JPH0739982B2

JPH0739982B2 - レンズ系の偏心測定装置用光学系

Info

Publication number: JPH0739982B2
Application number: JP1249951A
Authority: JP
Inventors: 友浩米沢; 寿郎菊池
Original assignee: Olympus Optic Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1989-09-26
Filing date: 1989-09-26
Publication date: 1995-05-01
Anticipated expiration: 2010-05-01
Also published as: JPH03111731A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、レンズ系の偏心装置の光学系に係わり、特に
被測定レンズ系がズームレンズ系のようにエレメント数
が多く、かつ内部に移動部分を有するレンズ系の偏心装
置の光学系に関する。

〔従来の技術〕

従来一般的なレンズ系の偏心測定方法としては、オート
コリメーション法が採られている。

このオートコリメーション法について第７図（ａ）にて
説明する。

第７図（ａ）は、一般に用いられているオートコリメー
ション法の光学系の光路図である。

図に示すように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
上の曲率中心、即ち被測定面と観察系との間に存在する
別の面によって生ずる被測定面の虚像の曲率中心の位置
Ａにオートコリメーションによって指標I₁を投影し、面
S₁による等倍の反射像I₂をＡと同じ位置に生じさせる方
式である。

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、その基準軸Ｂ上に指標像I₁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、
基準値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および
ΔＹ（以下略してΔとする）は個々の面の偏心量εに比
例するので各面について、その見かけの曲率中心位置に
投影した指標像I₁のこのような振れ量Δの測定値を得れ
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。

上記オートコリメイション方式を応用した技術として
は、例えば先に本出願人が提案した特願昭63-253231号
がある。この先願に開示されたものは、イメージローテ
ーターを応用したレンズ静止法の技術である。

上記先願技術を第７図（ｂ）にて説明する第７図（ｂ）
は、偏心測定装置の光学系を示した説明図である。

第７図（ｂ）に示す装置では測定軸Ｚ上に光源S,コンデ
ンサーレンズC,ビームスプリッターH,コリメーターレン
ズＫが、また観測軸Ｚ′の軸上に、拡大鏡Ｅが、また基
準軸設定用にミラーM,コリメーターレンズＫ′，イメー
ジローテーターR,ビームスプリッターＨ′が光軸Ｚ″上
に配置されている。

上記方法は、基準軸Ｚに沿って、光源Ｓ、コリメーター
レンズＣ、コリメーターレンズＫにより指標Ｉを被測定
レンズ系Ｌの各レンズ面S₁，S₂，S₃，…の予め定められ
た曲率中心位置に順次投影し、この指標をビームスプリ
ッターＨ′を介して被測定レンズ系Ｌの該当レンズ面で
反射させて、反射像I₂を形成させると共に、光源Ｓより
出射した光束の一部をビームスプリッターＨ′によって
基準軸設定用光学系に導き、コリメーターレンズＫ′に
よって平行光束としたのちミラーＭで反射させ、逆の経
路で光源Ｓの方向に戻し、その戻ってきた光束をビーム
スプリッターＨによって観察軸Ｚ′の方向に屈折させ、
結像面Ｆ上に反射像Ｉ′₂を結像させる。続いてイメー
ジローテーターＲを回転させると、反射像Ｉ′₂は、結
像面Ｆ上で回転するが、拡大鏡Ｅを用いて反射像Ｉ′₂
の回転中心の位置と反射像I₂の位置を比較して、その振
れ量ΔX,ΔＹを求めることができる。

上記方式（方法）によれば測定軸Ｚ上に配設されたコリ
メーターレンズ系Ｋのアライメントずれを完全に補正す
ることができ、また測定用コリメーターレンズ系Ｋの移
動に対して、ミラーM,コリメーターレンズ系Ｋ′、イメ
ージローテーターＲの調整は不用となり、作業効率のよ
い高速度の測定を行なうことができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術においては、特に第７図（ｂ）において、
被測定レンズ群Ｌの被測定面S₁，S₂，S₃，S₄，…の球心
が光軸Ｚ上に広範囲に分布している場合には次のような
問題点があり、レンズ系の偏心測定装置の光学系として
は満足できるものではなかった。

光軸Ｚ″の任意の１点即ちコリメーターレンズＫの作用
で光源Ｓから出た光が収束した点から出る光を、コリメ
ーターレンズ系Ｋ′を移動することにより平行光として
ミラー側に射出してやらねばならないが、第７図（ｂ）
の如き構成をとると光軸Ｚ″方向に移動するコリメータ
ーレンズＫ′の作動距離が非常に大きくなってしまう。
またコリメーターレンズＫの倍率は、２つのレンズ群の
組み合わせによって得られるが、指標の投影倍率計算
が、複雑になってしまい、被測定レンズ系Ｌの被測定面
S₁，S₂，S₃，…に対する感度が、被測定面の球心の位置
によって異なってしまう。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたもので、
被測定レンズ系の被測定面の偏心を２°程度まで測定す
ることを可能としたレンズ系の偏心測定装置の光学系を
提供することを目的としたものである。

