JPH06273267A

JPH06273267A - オートコリメータ装置

Info

Publication number: JPH06273267A
Application number: JP6029793A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Tada; 武多田; Nobuhiro Morita; 展弘森田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1993-03-19
Filing date: 1993-03-19
Publication date: 1994-09-30

Abstract

(57)【要約】【目的】オートコリメータの集光レンズと被検レンズ
との相対位置を容易に調整できるオートコリメータ装置
を提供することを目的としている。【構成】光源７と、前記光源からの光を前記被検レン
ズに照射する光学系１３，１４と、被検レンズの反射ス
ポット像を結像する位置検出手段１５とを一つの基台５
上に載せ、一面のみが非球面１ｂである被検レンズ１を
保持して該レンズの光軸回りに回転する保持装置２と、
集光レンズ１４との距離を変えるために、基台５を光軸
方向に移動する移動手段６を設け、前記位置検出手段１
５の信号から画像処理装置１６によって前記反射スポッ
ト像の面積を測定し、像の面積が最小になるように基台
を移動させる。こうすることにより、短時間で被検レン
ズの位置決めができ、以後の偏心測定が容易になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、非球面レンズの偏心を
測定する装置に関し、特に、該装置に使用されるオート
コリメータ装置に関するものである。

【０００２】非球面レンズの偏心、すなわち、非球面レ
ンズの光軸に対する非球面軸の倒れを測定する装置とし
ては、特開平１−２９６１３２号に記載のものが知られ
ている。

【０００３】前者の特開平１−２９６１３２号に記載の
ものは、被検レンズとしての非球面レンズを回転させ、
オートコリメータを用いて回転軸と非球面レンズの光軸
とが一致するようにレンズをアライメントし、再び、被
検レンズを回転させ、非球面軸測定部により非球面レン
ズ面の面と垂直な方向の回転による変位を測定し、検出
した変位から非球面軸の回転軸に対する傾きを求めるも
のである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の装置を
使用する場合、上述した回転軸と非球面レンズの光軸と
を一致させる作業に先立って、まず、被検面で反射され
た光の反射スポット像が充分小さくなるように、オート
コリメータと被検レンズとの相対位置を決める必要があ
り、この調整に時間がかかっていた。

【０００５】また、被検レンズの反射率は、コーティン
グにより異なり、反射率によっては、反射スポット像が
暗くなったり、あるいは逆に明るすぎて飽和して正確に
観測できなくなることがある。

【０００６】また、オートコリメータと被検レンズとの
距離は、被検レンズの曲率半径に依存するが、オートコ
リメータの集光レンズの焦点距離が一定であれば、被検
レンズの曲率半径が小さい場合、集光レンズと被検レン
ズとの距離が長くなり、この間の気流の乱れによる影響
を受ける。

【０００７】本発明は、上記の問題の解決を図ったもの
で、オートコリメータの集光レンズと被検レンズとの相
対位置を容易に調整できるオートコリメータ装置を提供
することを目的としている。また、本発明は、被検レン
ズから反射される光量を一定に保つことができるオート
コリメータ装置を提供することを目的としている。本発
明のさらに別の目的は、被検レンズの曲率半径に合わせ
てオートコリメータ装置と被検レンズとの距離を短くす
ることができるオートコリメータ装置を提供することに
ある。

【０００８】上記の目的を達成するための本発明は、光
源と、一面のみが非球面である被検レンズを保持して該
レンズの光軸回りに回転する保持装置と、前記光源から
の光を前記被検レンズに照射する光学系と、被検レンズ
の反射スポット像を結像する検出面とを有するオートコ
リメータ装置において、該オートコリメータ装置の集光
レンズと前記保持装置との間の距離を変化させる移動手
段と、前記検出面に設けられ反射スポット像に対応する
電気信号を出力する位置検出手段と、該位置検出手段の
信号から前記反射スポット像の面積を測定する画像処理
装置とを設け、該画像処理装置で検出した反射スポット
像の面積が最小になるように前記移動手段が作動する構
成を特徴としている。

