JPH0198946A - Light convergence optical system for optical measuring instrument - Google Patents

Light convergence optical system for optical measuring instrument

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JPH0198946A
JPH0198946A JP25667387A JP25667387A JPH0198946A JP H0198946 A JPH0198946 A JP H0198946A JP 25667387 A JP25667387 A JP 25667387A JP 25667387 A JP25667387 A JP 25667387A JP H0198946 A JPH0198946 A JP H0198946A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
lens
pinhole
optical system
laser
light
Prior art date
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Pending
Application number
JP25667387A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasuji Hattori
服部 保次
Susumu Inoue
享 井上
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority to JP25667387A priority Critical patent/JPH0198946A/en
Publication of JPH0198946A publication Critical patent/JPH0198946A/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/255Details, e.g. use of specially adapted sources, lighting or optical systems

Abstract

PURPOSE:To set the converged spot diameter and spread angle of converged light at a convergence point optionally and relatively small by providing a 1st lens system, a pinhole, a 2nd lens system, and a stop. CONSTITUTION:This optical system consists of the condenser lens 3 which converges laser light emitted by an He-Ne laser 1, the pinhole 10 provided at the convergence point of the laser light converged through the condenser lens 3, the lens 5a which converges the laser light emitted from this pinhole 10 on a body to be measured, the convergence point 12 of the laser light converged by the lens 5a, and the stop 11 provided between the convergence point and lens 5a. Consequently, the spot diameter of irradiation light required for the accurate measurement of the optical measuring instrument is reduced.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光学測定器用集光光学系に関し、特に詳細には
、レーザ光等で被測定物である対象物上を走査して、又
は、レーザ光等を固定した状態で対象物を移動して対象
物からの反射光又は透過光のレベル、指向性等を検出す
ることにより対象物の情報を得るための光学測定器の集
光光学系に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a condensing optical system for an optical measuring instrument, and more particularly, it scans an object to be measured with a laser beam or the like, or A focusing optical system of an optical measuring instrument that obtains information about an object by moving the object with a fixed laser beam, etc., and detecting the level, directivity, etc. of reflected or transmitted light from the object. Regarding.

この様な光学測定器としては、例えば、対象物の表面の
傷の有無により対象物に照射した光の反射率、反射方向
がが異なることを利用した傷検査装置や、屈折率分布を
もった円柱上測定物の側面にレーザ光を照射してその透
過光の屈折角により測定物の屈折分布を求める屈折率分
布測定装置等が知られている。
Examples of such optical measuring instruments include flaw inspection devices that utilize the fact that the reflectance and reflection direction of light irradiated onto an object differ depending on the presence or absence of flaws on the surface of the object, and flaw inspection devices that utilize refractive index distribution. 2. Description of the Related Art There are known refractive index distribution measuring devices that irradiate the side surface of a cylindrical object to be measured and determine the refractive distribution of the object based on the refraction angle of the transmitted light.

これらの測定装置では、被測定物の詳細な情報を得よう
とする場合には、被測定物に照射する集光スポット径を
小さくする必要があり、更には、透過光の屈折角を利用
して、内部の屈折率分布を求めるためには、集光スポッ
ト径を小さくすることに加えてその照射光の拡がり角を
小さくする必要があった。
With these measurement devices, in order to obtain detailed information on the object to be measured, it is necessary to reduce the diameter of the condensed light spot irradiating the object to be measured. Therefore, in order to determine the internal refractive index distribution, it was necessary to reduce the spread angle of the irradiated light in addition to reducing the condensed spot diameter.

〔従来技術〕[Prior art]

このような光学測定器であるレンズの傷検査装置の従来
例の代表例を第3図に示す。この第3図では、He−N
eレーザ1からの出力光はミラー2で反射され、集光レ
ンズ3で集束され、ハーフミラ−4を透過してレンズ5
、ミラー7により、集光スポットを被検レンズ8上に形
成する。この被検レンズ8を透過した光束は回帰反射ス
クリーン9により反射され、同じ光路を逆進する。この
逆進した反射光はハーフミラ−4により、分岐され検出
器6に入る。そして、この第3図では、ミラー7は、回
転可能であり、このミラー7を回転させることより、被
検レンズ8上でレーザスポットを走査し、その回帰反射
スクリーン9での反射光を検出器6で検出して、被検レ
ンズ8の状態を調べていた。
FIG. 3 shows a typical example of a conventional lens flaw inspection device which is such an optical measuring device. In this Figure 3, He-N
The output light from the e-laser 1 is reflected by a mirror 2, focused by a condenser lens 3, transmitted through a half mirror 4, and then sent to a lens 5.
, a condensed spot is formed on the lens 8 to be tested by the mirror 7. The light flux that has passed through the test lens 8 is reflected by the retroreflective screen 9 and travels backward along the same optical path. This backward reflected light is branched by a half mirror 4 and enters a detector 6. In FIG. 3, the mirror 7 is rotatable, and by rotating the mirror 7, the laser spot is scanned on the lens 8 to be tested, and the reflected light on the retroreflection screen 9 is detected. 6 to check the condition of the lens 8 to be tested.

