JP3385082B2 - Aspherical surface measuring device - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、非球面形状を、ホログ
ラフィー技術を用いて測定する非球面測定装置に関す
る。
【0002】
【従来技術およびその問題点】近年、光学装置、例えば
カメラの撮影レンズなどに非球面レンズが多用されてき
ている。これは、光学プラスチック成形技術の進歩によ
り、非球面レンズが比較的安価に大量生産が可能になっ
たためである。非球面レンズの量産段階で、非球面形状
が設計値通りに高精度に形成されているか否かを迅速に
測定する必要がある。
【0003】従来、非球面の測定方法として、ホログラ
フィー技術を利用したものが知られている。本件出願人
も、先に非球面測定方法および測定装置を開発し、出願
している(特開平4-240534号)。この本件出願人が先に
開発した非球面測定装置は、予め設計値通りに高精度に
形成して正確に配置した非球面原器からの反射光と参照
光とを重ねあわせて撮影し、ホログラムを形成する。次
に、このホログラムを現像処理後に撮影位置に戻し、被
検面である非球面レンズを非球面原器と同じ位置に配置
すれば、観測面上で観測される干渉縞は、被検面と非球
面原器との差である設計値からの形状誤差が容易に測定
可能となる。
【0004】ところが、実際には、非球面レンズの外形
の成形誤差、非球面レンズを測定装置に装着する際の装
着誤差等により、得られた干渉縞にはアライメント誤差
が含まれる。このアライメント誤差を取り除く調整作業
は非常に困難であり、調整には多大な時間を必要とし
た。すなわち、球面測定においては、X−Y−Z座標系
の3軸の並進調整のみでよかったが、非球面ではさらに
X、Y軸周りの傾きΔθx、Δθyを加えた計5軸の調
整を行なう必要があった。ここで、Z軸は被検レンズへ
の被検光の入射方向、つまり、非球面レンズが置かれる
光路の光軸O、X、Yは光軸Oに垂直な直交二方向であ
る。
【0005】一般に、被検面が、X軸方向にδx、Y軸
方向にδyずれていたとすると、干渉縞には、それぞれ
の方向にティルト成分(ティルト縞)とコマ収差成分
(コマ収差縞)を含んだパターン(干渉縞)が観測さ
れる。一方、X、Y軸周りにそれぞれΔθx、Δθy傾
いていた場合は、干渉縞には大部分のティルト成分
と、わずかなコマ収差成分を含んだパターンが観測さ
れる。ティルト成分のみ、およびコマ収差のみによる干
渉縞の様子を第2図の(B)および第3図の(B)に示
した。ティルト成分にコマ収差が含まれると、図5
に示すように表われる。また、被検面のZ軸方向のずれ
は、干渉縞にデフォーカス成分を生じる。一般には、こ
れらの三つの誤差が重なりあって干渉縞が観察される。
ここで、デフォーカス成分は、他の誤差と違って軸対称
パターンとして表われるため、比較的簡単に調整できる
(図4の(B)参照)。
【0006】しかし、被検面の横ずれと傾きによる誤差
は、互いに近似した干渉縞を発生し、お互いに分離が困
難なので、レンズのアライメント調整は試行錯誤的な段
階が増えて調整時間が長くなる、という問題があった。
【0007】また、ある程度粗い干渉縞が得られるとこ
ろまでは手動で調整し、残りのアライメント誤差は、コ
ンピュータおよび走査手段を用いたフリンジスキャン法
などによる干渉縞解析法によって求め、調整する方法が
知られている。しかし、この方法によると、全体として
装置が高価になり、しかも縞解析時間が長くなる、とい
う問題があり、量産現場での適用は困難であった。
【0008】
【発明の目的】本発明は、光学素子、特に非球面の測定
に際し、簡単な構成によりアライメント調整を容易に、
短時間で行なうことができる非球面の測定装置を提供す
ると共に、特に複数の非球面レンズの測定の際に、アラ
イメント調整を容易にすることを目的とする。
【0009】
【発明の概要】この目的を達成する本願発明は、可干渉
光源からの光束を分割し、一方を被検光学素子の被検面
に照射し、該被検面で反射した被検光と、上記可干渉光
源からの光束を分割した他方を参照光として、上記ホロ
グラムで回折させた後に観測面上で重ね合わせて干渉さ
せて干渉縞を形成する測定光学系を有する測定装置であ
って、上記参照光が上記ホログラムに入射する方向を調
整する調整手段と、上記参照光によるホログラムの0次
回折光または1次回折光を検出面に集光させてその位置
により上記参照光が上記ホログラムに入射または射出す
る方向を検出する検出手段と、を有することに特徴を有
する。
【0010】
【実施例】以下図示実施例に基づいて本発明を説明す
る。先ず、本発明を適用するアライメント調整装置を備
えた非球面測定装置の原理について、図1を参照して説
明する。可干渉光を投光する光源としてのレーザ発振器
11から射出されたレーザは、対物レンズ13およびコ
リメートレンズ15により太径の平行光束になる。この
光束は、第2ハーフミラー33および第1ハーフミラー
17を透過し、集光レンズ19により集束され、被検位
置に配置された非球面レンズ21の非球面(被検面)2
1aで反射して光路を逆行し、集光レンズ19を透過し
て第1ハーフミラー17でほぼ直角方向に反射される。
そして、記録面51に配置されたホログラム23を透過
し、結像レンズ25によりCCDイメージセンサ27の
感光面(観測面53)上に結像される。ここで、被検光
が非球面レンズ21に入射する方向、つまり集光レンズ
19の光軸が測定光学系の光軸Oであり、X,Y,Z座
標系のZ軸である。
【0011】非球面レンズ21は、被検レンズ保持台1
00上に保持される。ここで、量産工程における測定の
場合、作業性を考慮すると、測定装置は必然的に縦形と
なり、レンズ保持台100は鉛直方向下方に配置され、
測定光学系および測定装置が鉛直上方に配置される。こ
のレンズ保持台100は、非球面レンズ21を嵌合保持
するレンズ載置凹部101と、レンズ載置凹部101の
底部103に形成された円形の穴104を備えている。
レンズ載置凹部101の内周面は、非球面レンズ21の
周縁部と当接して非球面レンズ21がほぼ鉛直に真直に
落し込まれるようにガイドするレンズガイド面102を
構成している。非球面レンズの当接面が凸面の場合は、
穴104の上端周縁部105が非球面レンズに当接して
非球面レンズを保持し、非球面レンズの当接面が凹面の
ときには、底面103が非球面レンズの周縁部に当接し
て非球面レンズを保持する。本実施例では、非球面レン
ズ21は第2面21bが上端周縁部105に当接して保
持されている。
【0012】さらにこのレンズ保持台100は、移動ス
テージ等により、光軸O(Z軸)方向に移動可能に、Z
軸と直交する方向(X−Y軸方向)にそれぞれ並進移動
可能に支持されている。このZ軸方向の移動によりデフ
ォーカス調整を、X−Y軸方向の移動により横ずれの調
整を行なう。
【0013】ホログラム23は、媒体として超高解像力
感光材料が使用されていて、上記レンズ保持台100に
非球面原器(図示せず)を置き、上記記録面51に置い
た高解像力感光材料に、非球面原器からの反射光と参照
光とを照射して記録(露光および現像)したものであ
る。
【0014】一方、レーザ発振器11から射出され、第
2ハーフミラー33を透過した平行光束の一部は、第1
ハーフミラー17においてCCDイメージセンサ27と
は反対方向に反射され、さらに固定参照ミラー29およ
び可動参照ミラー31により反射され、第1ハーフミラ
ー17を透過してホログラム23に入射する。そして、
ホログラム23に入射した光束はホログラム23により
回折され、非球面レンズ21からの被検光と同一方向に
進み、結像レンズ25によりCCDイメージセンサ27
上に結像される。これらの参照ミラー29、31で反射
された平行光束が参照光となる。
【0015】ここで、本実施例では、可動参照ミラー3
1を、反射面の法線に直交する二方向に回転可能に構成
してある。なお、この二方向は、図1においては紙面内
と紙面に直交する方向とする。
【0016】上記非球面レンズ21の非球面21aで反
射された被検光と、参照ミラー29、31で反射された
参照光との重ね合わせによる干渉縞がCCDイメージセ
ンサ27により撮像される。この干渉縞は、非球面原器
55の非球面形状からの差、すなわち設計形状からの差
として得られる。したがって、CCDイメージセンサ2
7により撮像されたこの干渉縞をTVモニタ41に再生
して観測または測定することにより、非球面レンズ21
の加工精度、状態を知ることができる。また、ここで観
測される干渉縞は、非球面原器を記録するときと被検レ
ンズを測定するときとで同じ光学系を使用するため、つ
まり、集光レンズ19および第1ハーフミラー17を光
束が通るので、非球面原器記録時と被検レンズ形状測定
時に光学系の持つ収差が互いに打ち消し合い、測定装置
の光学系に起因する測定誤差は生じない。
【0017】さらに、上記非球面21a(被検面)とホ
ログラム23(記録面)とが共役関係に配設され、かつ
ホログラム23とCCDイメージセンサ27(観測面)
