンズ２１に入射されて拡大され、拡大された像が受光センサ２２に投影される。そして、この投影された像を観測することにより、被検レンズ３０の偏芯度が測定される。
【００２６】
ここで、曲率半径が異なる被検レンズ３０の偏芯度を測定する場合は、対物レンズ１５が固定されているため、偏芯測定器１全体、あるいは被検レンズ３０を曲率半径の変化分と同等の距離だけ移動させる。例えば、被検レンズ３０の曲率半径を３０ｍｍから５０ｍｍに変えた場合、被検レンズ３０で平行光が得られるように、２０ｍｍだけ偏芯測定器１全体、あるいは被検レンズ３０を移動させてから測定すればよい。
【００２７】
次に、以上の偏芯測定器１を用いて、図２に示すように、被検レンズ３０Ａが凹レンズである場合の測定方法を説明する。
この場合、全反射ミラー１４で反射された光源１１からの光は、対物レンズ１５に入射された後、被検レンズ３０Ａの手前位置に相当する近軸焦点で像を結ぶ。この被検レンズ３０Ａに入射された光は、被検レンズ３０Ａの近軸焦点から発射された光と同等であることから、被検レンズ３０Ａの凹面から平行光として反射され、前記対物レンズ１５に入射される。この対物レンズ１５に入射された光は、前記被検レンズ３０の場合と同様、全反射ミラー１４の透過部１４ｂで結像された後、投影レンズ２１に入射されて拡大され、拡大された像が受光センサ２２に投影される。そして、この投影された像を観測することにより、被検レンズ３０Ａの偏芯度が測定される。
【００２８】
以上のような構成の偏芯測定器１によれば、次のような効果がある。
(1) 全反射ミラー１４の透過部１４ｂで結像させることによって、全反射ミラー１４の透過部１４ｂの径を小さくすることができるため、光源１１から発射された光のほとんどが全反射ミラー１４で反射されて対物レンズ１５に入射する。その結果、光量のロスを少なくすることができ、被検レンズの反射率が小さい場合でも、光源のパワーを大きくせずに被検レンズ１３０からの反射像を容易に投影することができ、エネルギーの低減化を図れる。
【００２９】
(2) 対物レンズ１５が全反射ミラー１４から反射される光を被検レンズ３０の近軸焦点に結像させるとともに、被検レンズ３０からの反射光を全反射ミラー１４の透過部１４ｂの位置で結像させることができるので、１つの部材で照明光学系１０および観測手段２０の２つの役割を果たすことができる。従って、部品点数の削減ができ、構造の簡略化、小型化およびコストダウンを図ることができる。
【００３０】
(3) 本実施形態の偏芯測定器１では、例えば、被検レンズの曲率半径に合わせて、対物レンズに設けた移動可能な焦点距離調整用レンズを移動させるための駆動機構が不要となり、その結果、構造の簡略化、小型化およびコストダウンを図れるとともに、調整部が減るため、測定精度に十分な信頼性が得られるようになる。
(4) 偏芯測定器１が、前述のように構造の簡略化、小型化が図られており、小さなユニットとすることができるので、組み込みユニットとして流用しやすくなる。
【００３１】
(5) 指標１３のピンホール１３ａの像を、被検レンズ３０の近軸焦点で結像するように入射しているため、被検レンズ３０の偏芯量による受光センサ２２の入射位置が、被検レンズ３０の曲率半径によって変化せずに常に一定となり、その結果、感度を一定に維持することができる。
【００３２】
なお、本発明の偏芯測定器は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更を加え得ることはもちろんである。
例えば、前記実施形態では、被検レンズ３０からの反射光は、対物レンズ１５によって、全反射ミラー１４の透過部１４ｂの位置で結像させるようになっているが、これに限らず、全反射ミラー１４の透過部１４ｂの近傍で結像させるものであれば、透過部１４ｂから対物レンズ１５側に寄った位置、あるいは、透過部１４ｂを越えて投影レンズ２１側に寄った位置で結像させるようにしてもよい。このようにすれば、透過部１４ｂの穴径が実施形態よりわずかに大きくなるが、前記(1) とほぼ同様の効果を得ることができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の偏芯測定器によれば、光量のロスを少なくできてエネルギーの低減化を図れるとともに、構造の簡略化および小型化を図れ、かつ測定精度の信頼を得ることが可能となるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す図である。
【図２】前記実施形態において、被検レンズが異なるタイプの場合を示す図である。
【図３】従来技術を示す図である。
【符号の説明】
１ 偏芯測定器
１０ 照明光学系
１１ 光源
１３ 指標
１３ａ ピンホール
１４ 全反射ミラー（全反射部材）
１４ｂ 透過部
１５ 対物レンズ
２０ 観測手段
２１ 投影レンズ
２２ 受光センサ
３０ 被検レンズ
Ｌ１、Ｌ２ 光軸

Claims (2)

1. 光源と、この光源からの光を通過させる指標と、この指標を通過した光を被検レンズ側に全反射させるとともに透過部を有する全反射部材と、この全反射部材からの光を前記被検レンズの近軸焦点に結像させる対物レンズを有する照明光学系と、前記被検レンズによる反射像を観測する観測手段と、を備えた偏芯測定器であって、
   前記対物レンズは、前記照明光学系を構成するとともに、前記被検レンズからの反射像を前記全反射部材の前記透過部近傍で結像させて観察可能とし、前記観測手段を構成するものであることを特徴とする偏芯測定器。
2. 請求項１に記載の偏芯測定器において、
   前記観測手段は、前記全反射部材の透過部近傍で結像された前記被検レンズからの反射像を拡大する投影レンズと、この投影レンズからの光を結像させる受光センサとを含み構成されていることを特徴とする偏芯測定器。

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