JPS58223033A - 屈折率分布型レンズの収差測定方法 - Google Patents

屈折率分布型レンズの収差測定方法

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JPS58223033A
JPS58223033A JP10703082A JP10703082A JPS58223033A JP S58223033 A JPS58223033 A JP S58223033A JP 10703082 A JP10703082 A JP 10703082A JP 10703082 A JP10703082 A JP 10703082A JP S58223033 A JPS58223033 A JP S58223033A
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/02Testing optical properties
    • G01M11/0242Testing optical properties by measuring geometrical properties or aberrations
    • G01M11/0257Testing optical properties by measuring geometrical properties or aberrations by analyzing the image formed by the object to be tested

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は屈折率分布型レンズの球面収差を精度良く測定
する方法に関する。
一般にレンズには種々の収差が存在するが、球面収差は
最も基本的な収差である。この球面収差は次のように定
義される。すなわち、オ/図に示すように一般にレンズ
/のガウス像平面(近軸光線−の焦点面)3とレンズ光
軸ダとの交点を0、光軸から充分大なaの距離をおいて
光軸に平行に入射しレンズ/を通過した遠軸光線Sがガ
ウス像平面3を横切るときの交点をBとするとOB間の
距離へstが横収差(Transverse aber
ation)  を表わし、遠軸光線jと光軸lとの交
点Cと上記0点との間の距離へSlが軸上縦収差(Lo
ngitud卸alaberration )を表わす
符号は牙1図の例の場合△St<O、△Sl〈○ てあ
る。
上記のようにして光軸からの距離aを種々変えて求めた
△s6とaとの関係を第7図(イ)のようにグラフ化す
ることにより、球面収差のうち軸上縦収差(L、S、A
)が示され、また近軸光線−と遠軸光線夕との成す角を
UとしてtanUとへStの関係を第2図(ロ)ように
グラフ化することにより球面収差のうち横収差(T、S
、A)が示される。
」1記のような球面収差を写真レンズや望遠鏡用対物レ
ンズなどのレンズについて測定する一般的な方法として
ハルトマンテストが知られている。
このハルトマンテストでは、コリメーターがら射出する
平行光線束をコリメーターに正対しておいた被験レンズ
で受りる。コリメーターと被験レンズの間に等間隔に配
置したピンホールをもつ隔板をおくと、ピンホールから
出た光は一本一本が光線のようにレンズを通過してその
焦点に集るが、焦点をはさんで前後においた一枚の乾板
で順次撮影すると光線のレンズの入射高り4両乾板にお
ける高2h1・h2 、両乾板の間隔りがら、光線が光
軸と交る点の前方乾板からの距離lは、で求められる。
次にたて軸にり、横軸にlをよってl (h)の曲線を
描きh=oに対する4の値lpを求めれば1−6pが球
面収差となる。
しかしながら上記測定方法を屈折率分布型レンズの球面
収差測定に適用するとなると屈折率分布型レンズに個有
の次のような問題を生じる。
すなわちコリメーターと被験レンズとの間に配置される
隔板のピンホールの孔径を充分に小さくし−(モレンズ
から出射するビームの径がレンズ入射時に比べて相当量
拡大するという現像を生じ、このため前述の乾板上での
光スポツト径がかなり大きなものとなるとともに周辺部
はぼけているため光軸との間の距離h1あるいはh2を
精度よく測    1.1定できないという問題があっ
た。
本発明の目的は上述の問題点を解決し、屈折率分布型レ