とが共役関係に配設されている。このような共役関係に
配設することにより、被検面上での座標と観測面上での
座標とが一対一で対応し、被検レンズ測定時に参照光の
傾き(ホログラム23への入射角)を変化させても収差
の影響を受けず、アライメント調整が容易になる。
【0018】なお、本実施例は、球面レンズの測定も可
能である。コリメートレンズ15から射出された平行光
束の一部は、第2ハーフミラー33によりほぼ直角方向
に反射され、さらに第2の参照光束を作り出す第3ミラ
ー35で反射されて光路を逆行し、第2ハーフミラー3
3を透過して結像レンズ37によりCCDイメージセン
サ39上に結像される。また、第2ハーフミラー33を
透過した光束は、集光レンズ19により被検面で反射さ
れ、光路を逆行して第2ハーフミラー33で反射され、
結像レンズ37によりCCDイメージセンサ39上に結
像される。この両光が重ね合わさってCCDイメージセ
ンサ39上に干渉縞が得られる。この干渉縞をCCDイ
メージセンサ39により撮像してTVモニタ42に映し
出すことにより、球面レンズの球面形状を測定すること
ができる。
【0019】また、被検面が非球面レンズの場合、非球
面レンズ21の非球面21aで反射して集束レンズ19
を透過した光束の一部は、第1ハーフミラー17を透過
して平行光束として第2ハーフミラー33まで光路を逆
行し、第2ハーフミラー33により結像レンズ37方向
に反射され、CCDイメージセンサ39上に至る。した
がって、第3ミラー35で反射された光と非球面レンズ
21で反射された被検光とがセンサ39の受光面上で干
渉して干渉縞が形成される。この干渉縞を観測すること
により、非球面レンズ21のアライメント状態のチェッ
クができる。ただし、干渉縞の粗い部分が輪帯状にでき
るので被検面によっては測定し難い。なお、非球面レン
ズ21のティルト、コマ収差および各種収差が存在しな
い場合には、干渉縞は同心円状になる。
【0020】さて、非球面レンズ21のアライメント誤
差、すなわち測定装置に対して、非球面原器と相対的に
設定位置が違う場合に生じる誤差が存在すると、ティル
ト、コマ収差およびデフォーカスにより観測面53上に
干渉縞を生じる。図2ないし図4には、ティルトのみ、
コマ収差のみ、およびデフォーカスのみがそれぞれ単独
で生じている場合の波面の様子をそれぞれ示している。
同図において、符号(A)は、観測面53上での波面収
差を3次元的にプロットした図、符号(B)は観測面5
3上の干渉縞の様子を示した正面図、符号(C)は
(A)図において光軸OおよびY軸を通る縦断面におけ
る波面収差を示した図である。
【0021】非球面レンズの非球面形状を測定する場
合、通常、先ず、先に述べたように基準となる非球面原
器により露光、現像してホログラム23を形成する。
【0022】ホログラム23が完成すると、ホログラム
23を所定の位置にセットした後、被検非球面レンズ2
1をレンズ保持台100に載せて、非球面21aのX、
Y、Z軸方向のずれ調整を行なう。レンズ保持台100
は鉛直方向下方に配置され、測定光学系および測定装置
が鉛直上方に配置されている。ここで、非球面自身の偏
心(横ずれ)や傾きのみならず、レンズ保持台100の
レンズ保持縁部104に非球面レンズ21の対向面21
bを当て付けるので、当て付け部に対する非球面レンズ
の光軸Oに対する傾きを生じ、さらに、レンズガイド面
102と非球面レンズ21の周縁輪郭間とのクリアラン
スにより被検非球面レンズ21は、必然的に測定装置の
光軸Oに対して傾きΔθx、Δθyおよび横ずれδx、
δyを生じる。
【0023】次に、本実施例における調整方法につい
て、従来の調整方法と比較して説明する。被検非球面レ
ンズ21は、有効半径が7.20mm、非球面21aの形状が
非球面式1で表わされる非球面レンズである。
【数1】
近軸r:-27.682 (mm)
k : 0.00000
α4 :-2.79670×10-5
α6 : 7.25141×10-8
α8 :-6.30504×10-9
α10、α12: 0.00000×10-0
【0024】この被検非球面21aは、有効半径上(h
=hmax )で非球面量が0.111mm 、λ=0.6328μm のと
きに往復で350 λの波面収差を生じる非球面となる。こ
こで、被検非球面21aのアライメント誤差として、傾
きΔθが1′存在したとき、および横ずれδ(方向は任
意)が10μm 存在したときのそれぞれの場合に、ティ
ルト誤差に基づく干渉縞(以下「ティルト縞」とい
う)、およびコマ収差(以下「コマ収差縞」)に基
づく干渉縞がそれぞれ表1に示した本数の干渉縞が観測
される。
【表1】
【0025】この表1は、被検非球面の傾きΔθおよび
横ずれδと、観測される干渉縞のティルト縞および
コマ収差縞との関係を示している。この例では、被検非
球面に傾きΔθが1′発生すると、ティルト縞が13.2
本、コマ収差縞が0.65本表われ、被検非球面に横ずれ
δが10μm 発生するとティルト縞が16.4本、コマ収
差縞が6.70本表われる。
【0026】ここで特徴的なのは、被検面の傾きΔθの
影響は、ティルト縞の本数に大きく関係し、のコマ
収差縞にはほとんど関係していないこと(ただし、0で
はない)、および横ずれδはコマ収差縞の本数に大き
く関係していることである。
【0027】かかる条件下における従来の調整手順と波
面収差との関係を、表2を参照して説明する。従来の被
検非球面レンズのアライメント調整方法では、被検面自
体を光軸に対して傾け、光軸と直交する方向に横ずれさ
せて調整を行ない、この傾きおよび横ずれの調整を、独
立した調整段階により行なっていた。ここで、傾きΔθ
が1′、横ずれδが10μm 生じ、各々により発生する誤
差が同じ方向だったとすると、ティルト縞が29.6本
(13.2+16.4=29.6)、コマ収差縞が7.35本(0.65+
3.7 =7.35)表われていた場合(表2の(1)参照)に
おける従来の調整方法について、表2を参照して説明す
る。
【表2】【0028】先ず、アライメント誤差によって発生した
収差であるコマ収差縞の本数を確認するために、コ
マ収差縞よりも多数発生しているティルト縞の本数を
低減する。そのため、上述した被検面と干渉縞の特質
上、先ず、被検面の傾き調整を行なう。ここで、被検非
球面の傾きΔθa を、発生したティルト縞の本数が少な
くなる方向に、Δθa =(29.6/13.2)≒2.4 ′だけ回
転調整する。この傾きΔθa の調整により、傾きΔθ=
−1.2 ′、ティルト縞が0、コマ収差縞が5.89本
(−2.2 ×0.65+7.35=5.89)になる(表2(2)参
照)。
【0029】次に、この5.89本のコマ収差縞を0にす
べく、被検非球面をコマ収差を打ち消す方向に、δa =
(5.89/6.70)×10≒8.8 μm だけ移動させる。この横
ずれδa の調整により横ずれδ=1.2 μm 、コマ収差
縞は0になるが、ティルト縞が−14.4本発生してしま
う(表2(3)参照)。ここで、本来、残留しているコ
マ収差縞は0になるが、ティルト縞が多く発生している
のでその様子が視認できない。
【0030】そこで今度は、ティルト縞数を0にすべ
く被検非球面の傾きΔθa をティルト縞が減少する方向
に、Δθa =(14.4/13.2)≒1.1 ′だけ回転調整す
る。この傾きΔθa の調整により、傾きΔθ=−0.1
′、ティルト縞は0になるが、コマ収差縞が約0.7
1本発生してしまう(表2(4)参照)。
【0031】そこで再び、コマ収差縞を0にすべく被
検非球面をコマ収差縞を打ち消す方向に、δa =10×
(0.71/6.70)≒1.1 μm だけ移動させる。しかし、こ
の横ずれ調整により横ずれδ=0.2 μm になり、コマ
収差縞は0になるが、ティルト縞が−1.7 本発生して
しまう(表2(5)参照)。ここで、ティルト縞の本
数が少なくなったので、ようやく、コマ収差縞の本数
が0になったことを視認できる。
【0032】このように、被検非球面の傾きΔθa の調
整および光軸と直交する方向の横ずれδの調整を交互
に、ティルト縞数およびコマ収差縞数が許容値以下
になるまで何回も繰り返すのである。
【0033】以上述べた従来の調整方法は、被検非球面
の光軸の傾き調整を行なう際に、横ずれδは生じない、
という仮定に基づいての説明であったが、この仮定が成
立するのは、被検面の回転軸が被検非球面の面頂(光
心)に一致したときのみである。実際にはこの仮定が必
ずしも成立しておらず、この条件が崩れると調整には多
大な時間を必要とする、という問題があった。しかも従
来の調整方法は、ティルト誤差による干渉縞とコマ収差
による干渉縞とを分離して調整できなかったので、上述
のように条件が崩れた場合の調整が煩雑であった。
【0034】この従来の測定方法から、アライメント調
整で重要なのは、必要な情報であるコマ収差成分が不要
な情報であるティルト成分に埋もれないようにして、如
何に視認を容易にするかであり、視認の容易さが調整時
間の大小を決定することが分かる。
【0035】かかる分析に基づいてなされた本発明につ
いて、さらに図6ないし図8を参照して説明する。観測