〔課題を解決するための手段および作用〕

本発明は基本構成を第１図に基づいて説明する。

第１図は、本発明に係わる偏心測定装置のレンズ系の基
本構成を示す概略説明図である。

図に示すように光軸Ｂ上に固定装着された光源２の出射
方向に、入射した光束を２分岐するビームスプリッター
３を配設している。

このビームスプリッター３を透過した、直進する光束の
方向に同軸上には、コリメーターレンズ系（第１群）４
を固設配置している。更にこのコリメーターレンズ系
（第１群）４より出射した光束を入射させるために同軸
上にコリメーターレンズ系（第２群）５を配設してい
る。このコリメーターレンズ系（第２群）５より出射し
た光束は、同軸上に配設された切り換え自在に構成され
たコリメーターレンズ系（第３群）6aおよび6bに入射す
るよう構成されている。

上記ビームスプリッター３により反射された光束上には
結像面７を設けた基準軸設定用光学系を構成している。

上記コリメーターレンズ系（第３群）より出射した光束
は、同軸上の装置に配設された光束を２分するビームス
プリッター８に入射するよう構成されている。このビー
ムスプリッター８により一部反射された出射光束は、回
転構成されたイメージローテータ９に入射するよう配設
されている。

このイメージローテータ９より出射した光束は、イメー
ジローテータ９と同軸上に配設され、切換自在に構成さ
れた基準軸設定用コリメーターレンズ系（第１群）10に
入射するよう構成されている。また基準軸設定用コリメ
ーターレンズ系（第１群）10により出射した光束は、同
軸上に配設された基準軸設定用コリメーターレンズ（第
２群）11に入射されるよう構成されている。更に基準軸
設定用コリメーターレンズ（第２群）11より出射した光
束は、装置の端部に固設されたミラー12によりその入射
光束を反射させて元の光路に戻す（導く）ように構成さ
れている。

上記測定用コリメーターレンズ（第１群）４と、測定用
コリメーターレンズ（第２群）５の間は、アフォーカル
となっている。また上記赤外線半導体レーザー光源２
は、測定コリメーターレンズ系（第１群）４の焦点位置
に配設されている。

上記赤外線半導体レーザー光源２よりビームスプリッタ
ー８に入射し直進する方向には、同軸上に装填された被
測定レンズ系13が配設されている。次に第２図にて、測
定用コリメーターレンズ系の結像関係について説明す
る。

第２図（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）は、測定用コリ
メーターレンズ系の結像関係を示す説明図である。

図（ａ）において符号２は光源であり、４は、コリメー
ターレンズ第１群である。第１群４の次に配設されてい
るのは、測定用コリメーターレンズ第２群５であり、測
定用コリメーターレンズ第２群５の次に配設されている
のは、測定用コリメーターレンズ第３群6aである。測定
用コリメーターレンズ第３群6aは正のパワーを有してい
る。

第２図（ａ）は、無限遠の点に結像させる場合の測定用
コリメーターレンズの位置関係を示している。光源２か
ら出た光は、測定用コリメーターレンズ第１群４によっ
て平行光束となり、測定用コリメーターレンズ第２群５
によって再び集束されるが、測定用コリメーターレンズ
第２群５の焦点位置が測定用コリメーターレンズ群6aの
焦点位置と一致しているような位置に測定用コリメータ
ーレンズ第２群５が配設されているので、正のパワーを
有する測定用コリメーターレンズ第３群6aからは、平行
光束が出射される。

第２図（ｂ）は、第２図ａにおける測定用コリメーター
レンズ第２群５が配設されている位置から、左方即ち測
定用コリメーターレンズ第３群6aに接近する方向に測定
用コリメーターレンズ第２群５を移動したときの状態を
表わしている。

上記の場合測定用コリメーターレンズ第２群５による結
像位置が、測定用コリメーターレンズ第３群6aに接近す
るので測定用コリメーターレンズ第３群6aからは、発散
光が出射される。即ち想定用コリメーターレンズ第２群
５は、測定用コリメーターレンズ第３群6aの右方に光源
２の像を投影している。

第２図（ｃ）は、測定用コリメーターレンズ第２群５の
位置を第２図ａに示す測定用コリメーターレンズ第２群
５の位置より、測定コリメーターレンズ第１群４の位置
寄りに接近する方向に移動させている。すると測定用コ
リメーターレンズ第２群５による結像位置が測定用コリ
メーターレンズ第３群6aより遠ざかるので、測定用コリ
メーターレンズ第３群6aからは、収束光が出射される。
即ち測定用コリメーターレンズ第２群５は、測定用コリ
メーターレンズ第３群6aの左方に光源２の像を投影して
いる。