ンズの球面収差を高精度で測定することのできる方法を
提供することである。
以F本発明について詳細に説明する。
屈折率分布型レンズは、光軸」−での屈折率を、no 
として光軸からrの距離におりる屈折率n (r)が、 n2(r)=n2o (/−(gr)2)・・・・・・
・(1)g:分布定数 で表わされる屈折率分布をもつ透明なガラスまたはプラ
スチックからなるレンズであって一般的には両端面を平
竹平面とし半径方向に上記屈折率分布を与えた円柱体で
ある。
このような屈折率分布型レンズにあっては第3図に示す
ように屈折率分布型レンズ10の一方の端面において光
軸から偏位させて入射させた光ビーム//はレンズ内を
サインカーブを描いて進行した後、他端面から出射する
そして入射端面上でのビームスポット半径Wが、この屈
折率分布型レンズ10に固有のスポットサイズWOより
も大であると第3図(イ)のようにビームがレンズ10
の集束作用により集束された後拡散するので精度の良い
測定ができなくなる。
また逆にビームスポット半径Wが上記固有スポットサイ
ズWOよりも小さい場合は第3図(ロ)のように回折で
広がり角をもつビームがコリメートされて出射されるた
めビーム径dが大きくなりやはり」1記と同様に測定精
度が悪くなる。
上記問題を回避するため本発明方法では、球面収差を測
定すべき屈折率分布レンズの一方の端面に光軸から偏位
させて光ビームを、レンズ端面上でのビームスポット半
径Wが上記レンズの固有スポットサイズWOにほぼ一致
するように制御して入射させる。
ここで固有スポットサイズWOは、 WO−λ/2π・nOl・g・・・・・・・・・・ (
,2)で求めることができる。
())式においてλは使用光線波長、noはレンズの光
軸上の屈折率1gは(1)式における屈折率分布定数で
あり、一般にはWo−10〜ノ3μmが使用される。こ
のようにレンズの入射端面J、でのビームスポット半径
を上記固有スポットサイズに選んだ場合は入射したビー
ムは一定のスポットサイズで進行し、中心軸に垂直な各
断面においてはビームの光線同志の間に位相速度のずれ
はない。
このためレンズから出射するビームはほとんど拡がり角
をもたず非常に細いため、レンズ端面から離れた仮想測
定面上におけるビーム中心と光軸との距離を例えば後述
実施例で示すような光電的測定方法を併用することによ
って極めて高精度で測定することができる。
以F本発明を図面に示した実施例について詳細に説明す
る。
オ1図は本発明方法を実施する装置の全体の平面図を示
し、オタ図に要部の平面視を模式的に示す。ioは球面
収差が測定される屈折率分布型レンズであり、このレン
ズIOはx−y−zの平行三軸およびアnり角度三軸か
らなる31六軸方向に移動できる微動ステージ/2 上
の■溝基台に載せてあり、この微動ステージ7.2はX
−7軸方向に移動調整できる一\−ススチーシフ3上に
載置されている。
また、このベースステージ/3上には、他の六輪微動ス
テージ/lが載置してあり、この微動ステージ/グにス
リット板/!;が取り付けられていてこのスリット板/
jを被測定レンズ10の端面から若干部して、一般には
数ミリ以内の距離で光軸に直交させて配置している。
このスリット板/jは透明ガラス乾板に開口幅が約70
μmの遮光被膜を設けたものである。
また、スリット板/Sの背後には光軸に直交させてフォ
トディテクター/6が配置してあり、このフォトディテ
クター/乙で検出された受光量がパワーメーター/7で
測定される。
被測定レンズIOの前方にはレーザー光源/ざ。
偏光ビームスプリッタ/9,4分の/波長板−〇。
マツチングレンズ2/が中心軸を一致させて順次配置し
である。
上記装置において光源/ざとして例えば、λ−乙32ざ
Aの直線偏波のヘリウムネオンレーザ−を使用し、この
光源/ざからのビーム、2−を偏光ビームスプリッタ/
9および1分の/波長板、20に通ず。これにより反射
光はその偏波面がレーザーから出射した直後の光線に対
して直交するため矢印ノ3の方向匠除去される。次に4
分の/波長板、20を通したビームはマツチングレンズ
、2/により、屈折率分布型レンズ10の端面」二での
スポット半径Wが前述(2)式で求められる上記レンズ
10の固有スポットサイズWOに一致するように絞り込