面状における、光軸を通る干渉縞の様子を図6のグラフ
に示した。図6において、横軸ρは、非球面レンズ21
の光軸からの高さ(半径)をh、有効高さをhmax (有
効半径D)としたときに、h/hmax で表わされる値で
あり、縦軸Δω(本)は、干渉縞の変形量である。既に
述べた表1の値は、このグラフのρ=1の値である。こ
のグラフから、干渉縞の変形量Δωは非球面の横ずれδ
に依存し、傾きΔに対する依存量は非球面の横ずれδに
比して十分小さい、という特徴を持つことが分かる。
【0036】この点に着目してなされた本発明の測定装
置は、このコマ収差成分とティルト成分とを分離して独
立調整可能にしたことに特徴を有する。つまり、初期に
設定された参照光の方をアライメント調整時に傾けて、
被検非球面のアライメント誤差により生じたティルト成
分のみを独立して補正し、調整の効率化を図るものであ
る。具体的には、コマ収差成分の調整は被検非球面レン
ズの移動により行ない、ティルト成分の調整は、被検非
球面レンズは傾けずに、参照光の方を傾けて行なうこと
に特徴を有する。このように本実施例の装置は、被検非
球面のコマ収差成分はすべて被検非球面レンズの並進ず
れ調整のみで解消できる。
【0037】この本発明の思想を実現する実施例の動作
原理を、さらに図7を参照して説明する。図7におい
て、紙面に対して直交する方向がX軸、紙面内でX軸お
よび光軸Oと直交するする軸をY軸とする。可動参照ミ
ラー31は、軸心の延長が反射面の中心で直交するX軸
方向軸およびY軸方向軸を中心として回動可能に構成さ
れている。ここで、可動参照ミラー31を、X軸方向軸
を中心としてΔφ傾けた場合を考える。図7に示した通
り、可動参照ミラー31をΔφ傾けると、ホログラム2
3に入射する参照光は、入射角が2Δφ傾く。さらにホ
ログラム23で回折された参照光は、結像レンズ25を
透過して、入射角αで観測面53に入射する。ここで、
結像レンズ25に対し、ホログラム23と観測面53と
が共役の場合には、結像レンズ25による結像倍率をm
とすると、入射角αは、α=2mΔφとなる。
【0038】さらにこの例では、被検面と観測面も当然
共役になっている。ここで、ホログラムで回折し、結像
レンズ25を透過してきた光束は、単にα傾くのみで、
回折して来た波面の波面形状自体は変化しない。したが
って、この入射角αで観測面53に入射する参照光は、
被検非球面21aからの反射光でホログラム23を透過
した光(物体光)と、結像レンズ25を透過した後、観
測面53上で重なり、この結果、干渉縞が形成される。
このとき観測面53上での光束径をDとすると、
k=Dα
なる本数の縞、つまりティルトにより発生する干渉縞が
k本観測されるのみで、コマ収差は発生しない。図2に
示した実施例では9本のティルト縞が発生していること
が分かる。
【0039】本実施例では、可動参照ミラー31をティ
ルトさせてアライメント調整を行なうことに特徴があ
る。可動参照ミラー31が1′ティルトした(傾いた)
ときに生じる干渉縞の本数を表3に示した。この表3
は、可動参照ミラー31の傾きΔφが1′増減すると、
ティルト縞が31.9本発生するが、コマ収差縞は0で
あることを示している。
【表3】
【0040】次に、本発明の調整方法および調整装置に
よる調整について、さらに表4および図8を参照して説
明する。本実施例は、非球面レンズ21は、光軸Oおよ
びこれと直交する方向にしか移動させないこと、および
可動参照ミラー31を回転調整することに特徴を有す
る。
【表4】 【0041】先ず、被検非球面レンズ21を被検レンズ
保持台100にセットする(ステップ(S)11)。そ
して、デフォーカスが発生していれば、非球面レンズ2
1(被検レンズ保持台100)をZ軸方向に移動調整し
てデフォーカスを0にする(S13)。
【0042】デフォーカス調整後、被検非球面21aの
アライメント誤差として傾きΔθおよび横ずれδがそれ
ぞれ同方向に、傾きΔθが1′、横ずれδが10μm 発生
していたと仮定する。これは、表2の(1)と同条件で
ある。このときのティルト縞は29.6本、コマ収差縞
は7.35本であった(表4の(1)参照)。
【0043】そこで、先ず、ティルト縞を0にすべ
く、可動参照ミラー31を回転調整する(S15)。こ
こで、ティルト縞が29.6本であるから、可動参照ミラ
ー31をティルト縞を打ち消す方向に(29.6/31.9)
≒0.93′回転させて、可動参照ミラー31の初期設定方
向からの傾きΔφを−0.9 ′にし、ティルト縞を0に
する。この操作結果、非球面レンズ21の横ずれδはそ
のままなので、コマ収差縞が7.35本残った(表4
(2)参照)。
【0044】次に、コマ収差縞を0にすべく、非球面
レンズ21をコマ収差を打ち消す方向に11μm 移動させ
る(S17)。この移動により、横ずれδが−1μm に
なるが、コマ収差縞が0になる。この過程でティル
ト縞が発生するが、被検面調整とは独立して可動参照ミ
ラー31を傾ければ、ティルト縞の本数は増えず、0
本にすることもできる。以上の操作により、ティルト
縞およびコマ収差縞がほぼ0になる。なお、可動参照
ミラー31の傾きΔφは、0.6 ′減って約0.4′になっ
ている。
【0045】以上の調整によりティルト縞およびコ
マ収差縞の調整後の残量の絶対値が許容値未満になった
ら、加工誤差等により生じた被検面の形状誤差を測定
し、被検非球面21aの良否を判定する(S19、S2
1、S23)。判定が終了したら、被検非球面レンズ2
1をレンズ保持台100から取り除き、先の判定に基づ
いて処理する。そして、新たな被検非球面レンズをレン
ズ保持台100上に載せて、上記S11〜S23の処理
を行なう。
【0046】以上の通りこの非球面測定装置では、被検
非球面21aの傾き(光軸Oに対する非球面レンズ21
の光軸の傾き)、つまりティルト縞の調整を、被検非
球面21aは傾けずに、可動参照ミラー31の角度調整
により参照光の入射角を変えて調整するので、被検非球
面21aは横ずれの調整だけで済む。しかも、参照光の
方を傾けてもコマ収差縞に影響を及ぼさないので、
ティルト縞とコマ収差縞を分離して独立調整ができる
ようになり、被検非球面のアライメント調整時間が大幅
に短縮できる。
【0047】図示実施例では、参照光を傾けるために、
可動参照ミラー31を回転させたが、可動参照ミラー3
1と固定参照ミラー29とを入れ替えてもよく、要する
に、参照光がホログラム、観測面に入射する角度(光軸
Oに対する角度)の調整ができる構成であればよい。
【0048】ところで、この測定装置において種々の非
球面レンズを測定する場合、ホログラムをそれぞれの非
球面レンズに合わせて予め製作しておき、測定時には対
応するホログラムと交換する必要がある。本実施例で
は、非球面レンズの非球面形状を測定する際に、可動参
照ミラー31を動かす。そのため、可動参照ミラー31
で反射してホログラムに入射する参照光の入射角度が、
ホログラム記録時と、ホログラム交換時とで異なってし
まうことがある。例えば、ホログラムを記録した後、他
のホログラムを使用して非球面レンズ測定時のアライメ
ント調整のために可動参照ミラー31を回転調整した場
合である。そのため、このように場合には、ホログラ
ム、観測面に入射する参照光の位置、角度などの条件
が、記録時とホログラム交換時とで異なってしまう。
【0049】しかし、ホログラムに入射する参照光の条
件は、ホログラム記録時と交換時とで同じにする必要が
ある。このようにしないと、ホログラムの調整が正しく
行なえない。すなわち、非球面原器を設定し、原器から
の反射光でホログラムを透過する光(0次回折光)と参
照光でホログラムを回折する光による干渉縞の本数を0
本にできない。
【0050】そこで本発明は、参照光がホログラムに入
射する角度、方向または位置を検出して、ホログラム記
録時と交換時とで同一の入射条件に調整できる装置を提
供する。この本発明の実施例について、さらに図9ない
し図11を参照して説明する。なお、図1に示した実施
例と同一の構成部材には同一の符号を付して説明を省略
する。
【0051】図9には、ホログラム23を透過した参照
光(0次回折光)により可動参照ミラー31の傾きを検
出する実施例を示してある。可動参照ミラー31で反射
され、第1ハーフミラー17およびホログラム23を透
過した参照光(0次回折光)は、集光レンズ63によっ
て、受光面が検出面を構成するCCDイメージセンサ6
5上に結像される。この参照光の像は点像66として現
われるので(図10参照)、その点像66をTVモニタ
67に映し出して観測する。ここで、ホログラム記録時
における点像66の位置(座標)を記録しておき、ホロ
グラム交換時にはその記録位置を読み出して、その位置
に点像66が来るように可動参照ミラー31の角度調整
を行なう。この角度調整により、ホログラム23を記録
したときと同一の角度で入射する参照光によりホログラ
ム入射を設定ができる。なお、集光レンズ63、CCD
イメージセンサ65が検出手段を構成している。
【0052】また、ホログラム記録時に点像が特定の座