〔本発明の解決すべき問題点〕[Problems to be solved by the present invention]

第3図に示す従来の光学測定器の集光光学系では、レー
ザの集光スポットをレンズ5により被検体であるレンズ
8上結像にする構成をとっている。
The condensing optical system of the conventional optical measuring instrument shown in FIG. 3 has a configuration in which the condensed spot of the laser is imaged by a lens 5 on a lens 8, which is an object to be examined.

そのため、レンズ5による集光スポット径を小さくする
ためには、レンズ5の結像倍率を小さくする必要がある
が、この場合には、レンズ5の集束光の拡がり角(図中
でθで示す。)が大きくなる。
Therefore, in order to reduce the diameter of the focused spot by lens 5, it is necessary to reduce the imaging magnification of lens 5. In this case, the divergence angle of the focused light of lens 5 (indicated by θ in the figure) is ) becomes larger.

また、この拡がり角を小さくするためにはレンズ5の結
像倍率を大きくする必要があり、この場合には、集束性
が悪くなり、集光スポット径を小さくすることができな
い。したがって、いわゆるトレードオフがあった。
Furthermore, in order to reduce this divergence angle, it is necessary to increase the imaging magnification of the lens 5, and in this case, the focusing property deteriorates and it is not possible to reduce the condensed spot diameter. Therefore, there was a so-called trade-off.

このように、光学測定器において、正確な測定に必要と
される2つの条件、すばわち、集光スポット径を小さく
すること且つ拡がり角を小さくすること、を同時に満足
させることができなかった。
In this way, it is not possible to simultaneously satisfy the two conditions necessary for accurate measurement with optical measuring instruments: reducing the focused spot diameter and reducing the divergence angle. Ta.

本発明は、上記問題点を解決し、集光点における集束光
の集束スポット径及び拡がり角を任意に且つ比較的小さ
く設定できる集光光学系を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and provide a condensing optical system in which the convergence spot diameter and divergence angle of converged light at a condensing point can be set arbitrarily and relatively small.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明に従う光学測定器用の集光光学系は、レーザ発光
装置より発せられたレーザ光を集光する−  3  = 第1のレンズ系と、第1のレンズ系により集光されたレ
ーザの集光点に配置されたピンホールと、透過照明され
たピンホールの像を所定の倍率で、測定されるべき物体
に投影する第2のレンズ系と、前記第2のレンズ系と前
記第2のレンズ系にょるレーザの集光点との間に設けた
絞りとを含むことを特徴とする。
The condensing optical system for an optical measuring instrument according to the present invention condenses laser light emitted from a laser emitting device. a pinhole arranged at a point; a second lens system that projects an image of the transmitted-illuminated pinhole onto an object to be measured at a predetermined magnification; the second lens system and the second lens; The system is characterized by including a diaphragm provided between the system and the convergence point of the laser.

〔作用〕[Effect]

上記のように構成とし、ピンホールを設けたことにより
、光源の大きさを小さく出来るばかりでなく、比較的安
定な輝度分布を有する2次光源を提供でき、更に、絞り
を設けたことにより集光スポットの拡がりを防止できる
By having the above structure and providing a pinhole, it is possible not only to reduce the size of the light source, but also to provide a secondary light source with a relatively stable luminance distribution. It can prevent the light spot from spreading.

〔実施例〕〔Example〕

以下図面を参照しつつ本発明に従う実施例について説明
する。
Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

図面中において、同一の符号で示される要素は、同一の
機能を有し、その為、重複した説明は省略する。
In the drawings, elements denoted by the same reference numerals have the same functions, and therefore, redundant explanation will be omitted.

第1図は本発明に従う集光光学系の構成を示す。FIG. 1 shows the configuration of a condensing optical system according to the present invention.

この図に示される集光光学系は、He−Neレーザ1よ
り発したレーザ光を集束させる集光レンズ3と、集光レ
ンズ3により集束されられレーザ光の集束点に設けられ
たピンホール10と、このピンホール10から出射され
るレーザ光を被測定物体に向けて集光するレンズ5aと
、このレンズ5aにより集光されるレーザ光の集束点1
2と、このレンズ5aとの間に設けられた絞り11とよ
り構成されている。
The focusing optical system shown in this figure includes a focusing lens 3 that focuses laser light emitted from a He-Ne laser 1, and a pinhole 10 provided at the focal point of the laser light focused by the focusing lens 3. A lens 5a that focuses the laser light emitted from the pinhole 10 toward the object to be measured, and a focal point 1 of the laser light focused by this lens 5a.
2, and an aperture 11 provided between the lens 5a and the lens 5a.