み、被測定レンズIOK光軸がら偏位させて且つ光軸に
平行に入射させる。
マツチングレンズ2/としては焦点距離1カ)、f−,
2W○・、!Wg ゛・  0.1.2λ λ−波長 Wl−レンズに入射するレーザー光のビーム半径のもの
を使用するのが望ましい。−例としてf=夕Qmm程度
の顕微鏡対物レンズを用いる。なお、マツチングレンズ
2/を使用するがわりに、上記固有スボソトザイズWO
に等しい孔径のピンホールにレーザービームを通した後
、被測定レンズに入射させるようにしてもよい。
ただし、実施例のようにレンズ、2/で固有スポットサ
イズに集光させる方がビームパワーが大きく検出感度が
高くなるので有利である。
上記装置を用いて屈折率分布型レンズ10の球面Q差を
測定するに当っては当初スリット板/jをオlの仮想測
定面P/に配置する。
次にスリット板/Sの開ロアKkを通ってフォトディテ
クター/乙に受光される光量をパワーメーター77で測
定しつつ微動ステージ/qによりスリット板isを光軸
直交方向に移動させて上記受光量が最大となる位置を求
め、光軸から上記位置までのスリット移動距離を測定す
る。この移動距離はスリット板/!;を支持する微動ス
テージ、1に接触させて配置したダイアルゲージ、21
で読みとる。
上記操作によって屈折率分布型レンズ10の端面に光軸
からhの距離偏位させて入射したビームがレンズioで
曲げられて出射した後、測定面P1と交わる点と光軸と
の間の距離h1を高精度で測定することができる。
次にスリット板15を第1図のZ軸方向に平行移動させ
、第2の仮想測定面P2において上記と同様の操作を行
なって出射ビームと測定面P、2との交点から光軸まで
の距離h2を測定する。
上記の測定面P/およびP2の位置は任意でよいがあま
りレンズ端面から離れるとビームのひろがりが大きくな
って測定精度が悪くなるのでレンズ端面から3m/m以
下程度に選ぶことが望ましい。
次に微動ステージ7.2を操作して屈折率分布型レンズ
10を光軸直交方向に移動させ、前述の距離りを変えて
」〕記と同様にして測測定面P/およびPノでの光軸か
らのビーム偏位量h1.h2を測定する。
この過程を繰り返して種々の距離h(プラス側およびマ
イナス側)の入射光線に対するh1+ h2 を求める
具体的数値例をオ乙図に示す。。
本例は被測定レンズ10として直径、2 m/m 、分
布定数g = 0 、37 m/m−1yレンズ長0.
22周期長、固有スポットサイズWo=15μφの屈折
率分布型レンズを用い、レンズ半径の10分の/のピン
チで入射ビームの光軸からの偏位量を順欧変化(光軸か
らプラス側ヘワ点、マイナス側へ7点)させて求めたJ
、112のグラフである。
被測定レンズ端面からオ/の測定面P/までの距離を、
2.00μm、オフの測定面までの距離をlroott
mに選んでいる。
オ乙図のグラフの左右たて軸はそれぞれ測定面P/、P
2での光軸からのビーム偏位量h1.h2を表わす。中
央の破線は近軸焦点位置を示す。
このように各りに対応するhl 1 h2の画点を直線
で結び、+hと−hの直線の交点と中心軸との距離を求
めればこれが球面収差となる。
オフ図にオ乙図のグラフから求めた球面収差(L。
S、A)のグラフを示す。
牙7図のグラフにおいてたて軸はレンズ半径r。
を/としたときの入射ビームと光軸間の距離りを示し、
横軸は球面収差量(単位μm)を表わす。
以上のようにして本発明方法によれば、被測定レンズ内
および出射後においてビームの広がりがほとんど生しな
いためコマや非点収差の影響を受りず、また被測定レン
ズ端面から測定面P/、P2までの距離をビーム径の増
大をは々んど伴なわずに相対−的に大きくとることがで
きるため、測測定面P/、P、2での光軸からのビーム
偏位置を簡単な装置を用いて容易に高い精度で測定する
ことができる。
また」1記偏位量を測定するにあたり、図示例のように
スリット、ピンホール等の微小な開口幅をもつ遮光体を
介して出射ビームの受光量を測定しつつ最人光債の得ら
れる遮光体位置を求めるようにすれば、ビームの中心位
置を極めて簡単に高精度で決定することができる。
【図面の簡単な説明】
オフ図はレンズの球面収差の定義を示す模式図。 オフ図(イ)、(ロ)はそれぞれ球面収差のうち軸」二
縦収差(L、S、A)および横収差(T、S、A)を示