標に位置するように可動参照ミラー31を角度調整する
構成にすれば、種々のホログラム記録の度に点像66の
座標を記録しなくて済む。なお、参照光のホログラム入
射位置を検出する手段は、集光レンズ63、CCDイメ
ージセンサ65およびTVモニタ67に限定されるもの
ではない。
【0053】以上は透過光(0次回折光)を利用した実
施例であったが、1次回折光を利用する実施例について
図11を参照して説明する。ホログラム23と結像レン
ズ25との間に第3のハーフミラー71を配設してあ
る。可動参照ミラー31で反射して第1ハーフミラー1
7を透過し、ホログラム23で回折された参照光の一部
は、第3のハーフミラー71で観測面53と直交する方
向に反射する。この第3のハーフミラー71で反射した
参照光は、集光レンズ73によりCCDイメージセンサ
75に結像される。この参照光の像は、点像として表わ
れるので、これをTVモニタ77に映し出して観察し、
また記録する。この実施例では、観測面上で、被検面か
らの反射光も点像として観測できるので、両者の相対的
な角度ずれが測定でき、被検面の傾き情報が得られる、
という特徴もある。
【0054】以上の通り本実施例は、ホログラムに入射
する参照光の位置を検出できるので、種々の非球面レン
ズを測定するためにホログラムを交換する場合に、その
ホログラム記録時の参照光入射位置と同一位置になるよ
うに可動参照ミラー31の角度調整を行なうことができ
る。したがって、可動参照ミラー31を動かすことによ
り生じる悪影響を除去して、可動参照ミラー31の角度
調整および非球面レンズ21aの横ずれ調整を迅速にか
つ短時間で行なうことができる。
【0055】
【発明の効果】以上の説明から明らかな通り本発明によ
れば、参照光によるホログラムの0次回折光または1次
回折光を検出面に集光させてその位置により上記参照光
が上記ホログラムに入射または射出する方向をを検出手
段により検出できるので、非球面測定時に参照光がホロ
グラムに入射する条件がホログラム記録時と変わってい
ても、ホログラム記録時に検出手段により参照光の集光
位置を検出しておけば、この集光位置に測定時の参照光
の集光位置が記録時の集光位置に合致するように合調整
手段により調整すれば、ホログラム記録時と同一の条件
に調整できるので、種々のホログラムを取り替えての光
学素子の測定が容易、迅速かつ短時間で行なえ、特に、
複数の非球面レンズの測定の際のアライメント調整が容
易かつ短時間で行なえる。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention
Regarding the aspherical surface measuring device that measures using the Raffy technology
You.
[0002]
2. Description of the Related Art In recent years, optical devices such as
Aspherical lenses are often used for camera lenses.
ing. This is due to advances in optical plastic molding technology.
Aspheric lenses can be mass-produced relatively inexpensively.
It is because. Aspherical shape during mass production of aspherical lens
Quickly whether or not is formed with high accuracy as designed
Need to measure.
Conventionally, as a method of measuring an aspherical surface, holographic
One utilizing fee technology is known. Applicant
Also developed and applied for an aspherical surface measurement method and measurement device first
(JP-A-4-40534). This applicant first
The newly developed aspherical surface measuring device has been designed with high accuracy
Reflected light and reference from an accurately formed and positioned aspheric prototype
An image is taken by superimposing the light on the light to form a hologram. Next
The hologram is returned to the shooting position after the
The aspherical lens that is the test surface is placed at the same position as the aspherical prototype.
Then, the interference fringes observed on the observation surface
Easily measure shape errors from design values, which are differences from surface prototypes
It becomes possible.
However, actually, the outer shape of the aspherical lens
Molding error when mounting the aspherical lens on the measuring device.
Alignment error may occur in the resulting interference fringes due to
Is included. Adjustment work to remove this alignment error
Is very difficult and takes a lot of time to adjust
Was. That is, in spherical measurement, the XYZ coordinate system
Only the translational adjustment of the three axes was sufficient.
A total of 5 axes including tilts Δθx and Δθy around the X and Y axes
Adjustment was necessary. Here, the Z axis is to the lens to be inspected.
The incident direction of the test light, that is, the aspheric lens is placed
The optical axes O, X, and Y of the optical path are two orthogonal directions perpendicular to the optical axis O.
You.
In general, the surface to be inspected has δx in the X-axis direction,
Direction, the interference fringes have
Component (tilt fringe) and coma component in the direction of
Patterns (interference fringes) containing (coma aberration fringes) are observed
It is. On the other hand, Δθx and Δθy tilt around the X and Y axes, respectively.
If it is, most of the tilt components will be in the interference fringes
And a pattern containing a slight coma component was observed.
It is. Dryness due to only the tilt component and coma
The appearance of the interference fringes is shown in FIG. 2 (B) and FIG. 3 (B).
did. When coma is included in the tilt component, FIG.
