JP3412962B2 - 偏心測定方法及びそれを用いた偏心測定装置 - Google Patents
偏心測定方法及びそれを用いた偏心測定装置Info
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- JP3412962B2 JP3412962B2 JP13101395A JP13101395A JP3412962B2 JP 3412962 B2 JP3412962 B2 JP 3412962B2 JP 13101395 A JP13101395 A JP 13101395A JP 13101395 A JP13101395 A JP 13101395A JP 3412962 B2 JP3412962 B2 JP 3412962B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は偏心測定方法及びそれを
用いた偏心測定装置に関し、特に単体レンズの球面或は
複数の光学要素で構成された光学系の各面の偏心を金物
に組み込んだまま測定するのに好適なものである。
用いた偏心測定装置に関し、特に単体レンズの球面或は
複数の光学要素で構成された光学系の各面の偏心を金物
に組み込んだまま測定するのに好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】レンズ等の偏心を測定する装置は種々提
案されている。高精度の測定方法としては昭和51年特許
出願公告第51-42495号に開示された２光束干渉を利用し
た軸ずれ検知方法がある。
案されている。高精度の測定方法としては昭和51年特許
出願公告第51-42495号に開示された２光束干渉を利用し
た軸ずれ検知方法がある。
【０００３】この方法は干渉性のある２光束を、被測定
面の曲率中心で交差するように入射し、被検面で反射し
たこれらの光を重ね合わせることにより干渉縞を生じさ
せ、被検物を回転させた時に発生する干渉縞の変動から
反射２光束間の位相差、さらにその結果から被測定面の
軸ずれすなわち偏心を測定するものである。
面の曲率中心で交差するように入射し、被検面で反射し
たこれらの光を重ね合わせることにより干渉縞を生じさ
せ、被検物を回転させた時に発生する干渉縞の変動から
反射２光束間の位相差、さらにその結果から被測定面の
軸ずれすなわち偏心を測定するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の方法を多数の部品で構成されるレンズ系の各面の
偏心測定に応用しようとすれば、このレンズ系を偏心測
定の基準となる軸を中心に回転させなければならない。
従って、例えば光軸がミラーにより折り曲がっているレ
ンズ系のように軸対称でないレンズ系や、鏡筒のサイズ
が極めて大きいレンズ系または構造が複雑なレンズ系で
は、これらのレンズ系を回転させて偏心測定をすること
が困難となる。
従来の方法を多数の部品で構成されるレンズ系の各面の
偏心測定に応用しようとすれば、このレンズ系を偏心測
定の基準となる軸を中心に回転させなければならない。
従って、例えば光軸がミラーにより折り曲がっているレ
ンズ系のように軸対称でないレンズ系や、鏡筒のサイズ
が極めて大きいレンズ系または構造が複雑なレンズ系で
は、これらのレンズ系を回転させて偏心測定をすること
が困難となる。
【０００５】さらに、レンズ系の一端から測定用の光束
を入出射させることが必要なので、レンズ系の一端に測
定光の入出射のための光学要素を配置するスペースがな
いレンズ系では、レンズ系端部から測定光が入射できな
いので上記の従来の方法では偏心測定ができないという
問題があった。
を入出射させることが必要なので、レンズ系の一端に測
定光の入出射のための光学要素を配置するスペースがな
いレンズ系では、レンズ系端部から測定光が入射できな
いので上記の従来の方法では偏心測定ができないという
問題があった。
【０００６】本発明は上記問題を解決するもので、多数
の光学要素で構成されたレンズ系の各面の偏心を、被測
定レンズ系を静止したまま、容易に、且つ高精度で測定
できる偏心測定方法及びそれを用いた偏心測定装置の提
供を目的とする。
の光学要素で構成されたレンズ系の各面の偏心を、被測
定レンズ系を静止したまま、容易に、且つ高精度で測定
できる偏心測定方法及びそれを用いた偏心測定装置の提
供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の偏心測定装置
は、 （１−１） 光源からの光束を分割手段により第１の光
束と第２の光束に分割し、両光束を集光レンズに、その
光軸に平行な光束として入射させ、該集光レンズから射
出する両光束を被測定光学系の被測定面にその見かけの
曲率中心近傍に集光・交差させて照射し、該被測定面よ
り反射する両光束を該集光レンズ、該分割手段を介して
干渉させ、その干渉光を該分割手段、該集光レンズ、該
受光器を該集光レンズの光軸を中心として回転させなが
ら受光器で受光し、該受光器からの信号により該被測定
面の偏心情報を得ていること等を特徴としている。
は、 （１−１） 光源からの光束を分割手段により第１の光
束と第２の光束に分割し、両光束を集光レンズに、その
光軸に平行な光束として入射させ、該集光レンズから射