【０００９】また、前記光源と前記被検レンズとの間に
ＮＤフィルタを設けた構成としたり、前記オートコリメ
ータ装置の集光レンズを交換式とした構成としたり、前
記集光レンズを３軸の微動ステージに取り付ける構成と
したり、前記反射スポット像を結像する光路内にビーム
スプリッタを設け、反射スポット像を前記位置検出手段
と、投影板との二箇所に結像させる構成としたり、前記
位置検出手段の前方にコンバータレンズを設け、前記光
学系の焦点距離を長くした構成とすることができる。

【００１０】

【作用】被検レンズを保持手段に取り付け、オートコリ
メータにより光源の光を被検レンズに照射すると、被検
レンズの反射スポット像が、検出面に設けられた位置検
出手段上に結像される。この反射スポット像の面積を画
像処理装置で測定し、像の面積が最小になるように移動
手段を作動させて、被検レンズと集光レンズとの距離を
調整する。

【００１１】

【実施例】以下に図面を用いて本発明の実施例について
説明する。図１は、本発明の第１実施例を示し、測定装
置の構成を示す図である。同図において、１は被検レン
ズで、保持装置２にエアー吸着等により保持される。保
持された面１ａが球面で、反対側が非球面１ｂである。
保持装置２は、回転駆動手段３によって被検レンズ１を
その光軸回りに回転する。回転駆動手段３には、ステッ
プモータ等の回転角を正確に出せるモータが使用され
る。４は、光軸から離れた一定の観測点に設けられた変
位計で、被検レンズ１の回転に伴う非球面１ｂの光軸方
向の変位を測定する。

【００１２】５は基台で、移動手段６と図示しないボー
ルねじを介して接続されており、移動手段６の移動用モ
ータによって光軸方向に進退自在である。基台５上に
は、オートコリメータ装置の主要部、すなわち、光源
７、ＮＤフィルタ８、ミラー９，１０、レンズ１１、ビ
ームスプリッタ１２、コリメータレンズ１３、集光レン
ズ１４があり、ビームスプリッタ１２のそばの検出面に
は、反射スポット像が結像される位置検出手段１５が設
けられている。位置検出手段１５には、ＣＣＤセンサを
使用している。

【００１３】１６は画像処理装置で、位置検出手段１５
で検出された反射スポット像の信号はここで処理され
て、重心位置が検出され、面積計算が行われ、そのデー
タが、演算処理装置１８に送られる。演算処理装置１８
は、画像処理装置からのデータに基づき移動量を算出
し、ドライバ１９を介して移動手段６を作動させる。一
方、画像処理装置１６は、反射スポット像の信号をモニ
タ１７に送り、モニタ１７の画面に反射スポット像を映
し出す。２０は、ＮＤフィルタ８の透過率を変更するた
めの透過率可変ドライバである。演算処理装置１８は、
画像処理装置１６から画像の明るさに比例した信号を受
け、これによって、所望されるＮＤフィルタ８の透過率
を算出して透過率可変ドライバ２０を介して変更する。

【００１４】図２を用いて、図１の装置の作用を説明す
る。被検レンズ１の光軸に対するセッティングがほぼ正
確で、モニタで反射スポットの像が観測可能な状態にな
ったとする。図２(a) に示すように、集光レンズ１４の
焦点距離ｆの位置に被検レンズ１が来ると、被検レンズ
１に照射される光束が、被検レンズ１上に収束し、第１
のフォーカスポイントが合う。このとき、モニタ１７で
観測される反射スポット像は、図２(c) のように最小の
点像となる。そして、このときの基台５の位置を移動手
段６に設けられたモータ（図示せず）のパルス数あるい
は、基台５に設けられたリニアエンコーダ（図示せず）
等により計測し、演算処置装置１８に記憶させる。