It appears as shown in Also, the displacement of the test surface in the Z-axis direction
Causes a defocus component in the interference fringes. Generally, this
These three errors overlap and interference fringes are observed.
Here, the defocus component is axially symmetric unlike other errors
Appears as a pattern and can be adjusted relatively easily
(See FIG. 4B).
However, errors due to lateral displacement and inclination of the surface to be inspected.
Generate interference fringes that are close to each other, making it difficult to separate them from each other.
It is difficult to adjust the lens alignment by trial and error.
There was a problem that the adjustment time was long due to the increase in floors.
[0007] Also, it is noted that some coarse interference fringes can be obtained.
Manual adjustment until the
Fringe scan method using computer and scanning means
Method to obtain and adjust by interference fringe analysis method such as
Are known. But according to this method, as a whole
Equipment is expensive and fringe analysis time is long.
Therefore, it is difficult to apply the method to mass production.
[0008]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a method for measuring optical elements, especially aspherical surfaces.
In this case, alignment adjustment is easy with a simple configuration,
Provide an aspherical measuring device that can be performed in a short time
In addition, especially when measuring multiple aspherical lenses.
The purpose is to facilitate adjustment of the adjustment.
[0009]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention, which achieves this object, provides a coherent
Splits the light beam from the light source, one of which is the test surface of the test optical element
And the test light reflected by the test surface and the coherent light
The other part of the luminous flux from the source is
After diffracting in grams, superimpose on the observation surface and interfere
Measuring device having a measuring optical system for forming interference fringes
Thus, the direction in which the reference light is incident on the hologram is adjusted.
Adjusting means for adjusting,0th order of hologram by reference light
Focus the diffracted light or first-order diffracted light on the detection surface
ByThe reference light enters or exits the hologram.
Detecting means for detecting the direction in which the
I do.
[0010]
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below based on illustrated embodiments.
You. First, an alignment adjustment device to which the present invention is applied is provided.
The principle of the obtained aspherical surface measuring device is explained with reference to FIG.
I will tell. Laser oscillator as a light source that emits coherent light
The laser beam emitted from the objective lens 13 and the core
The light beam is converted into a large-diameter parallel light beam by the remate lens 15. this
The light beam passes through the second half mirror 33 and the first half mirror.
17 and converged by the condenser lens 19,
Aspherical surface (test surface) 2 of the aspherical lens 21 disposed at the position
The light is reflected at 1a, travels backward in the optical path, and passes through the condenser lens 19.
Then, the light is reflected by the first half mirror 17 in a substantially right angle direction.
Then, the light passes through the hologram 23 arranged on the recording surface 51.
The imaging lens 25 controls the CCD image sensor 27.
An image is formed on a photosensitive surface (observation surface 53). Where the test light
Is incident on the aspherical lens 21, that is, the condenser lens
The optical axis 19 is the optical axis O of the measuring optical system, and the X, Y, Z
This is the Z axis of the reference system.
The aspherical lens 21 includes the lens holder 1 to be inspected.
00. Here, measurement in the mass production process
In consideration of workability, the measuring device is inevitably
The lens holder 100 is disposed vertically below,
The measurement optical system and the measurement device are arranged vertically above. This
Lens holder 100 fits and holds aspherical lens 21
Between the lens mounting recess 101 and the lens mounting recess 101
It has a circular hole 104 formed in the bottom 103.
The inner peripheral surface of the lens mounting recess 101 is
The aspherical lens 21 is almost vertically straight in contact with the peripheral portion.
The lens guide surface 102 that guides the
Make up. If the contact surface of the aspherical lens is convex,
When the upper peripheral edge 105 of the hole 104 comes into contact with the aspherical lens,
Holds the aspherical lens and the contact surface of the aspherical lens is concave.
Sometimes, the bottom surface 103 comes into contact with the periphery of the aspherical lens.
To hold the aspherical lens. In this embodiment, the aspheric lens
, The second surface 21b is in contact with the upper peripheral edge portion 105 and is held.
Is held.
Further, the lens holder 100 is provided with a moving slide.
It is possible to move in the optical axis O (Z axis) direction
Translational movement in the direction perpendicular to the axis (XY axis direction)
Supported as possible. This movement in the Z-axis direction
Adjust the focus by adjusting the lateral displacement by moving in the X and Y directions.
Make adjustments.
The hologram 23 has a very high resolution as a medium.
A photosensitive material is used, and the lens holding base 100
Place an aspherical prototype (not shown) and place it on the recording surface 51
Light from the aspherical prototype and the reference
It is recorded (exposure and development) by irradiating with light
You.
On the other hand, the laser beam emitted from the laser
Part of the parallel light beam transmitted through the half mirror 33 is
In the half mirror 17, the CCD image sensor 27
Is reflected in the opposite direction, and furthermore, the fixed reference mirror 29 and
Reflected by the movable reference mirror 31 and the first half mirror
-17 through the hologram 23. And
The light beam incident on the hologram 23 is reflected by the hologram 23
Diffracted, in the same direction as the test light from the aspheric lens 21
Then, the image forming lens 25 moves the CCD image sensor 27
Imaged on top. Reflected by these reference mirrors 29 and 31
The obtained parallel light beam becomes the reference light.
Here, in the present embodiment, the movable reference mirror 3
1 can be rotated in two directions perpendicular to the normal of the reflective surface
I have. Note that these two directions are within the plane of FIG.
And the direction perpendicular to the paper surface.
The aspherical surface 21a of the aspherical lens 21
The emitted test light and reflected by the reference mirrors 29 and 31
Interference fringes due to superimposition with the reference light
The image is taken by the sensor 27. This interference fringe is
55, the difference from the aspherical shape, that is, the difference from the design shape
Is obtained as Therefore, the CCD image sensor 2
7 is reproduced on the TV monitor 41.
By observing or measuring the aspherical lens 21
It is possible to know the processing accuracy and condition of Also watch here
The interference fringes measured are the same as when recording an aspheric
To use the same optical system as when measuring
That is, the condenser lens 19 and the first half mirror 17
Since the bundle passes, when recording an aspherical prototype and measuring the shape of the lens to be inspected
Sometimes the aberrations of the optical system cancel each other out, and
No measurement error occurs due to the optical system.
Further, the aspherical surface 21a (test surface) and the
Program 23 (recording surface) is disposed in a conjugate relationship, and
Hologram 23 and CCD image sensor 27 (observation surface)
Are arranged in a conjugate relationship. In such a conjugate relationship
By arranging, the coordinates on the test surface and the
The coordinates correspond one-to-one with the coordinates of the reference light when measuring the test lens.
Aberration even when tilt (angle of incidence on hologram 23) is changed
And the alignment adjustment becomes easy.
In this embodiment, measurement of a spherical lens is also possible.
Noh. Parallel light emitted from the collimating lens 15
Part of the bundle is almost perpendicular to the second half mirror 33
To the third mirror, which is reflected by the mirror and further creates a second reference beam.
-35, the light is reflected by -35 and travels backward in the optical path.
3 through the imaging lens 37 and the CCD image sensor.
An image is formed on the surface 39. Also, the second half mirror 33
The transmitted light beam is reflected by the converging lens 19 on the surface to be inspected.
And is reflected by the second half mirror 33 in the reverse direction of the optical path,
Formed on the CCD image sensor 39 by the imaging lens 37
Imaged. These two lights are superimposed to form a CCD image cell.
An interference fringe is obtained on the sensor 39. This interference fringe is
The image is captured by the image sensor 39 and projected on the TV monitor 42.
Measuring the spherical shape of a spherical lens
Can be.
When the surface to be measured is an aspheric lens,
The converging lens 19 reflected by the aspherical surface 21a of the surface lens 21
A part of the light beam transmitted through the first half mirror 17 is transmitted.
To reverse the optical path to the second half mirror 33 as a parallel light flux
To the image forming lens 37 by the second half mirror 33.
And reaches the CCD image sensor 39. did
Therefore, the light reflected by the third mirror 35 and the aspherical lens
The test light reflected by the sensor 21 is dried on the light receiving surface of the sensor 39.