出する両光束を被測定光学系の被測定面にその見かけの
曲率中心近傍に集光・交差させて照射し、該被測定面よ
り反射する両光束を該集光レンズ、該分割手段を介して
干渉させ、その干渉光を該分割手段、該集光レンズ、該
受光器を該集光レンズの光軸を中心として回転させなが
ら受光器で受光し、該受光器からの信号により該被測定
面の偏心情報を得ていること等を特徴としている。
【０００８】特に、
（１−１−１） 前記被測定光学系の光路中に該集光レ
ンズの光軸に重なる光線を該被測定光学系の基準軸に重
なるように偏向する平面ミラーを設置する。 （１−１−２） 前記集光レンズは焦点距離可変レンズ
である。 （１−１−３） 前記光源と前記分割手段との間に偏光
面設定手段を有し、前記被測定面に至る経路に存在する
偏光素子に応じて光源からの光束の偏光面を制御する。 （１−１−４） 前記２光束の少なくとも１つは前記分
割手段と前記集光レンズとの間に設けた周波数変調手段
によって周波数変調を受け、位相測定手段が前記干渉光
のビートの位相を検出する。こと等を特徴としている。
ンズの光軸に重なる光線を該被測定光学系の基準軸に重
なるように偏向する平面ミラーを設置する。 （１−１−２） 前記集光レンズは焦点距離可変レンズ
である。 （１−１−３） 前記光源と前記分割手段との間に偏光
面設定手段を有し、前記被測定面に至る経路に存在する
偏光素子に応じて光源からの光束の偏光面を制御する。 （１−１−４） 前記２光束の少なくとも１つは前記分
割手段と前記集光レンズとの間に設けた周波数変調手段
によって周波数変調を受け、位相測定手段が前記干渉光
のビートの位相を検出する。こと等を特徴としている。
【０００９】又、本発明の偏心測定方法は、
（１−２） 光源からの光束を分割手段により第１の光
束と第２の光束に分割し、該２つの光束の少なくとも１
つを周波数変調手段を介して周波数変調し、両光束を集
光レンズに、その光軸に平行な光束として入射させ、該
集光レンズから射出する両光束を被測定光学系の被測定
面にその見かけの曲率中心近傍に集光・交差させて照射
し、該被測定面より反射する２つの光束を該集光レン
ズ、該周波数変調手段、該分割手段を介してヘテロダイ
ン干渉させ、受光器が該ヘテロダイン干渉光を受光し、
該干渉光のビートの位相を該分割手段、該集光レンズ、
該受光器を該集光レンズの光軸を中心として回転させな
がら位相測定手段が検出し、該位相測定手段からの信号
により該被測定面の偏心情報を得ること等を特徴として
いる。
束と第２の光束に分割し、該２つの光束の少なくとも１
つを周波数変調手段を介して周波数変調し、両光束を集
光レンズに、その光軸に平行な光束として入射させ、該
集光レンズから射出する両光束を被測定光学系の被測定
面にその見かけの曲率中心近傍に集光・交差させて照射
し、該被測定面より反射する２つの光束を該集光レン
ズ、該周波数変調手段、該分割手段を介してヘテロダイ
ン干渉させ、受光器が該ヘテロダイン干渉光を受光し、
該干渉光のビートの位相を該分割手段、該集光レンズ、
該受光器を該集光レンズの光軸を中心として回転させな
がら位相測定手段が検出し、該位相測定手段からの信号
により該被測定面の偏心情報を得ること等を特徴として
いる。
【００１０】特に、
（１−２−１） 前記被測定光学系の光路中に該集光レ
ンズの光軸に重なる光線を該被測定光学系の基準軸に重
なるように偏向する平面ミラーを設置する。 （１−２−２） 前記集光レンズは焦点距離可変レンズ
である。 （１−２−３） 前記光源と前記分割手段との間に偏光
面設定手段を有し、前記被測定面に至る経路に存在する
偏光素子に応じて光源からの光束の偏光面を制御してい
る。こと等を特徴としている。
ンズの光軸に重なる光線を該被測定光学系の基準軸に重
なるように偏向する平面ミラーを設置する。 （１−２−２） 前記集光レンズは焦点距離可変レンズ
である。 （１−２−３） 前記光源と前記分割手段との間に偏光
面設定手段を有し、前記被測定面に至る経路に存在する
偏光素子に応じて光源からの光束の偏光面を制御してい
る。こと等を特徴としている。
【００１１】又、本発明の偏心測定装置は、
（１−３） 光源からの光束を干渉光学系によりその光
軸に対称に周波数の異なる２つの光束に分割して射出さ
せて、被測定光学系の光路中に設けた平面ミラーを利用
して被測定面の見かけの曲率中心に集光後、該被測定面
に入射させ、該被測定面で反射した２光束を該平面ミラ
ーを介して該干渉光学系で干渉させ、該干渉光のビート
信号を該干渉光学系の少なくとも一部を該干渉光学系の
光軸を回転軸として回転させて受光器で検出し、該受光
器からの信号を用いて該被測定面の偏心情報を求めてい
ること等を特徴としている。
軸に対称に周波数の異なる２つの光束に分割して射出さ
せて、被測定光学系の光路中に設けた平面ミラーを利用
して被測定面の見かけの曲率中心に集光後、該被測定面
に入射させ、該被測定面で反射した２光束を該平面ミラ
ーを介して該干渉光学系で干渉させ、該干渉光のビート
信号を該干渉光学系の少なくとも一部を該干渉光学系の
光軸を回転軸として回転させて受光器で検出し、該受光
器からの信号を用いて該被測定面の偏心情報を求めてい
ること等を特徴としている。
【００１２】特に、