第２図（ｄ）は、測定用コリメーターレンズ第３群に負
のパワーを有する測定用コリメーターレンズ第３群6bを
用いた場合であり、測定用コリメーターレンズ第３群6b
の焦点位置に、測定用コリメーターレンズ第２群５の焦
点位置が一致するように測定用コリメーターレンズ第２
群５を配設すれば、測定用コリメーターレンズ第３群6b
から平行光が出射される。

第２図ｅにおいては、測定用コリメーターレンズ第２群
５の位置を、第２図ｄにおける位置より右方向即ち測定
用コリメーターレンズ第１群４に接近する方向に移動さ
せている。すると測定用コリメーターレズ第３群6bから
は、収束光が出射される。即ち測定用コリメーターレン
ズ第２群５は、測定用コリメーターレンズ第３群6bの左
方に光源２の像を投影している。

上記第２図（ａ）から（ｅ）までの５つの状態におい
て、測定用コリメーターレンズ第１群４と測定用コリメ
ーターレンズ第２群５の間隔は変化しているが、両群の
間がアフォーカルとなっているため、測定用コリメータ
ーレンズ第１群４と測定用コリメーターレンズ第２群５
の間の倍率は変化せず、測定用コリメーターレンズ第２
群５と、測定用コリメーターレンズ第３群６の間隔およ
び測定用コリメーターレンズ第３群6a,6bの変換で投影
位置が変化する。

第１図において、測定用コリメーターレンズ4,5,6の投
影倍率は、測定用コリメーターレンズ第１群４と、測定
用コリメーターレンズ第２群５の間がアフォーカルとな
っているので、測定用コリメーターレンズ第３群６と、
被測定レンズ系14の被測定面の曲率半径、および被測定
レンズ系14の被測定面と、測定用コリメーターレンズ第
３群６との間に存在する被測定レンズ系の面のパワーに
よって定まることとなり、かつ測定用コリメーターレン
ズ4,5,6の投影倍率は、投影距離にほぼ比例するように
なっているので、被測定レンズ系14の被測定面の偏心量
（ティルト）が一定の場合、各被測定面に対して指標の
反射像の回転半径および照度がほぼ一定に保持される。
測定用コリメーターレンズ第３群６の焦点距離は、偏心
測定装置の測定範囲と、結像面７の有効面積を考えて決
定される。

測定用コリメーターレンズ第１群４および第２群５の焦
点距離は、測定用コリメーターレンズ第３群６の焦点距
離および測定装置の測定範囲によって決定されるが、長
すぎると、測定用コリメーターレンズ第２群５と、測定
用コリメーターレンズ第３群６の間隔が大きくなり、測
定用コリメーターレンズ第３群６に、被測定レンズ系13
の偏心した被測定面からの反射光が入射した場合、測定
用コリメーターレンズ第２群５の有効径が大きくなって
しまうので、測定用コリメーターレンズ第３群６の焦点
距離の0.8倍〜３倍程度に測定用コリメーターレンズ第
２群５の焦点距離を定める。但し、第２図（ｅ）に示す
状態を見ても解るとおり、測定用コリメーターレンズ第
３群（負レンズ）６（ｂ）は、測定用コリメーターレン
ズ第２群５よりも焦点距離が短かくないと、両群間の作
動距離をとることが困難になるので、それを考慮して決
定する。

測定の際には、測定用コリメーターレンズ第２群５を光
軸Ｂ方向に移動し、また測定用コリメーターレンズ第３
群６を交換して、被測定レンズの被測定面の位置に光源
２の像を結像させるように調節する。被測定レンズ系13
の被測定面の球心に結像した光束は、被測定面で反射
し、結像面７に結像するが、測定用コリメーターレンズ
第３群６（ａ）,6（ｂ）から出射した光束の一部は、光
軸Ｂ′方向に屈折し、光軸Ｂ′の近傍で結像する。結像
後の光束は、基準軸設定用コリメーターレンズ第１群10
（ａ）または10（ｂ）のいずれかによって結像される。
基準軸設定用コリメーターレンズ第２群11の焦点位置
が、基準軸設定用コリメーターレンズ第１群10（ａ）ま
たは10（ｂ）により結像位置に一致するように基準軸設
定用コリメーターレンズ第２群11を、光軸Ｂ′方向に移
動させると、基準軸設定用コリメーターレンズ第２群11
から平行光が出射され、ミラー12に入射する。入射光は
平行光のままミラー12で反射する。反射した光束は、今
来た光路を戻る即ち往路を逆にたどってビームスプリッ
ター８に入射して反射する。基本軸設定用光学系から戻
ってきた反射像は、イメージローテータ９を回転させる
ことによって結像面７上で回転するが、その回転中心の
座標を求め、被測定レンズ径Ｂの被測定面からの反射像
の結像面上での位置を比較し、両者の座標差から振れ量
（偏心量）およびその方位が求められる。