Interference fringes are formed. Observing this interference fringe
Check of the alignment state of the aspherical lens 21
Can be done. However, the rough part of the interference fringes is
Therefore, it is difficult to measure depending on the test surface. In addition, aspherical lens
There is no tilt, coma and various aberrations of the lens 21.
Otherwise, the interference fringes are concentric.
The misalignment of the aspherical lens 21 will now be described.
The difference, that is to say the measuring device, relative to the aspherical prototype
If there is an error that occurs when the setting position is different,
On the observation surface 53 due to
This produces interference fringes. 2 to 4 show only the tilt,
Only coma and defocus only
The state of the wavefront when it occurs in each is shown.
In the figure, the symbol (A) indicates the wavefront yield on the observation surface 53.
A diagram in which the difference is plotted three-dimensionally.
3 is a front view showing the appearance of interference fringes, and symbol (C) is
(A) In a longitudinal section passing through the optical axis O and the Y axis in the drawing.
FIG. 3 is a diagram showing wavefront aberrations.
When measuring the aspherical shape of an aspherical lens,
In general, first, as described above, the reference aspherical element
The hologram 23 is formed by exposing and developing with a container.
When the hologram 23 is completed, the hologram 23
23 is set at a predetermined position, and then the aspherical lens 2
1 is placed on the lens holder 100, and X,
The deviation adjustment in the Y and Z axis directions is performed. Lens holder 100
Is located vertically below, and the measuring optical system and measuring device
Are arranged vertically above. Here, the deflection of the aspheric surface itself is
Not only the center (lateral shift) and tilt, but also the lens holder 100
Opposing surface 21 of aspherical lens 21 on lens holding edge 104
Since b is applied, the aspherical lens for the applied part
Is tilted with respect to the optical axis O, and the lens guide surface
Clear run between 102 and peripheral contour of aspheric lens 21
The aspherical lens 21 to be measured is necessarily
The inclination Δθx, Δθy and the lateral deviation δx with respect to the optical axis O,
δy.
Next, the adjustment method in this embodiment will be described.
A description will be given in comparison with a conventional adjustment method. Test aspheric surface
The lens 21 has an effective radius of 7.20 mm and an aspherical surface 21a.
This is an aspheric lens represented by an aspheric surface formula 1.
(Equation 1)
Paraxial r: -27.682 (mm)
k: 0.00000
αFour : -2.79670 × 10-Five
α6 : 7.25141 × 10-8
α8 : -6.30504 × 10-9
αTen, Α12: 0.00000 × 10-0
The aspheric surface 21a to be inspected has an effective radius (h
= Hmax), the amount of aspherical surface is 0.111 mm, and λ = 0.6328 μm.
In this case, it becomes an aspherical surface which generates a wavefront aberration of 350 λ in a round trip. This
Here, as an alignment error of the test aspheric surface 21a,
When Δθ is 1 ′ and the lateral shift δ (the direction is arbitrary)
In each case when 10 μm exists,
Interference fringes based on tilt error (hereinafter “tilt fringes”
) And coma (hereinafter “coma aberration fringes”)
The number of interference fringes shown in Table 1 was observed.
Is done.
[Table 1]
Table 1 shows the inclination Δθ of the test aspheric surface and
Lateral shift δ, tilt fringes of observed interference fringes and
The relation with coma aberration fringes is shown. In this example,
When a slope Δθ of 1 ′ occurs on the spherical surface, a tilt fringe is 13.2
0.65 lines and coma aberration fringes appear, laterally offset to the aspheric surface to be inspected
When δ is 10 μm, 16.4 tilt stripes,
6.70 stripes appear.
The characteristic feature here is that the inclination Δθ of the test surface is
The effect is greatly related to the number of tilt stripes.
Has little to do with aberration fringes (however, 0
No), and the lateral shift δ is large in the number of coma fringes
It is closely related.
The conventional adjustment procedure and wave under such conditions
The relationship with the surface aberration will be described with reference to Table 2. Conventional
In the method of adjusting the alignment of the aspherical lens for inspection,
Tilt the body with respect to the optical axis, and
And adjust the tilt and lateral displacement independently.
This was done in a standing adjustment stage. Where the slope Δθ
Is 1 'and the lateral deviation δ is 10 μm,
If the difference was in the same direction, 29.6 tilt stripes
(13.2 + 16.4 = 29.6), 7.35 coma aberration patterns (0.65+
3.7 = 7.35) When it is shown (see (1) in Table 2)
The conventional adjustment method in FIG.
You.
[Table 2]First, an error caused by an alignment error
In order to check the number of coma
The number of tilt stripes that occur more than the
Reduce. Therefore, the characteristics of the test surface and interference fringes described above
First, the inclination of the test surface is adjusted. Here, the test non
When the inclination of the spherical surface Δθa is small, the number of generated tilt stripes is small.
Times Δθa = (29.6 / 13.2) ≒ 2.4 '
Adjust the rotation. By adjusting the inclination Δθa, the inclination Δθ =
-1.2 ', zero tilt fringes, 5.89 coma fringes
(−2.2 × 0.65 + 7.35 = 5.89) (see Table 2 (2))
See).
Next, the 5.89 coma fringes are set to zero.
Therefore, δa =
(5.89 / 6.70) × 10 ≒ 8.8 μm. This side
By adjusting the deviation δa, the lateral deviation δ = 1.2 μm, coma aberration
The stripes are 0, but -14.4 tilt stripes are generated.
(See Table 2 (3)). Here, the remaining
Ma aberration fringes are 0, but many tilt fringes occur
Therefore, the state cannot be visually recognized.
Therefore, this time, the number of tilt stripes should be reduced to zero.
The tilt Δθa of the aspheric surface to be measured is changed in the direction in which the tilt fringe decreases.
In addition, adjust the rotation by Δθa = (14.4 / 13.2) ≒ 1.1 '
You. By adjusting the inclination Δθa, the inclination Δθ = −0.1
', Tilt fringe is 0, but coma fringe is about 0.7
One occurs (see Table 2 (4)).
Then, again, the coma aberration fringe is reduced to zero.
Δa = 10 ×
(0.71 / 6.70) ≒ Move by 1.1 μm. But this
The lateral deviation δ becomes 0.2 μm by adjusting the lateral deviation of
Aberration fringes become zero, but -1.7 tilt fringes occur
(See Table 2 (5)). Where the book with tilt stripes
Finally, the number of coma aberration fringes has decreased
Has become zero.
As described above, the adjustment of the inclination Δθa of the aspheric surface to be inspected is performed.
Adjustment of the lateral shift δ in the direction orthogonal to the optical axis
And the number of tilt fringes and the number of coma fringes are below the allowable values
It repeats many times until it becomes.
The conventional adjustment method described above uses the aspherical surface to be inspected.
When the tilt of the optical axis is adjusted, no lateral shift δ occurs.
The explanation was based on the assumption that
In order for the axis of rotation of the surface to be measured to stand up
Heart). In practice, this assumption is necessary.
This is not the case, and if this condition breaks down, many adjustments will not be possible.
There was a problem that it required a lot of time. Moreover
Conventional adjustment methods include interference fringes and coma due to tilt errors.
The interference fringes due to
The adjustment when the condition is broken as described above is complicated.
From this conventional measuring method, the alignment
What is important in adjustment is that the coma aberration component, which is necessary information, is not required
To avoid being buried in the tilt component, which is important information.
What makes visual recognition easy, and the ease of visual recognition is adjusted
It can be seen that the magnitude between the two is determined.
The present invention has been made based on such an analysis.
The description will be further made with reference to FIGS. Observation
FIG. 6 is a graph showing the state of interference fringes passing through the optical axis in a planar shape.
It was shown to. In FIG. 6, the horizontal axis ρ represents the aspherical lens 21.
The height (radius) from the optical axis is h, and the effective height is hmax (Yes
Effective radius D), the value represented by h / hmax
The vertical axis Δω (book) is the amount of deformation of the interference fringes. already
The values in Table 1 described above are the values of ρ = 1 in this graph. This
From the graph of FIG. 5, the deformation amount Δω of the interference fringe is the lateral shift δ of the aspheric surface.
And the amount of dependence on the slope Δ depends on the lateral shift δ of the aspheric surface.