（１−３−１） 前記干渉光学系は焦点距離可変の集光
レンズを有し、該集光レンズの焦点距離を変化させて前
記２つの光束を前記被測定面の見かけの曲率中心に集光
させていること等を特徴としている。
レンズを有し、該集光レンズの焦点距離を変化させて前
記２つの光束を前記被測定面の見かけの曲率中心に集光
させていること等を特徴としている。
【００１３】
【実施例】図１は本発明の実施例１の要部概略図であ
る。図中、１は光源であるレーザ、２はレーザ１から放
射される光束、３は偏光面設定手段であり、光束２の偏
光面の方向を任意に設定できる。５は光束２を２つの光
束２ａ、２ｂに分割するハーフミラー（分割手段）、
６、７、８は２分割された光束２ａ、２ｂを折り曲げる
ミラーである。
る。図中、１は光源であるレーザ、２はレーザ１から放
射される光束、３は偏光面設定手段であり、光束２の偏
光面の方向を任意に設定できる。５は光束２を２つの光
束２ａ、２ｂに分割するハーフミラー（分割手段）、
６、７、８は２分割された光束２ａ、２ｂを折り曲げる
ミラーである。
【００１４】９は焦点距離可変レンズ（集光レンズ）で
あり、焦点距離を調節して光束２ａ、２ｂを被測定面の
曲率中心で交差させる。なお、焦点距離可変レンズ９は
焦点距離を変えるに応じてそのバックフォーカスが変化
するレンズである。
あり、焦点距離を調節して光束２ａ、２ｂを被測定面の
曲率中心で交差させる。なお、焦点距離可変レンズ９は
焦点距離を変えるに応じてそのバックフォーカスが変化
するレンズである。
【００１５】１０は光検出器（受光器）であり、戻って
きた光束２ａ、２ｂの干渉光を検出する。１１は音響光
学素子（周波数変調手段）であり、光束２ａの周波数を
変化させる。
きた光束２ａ、２ｂの干渉光を検出する。１１は音響光
学素子（周波数変調手段）であり、光束２ａの周波数を
変化させる。
【００１６】ハーフミラー５、ミラー６、７、８、焦点
距離可変レンズ９、光検出器１０、音響光学素子１１等
は干渉光学系４の一要素を構成している。干渉光学系４
は光束２を２光束に分割し被測定面の曲率中心に向かっ
て射出すると共に戻ってきた２光束を干渉させて光検出
器１０に導く。なお、干渉光学系４は測定時には焦点距
離可変レンズ９の光軸を回転軸として回転する。焦点距
離可変レンズ９の光軸を干渉光学系４の光軸と定義す
る。
距離可変レンズ９、光検出器１０、音響光学素子１１等
は干渉光学系４の一要素を構成している。干渉光学系４
は光束２を２光束に分割し被測定面の曲率中心に向かっ
て射出すると共に戻ってきた２光束を干渉させて光検出
器１０に導く。なお、干渉光学系４は測定時には焦点距
離可変レンズ９の光軸を回転軸として回転する。焦点距
離可変レンズ９の光軸を干渉光学系４の光軸と定義す
る。
【００１７】１２は回転ステージであり、干渉光学系４
を回転させる。１３は平面ミラーであり、干渉光学系４
から射出された２光束２ａ、２ｂを被測定レンズ系に導
く。１４は平面ミラー１３の設置角度微調整装置であ
る。
を回転させる。１３は平面ミラーであり、干渉光学系４
から射出された２光束２ａ、２ｂを被測定レンズ系に導
く。１４は平面ミラー１３の設置角度微調整装置であ
る。
【００１８】１５は被測定レンズ系（被測定光学系）、
１６は被測定レンズ系１５の測定中の被測定面である。
単レンズ１７〜２２、ミラー２３、偏光ビームスプリッ
タ２４等は被測定レンズ系１５を構成している構成要素
である。なお、被測定レンズ系１５の構成要素は該被測
定レンズ系１５の光軸（基準軸）ＯKに沿って配置され
ている。
１６は被測定レンズ系１５の測定中の被測定面である。
単レンズ１７〜２２、ミラー２３、偏光ビームスプリッ
タ２４等は被測定レンズ系１５を構成している構成要素
である。なお、被測定レンズ系１５の構成要素は該被測
定レンズ系１５の光軸（基準軸）ＯKに沿って配置され
ている。
【００１９】２８は音響光学素子ドライバーであり、音
響光学素子１１に高周波電力を供給する。２９はアンプ
であり、光検出器１０の出力信号を増幅する。３０はバ
ンドパスフィルターであり、アンプ２９の出力の中の特
定の周波数成分のみを通過させる。３１は分周器であ
り、バンドパスフィルター３０の出力信号の周波数を２
分の１にする。３２は位相計であり、音響光学素子２８
に供給されている高周波電力と分周器３１の出力信号の
位相差を測定する。なお、バンドパスフィルター３０、
分周器３１、位相計３２等は位相測定手段の一要素を構
成している。
響光学素子１１に高周波電力を供給する。２９はアンプ
であり、光検出器１０の出力信号を増幅する。３０はバ
ンドパスフィルターであり、アンプ２９の出力の中の特
定の周波数成分のみを通過させる。３１は分周器であ
り、バンドパスフィルター３０の出力信号の周波数を２
分の１にする。３２は位相計であり、音響光学素子２８
に供給されている高周波電力と分周器３１の出力信号の
位相差を測定する。なお、バンドパスフィルター３０、
分周器３１、位相計３２等は位相測定手段の一要素を構
成している。
【００２０】３３は回転ステージドライバーであり、回
転ステージ１２を指令値に従って駆動する。３４は演算
装置であり、回転ステージドライバー３３への指令値と
位相計３２の出力信号から被測定面１６の偏心を測定し
表示する。