また測定用コリメーターレンズ第２群５および第３群６
と、基準軸設定用コリメーターレンズ第１群10および基
準軸設定用コリメーターレンズ第２群11は、それぞれ光
軸ＢおよびＢ′上の任意の点に、平行光を収束させる作
用を有し、かつ測定コリメーターレンズ第１群４および
測定用コリメーターレンズ第２群５の間は、アフォーカ
ルとなっており、その間光線は平行光となっているの
で、測定用コリメーターレンズ第２群５と全く同じレン
ズ群を、また基準軸測定用コリメーターレンズ第２群11
に、また測定用コリメーターレンズ第３群６を基準軸設
定用コリメーターレンズ第１群10にそれぞれ用いること
ができる。

〔実施例〕

本発明を実施例に基づいて説明する。

（第１実施例）第３図は、本発明の第１実施例に係る偏心測定装置の光
学系の構成を示す平面図。

第４図は、本発明に実施した偏心測定装置の光学系に用
いたコリメーターレンズ系の構成図。

第３図において22は、被検物レンズ系36に指標を投影す
るための光源としての半導体レーザで本実施例において
は、測定に際して十分な反射像を得るために赤外半導体
レーザを用いている。

23は、半導体レーザーの偏心特性を用いて被測定レンズ
系36からの反射像を結像面28の方向に反射するためのビ
ームスプリッター、24はビームスプリッター23からの直
線偏光の射出光を円偏光にするための1/4波長板、25で
示すのは、測定用コリメーターレンズ第１群であり、光
源２に対して固定されている。

26は測定用コリメーターレンズ第２群であり、矢印方向
に移動調節自在の構成となっている。

27で示すのは、測定用コリメーターレンズ第３群であ
り、正のパワーを有する27（ａ）と負のパワーを有する
27（ｂ）を交換し得るように構成してある。

29は、光源22からの光の一部を基準軸設定用光学系に導
くビームスプリッターである。

30は、被測定レンズ系36からの反射光を遮るためのシャ
ッター。

31は、ミラー35側からの反射光を遮るためのシャッター
である。

32は、基準軸設定用コリメーターレンズ系33,34および
ミラー35のアライメントを一定に保つためのペチャンプ
リズムであり、測定時には、回転させる。

33（ａ）,33（ｂ）は、基準軸設定用コリメーターレン
ズ第１群である。

35は、基準軸設定用コリメーターレンズ第２群34からの
平行光を反射するミラーである。

ここで基準軸設定用コリメーターレンズ第１群33
（ａ）,33（ｂ）は、それぞれ測定用コリメーターレン
ズ第３群27（ａ）,27（ｂ）と全く同一の光学系が、ま
た基準軸設定用コリメーターレンズ第２群34は、測定用
コリメーターレンズ第２群26と全く同一の光学系がそれ
ぞれ使用されている。

37は、結像面28に結像した被測定レンズ系の被測定面か
らの反射像および基準軸設定用コリメーターレンズ系か
らの反射像をテレビカメラの受像面に結像させるための
結像レンズ、38は結像面28に結像した反射像を撮影する
ためのテレビカメラである。

次に、上記構成による、被測定レンズ系36における被測
定面の振れ量（偏心量）を測定する方法について説明す
る。

まず、基準軸設定用コリメーターレンズ系側のシャッタ
ー31を閉じ、被測定レンズ系36側のシャッター30を開い
た状態で、赤外半導体レーザー22から光を出射させる。
また測定用コリメーターレンズ第３群27（ａ）,27
（ｂ）を選択すると共に、測定用コリメーターレンズ第
２群26を像が得られるまで矢印方向に移動調整し、被測
定レンズ系36内の被測定面に指標（点像）を投影し、結
像面28に結像した反射像の重心の位置を求める。

次にシャッター30を閉作動すると共にシャッター31を開
作動させペチャンプリズム（イメージローテータ）32を
回転し、ビームスプリッター29によって反射された光束
の、光軸Ｂ′上での集束点の位置によって、基準軸設定
用コリメーターレンズ第１群33（ａ）,33（ｂ）を選択
し、基準軸設定用コリメーターレンズ第２群34を光軸
Ｂ′方向に移動して、基準軸設定用コリメーターレンズ
第２群34より平行光が出るよう調整する。続いてテレビ
カメラ38の反射像の回転中心座標位置を求める。

上記のようにして求めた反射像（回転像）の回転中心の
位置と、上記のシャッター31を閉め、シャッター30を開
けて求めた反射像の座標位置の差を求めることにより、
被測定レンズ系36の被測定面に入射された光束が、被測
定レンズ系36のうち、測定用コリメーターレンズ系と被
測定面の間にある各面のパワーによって受ける影響と、
被測定面の偏心によって受ける影響とを測定し、そのう
ち、測定用コリメーターレンズ系と被測定面の間にある
各面のパワーによって受ける影響とを計算により除去す
ることにより、基準軸設定用光学系により設定される基
準軸に対する指標の振れ量ΔＸΔＹを求め、この振れ量
に、各面のパワーに応じた係数をかけてレンズ系の偏心
量を求める。