It can be seen that it has a characteristic that it is sufficiently smaller than that.
The measuring apparatus of the present invention made by focusing on this point.
The coma component and tilt component are separated
It is characterized in that it can be adjusted vertically. That is, initially
Tilt the set reference beam at the time of alignment adjustment,
Tilt component caused by alignment error of the aspheric surface
Only the minute is corrected independently to improve the efficiency of adjustment.
You. Specifically, the adjustment of the coma aberration component is
The tilt component is adjusted by moving the
Do not tilt the spherical lens but tilt the reference beam
It has features. As described above, the apparatus of the present embodiment
All coma components of the spherical surface are not translated by the aspherical lens under test.
It can be solved only by adjustment.
Operation of the embodiment for realizing the idea of the present invention
The principle will be further described with reference to FIG. Figure 7
Therefore, the direction orthogonal to the plane of the paper is the X axis, and the X axis
An axis perpendicular to the optical axis O is defined as a Y axis. Movable reference
The X axis is an axis whose extension is perpendicular to the center of the reflecting surface.
It is configured to be rotatable about the direction axis and the Y-axis direction axis.
Have been. Here, the movable reference mirror 31 is connected to the X-axis direction axis.
Let's consider the case of tilting Δφ around. The communication shown in FIG.
When the movable reference mirror 31 is tilted by Δφ, the hologram 2
The reference light incident on 3 has an incident angle of 2Δφ. Further e
The reference light diffracted by the program 23 passes through the imaging lens 25.
The light is transmitted and enters the observation surface 53 at an incident angle α. here,
With respect to the imaging lens 25, the hologram 23 and the observation surface 53
Is conjugate, the imaging magnification of the imaging lens 25 is m
Then, the incident angle α is α = 2mΔφ.
Further, in this example, the test surface and the observation surface are
It is conjugate. Here, diffracted by the hologram and imaged
The light beam transmitted through the lens 25 simply tilts by α,
The wavefront shape itself of the diffracted wavefront does not change. But
Therefore, the reference light incident on the observation surface 53 at the incident angle α is
The hologram 23 is transmitted by reflected light from the test aspheric surface 21a.
After passing through the formed light (object light) and the imaging lens 25,
Overlap on the measurement surface 53, and as a result, interference fringes are formed.
At this time, if the luminous flux diameter on the observation surface 53 is D,
k = Dα
A certain number of stripes, that is, interference fringes caused by tilt
Only k lines are observed, and no coma aberration occurs. In FIG.
In the embodiment shown, nine tilt stripes are generated.
I understand.
In this embodiment, the movable reference mirror 31 is
It is characterized by
You. The movable reference mirror 31 is tilted by 1 '(tilted)
Table 3 shows the number of interference fringes that sometimes occurred. This Table 3
Is obtained when the inclination Δφ of the movable reference mirror 31 increases or decreases by 1 ′.
31.9 tilt fringes are generated, but coma fringes are 0
It indicates that there is.
[Table 3]
Next, the adjusting method and the adjusting apparatus of the present invention will be described.
The adjustment by the method will be further described with reference to Table 4 and FIG.
I will tell. In the present embodiment, the aspherical lens 21 is
And move it only in the direction perpendicular to it, and
The feature is that the rotation of the movable reference mirror 31 is adjusted.
You.
[Table 4]First, the aspherical lens 21 to be inspected is replaced with the lens to be inspected.
It is set on the holding table 100 (step (S) 11). So
If defocus has occurred, the aspherical lens 2
1 (test lens holder 100) is moved and adjusted in the Z-axis direction.
Defocus is set to 0 (S13).
After the defocus adjustment, the aspheric surface 21a
Slope Δθ and lateral shift δ are the alignment errors.
In the same direction, an inclination Δθ of 1 ′ and a lateral deviation δ of 10 μm were generated.
Suppose you were. This is based on the same conditions as (1) in Table 2.
is there. In this case, 29.6 tilt stripes and coma aberration stripes
Was 7.35 (see (1) in Table 4).
Therefore, first, the tilt stripes should be reduced to zero.
Next, the rotation of the movable reference mirror 31 is adjusted (S15). This
Since there are 29.6 tilt stripes, the movable reference mirror
-31 in the direction to cancel the tilt stripes (29.6 / 31.9)
≒ 0.93 'rotation to initialize the movable reference mirror 31
The inclination from the direction Δφ is -0.9 ', and the tilt fringe is 0
I do. As a result of this operation, the lateral shift δ of the aspherical lens 21 is
7.35 coma aberration fringes remained (Table 4
(See (2)).
Next, in order to reduce the coma aberration fringe to 0, the aspherical surface
Move the lens 21 by 11 μm in the direction to cancel coma
(S17). By this movement, the lateral shift δ becomes -1 μm
However, the coma aberration fringe becomes zero. Till in this process
However, a movable reference error is generated independently of the adjustment of the test surface.
If you tilt the R31, the number of tilt stripes will not increase,
It can be a book. With the above operation, tilt
The fringes and coma fringes are almost zero. In addition, movable reference
The tilt Δφ of the mirror 31 is reduced by 0.6 ′ to about 0.4 ′.
ing.
With the above adjustments, tilt stripes and
The absolute value of the remaining amount after adjusting the fringe pattern has fallen below the allowable value
Measure the shape error of the test surface caused by processing errors, etc.
Then, the quality of the test aspheric surface 21a is determined (S19, S2).
1, S23). When the judgment is completed, the aspheric lens 2 to be inspected
1 is removed from the lens holder 100, and based on the above judgment,
Process. Then, a new test aspheric lens is
The processing of S11 to S23 is carried on the
Perform
As described above, in this aspherical surface measuring device,
The inclination of the aspherical surface 21a (the aspherical lens 21 with respect to the optical axis O)
The tilt of the optical axis of the
Adjusting the angle of the movable reference mirror 31 without tilting the spherical surface 21a
To adjust the incident angle of the reference beam,
The surface 21a only needs to be adjusted for the lateral displacement. Moreover, the reference light
Tilt does not affect coma fringes,
Separate tilt and coma fringes for independent adjustment
As a result, the alignment adjustment time of the aspheric surface
Can be shortened to
In the illustrated embodiment, in order to tilt the reference light,
Although the movable reference mirror 31 is rotated, the movable reference mirror 3 is rotated.
1 and the fixed reference mirror 29 may be interchanged,
The angle at which the reference beam is incident on the hologram and observation surface (optical axis
Any configuration can be used as long as it can adjust the angle with respect to O).
By the way, in this measuring device, various non-
When measuring a spherical lens, the hologram is
It is manufactured in advance according to the spherical lens.
It must be replaced with a corresponding hologram. In this embodiment
Is a movable part when measuring the aspherical shape of an aspherical lens.
The illumination mirror 31 is moved. Therefore, the movable reference mirror 31
The angle of incidence of the reference beam reflected by the
The difference between hologram recording and hologram replacement
Sometimes For example, after recording a hologram,
Alignment when measuring aspherical lenses using holograms
When the movable reference mirror 31 is rotated and adjusted for
It is. Therefore, in this case, the hologram
Conditions, such as the position and angle of the reference beam incident on the observation surface
However, it differs between recording and hologram replacement.
However, the reference beam striking the hologram
Must be the same for hologram recording and exchange.
is there. Otherwise, the hologram adjustment will be incorrect
I can't do it. In other words, set the aspherical prototype, and from the prototype
Light that is transmitted through the hologram with the reflected light (0th-order diffracted light)
The number of interference fringes due to light diffracting the hologram by illumination is 0
I can't book it.
Therefore, according to the present invention, the reference light enters the hologram.
Hologram recording by detecting the launch angle, direction or position.
A device that can be adjusted to the same incident conditions for recording and exchange
Offer. This embodiment of the invention is not further illustrated in FIG.
This will be described with reference to FIG. In addition, the implementation shown in FIG.
The same components as those in the example are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
I do.
FIG. 9 shows a reference transmitted through the hologram 23.
The inclination of the movable reference mirror 31 is detected by light (0th-order diffracted light).
An example is shown. Reflected by movable reference mirror 31
Through the first half mirror 17 and the hologram 23.
The passed reference light (0th-order diffracted light) is condensed by the condenser lens 63.