ここで、対物レンズ3は先に説明した第3図に示す従来
のものと同様の働きをする。次に、ピンホール10は、
そのピンホール径が数μm程度のものを使用し、通常、
レーザ光を用いてホログラム作成を行う際に用いるスペ
ーシャルフィルター(Sllatial Filter
)用のピンホールを用イル。そして、このピンホールを
設け、このピンホールの透過光を2次光源として使用す
ることにより、光源のサイズを小さくできるばかりでな
く、レーザ光の時間的空間的干渉によるスペクトルノイ
ズを除去し、比較的安定化された輝度分布を有する光源
を得ることができる。
Here, the objective lens 3 functions similarly to the conventional lens shown in FIG. 3 described above. Next, the pinhole 10 is
A pinhole with a diameter of several μm is usually used.
Spatial filter used when creating holograms using laser light
) using the pinhole. By providing this pinhole and using the light transmitted through this pinhole as a secondary light source, it is possible not only to reduce the size of the light source, but also to remove spectral noise caused by temporal and spatial interference of laser light, and to compare It is possible to obtain a light source with a visually stabilized luminance distribution.

また、絞り11は、レンズ5aにより集束点12に向け
て集束されるレーザ光の拡がり角(第1図においてθで
示す。)を制限する目的でこのような位置に設けである
。すなわち、この絞り11を設けることによりレンズ5
aの実質的な口径を選択可能にし、その結果、この口径
を小さくすることにより集光点12への集束光の拡がり
角θを小さくすることができる。
Further, the aperture 11 is provided at such a position for the purpose of limiting the divergence angle (indicated by θ in FIG. 1) of the laser beam focused toward the focal point 12 by the lens 5a. That is, by providing this aperture 11, the lens 5
The substantial aperture of a can be selected, and as a result, by reducing this aperture, the divergence angle θ of the convergent light to the focal point 12 can be reduced.

そして、集束されたレーザ光が走査されるべき被測定物
は、集束点12に設置される。この構成において、測定
に必要とするスポット径をDとし、ピンホール径をdと
すると、レンズ5aの拡大率をD/dとすればよい。こ
こで、このレンズ5a解像度の点より対物レンズを使用
することが好ましい。例えば、D/dの値が5であると
きは、5倍の倍率を有する対物レンズをレンズ5aに用
いる。
The object to be measured to be scanned with the focused laser beam is placed at the focusing point 12. In this configuration, if the spot diameter required for measurement is D and the pinhole diameter is d, then the magnification ratio of the lens 5a may be D/d. Here, it is preferable to use an objective lens in view of the resolution of this lens 5a. For example, when the value of D/d is 5, an objective lens having a magnification of 5 times is used as the lens 5a.

以上の構成の集光光学系を用いて、具体的にピンホール
の有無により集光点12における集光スポット径の変化
を測定した。
Using the condensing optical system with the above configuration, changes in the condensed spot diameter at the condensing point 12 were specifically measured depending on the presence or absence of a pinhole.

この測定では、レンズ3として、倍率10の対物レンズ
、レンズ5aとして倍率5の対物レンズ、ピンホール1
0としてピンホールの口径が1μmの物を用い、測定器
としては、直径10μmのコアを有するファイバ付き検
出器を用い、そのファイバ先端を第1図の29面内でス
キャンし、その光に強度分布を測定し、集光スポット径
を測定した。その結果を第2(a)及び(b)図に示す
In this measurement, the lens 3 is an objective lens with a magnification of 10, the lens 5a is an objective lens with a magnification of 5, and the pinhole 1 is an objective lens with a magnification of 5.
A pinhole with a diameter of 1 μm was used as zero, and a detector with a fiber having a core of 10 μm in diameter was used as the measuring device.The tip of the fiber was scanned within plane 29 in Figure 1, and the intensity of the light was measured The distribution was measured and the focused spot diameter was measured. The results are shown in FIGS. 2(a) and 2(b).

ここで、第2(a)図はピンホールを設けなかった場合
の結果を示し、第2(b)図はピンホールを設けた場合
を示す。第2(a)図では、集光スポットの半値幅が約
290μmであり、第2(b)図では集光スポットの半
値幅が約17μmである。
Here, FIG. 2(a) shows the result when no pinhole is provided, and FIG. 2(b) shows the result when a pinhole is provided. In FIG. 2(a), the half-width of the focused spot is about 290 μm, and in FIG. 2(b), the half-width of the focused spot is about 17 μm.