本実施例においては、第４図に示すコリメーターレンズ
の各群の曲率半径、面間隔、屈折率、分散は、次のとお
りになっている。

r_1a＝110.195mm d_1a＝9.34mm n_1a＝1.79116mm ν_1a
＝40.95 r_2a＝−190.956 d_2a＝5.77 r_3a＝48.693 d_3a＝12.8 n_3a＝1.79116 ν_3a＝40.95 r_4a＝177.276 d_4a＝3.41 r_5a＝平面 d_5a＝5.28 n_5a＝1.52371 ν_5a＝45.91 r_6a＝171.285 d_6a＝9.98 r_7a＝−326.761 d_7a＝12.5 n_7a＝1.79116 ν_7a＝40.
95 r_8a＝34.802 d_8a＝可変 r₉＝−367.18 d₉＝12.62 n₉＝1.79116 ν₉＝40.95 r₁₀＝−87.861 d₁₀＝10.62 r₁₁＝264.98 d₁₁＝13.94 n₁₁＝1.50974 ν₁₁＝64.15 r₁₂＝131.478 d₁₂＝9.85 r₁₃＝541.775 d₁₃＝16.07 n₁₃＝1.79116 ν₁₃＝40.9
5 r₁₄＝−185.658 d₁₄＝可変 r₁₅＝216.988 d₁₅＝15.11 n₁₅＝1.79116 ν₁₅＝40.9
5 r₁₆＝−423.326 d₁₆＝11.21 r₁₇＝−118.584 d₁₇＝19.00 n₁₇＝1.50974 ν₁₇＝6
4.15 r₁₈＝−232.974 d₁₉＝11.37 r₁₉＝84.212 d₂₀＝19.02 n₂₀＝1.79116 ν₂₀＝40.95 r₂₀＝393.400 r_1b＝154.042 d_1b＝2.88 n_1b＝1.79116 ν_1b＝40.95 r_2b＝平面 d_2b＝0.69 r_3b＝102.560 d_3b＝3.36 n_3b＝1.50974 ν_3b＝64.15 r_4b＝50.581 d_4b＝0.18 r_5b＝34.61 d_5b＝4.10 n_5b＝1.50974 ν_5a＝64.15 r_6b＝55.755 d_6b＝5.88 r_7b＝−45.37 d_7b＝0.8 n_7b＝1.79116 ν_7b＝40.95 r_8b＝平面 d_8b＝可変ここで、測定用コリメーターレンズ第３群27（ａ）およ
び基準軸設定用コリメーターレンズ第１群33（ａ）の焦
点距離は、65.697mm、測定用コリメーターレンズ第３群
27（ｂ）および基準軸設定用コリメーターレンズ第１群
33（ｂ）の焦点距離は−105.699mm、測定用コリメータ
ーレンズ第２群26および基準軸設定用コリメーターレン
ズ第２群34の焦点距離は101.822mm、測定用コリメータ
ーレンズ第１群25の焦点距離は101.822mmとなってい
る。このとき、測定用コリメーターレンズ系の投影倍率
は、投影レンズの倍率をβ、投影距離をＳとすると、測
定用コリメーターレンズ系において、第３群として27
（ａ）を用いた場合は、Ｓ＝65.697β の関係が満たされ、また測定用コリメーターレンズ系に
おいて第３群として27（ｂ）を用いた場合Ｓ＝−105.699β の関係が満たされている。

本実施例における第３図において、測定用コリメーター
レンズ第３群27および基準軸設定用コリメーターレンズ
第１群33は切り換えて用いるが、測定用コリメーターレ
ンズ系については、被測定レンズ系36の被測定面の球心
の位置、基準軸設定光学系については、ビームスプリッ
ター29によって、光軸Ｂ′方向に屈折せられる光束の集
束点の位置が、測定用コリメーターレンズ第３群27aお
よび基準軸設定用コリメーターレンズ第１群33aの第１
面を基準として、−250〜−40mmの場合は、それぞれ負
のパワーを有する測定用コリメーターレンズ第３群27b
および基準軸設定用コリメーターレンズ第１群33bを、
それ以外のときは、それぞれ正のパワーを有する測定用
コリメーターレンズ第３群27aおよび基準軸設定用コリ
メーターレンズ第１群33aを用いる。