転ステージ１２を指令値に従って駆動する。３４は演算
装置であり、回転ステージドライバー３３への指令値と
位相計３２の出力信号から被測定面１６の偏心を測定し
表示する。
【００２１】本実施例の作用を説明する。光源である直
線偏光のレーザ１からの平行光束２は偏光面設定手段３
により所望の偏光面を持って干渉光学系４に焦点距離可
変レンズ９の光軸に沿って入射する。干渉光学系４の中
で光束２はハーフミラー５により光束２ａ、２ｂに分割
され、次いでミラー６、７、８を介して２つの光束はと
もに焦点距離可変レンズ９の光軸に平行な光束となって
このレンズ９に入射する。このとき、一方の光束２ａは
周波数ｆ1 で駆動されている音響光学素子１１を通過す
ることによって周波数がｆ1 だけ変化する。
線偏光のレーザ１からの平行光束２は偏光面設定手段３
により所望の偏光面を持って干渉光学系４に焦点距離可
変レンズ９の光軸に沿って入射する。干渉光学系４の中
で光束２はハーフミラー５により光束２ａ、２ｂに分割
され、次いでミラー６、７、８を介して２つの光束はと
もに焦点距離可変レンズ９の光軸に平行な光束となって
このレンズ９に入射する。このとき、一方の光束２ａは
周波数ｆ1 で駆動されている音響光学素子１１を通過す
ることによって周波数がｆ1 だけ変化する。
【００２２】焦点距離可変レンズ９の焦点距離を調整し
て光束２ａ、２ｂが集光・交差する場所を被測定レンズ
の被測定面１６の曲率中心に大体一致させる。１種類の
焦点距離可変レンズ９で測定すべき総ての面の曲率中心
に一致させることができない場合があるので、焦点距離
の可変範囲の異なる複数の焦点距離可変レンズを用意し
て、被測定面１６の曲率半径に応じて適切な焦点距離可
変レンズを使用する。
て光束２ａ、２ｂが集光・交差する場所を被測定レンズ
の被測定面１６の曲率中心に大体一致させる。１種類の
焦点距離可変レンズ９で測定すべき総ての面の曲率中心
に一致させることができない場合があるので、焦点距離
の可変範囲の異なる複数の焦点距離可変レンズを用意し
て、被測定面１６の曲率半径に応じて適切な焦点距離可
変レンズを使用する。
【００２３】焦点距離可変レンズ９に入射する２光束は
ともにこのレンズ９の光軸に平行であるので、焦点距離
可変レンズ９を出た光は干渉光学系４の回転軸（＝焦点
距離可変レンズ９の光軸）を中心に回転し、平面ミラー
１３で反射して被測定レンズ系１５に導入される。
ともにこのレンズ９の光軸に平行であるので、焦点距離
可変レンズ９を出た光は干渉光学系４の回転軸（＝焦点
距離可変レンズ９の光軸）を中心に回転し、平面ミラー
１３で反射して被測定レンズ系１５に導入される。
【００２４】平面ミラー１３は設置角度微調整装置１４
によって、干渉光学系４の回転軸と基準軸が平面ミラー
１３の反射面に関し対称になるように設置角度が調整さ
れている（従って、焦点距離可変レンズ９の光軸に重な
る光線を反射して基準軸に重ねている）。従って、回転
ステージ１２が回転すれば光束２ａ、２ｂは平面ミラー
１３で反射後、被測定レンズ系１５の基準軸を中心に回
転する。
によって、干渉光学系４の回転軸と基準軸が平面ミラー
１３の反射面に関し対称になるように設置角度が調整さ
れている（従って、焦点距離可変レンズ９の光軸に重な
る光線を反射して基準軸に重ねている）。従って、回転
ステージ１２が回転すれば光束２ａ、２ｂは平面ミラー
１３で反射後、被測定レンズ系１５の基準軸を中心に回
転する。
【００２５】光束２ａ、２ｂが集光・交差する点は被測
定面１６の曲率中心に大体一致しているので、被測定面
１６で反射した光束２ａ、２ｂの一部はそれまでの経路
を逆進してハーフミラー５まで戻る。その際光束２ａは
音響光学素子１１を再度通過するので更に周波数がｆ1
だけ変化する。一方光束２ｂの周波数は元のままなの
で、ハーフミラー５で重ね合わされた光束２ａと光束２
ｂの干渉光は周波数２ｆ1 のビートを生じている。この
干渉光を光検出器１０で受光し、光検出器１０の出力信
号をアンプ２９で後段の信号処理に適するように増幅す
る。
定面１６の曲率中心に大体一致しているので、被測定面
１６で反射した光束２ａ、２ｂの一部はそれまでの経路
を逆進してハーフミラー５まで戻る。その際光束２ａは
音響光学素子１１を再度通過するので更に周波数がｆ1
だけ変化する。一方光束２ｂの周波数は元のままなの
で、ハーフミラー５で重ね合わされた光束２ａと光束２
ｂの干渉光は周波数２ｆ1 のビートを生じている。この
干渉光を光検出器１０で受光し、光検出器１０の出力信
号をアンプ２９で後段の信号処理に適するように増幅す
る。
【００２６】アンプ２９の出力信号を観測して干渉光の
ビート振幅が最大になるように焦点距離可変レンズ９を
回転ステージ１２の回転軸に沿って微調整すれば、光束
２ａ、２ｂが集光・交差する点は被測定面１６の曲率中
心にほぼ完全に一致させることができる。そして後述す
るように干渉光のビートの位相φを測定することにより
被測定面１６の偏心の量と方位が求められる。
ビート振幅が最大になるように焦点距離可変レンズ９を
回転ステージ１２の回転軸に沿って微調整すれば、光束
２ａ、２ｂが集光・交差する点は被測定面１６の曲率中
心にほぼ完全に一致させることができる。そして後述す
るように干渉光のビートの位相φを測定することにより