この測定結果からも判るように、ピンホールを設けた場
合の方が、より小さい集光スポット径のレーザ光を得る
ことができる。
As can be seen from this measurement result, when a pinhole is provided, a laser beam with a smaller focused spot diameter can be obtained.

また、絞りの口径と集光スポット径の拡がりとの関係に
ついては、第1図に示すPρ′の位置、すなわち、P、
Qより絞り11側の位置に、撮像管を設置して、絞り1
1の口径を直径2mm。
Regarding the relationship between the aperture diameter of the diaphragm and the spread of the focused spot diameter, the position of Pρ′ shown in FIG.
Install the camera tube at a position closer to aperture 11 than Q, and
1 has a diameter of 2mm.

1.5mm、1mmと、順に変化させ、撮像管上でのス
ポットの拡がりを測定したところ、絞り11の口径の大
きさと、スポットの拡がりとが正比例することが確認で
きた。
When the diameter of the spot was changed to 1.5 mm and then 1 mm, and the spread of the spot on the image pickup tube was measured, it was confirmed that the size of the aperture of the diaphragm 11 and the spread of the spot were directly proportional.

更に、本発明は上記実施例に限定されるものでなく、種
々の変形例が考えられ得る。
Furthermore, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications may be made.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明は上記のように構成することにより、光学測定器
の正確な測定に必要とされる、照射光のスポット径を小
さくでき、且つ、このスポット径を大きくすること無く
、その拡がり角をも小さくすることの出来る集光光学系
が実現できた。
By configuring the present invention as described above, it is possible to reduce the spot diameter of the irradiated light, which is required for accurate measurement with an optical measuring instrument, and also to increase the spread angle without increasing the spot diameter. We have achieved a condensing optical system that can be made smaller.

更に、第2(a)図と第2(b)図との比較からも判る
ように、スペックル(Speckle )起因する光量
の場所による変動も低減できる集光光学系が実現できる
Furthermore, as can be seen from the comparison between FIG. 2(a) and FIG. 2(b), it is possible to realize a condensing optical system that can also reduce variations in the amount of light depending on location due to speckle.

特に、円柱状透明体、例えば、光フアイバ母材の側方か
ら集束光を入射し、その透過光の屈折角より円柱状透明
体の内部屈折率分布を求める測定器の光源最適な光源を
提供することができる集光光学系を実現できた。
In particular, we provide an optimal light source for measuring instruments that enter focused light from the side of a cylindrical transparent body, such as an optical fiber base material, and determine the internal refractive index distribution of the cylindrical transparent body from the refraction angle of the transmitted light. We were able to create a condensing optical system that can do this.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明に係る集光光学系の構成図、第2図は本
発明の実施例の集光光学系を用いて測定した結果を示す
図、及び 第3図は従来の集光光学系の構成図である。 1・・・He−Neレーザ、3・・・集光レンズ、5a
・・・対物レンズ、10・・・ピンホール、11・・・
絞り。 特許出願人  住友電気工業株式会社
FIG. 1 is a configuration diagram of a condensing optical system according to the present invention, FIG. 2 is a diagram showing measurement results using the condensing optical system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a diagram showing a conventional condensing optical system. It is a block diagram of a system. 1... He-Ne laser, 3... Condensing lens, 5a
...Objective lens, 10...Pinhole, 11...
Aperture. Patent applicant: Sumitomo Electric Industries, Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 光学測定器用の集光光学系であって、 レーザ発光装置より発せられたレーザ光を集光する第1
のレンズ系と、 第1のレンズ系により集光されたレーザの集光点に配置
されたピンホールと、 透過照明されたピンホールの像を所定の倍率で、測定さ
れるべき物体に投影する第2のレンズ系と、前記第2の
レンズ系と前記第2のレンズ系によるレーザの集光点と
の間に設けた絞りとを含むことを特徴とする光学測定器
用集光光学系。
[Claims] A condensing optical system for an optical measuring instrument, comprising: a first condensing optical system for condensing laser light emitted from a laser emitting device;
a lens system, a pinhole placed at the focal point of the laser focused by the first lens system, and projecting an image of the transmitted-illuminated pinhole onto the object to be measured at a predetermined magnification. 1. A condensing optical system for an optical measuring instrument, comprising: a second lens system; and an aperture provided between the second lens system and a laser converging point by the second lens system.
JP25667387A 1987-10-12 1987-10-12 Light convergence optical system for optical measuring instrument Pending JPH0198946A (en)

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62223716A (en) * 1986-02-19 1987-10-01 サイスキャン・システムズ・インク Parfocal optical camera with improved s/n ratio

Patent Citations (1)

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JPS62223716A (en) * 1986-02-19 1987-10-01 サイスキャン・システムズ・インク Parfocal optical camera with improved s/n ratio

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