本実施例の光学系においては、結像面28における反射像
の位置を測定するため、光学系は特に歪曲収差が充分小
さいことが必要とされるが、この要求を満たすために、
測定用コリメーターレンズ第３群27および基準軸設定用
コリメーターレンズ第１群33においては、比較的大口径
でかつ曲率半径の大きな正のパワーを有するレンズを配
し、被測定レンズ系からの光束が、測定用コリメーター
レンズ第１群27の前部の面になるべく垂直に近い角度で
入射するようにし、しかるのち測定用コリメーターレン
ズ第３群27および基準軸設定用コリメーターレンズ第１
群33の後部には、負のパワーを有するレンズを配し、収
差の補正を行なっているが、最終面は集光位置側に球心
を有する面である。測定用コリメーターレンズ第１群25
および測定用コリメーターレンズ第２群26、基準軸測定
用コリメーターレンズ第２群34においては、集光位置に
対向しているレンズは、集光位置のある側に球心をも
つ、メニスカスタイプの正のパワーを有するレンズと
し、その次に配されるレンズは、焦点距離に対向してい
るレンズとは逆の向きに球心をもつ、メニスカスタイプ
の負のパワーを有するレンズとし、最も焦点位置から離
れ、平行光が出射される側のレンズには、平凸ないしは
両凸の、正のパワーを有するレンズを配することによっ
て、測定用コリメーターレンズ第１群25と測定用コリメ
ーターレンズ第２群26の間をアフォーカルとし、かつ基
準軸設定用コリメーターレンズ第２群からは平行光が出
射されるようにし、かつ歪曲収差を補正している。

歪曲収差への各々の面の寄与については、測定系コリメ
ーターレンズ第３群27（ａ）においてはr_2a，r_4a，r_6a
で発生した正の歪曲収差をr_7a，r_9aで負の歪曲収差を発
生させることによって相殺し、また測定用コリメーター
レンズ第３群27（ｂ）においては、r_4b，r_7b，r_8bで発
生した負の歪曲収差をr_5bで正の歪曲収差を発生させる
ことによって相殺している。

測定用コリメーターレンズ第１群25および測定系コリメ
ーターレンズ第２群26よりなる群間がアフォーカルの光
学系においては、r₉，r₁₁，r₁₃，r₁₄，r₁₆，r₁₈，r₂₀で
発生している正の歪曲収差を、r₁₂およびr₁₇において大
きな負の歪曲収差を発生させて相殺している。

こうした各面の寄与のため、歪曲収差は、被測定レンズ
系36の被測定面の傾きを２°程度まで測定する場合に、
±１％以下に押えられている。

また基準軸設定用光学系は、ビームスプリッター29によ
り、光源22からの光の一部が光軸Ｂ′の方向に屈折され
る光束が往復するため、歪曲収差の発生に寄与しない。

本実施例のような構成を用いることによって、測定用コ
リメーターレンズ系および基準軸設定用コリメーターレ
ンズ系の収差補正を行ない、かつ測定用コリメーターレ
ンズ第３群27および基準軸設定用コリメーターレンズ第
１群33の交換を適切に行なうことにより、測定用コリメ
ーターレンズ系および基準軸設定用コリメーターレンズ
系の有効径を最大70φ程度にした状態で、結像面での歪
曲収差を１％以下にして、被測定レンズ系36の被測定面
の偏心を２°程度まで測定することが可能となってい
る。

（第２実施例）第５図は、本発明の第２実施例に係る偏心測定装置の光
学系の構成を示す平面図。第６図は、本実施例に実施し
た偏心測定装置の光学系に用いたコリメーターレンズの
構成図。

本実施例において、図中上記第１実施例と同一部材（レ
ンズ群）および同一構成には同一符号を付し、その説明
は省略する。

上記第１実施例と本実施例との相違点は、第１実施例に
おける、測定用コリメーターレンズ第３群27と基準軸設
定用コリメーターレンズ第１群33とを本実施例において
は、それぞれ測定用コリメーターレンズ第３群41と基準
軸設定用コリメーターレンズ第１群42とに置き換えた点
である。従って第６図に示す本実施例の上記測定用コリ
メーターレンズ第３群27と、基準軸設定用コリメーター
レンズ第１群33の各群の曲率半径、面間隔、屈折率は、
次のとおりである。