【００１５】次に、基台５をレンズ１の方へ移動させる
と、モニタ１７の反射スポット像は図２(c) の最小の像
から段々大きくなり、図２(d) の大きさまで達すると、
今度は再び徐々に小さくなっていく。非球面１ｂの近軸
曲率半径ｒとして、基台５が（ｆ−ｒ）の距離だけ被検
レンズ１の方へ移動すると、図２(b) に示す第２のフォ
ーカスポイントが現れる。ｆ，ｒは共に既知の数である
から、前述の第１のフォーカスポイントの際の基台の位
置から（ｆ−ｒ）だけ移動手段６で基台５を移動し、概
略の位置を決定したのち、画像処理装置１６で反射スポ
ット像の面積を測定し、これが最小となるように基台５
を微動させることで、最適なフォーカシングポイント
（第２のフォーカスポイント付近に存在する）を決定す
ることが可能となる。これらの操作を演算処理装置１８
に行わせることで、自動フォーカシングも可能となる。

【００１６】なお、被検レンズが凹面の場合は、上記第
１のフォーカスポイントから右側に（ｆ−ｒ）だけ移動
したところに第２のフォーカシングポイントが存在する
（ただし、この場合ｒの符号が負であることに注意）。
また、フォーカスを合わせる方法は、集光レンズ５を光
軸に平行に移動する方法や、被検レンズ１を移動する構
成としてもよい。

【００１７】被検レンズは、コーティングにより反射率
が異なる場合があり、反射率によって反射スポット像が
暗くなったり、逆に明るすぎて飽和して、正確な観測が
できなくなることがある。そこで、図１に示すように、
光源７と被検レンズ１との間にＮＤフィルタ８を挿入し
ている。このＮＤフィルタ８は、回転式あるいは電圧に
より透過率が変化するような材料、たとえば、液晶等で
形成されたフィルタを用いている。いずれの構成でも、
モータ等のドライバ２０に演算処理装置１８を接続する
ことにより、制御できる。

【００１８】図３は、被検レンズ面の反射率に対して最
適となる透過率をプロットした線図である。演算処理装
置１８にこの曲線を記憶させておき、被検レンズ１の反
射率を与えることで、この曲線からＮＤフィルタ８の最
適透過率を設定することができる。さらに、前述したフ
ォーカシング機構と組み合わせることで、様々な反射率
を持つレンズにも対応可能となる。あるいは、画像処理
装置１６からの信号を演算処理装置１８で受け、プロッ
ト像の明るさから最適な透過率を決めるようにしてもよ
い。

【００１９】集光レンズ１４は、被検レンズ１の非球面
１ｂ側の近軸曲率半径ｒ（図２(a)参照）に応じて焦点
距離を変化できることが望まれる。特に、前記ｒが小さ
い場合には、集光レンズ１４も焦点距離ｆの短いものに
した方がよい。というのは、被検レンズ１のｒが小さ
く、集光レンズ１４のｆが一定で変化できないとする
と、被検レンズ１と集光レンズ１４との間の距離が長く
なり、距離が長くなると、この間の気流に変化の影響を
受け、観測される反射スポット像にゆらぎが発生するか
らである。また、集光レンズ１４を交換可能にすれば、
非球面１ｂが凹面の場合、集光レンズ１４を凹レンズに
変えて、拡散光を非球面に照射することも可能となる。

【００２０】図４は、このような要請に対応したもの
で、集光レンズ１４の着脱が容易な構成を示す図であ
る。集光レンズ１４を円環状レンズホルダ１４ａに装着
し、レンズホルダ１４ａにはポールを付け、これが基台
に穿設された穴に嵌入するようにし、さらに基台上に立
てた位置合わせ治具１４ｂによって、光軸と垂直な方向
のセッティングができるようにしている。異なる焦点距
離の集光レンズ１４を幾つか用意しておけば、被検レン
ズ１の曲率半径に応じて交換することができ、交換する
場合でも、ポールや位置合わせ治具１４ｂによって、位
置合わせも容易となる。