CCD image sensor 6 whose light receiving surface constitutes a detection surface
5 is formed. The image of this reference light is represented as a point image 66.
(See FIG. 10), the point image 66 is displayed on the TV monitor.
It is projected on 67 and observed. Here, when recording the hologram
Record the position (coordinates) of the point image 66 at
At the time of gram exchange, the recorded position is read and the
Adjustment of the movable reference mirror 31 so that the point image 66 comes to
Perform Hologram 23 is recorded by this angle adjustment
Hologram with reference light incident at the same angle as
System incidence can be set. The condenser lens 63, CCD
The image sensor 65 constitutes detection means.
When a hologram is recorded, a point image is
Adjust the angle of the movable reference mirror 31 so that it is positioned at the target
With this configuration, a point image 66 is formed every time various holograms are recorded.
No need to record coordinates. The hologram of the reference beam
The means for detecting the shooting position includes a condenser lens 63 and a CCD image.
Limited to image sensor 65 and TV monitor 67
is not.
The above is an actual case using transmitted light (0th-order diffracted light).
This is an example, but an example using first-order diffracted light
This will be described with reference to FIG. Hologram 23 and imaging lens
A third half mirror 71 is disposed between the
You. First half mirror 1 reflected by movable reference mirror 31
7 and a part of the reference light diffracted by the hologram 23
Is the direction perpendicular to the observation surface 53 by the third half mirror 71
Reflects in the direction. This third half mirror 71 reflects
The reference light is supplied to the CCD image sensor by the condenser lens 73.
The image is formed at 75. This reference light image is represented as a point image.
Is displayed on the TV monitor 77 and observed.
Record again. In this embodiment, on the observation surface,
The reflected light can be observed as a point image.
Angle deviation can be measured, and the inclination information of the test surface can be obtained.
There is also a feature.
As described above, in this embodiment, the light is incident on the hologram.
The position of the reference light to be detected can be detected.
When exchanging holograms to measure noise
It will be the same position as the reference light incident position at the time of hologram recording
The angle of the movable reference mirror 31 can be adjusted as
You. Therefore, by moving the movable reference mirror 31,
To remove the adverse effects caused by the movement of the movable reference mirror 31
Quick adjustment and lateral displacement adjustment of the aspherical lens 21a
In a short time.
[0055]
As is apparent from the above description, according to the present invention,
Then, the 0th order diffracted light or the 1st order of the hologram by the reference light
The diffracted light is focused on the detection surface, and the position of the reference light
Detects the direction of incidence or exit to the hologram
Since it can be detected by steps, the reference light
The conditions for incidence on the gram are different from those during hologram recording.
EvenFocusing of reference beam by detecting means during hologram recording
If the position is detected, the reference light at the time of measurement
Adjustment so that the light focus position matches the light focus position during recording
If adjusted by means,Same conditions as for hologram recording
Can be adjusted in different ways, so the light after replacing various holograms
Easy, quick and short measurement of the element
Easy alignment adjustment when measuring multiple aspherical lenses
Easy and quick.
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用する、ホログラムを利用した非球
面測定装置の一実施例の光路図である。
【図2】同測定装置の観測面に表われた、被検非球面の
ティルトによる干渉縞の様子を立体、平面および断面で
示す図である。
【図3】同測定装置の観測面に表われた、被検非球面の
コマ収差による干渉縞の様子を立体、平面および断面で
示す図である。
【図4】同測定装置の観測面に表われた、被検非球面の
デフォーカスによる干渉縞の様子を立体、平面および断
面で示す図である。
【図5】同測定装置の観測面に表われた、被検面のティ
ルトおよびコマ収差による干渉縞の様子を示す平面図で
ある。
【図6】ティルトΔθが1′、横ずれδが10μm 生じた
ときの干渉縞の曲がりの様子を示すグラフ図である。
【図7】本実施例における可動参照ミラーの回転角と参
照光の偏向との関係を説明する図である。
【図8】本実施例の測定手順を説明するフローチャート
図である。
【図9】本発明における参照光入射位置検出手段の一実
施例を示す光路図である。
【図10】同参照光入射位置検出手段により得られる像
の様子を示す図である。
【図11】本発明における参照光入射位置検出手段の他
の実施例を示す光路図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an optical path diagram of an embodiment of an aspherical surface measuring apparatus using a hologram to which the present invention is applied. FIG. 2 is a diagram showing a state of an interference fringe caused by a tilt of a test aspherical surface, which is shown on an observation surface of the measurement apparatus, in a three-dimensional shape, a plane, and a cross-section. FIG. 3 is a diagram showing the appearance of interference fringes due to coma aberration of the aspheric surface to be detected, which is shown on the observation surface of the measurement apparatus, in a three-dimensional, planar, and cross-sectional view. FIG. 4 is a diagram showing a state of an interference fringe due to defocusing of the aspheric surface to be detected, which is shown on the observation surface of the measurement apparatus, in a three-dimensional shape, a plane, and a cross-section. FIG. 5 is a plan view showing the appearance of interference fringes due to tilt and coma aberration on the surface to be inspected, which is shown on the observation surface of the measuring apparatus. [6] tilt Δθ 1 ', is a graph showing a state of bending of the interference fringes when the lateral deviation δ occurs 10 [mu] m. FIG. 7 is a diagram illustrating the relationship between the rotation angle of the movable reference mirror and the deflection of the reference light in the present embodiment. [8] Flowchart illustrating the measurement procedure of this embodiment
FIG . FIG. 9 is an optical path diagram showing one embodiment of a reference light incident position detecting means in the present invention. FIG. 10 is a diagram showing a state of an image obtained by the reference light incident position detecting means. FIG. 11 is an optical path diagram showing another embodiment of the reference light incident position detecting means in the present invention.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01M 11/00 - 11/02 G02B 9/021 G01J 3/45 G01J 9/00 - 9/04 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Fields surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G01M 11/00-11/02 G02B 9/021 G01J 3/45 G01J 9/00-9/04
Claims (1)
被検光学素子の被検面に照射し、該被検面で反射した被
検光と、上記可干渉光源からの光束を分割した他方を参
照光として、上記ホログラムで回折させた後に観測面上
で重ね合わせて干渉させて干渉縞を形成する測定光学系
を有する測定装置であって、 上記参照光が上記ホログラムに入射する方向を調整する
調整手段と、上記参照光によるホログラムの0次回折光または1次回
折光を検出面に集光させてその位置により 上記参照光が
上記ホログラムに入射または射出する方向を検出する検
出手段と、を有することを特徴とする非球面測定装置。(57) [Claim 1] A light beam from a coherent light source is split, and one of the light beams is radiated to a surface to be measured of an optical element to be measured and reflected by the surface to be measured. and test light, and the other obtained by dividing the light beam from the coherent light source as a ginseng <br/> illumination, forming interference fringes by interference superimposed on the observation plane after being diffracted by the hologram optical measurement A measuring device having a system, comprising: adjusting means for adjusting a direction in which the reference light is incident on the hologram; and a zero-order diffracted light or a first-order diffracted light of the hologram by the reference light.
An aspherical surface measuring device, comprising: detecting means for converging the folded light on a detection surface and detecting a direction in which the reference light enters or exits the hologram according to the position thereof .
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP31226393A JP3385082B2 (en) | 1993-12-13 | 1993-12-13 | Aspherical surface measuring device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31226393A JP3385082B2 (en) | 1993-12-13 | 1993-12-13 | Aspherical surface measuring device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07167739A JPH07167739A (en) | 1995-07-04 |
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Family
ID=18027140
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
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Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4631408B2 (en) * | 2004-07-13 | 2011-02-16 | 横河電機株式会社 | Light source device for inspection |
| KR100715021B1 (en) * | 2005-07-26 | 2007-05-09 | (주)에이피앤텍 | Digital hologram recording device, recording method and playback method |
| US11391564B2 (en) * | 2019-09-30 | 2022-07-19 | Opto-Alignment Technology, Inc. | Active alignment technique for measuring tilt errors in aspheric surfaces during optical assembly using lens alignment station (LAS) |
-
1993
- 1993-12-13 JP JP31226393A patent/JP3385082B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
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