被測定面１６の偏心の量と方位が求められる。
【００２７】干渉光のビートの位相φを測定する手順を
説明する。アンプ２９の出力信号をバンドパスフィルタ
ー３０を通過させることによって周波数２ｆ1 以外の成
分を除去し、さらに分周器３１によって前記出力信号の
周波数を２分の１すなわち音響光学素子ドライバー２８
の出力周波数と同じｆ1 にする。この段階で分周器３１
の出力と音響光学素子ドライバー２８の出力の位相差を
位相計３２で比較することにより位相φを求めることが
できる。
説明する。アンプ２９の出力信号をバンドパスフィルタ
ー３０を通過させることによって周波数２ｆ1 以外の成
分を除去し、さらに分周器３１によって前記出力信号の
周波数を２分の１すなわち音響光学素子ドライバー２８
の出力周波数と同じｆ1 にする。この段階で分周器３１
の出力と音響光学素子ドライバー２８の出力の位相差を
位相計３２で比較することにより位相φを求めることが
できる。
【００２８】本実施例はいわゆるヘテロダイン干渉計を
構成していて、高い分解能で位相φの測定ができるので
結果として高精度の偏心測定が可能となっている。
構成していて、高い分解能で位相φの測定ができるので
結果として高精度の偏心測定が可能となっている。
【００２９】次に干渉光のビートの位相φから被測定面
１６の偏心データを得る原理について説明する。図２は
測定原理の説明図であり、焦点距離可変レンズ９から被
測定面１６までを基準軸ＯK 上に展開して表している。
図２（Ａ）は側面図、図２（Ｂ）は被測定面１６を前方
から見た正面図である。
１６の偏心データを得る原理について説明する。図２は
測定原理の説明図であり、焦点距離可変レンズ９から被
測定面１６までを基準軸ＯK 上に展開して表している。
図２（Ａ）は側面図、図２（Ｂ）は被測定面１６を前方
から見た正面図である。
【００３０】図中、Ｆは焦点距離可変レンズ９の焦点で
あり、この位置は基準軸ＯK 上で被測定面１６の曲率中
心Ｃの近傍である。Ｓは被測定面１６が基準軸ＯK と交
わる点、Ａ，Ｂはそれぞれ測定光束２ａ，２ｂが被測定
面１６に当たる点である。なお基準軸ＯK に沿ってＺ
軸、側面図において紙面内でＺ軸に直交する方向をＹ
軸、紙面に垂直な方向をＸ軸としてＸＹＺ座標を設定す
る。
あり、この位置は基準軸ＯK 上で被測定面１６の曲率中
心Ｃの近傍である。Ｓは被測定面１６が基準軸ＯK と交
わる点、Ａ，Ｂはそれぞれ測定光束２ａ，２ｂが被測定
面１６に当たる点である。なお基準軸ＯK に沿ってＺ
軸、側面図において紙面内でＺ軸に直交する方向をＹ
軸、紙面に垂直な方向をＸ軸としてＸＹＺ座標を設定す
る。
【００３１】ヘテロダイン干渉法でよく知られているよ
うに干渉光のビートの位相φは次式に示すように光束２
ａ、２ｂの光路長差ΔＬ＝ＦＢ−ＦＡに比例する。
うに干渉光のビートの位相φは次式に示すように光束２
ａ、２ｂの光路長差ΔＬ＝ＦＢ−ＦＡに比例する。
【００３２】
φ＝２πΔＬ／λ （１）
ここでλは光束２の波長である。さらに光路長差ΔＬと
被測定面１６の偏心には以下の関係がある。
被測定面１６の偏心には以下の関係がある。
【００３３】
ΔＬ＝２Ｄ・α・cos( θ−ψ) （２）
ここでＤは被測定面１６での２光束２ａ、２ｂの距離、
即ち距離ＡＢである。αは面倒れ角すなわち被測定面１
６が基準軸ＯK となす角度であり、図中∠ＦＳＣであ
る。θは光束２ａの中心線と光束２ｂの中心線を含む平
面が基準面（たとえばＹＺ面）となす角度、ψは偏心の
方位すなわち被測定面１６の法線ＳＣと被測定レンズ系
１５の基準軸ＯK を含む平面が前記基準面となす角度で
ある。被測定面１６の曲率半径ＳＣをＲ、偏心の大きさ
ＦＣをｈとすれば、 ｈ＝Ｒα （３） であるから、式（１）、式（２）、式（３）より
即ち距離ＡＢである。αは面倒れ角すなわち被測定面１
６が基準軸ＯK となす角度であり、図中∠ＦＳＣであ
る。θは光束２ａの中心線と光束２ｂの中心線を含む平
面が基準面（たとえばＹＺ面）となす角度、ψは偏心の
方位すなわち被測定面１６の法線ＳＣと被測定レンズ系
１５の基準軸ＯK を含む平面が前記基準面となす角度で
ある。被測定面１６の曲率半径ＳＣをＲ、偏心の大きさ
ＦＣをｈとすれば、 ｈ＝Ｒα （３） であるから、式（１）、式（２）、式（３）より
【００３４】
【数１】
となる。角度θは干渉光学系４の回転に伴って変化する
ので位相φは正弦波状に変化する。従って回転ステージ
１２により干渉光学系４を回しながら位相φを測定し、
演算装置３４で式（４）を使って干渉光学系４の回転角
θ、すなわち回転ステージ１２の回転角と位相φの値よ
り偏心の大きさｈと偏心の方位ψを求めることができ
る。以上が本実施例によって被測定面１６の偏心データ
を得る原理である。
ので位相φは正弦波状に変化する。従って回転ステージ
１２により干渉光学系４を回しながら位相φを測定し、
演算装置３４で式（４）を使って干渉光学系４の回転角
θ、すなわち回転ステージ１２の回転角と位相φの値よ
り偏心の大きさｈと偏心の方位ψを求めることができ
る。以上が本実施例によって被測定面１６の偏心データ
を得る原理である。
【００３５】図１では被測定面として平面ミラー１３に
最も近い面１６を測定しているが、次に２番目に近い面
を測定する場合にはまず最も近い面１６の偏心を測定し