【００２１】上記の構成によって、集光レンズ１４の概
略の位置決めは可能となるが、オートコリメータの感度
が高い場合には、レンズ１４とレンズホルダ１４ａ間の
クリアランスによって、図５の実線に示すように光軸が
狂ってしまう場合がある。この場合、レンズホルダ自体
を３軸の微動ステージ１４ｃに載せ、微調整を行うこと
によってレンズを点線１４′で示す位置に移動して光軸
を合わせることができる。

【００２２】図６(a) は本発明のさらに別の実施例の装
置を示す図である。全体に図１の実施例と同様であるか
ら、相違点を中心に説明する。この実施例では、ビーム
スプリッタ１２と位置検出手段１５との間に、もう一つ
のビームスプリッタ２１を設け、反射スポット像を位置
検出手段１５と、チャートが描かれた投影板２２とに結
像させている。投影板２２は、スリガラスのような光を
拡散するもので構成され、コリメータレンズ１３の焦点
位置に、反射スポット像が光点となって表示される。反
射スポット像は位置検出手段１５と投影板２２の二つに
結像するので、投影板２２上の反射スポット像により被
検レンズの粗いアライメントを行い、位置検出手段１５
上の反射スポット像により細かなアライメントを行うこ
とができ、レンズのアライメントが容易にできるように
なる。

【００２３】図７の実施例は、ビームスプリッタ１２と
位置検出手段１５との間に、ミラー２３と、コリメータ
レンズ１３の見かけの焦点距離を延ばす作用を持つ凹レ
ンズのようなコンバータレンズ２４を配置したものであ
る。ミラー２３は、光束を屈折させる必要がなければ、
省略してもよい。

【００２４】このような構成とすれば、オートコリメー
タの感度を上げることができる。すなわち、コンバータ
レンズ２４の倍率をＸ、図７(b) に図示するように被検
レンズ１の光軸に対する傾きをθ、コリメータレンズ１
３の焦点距離をｆ′、位置検出手段１５上での反射スポ
ット像の移動距離をδとした場合、コンバータレンズを
配置しない場合には、δ＝ｆ′tanθで表される。これ
に対し、コンバータレンズ２４を使用した場合の移動距
離δ′は、δ′＝ｆ′Ｘtanθとなり、感度が向上す
る。

【００２５】図８は、図６と図７の実施例を合成した実
施例である。ビームスプリッタ１２で反射されたビーム
は、次のビームスプリッタ２１で二つに分割され、一方
はコンバータレンズ２４を経て位置検出手段１５に反射
スポット像を結像し、他方は、投影板２２に反射スポッ
ト像を結像する。投影板２２上の反射スポット像は、コ
ンバータレンズを経ないので、粗い位置調整に適してい
るのに対し、位置検出手段１５の反射スポット像はコン
バータレンズにより感度が上がっており、細かな位置調
整に適する。すなわち、投影板２２上で粗い位置調整を
行い、反射スポット像が位置検出手段１５上に結像する
ようになったら、こちらで細かな位置調整を行うことが
できる。つまり、この実施例では、同一の光学系であり
ながら、感度の相違する光学系を備えていることにな
る。

【００２６】

【発明の効果】以上に説明したように、請求項１の発明
によれば、オートコリメータの集光レンズと被検レンズ
との距離を変化させる移動手段を設け、前記検出面に前
記反射スポット像の大きさを電気信号として検出する位
置検出手段を配置し、該位置検出手段で検出した反射ス
ポット像の面積が最小になるように、移動手段が作動す
る構成としたので、非球面レンズの偏心を測定する準備
段階である被検レンズとオートコリメタとのセッティン
グが容易になる。

【００２７】光源と前記被検レンズとの間にＮＤフィル
タを設けた構成とすれば、被検レンズの反射率による光
量変化を無くすか、減少させることができる。

【００２８】オートコリメータ装置の集光レンズを、交
換式とすれば、被検レンズと集光レンズ間の距離を小さ
く保ことができ、この間の気流の乱れによる影響を排除
できる。