すグラフ、第3図(イ)、(ロ)は屈折率分布型レンズ
の球面収差測定において入射ビーム径が不適切である場
合の問題を示す側断面図、オI1図は本発明方法を実施
するための装置の一例を示す平面図、15図は第4/図
の装置の要部を示す平面図、オ乙図は具体例数値例につ
いて測測定面P/、P、2における光軸からのビーム偏
位量を示ずグラフ、オフ文はオ乙図のグラフから求めた
屈折率分布型レンズのグラフである。 10・・・・・・・・屈折率分布型レンズ、/S・・・
・・・スリット板/乙・・・・・・・・フォトディテク
ター。 /Ir・・・・・・・・レーザー光線、/ワ・・・・・
・偏光ビームスプリッタ 、20・・・・・・・・1分の/波長板、P/、P’2
・・・・・・・・測定面第1図 第2図 (イ)             (ロ)第3図 第4図 第6因 P4                       
   P2Uンス゛戯祖p祐シカ\二2つアε#   
    (tLm)第7図 柚詐出MAFU木板硝半鰺すΔ)↓ / 事件の表示 #!j願昭57〜1070斗0号 礪沿追−−−−−−−−−ゆ− ! 発明の名称 屈折率分布型レンズの収差測定方法 3 補正をする者 事件との関係 特許出願人 住 所 大阪府大阪市東区道修町4丁目8番地名称 (
1/θ0)日本板硝子株式会社代表者  刺 賀 信 
雄 グ代理人 7 補11−の内容 1) 明細書の牙!頁ノオ76行目1pc [a、be
ration jとあルノをl’ a、berrati
on 、1 と補市する。 2) 明細書オ//頁オワ行ないしオ//行に、1次に
敞動ステージ/2を操作して ・・・移動させ、前述の
距離りを変えて−」とあるのを、[この過程を種々の距
ahの入射光線について行ないhlを求める。 吹にスリット板/Sをオグ図の2軸方向に平tT移動さ
せオフの仮想測定面P2において、上記と同様の操作を
行なって出射ビームと測定面P2との交点から光軸まで
の距離h2 を測定する。」と補第1図 瞥

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 ])  IiT!折率分布型レンズの一しの端面に光軸
    から偏位させて光ビームを、レンズ端面上でのビームス
    ポット1′−径WOが  WO−λ/2π・nO・gた
    たし、λ・使用光線波長 nO:レンズ中心屈折率 g:レンズの屈折率分布定数 の関係をほぼ満足するように入射させ、レンズ他端面か
    ら一定距離をおいた仮想測定面上での出射ビームとソC
    軸間の距離を測定することを特徴とする屈折率分布型レ
    ンズの収差測定方法。 2) 前記測定面に微小幅の開口を設けた遮光体を配置
    するとともにこの遮光体背後にフォトディテクターを配
    置し、前記フォトディテクターにより受光量を測定しつ
    つ遮光体を光軸に直交する方向に移動さセ、基準点から
    前記受光量が最大となる位置までの遮光体移動距離を測
    定することにより、測定面上における出射ビーム中心と
    光軸間の距離を求めるようにした特許請求の範囲オ/項
    記載の屈折率分布型レンズの収差測定方法。
JP10703082A 1982-06-22 1982-06-22 Kutsusetsuritsubunpugatarenzunoshusasokuteihoho Expired - Lifetime JPH0237972B2 (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08210947A (ja) * 1995-10-25 1996-08-20 Topcon Corp レンズメーター
RU2606781C1 (ru) * 2015-06-30 2017-01-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский государственный университет путей сообщения" (ФГБОУ ВО ИрГУПС) Способ определения сферической аберрации объективов и линз

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