た後、２番目の面の見かけの曲率中心すなわち平面ミラ
ー１３側から見た該当する被測定面の曲率中心の像点に
おいて２光束２ａ、２ｂが交差するよう焦点距離可変レ
ンズ９を調整する。
最も近い面１６を測定しているが、次に２番目に近い面
を測定する場合にはまず最も近い面１６の偏心を測定し
た後、２番目の面の見かけの曲率中心すなわち平面ミラ
ー１３側から見た該当する被測定面の曲率中心の像点に
おいて２光束２ａ、２ｂが交差するよう焦点距離可変レ
ンズ９を調整する。
【００３６】そして、ここで得られた偏心の大きさｈと
偏心の方位ψは手前にある面の偏心の影響を受けている
のでこれを演算により補正して正味の偏心を求める。同
様にして順次奥の面の偏心を測定することができる。
偏心の方位ψは手前にある面の偏心の影響を受けている
のでこれを演算により補正して正味の偏心を求める。同
様にして順次奥の面の偏心を測定することができる。
【００３７】２光束２ａ、２ｂが被測定面に至る光路中
に偏光ビームスプリッタ２４のような偏光素子が存在す
る場合は、偏光面設定手段３により２光束２ａ、２ｂが
できるだけ効率よく被測定面に達するように偏光面を設
定すれば、偏光状態が固定の場合には偏光素子の向きに
より測定できない面の偏心測定も可能である。
に偏光ビームスプリッタ２４のような偏光素子が存在す
る場合は、偏光面設定手段３により２光束２ａ、２ｂが
できるだけ効率よく被測定面に達するように偏光面を設
定すれば、偏光状態が固定の場合には偏光素子の向きに
より測定できない面の偏心測定も可能である。
【００３８】偏光面設定手段３はたとえば偏光子と回転
機構の付いた２分の１波長板であってもよいし、光源で
あるレーザ１を直線偏光とし光束２のまわりに回転させ
る構造であってもよい。
機構の付いた２分の１波長板であってもよいし、光源で
あるレーザ１を直線偏光とし光束２のまわりに回転させ
る構造であってもよい。
【００３９】干渉光学系４が回転してもレーザ１および
偏光面設定手段３は静止しているので、光束２ａ、２ｂ
の偏光状態はほぼ一定に保たれる。このとき、偏光面設
定手段３により設定された偏光状態の変化を少なくする
ために光束２、２ａ、２ｂがハーフミラー５、ミラー
６、７、８で反射する際、入射角をはできるだけ小さく
しておくほうが良い。
偏光面設定手段３は静止しているので、光束２ａ、２ｂ
の偏光状態はほぼ一定に保たれる。このとき、偏光面設
定手段３により設定された偏光状態の変化を少なくする
ために光束２、２ａ、２ｂがハーフミラー５、ミラー
６、７、８で反射する際、入射角をはできるだけ小さく
しておくほうが良い。
【００４０】また音響光学素子１１は偏光状態を変化さ
せない種類を用いる。以上説明したことにより被測定レ
ンズ系１５の構成部品のうち平面ミラー１３により２光
束２ａ、２ｂが達する部品すなわち単レンズ１９、２
０、２１、２２、偏光ビームスプリッタ２４の面の偏心
が測定できる。
せない種類を用いる。以上説明したことにより被測定レ
ンズ系１５の構成部品のうち平面ミラー１３により２光
束２ａ、２ｂが達する部品すなわち単レンズ１９、２
０、２１、２２、偏光ビームスプリッタ２４の面の偏心
が測定できる。
【００４１】図３は被測定レンズ系１５はそのままで平
面ミラー１３の挿入・設置場所と向きを変えて測定２光
束２ａ、２ｂを導入した場合の説明図である。図１と同
一の要素は同一の符号を付している。
面ミラー１３の挿入・設置場所と向きを変えて測定２光
束２ａ、２ｂを導入した場合の説明図である。図１と同
一の要素は同一の符号を付している。
【００４２】図３の配置では被測定レンズ系１５の構成
部品のうち単レンズ１７、１８、１９の面の偏心測定が
可能である。平面ミラー１３の設置場所を図３に示した
場所にすることにより単レンズ１９の両面は図１の場合
でも図３の場合でも偏心測定が可能となっている。従っ
て単レンズ１９の偏心測定を介して図１で測定できる部
品と図３で測定できる部品の全部品間の相対的な偏心が
求められる。
部品のうち単レンズ１７、１８、１９の面の偏心測定が
可能である。平面ミラー１３の設置場所を図３に示した
場所にすることにより単レンズ１９の両面は図１の場合
でも図３の場合でも偏心測定が可能となっている。従っ
て単レンズ１９の偏心測定を介して図１で測定できる部
品と図３で測定できる部品の全部品間の相対的な偏心が
求められる。
【００４３】この手法を繰り返すことにより、部品点数
が多くて一度に全部品の偏心測定ができない場合でも、
順次共通に測定できる部品を介在させながら測定範囲を
変えることで全部品の相対偏心が測定できる。
が多くて一度に全部品の偏心測定ができない場合でも、
順次共通に測定できる部品を介在させながら測定範囲を
変えることで全部品の相対偏心が測定できる。
【００４４】図４は本発明の実施例２の要部概略図であ
る。本実施例が実施例１と異なる主要な点は光束２ｂの
光路に第２の音響光学素子を設けた点である。実施例１
と同一の要素は同一の符号を付している。
る。本実施例が実施例１と異なる主要な点は光束２ｂの
光路に第２の音響光学素子を設けた点である。実施例１
と同一の要素は同一の符号を付している。
【００４５】図中、３５は第２の音響光学素子であり、
光束２ｂの周波数を変化させる。３６は第２の音響光学