【００２９】集光レンズを３軸の微動ステージに取り付
ける構成とすれば、オートコリメータの感度が高く、被
検レンズの光軸とオートコリメータの光軸とにずれが生
じる場合でも、そのずれを修正することができる。

【００３０】反射スポット像を結像する光路内にビーム
スプリッタを設け、反射スポット像を前記位置検出手段
と、投影板との二箇所に結像させる構成とすれば、投影
板で粗い（又は広い領域の）アライメントを行い、位置
検出手段で細かな（又は細かい領域の）アライメントが
できるので、全体としてアライメントが容易にできるよ
うになる。

【００３１】位置検出手段の前方にコンバータレンズを
設け、反射スポット像を結像する光学系の焦点距離を長
くした構成とすれば、位置検出手段で行うアライメント
の精度を上げることができる。また、ビームスプリッタ
により投影板にも結像させる構成とすれば、精度の高い
アライメントを容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のオートコリメータ装置の構成を示す図
である。

【図２】(a) は図１に示すオートコリメータ装置におけ
る第１フォーカスポイントを示す図、(b) は第２フォー
カスポイントを示す図、(c) は第１フォーカスポイント
における反射スポット像、(d) は第１と第２フォーカス
ポイントの中間における反射スポット像、(e) は第２フ
ォーカスポイントにおける反射スポット像を示す図であ
る。

【図３】ＮＤフィルタの透過率と、レンズ反射率との関
係を示す線図である。

【図４】交換可能な集光レンズの構成を示す図である。

【図５】集光レンズに３軸微動装置を取り付けた状態を
示す図である。

【図６】(a) は反射スポット像を位置検出手段と投影板
の二箇所に結像させる実施例の構成を示す図、(b) は投
影板に結像した反射スポット像を示す図である。

【図７】(a) は位置検出手段の前にコンバータレンズを
配置した状態を示す図、(b) は被検レンズの光軸に対す
る傾きを示す図である。

【図８】図６と図７の実施例を合わせた実施例の構成を
示す図である。

【符号の説明】

１被検レンズ１ｂ非球面２保持装置３回転駆動手段４変位計５基台６移動手段７光源８ＮＤフィルタ１２ビームスプリッタ１４集光レンズ１５位置検出手段１６画像処理装置２１ビームスプリッタ２２投影板２４コンバータレンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、一面のみが非球面である被検レ
ンズを保持して該レンズの光軸回りに回転する保持装置
と、前記光源からの光を前記被検レンズに照射する光学
系と、被検レンズの反射スポット像を結像する検出面と
を有するオートコリメータ装置において、該オートコリメータ装置の集光レンズと前記保持装置と
の間の距離を変化させる移動手段と、前記検出面に設け
られ反射スポット像に対応する電気信号を出力する位置
検出手段と、該位置検出手段の信号から前記反射スポッ
ト像の面積を測定する画像処理装置とを設け、該画像処
理装置で検出した反射スポット像の面積が最小になるよ
うに前記移動手段が作動することを特徴とするオートコ
リメータ装置。
【請求項２】前記光源と前記被検レンズとの間にＮＤ
フィルタを設けたことを特徴とする請求項１記載のオー
トコリメータ装置。
【請求項３】前記オートコリメータ装置の集光レンズ
を、交換式としたことを特徴とする請求項１記載のオー
トコリメータ装置。
【請求項４】前記集光レンズを３軸の微動ステージに
取り付けることを特徴とする請求項３記載のオートコリ
メータ装置。
【請求項５】前記反射スポット像を結像する光路内に
ビームスプリッタを設け、反射スポット像を前記位置検
出手段と、投影板との二箇所に結像させることを特徴と
する請求項４記載のオートコリメータ装置。
【請求項６】前記位置検出手段の前方にコンバータレ
ンズを設け、前記光学系の焦点距離を長くしたことを特
徴とする請求項１から５のいずれかに記載のオートコリ
メータ装置。