r_1a＝903.227 d_1a＝10.0 n_1a＝1.86663mm ν_1a＝40.
78 r_2a＝−78.387 d_2a＝10.0 r_3a＝−57.338 d_3a＝5.0 n_3a＝1.72123 ν_3a＝28.29 r_4a＝−130.256 d_4a＝10.0 r_5a＝203.865 d_5a＝7.0 n_5a＝1.86663 ν_5a＝40.78 r_6a＝−81.133 d_6a＝3.50 n_6a＝1.72123 ν_6a＝28.2
9 r_7a＝327.591 d_7a＝1.50 r_8a＝44.264 d_8a＝5.0 n_8a＝1.86663 ν_8a＝40.78 r_9a＝72.271 r_1b＝−300.918 d_1b＝5.91 n_1b＝1.86663 ν_1b＝40.
78 r_2b＝1622.928 d_2b＝5.52 r_3b＝113.997 d_3b＝4.58 n_3b＝1.50974 ν_3b＝64.15 r_4b＝331.747 d_4b＝4.95 r_5b＝121.397 d_5b＝3.50 n_5b＝1.50974 ν_5a＝64.15 r_6b＝180.164 d_6b＝19.85 r_7b＝−64.432 d_7b＝4.92 n_7b＝1.86663 ν_7b＝40.7
8 r_8b＝−304.864 上記において測定用コリメーターレンズ第３群41（ａ）
および基準軸設定用コリメーターレンズ第１群42（ａ）
の焦点距離は65.019mm、測定用コリメーターレンズ第３
群41（ｂ）および基準軸設定用コリメーターレンズ第１
群42（ｂ）の焦点距離は−105.874mm、測定用コリメー
ターレンズ第２群26および基準軸設定用コリメーターレ
ンズ第２群34の焦点距離は101.822mm、測定用コリメー
ターレンズ第１群25の焦点距離は101.822mmとなってい
る。この場合の測定用コリメーターレンズ系の投影倍率
は、コリメーターレンズの倍率をβ、投影距離をＳとす
ると測定用コリメーターレンズ系において第３群として
41（ａ）を用いた場合は、Ｓ＝65.019β の関係が満たされ、また測定用コリメーターレンズ系において第３群として
41（ｂ）を用いた場合Ｓ＝−101.822β の関係が満たされている。（但し、投影距離は41（ａ）
および42（ｂ）の前側焦点位置から測った値）測定用コリメーターレンズ第３群41および基準軸設定用
コリメーターレンズ第１群42は切り換えて用いるが、測
定用コリメーターレンズ系については、被測定レンズ系
36の被測定面の球心の位置、基準軸設定用光学系につい
てはビームスプリッター29によって光軸Ｂ′方向に折り
曲げられる光束の集束点の位置が測定コリメーターレン
ズ第３群41および基準軸設定用コリメーターレンズ第１
群42の第１面を基準として−250〜0mmの場合は、それぞ
れ負のパワーを有する測定用コリメーターレンズ第３群
41bおよび基準軸設定用コリメーターレンズ第１群42b
を、それ以外のときは、それぞれ正のパワーを有する測
定用コリメーターレンズ第３群41aおよび基準軸設定用
コリメーターレンズ第１群42aを用いる。

本実施例の光学系においては、結像面28における反射像
の位置を測定するため、光学系は特に歪曲収差が充分で
小さいことが必要とされるが、この要求を満すために、
測定用コリメーターレンズ第３群41aおよび基準軸設定
用コリメーターレンズ第１群42aにおいては、被測定面
からの反射光が測定用コリメーターレンズ第３群41aと
基準軸設定用コリメーターレンズ第１群41aに垂直に近
い角度で入射するように、比較的大口径で、かつ曲率半
径の大きな正のパワーを有するレンズを配する。また２
枚目のレンズとしては、負のパワーを有するレンズを配
し焦点位置を調整すると共に、収差の補正を行なってい
る。

また測定用コリメーターレンズ第３群41bと基準軸設定
用コリメーターレンズ第３群42bは、発散光が入射する
状態で用いるので第１面は、凹面を配し、入射光が垂直
に近い角度で入射するように構成してある。また２枚
目、３枚目のレンズは凸レンズを配して、焦点位置を調
節すると共に、光束の通る高さを制限する。

最後に負のパワーを有するレンズを配設して、その前部
２枚のレンズの歪曲収差を補正し、焦点距離を最終的に
調整する。但し、測定用コリメーターレンズ第３群41お
よび基準軸設定用コリメーターレンズ第１群42の最終面
は、各々球心が集光位置側にある。

測定用コリメーターレンズ第１群25および測定用コリメ
ーターレンズ第２群26、基準軸設定用コリメーターレン
ズ第２群34においては、測定用コリメーターレンズ第３
群41および基準軸設定用コリメーターレンズ第１群42の
集光位置に対向しているレンズは、集光位置のある側に
球心をもつ、メニスカスタイプの正のパワーを有するレ
ンズとし、その次に配されるレンズは、焦点位置に対向
しているレンズとは逆の向きに球心をもつ、メニスカス
タイプの負のパワーを有するレンズとし、最も焦点位置
から離れ、平行光が出射される側のレンズには、平凸な
いしは両凸の正のパワーを有するレンズを配することに
よって、測定用コリメーターレンズ第１群25と測定用コ
リメーターレンズ第２群26の間をアフォーカルとし、か
つ基準軸設定用コリメーターレンズ第２群からは平行光
が出射されるようにし、加えて歪曲収差を補正してい
る。