素子ドライバーであり、第２の音響光学素子３５に周波
数ｆ2 の高周波電力を供給する。３７は差周波出力装置
であり、２つの音響光学素子ドライバー２８と３５の高
周波電力からそれらの差周波信号を出力する。
光束２ｂの周波数を変化させる。３６は第２の音響光学
素子ドライバーであり、第２の音響光学素子３５に周波
数ｆ2 の高周波電力を供給する。３７は差周波出力装置
であり、２つの音響光学素子ドライバー２８と３５の高
周波電力からそれらの差周波信号を出力する。
【００４６】この構成において、光束２ｂは被測定面で
反射してハーフミラー５に戻ってきた時には周波数が２
ｆ2 だけ変化している。従ってハーフミラー５で重ね合
わされた光束２ａと光束２ｂの干渉光は周波数２（ｆ1
−ｆ2 ）のビートを生じている（ｆ1 ＞ｆ2 の場合）。
反射してハーフミラー５に戻ってきた時には周波数が２
ｆ2 だけ変化している。従ってハーフミラー５で重ね合
わされた光束２ａと光束２ｂの干渉光は周波数２（ｆ1
−ｆ2 ）のビートを生じている（ｆ1 ＞ｆ2 の場合）。
【００４７】一般に音響光学素子を駆動する高周波電力
の周波数は数10MHz 〜百数10MHz なので第一の実施例で
は干渉光のビート周波数も高周波となり、光検出器１
０、バンドパスフィルター３０、分周器３１、位相計３
２といった装置は高周波信号を処理することになる。そ
の点、実施例２ではｆ1 とｆ2 の差を数10kHz にすれ
ば、上記各装置は100kHz程度の信号に対応すればよいの
で取り扱いが容易になると共に製作コストが軽減される
というメリットがある。
の周波数は数10MHz 〜百数10MHz なので第一の実施例で
は干渉光のビート周波数も高周波となり、光検出器１
０、バンドパスフィルター３０、分周器３１、位相計３
２といった装置は高周波信号を処理することになる。そ
の点、実施例２ではｆ1 とｆ2 の差を数10kHz にすれ
ば、上記各装置は100kHz程度の信号に対応すればよいの
で取り扱いが容易になると共に製作コストが軽減される
というメリットがある。
【００４８】
【発明の効果】本発明は以上の構成により、多数の光学
要素で構成されたレンズ系の各面の偏心を、被測定レン
ズ系を静止したまま、容易に、且つ高精度で測定できる
偏心測定方法及びそれを用いた偏心測定装置を達成して
いる。
要素で構成されたレンズ系の各面の偏心を、被測定レン
ズ系を静止したまま、容易に、且つ高精度で測定できる
偏心測定方法及びそれを用いた偏心測定装置を達成して
いる。
【００４９】特に、以下の効果において優れている。
（２−１） 被測定レンズ系を回転させることが困難な
場合でも偏心測定が可能である。 （２−２） 被測定レンズ系の中の異なった曲率中心位
置をもった面の偏心測定も容易にできる。 （２−３） 被測定レンズ系に偏光素子を含む場合で
も、偏光面設定手段を用いれば測定光束の偏光面を適切
に設定できるので、偏光素子の奥にある面の偏心測定も
可能である。 （２−４） ヘテロダイン干渉法を利用すれば、高精度
の偏心測定が可能である。
場合でも偏心測定が可能である。 （２−２） 被測定レンズ系の中の異なった曲率中心位
置をもった面の偏心測定も容易にできる。 （２−３） 被測定レンズ系に偏光素子を含む場合で
も、偏光面設定手段を用いれば測定光束の偏光面を適切
に設定できるので、偏光素子の奥にある面の偏心測定も
可能である。 （２−４） ヘテロダイン干渉法を利用すれば、高精度
の偏心測定が可能である。
【図１】 本発明の実施例１の要部概略図
【図２】 測定原理の説明図
【図３】 実施例１で平面ミラーの挿入場所と向きを変
えて偏心測定を行う説明図
えて偏心測定を行う説明図
【図４】 本発明の実施例２の要部概略図
１ レーザ ２８ 音響光学素子ドライ
バー ２ 光束 ２９ アンプ ３ 偏光面設定手段 ３０ バンドパスフィルタ
ー ４ 干渉光学系 ３１ 分周器 ５ ハーフミラー ３２ 位相計 ６〜８ ミラー ３３ 回転ステージドライ
バー ９ 焦点距離可変レンズ ３４ 演算装置 １０ 光検出器 ３５ 第２の音響光学素子 １１ 音響光学素子 ３６ 第２の音響光学素子
ドライバー １２ 回転ステージ ３７ 差周波出力装置 １３ 平面ミラー １４ 設置角度微調整装置 １５ 被測定レンズ系 １６ 被測定面 １７〜２２ 単レンズ ２３ ミラー ２４ 偏光ビームスプリッタ ＯK 基準軸
バー ２ 光束 ２９ アンプ ３ 偏光面設定手段 ３０ バンドパスフィルタ
ー ４ 干渉光学系 ３１ 分周器 ５ ハーフミラー ３２ 位相計 ６〜８ ミラー ３３ 回転ステージドライ
バー ９ 焦点距離可変レンズ ３４ 演算装置 １０ 光検出器 ３５ 第２の音響光学素子 １１ 音響光学素子 ３６ 第２の音響光学素子
ドライバー １２ 回転ステージ ３７ 差周波出力装置 １３ 平面ミラー １４ 設置角度微調整装置 １５ 被測定レンズ系 １６ 被測定面 １７〜２２ 単レンズ ２３ ミラー ２４ 偏光ビームスプリッタ ＯK 基準軸
Claims (11)
- 【請求項１】 光源からの光束を分割手段により第１の
光束と第２の光束に分割し、両光束を集光レンズに、そ
の光軸に平行な光束として入射させ、該集光レンズから
射出する両光束を被測定光学系の被測定面にその見かけ
の曲率中心近傍に集光・交差させて照射し、 該被測定面より反射する両光束を該集光レンズ、該分割
手段を介して干渉させ、その干渉光を該分割手段、該集
光レンズ、該受光器を該集光レンズの光軸を中心として
回転させながら受光器で受光し、該受光器からの信号に
より該被測定面の偏心情報を得ていることを特徴とする
偏心測定装置。 - 【請求項２】 前記被測定光学系の光路中に該集光レン
ズの光軸に重なる光線を該被測定光学系の基準軸に重な
るように偏向する平面ミラーを設置することを特徴とす
る請求項１の偏心測定装置。 - 【請求項３】 前記集光レンズは焦点距離可変レンズで
あることを特徴とする請求項１又は２の偏心測定装置。 - 【請求項４】 前記光源と前記分割手段との間に偏光面
設定手段を有し、前記被測定面に至る経路に存在する偏
光素子に応じて光源からの光束の偏光面を制御すること
を特徴とする請求項１、２又は３の偏心測定装置。 - 【請求項５】 前記２光束の少なくとも１つは前記分割
手段と前記集光レンズとの間に設けた周波数変調手段に
よって周波数変調を受け、位相測定手段が前記干渉光の
ビートの位相を検出することを特徴とする請求項１、
２、３又は４の偏心測定装置。 - 【請求項６】 光源からの光束を分割手段により第１の
光束と第２の光束に分割し、該２つの光束の少なくとも
１つを周波数変調手段を介して周波数変調し、両光束を
集光レンズに、その光軸に平行な光束として入射させ、
該集光レンズから射出する両光束を被測定光学系の被測
定面にその見かけの曲率中心近傍に集光・交差させて照
射し、 該被測定面より反射する２つの光束を該集光レンズ、該
周波数変調手段、該分割手段を介してヘテロダイン干渉
させ、受光器が該ヘテロダイン干渉光を受光し、該干渉
光のビートの位相を該分割手段、該集光レンズ、該受光
器を該集光レンズの光軸を中心として回転させながら位
相測定手段が検出し、該位相測定手段からの信号により
該被測定面の偏心情報を得ることを特徴とする偏心測定
方法。 - 【請求項７】 前記被測定光学系の光路中に該集光レン
ズの光軸に重なる光線を該被測定光学系の基準軸に重な
るように偏向する平面ミラーを設置することを特徴とす
る請求項６の偏心測定方法。 - 【請求項８】 前記集光レンズは焦点距離可変レンズで
あることを特徴とする請求項６又は７の偏心測定方法。 - 【請求項９】 前記光源と前記分割手段との間に偏光面
設定手段を有し、前記被測定面に至る経路に存在する偏
光素子に応じて光源からの光束の偏光面を制御している
ことを特徴とする請求項６、７又は８の偏心測定方法。 - 【請求項１０】 光源からの光束を干渉光学系によりそ
の光軸に対称に周波数の異なる２つの光束に分割して射
出させて、被測定光学系の光路中に設けた平面ミラーを
利用して被測定面の見かけの曲率中心に集光後、該被測
定面に入射させ、 該被測定面で反射した２光束を該平面ミラーを介して該
干渉光学系で干渉させ、該干渉光のビート信号を該干渉
光学系の少なくとも一部を該干渉光学系の光軸を回転軸
として回転させて受光器で検出し、該受光器からの信号
を用いて該被測定面の偏心情報を求めていることを特徴
とする偏心測定装置。 - 【請求項１１】 前記干渉光学系は焦点距離可変の集光
レンズを有し、該集光レンズの焦点距離を変化させて前
記２つの光束を前記被測定面の見かけの曲率中心に集光
させていることを特徴とする請求項１０の偏心測定装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13101395A JP3412962B2 (ja) | 1995-05-01 | 1995-05-01 | 偏心測定方法及びそれを用いた偏心測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13101395A JP3412962B2 (ja) | 1995-05-01 | 1995-05-01 | 偏心測定方法及びそれを用いた偏心測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08304016A JPH08304016A (ja) | 1996-11-22 |
| JP3412962B2 true JP3412962B2 (ja) | 2003-06-03 |
Family
ID=15047952
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13101395A Expired - Fee Related JP3412962B2 (ja) | 1995-05-01 | 1995-05-01 | 偏心測定方法及びそれを用いた偏心測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3412962B2 (ja) |
-
1995
- 1995-05-01 JP JP13101395A patent/JP3412962B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08304016A (ja) | 1996-11-22 |
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