歪曲収差への各面の寄与については、測定用コリメータ
ーレンズ第３群41（ａ）においては、r_2a，r_4a，r_6aに
て発生した正の歪曲収差をr_3aで負の歪曲収差を発生さ
せることによって相殺し、また測定用コリメーターレン
ズ第３群41（ｂ）においては、r_3b，r_5bで発生した正の
歪曲収差を、r_2bおよびr_8bで負の歪曲収差を発生させて
相殺している。

また測定系コリメーターレンズ第１群25および測定系コ
リメーターレンズ第２群26よりなる群間がアフォーカル
の光学系においては、r₉，r₁₁，r₁₃，r₁₄，r₁₆，r₁₈，r
₂₀で発生している正の歪曲収差を、r₁₂およびr₁₇におい
て大きな負の歪曲収差を発生させて相殺している。

上記した各面の寄与のため、歪曲収差は、被測定レンズ
系36の被測定面の傾きを２°程度まで測定する場合に、
±１％以下に押えられている。

また、基準軸設定用コリメーターレンズ系は、ビームス
プリッター29により、光源22からの光の一部が光軸Ｂ′
方向に屈折されて光軸Ｂ′上を往復することになるの
で、歪曲収差の発生には寄与しない。

〔発明の効果〕

上記したように本発明によれば、基準軸設定光学系を用
いて、基準軸設定のための光束をミラーにて折りかえし
ているので、基準軸設定用光学系のアライメントずれを
完全に補正することができ、また投影倍率が投影距離に
ほぼ比例しているので、被測定レンズの各面に対する誤
差が極めて少なくなり、高精度の測定を行なうことので
きるレンズ系の偏心測定装置用の光学系を提供できる。

またコリメーターレンズ系の一部にアフォーカルな部分
を設けたことにより、被測定レンズの被測定面の球心の
位置の変化に対応してのコリメーターレンズ系の調節の
ためのレンズの移動量が少なくなり、また、測定用コリ
メーターレンズ系の一部を基準軸設定用コリメーターレ
ンズ系の一部に転用することができるなどにより光学系
の設計および装置の製造が容易となるなどの効果を極め
て大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係わる偏心測定装置のレンズ系の基
本構成を示す概略平面図。第２図（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）は、本発明の測
定用光学系の結像関係を示す構成図。第３図は、本発明の第１実施例に係る偏心測定装置の光
学系の構成を示す平面図。第４図は、第１実施例に実施した偏心測定装置の光学系
に用いたコリメーターレンズ系の構成図。第５図は、本発明の第２実施例に係る偏心測定装置の光
学系の構成を示す平面図。第６図は、第２実施例に実施した偏心測定装置の光学系
に用いたコリメーターレンズ系の構成図。第７図（ａ）は、従来のオートコリメイション法の光学
系の光軸上における分布を示す光路図。第７図（ｂ）は、従来の偏心装置における光学の構成配
置を示す平面図。１……偏心測定装置２……光源 3,8……ビームスプリッター 4,5,6a,6b……測定用コリメーターレンズ７……結像面９……イメージローテーター 10a,10b,11……基準軸設定用コリメーターレンズ 12……ミラー 13……被測定レンズ系 B,B′……光軸

Claims

【特許請求の範囲】

【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
像の基準軸からの振れ量を観察光学系を用いて測定し、
計算によりレンズ面の偏心量を求めるように構成したレ
ンズ系の偏心測定装置に用いる光学系において、光源側
から順次配設された、光源と、ビームスプリッターと、
第１測定用レンズ群と、光軸方向に移動する第２測定用
レンズ群と、被測定面の状態に応じて切り換えて使用す
る第３測定用レンズ群と、被測定レンズ系と第３測定用
レンズ群の間にあって、光源からの光束の一部を反射す
るビームスプリッターと、このビームスプリッター側よ
り順次配設されたイメージローテーターと、第１基準軸
設定用レンズ群と、第２の基準軸設定用レンズ群と、ミ
ラーとからなることを特徴とするレンズ系の偏心測定装
置用光学系。
【請求項２】上記装置光学系における投影倍率が投影距
離に比例するように構成された、測定用コリメーターレ
ンズ系および基準軸設定用コリメーターレンズ系が具備
されていることを特徴とする請求項１記載のレンズ系の
偏心測定装置用光学系。
【請求項３】測定用コリメーターレンズ系第１群と、測
定用コリメーターレンズ第２群との間がアフォーカルと
なっていることを特徴とする請求項２記載のレンズ系の
偏心測定装置用光学系。
【請求項４】測定用コリメーターレンズ第２群と、基準
軸設定用コリメーターレンズ第２群が同一レンズ群であ
り、また測定用コリメーターレンズ第３群と、基準軸設
定用コリメーターレンズ第１群が同一レンズ群であるこ
とを特徴とする請求項３記載のレンズ系の偏心測定装置
用光学系。