JPH0778419B2 - 光学球面計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、球面の曲率半径を測定
する光学球面計に関する。

【０００２】

【従来の技術】比較的大きな球曲率半径を持つニュート
ンゲージ等の球面の曲率半径を精度良く測定する光学球
面計として、例えば、図６に示すようなものが知られて
いる。即ち、光源１からの光線はスリット２、半透過ミ
ラー３、対物レンズ４を通して測定されるべき被測定球
面５に照射される。この光経路は２つ形成され、これら
は一定角度をもって配置される。球面５が２つの光経路
の交点位置近傍に配置されている場合には、各光経路を
介して球面５で反射された反射光は、夫々他方の光経路
を逆進し、夫々半透過ミラー３で反射されたのち、ミラ
ー６及び半透過ミラー７によって接眼レンズ８を通る同
一の光軸上に集められる。そして、同一箇所に２つのス
リット２の像を結像させるように光学系を調整すること
により、被測定球面上に両入射光の交点が存在すること
を確認することができる。次に、図６に破線で示すよう
に、球面５を前方へ移動させ、上記と同様に同一箇所に
２つのスリット２の像を結像させるように光学系を調整
する。これにより、２つの入射光線の交点を被測定球面
５の曲率中心に一致させることができる。このとき、各
入射光線の反射光は、各々自己の光経路を逆進する。球
面５の曲率半径Ｒは、ベンチ上の上述の移動距離によっ
て読取ることができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の光学球面計では、例えば図７に示すように、凸
球面５Ａの場合、２つの入射光線の交点位置から曲率半
径Ｒ分前方に移動させる必要があり、また、凹球面５Ｂ
の場合、２つの入射光線の交点位置から曲率半径Ｒ分後
方に移動させる必要がある。このため、例えば曲率半径
が２ｍの凸面ニュートンゲージの曲率半径の測定には、
測長範囲２ｍのベンチが必要であり、凹凸両方のニュー
トンゲージを測定するのであれば、４ｍのベンチを必要
とする。このように、従来の光学球面計では、大きい曲
率半径の曲面を測定するのに必要なベンチの長さが非常
に長くなるという問題点がある。

【０００４】本発明は、このような従来の問題点を解決
するためになされたもので、大きな曲率半径の球面を測
定する場合でも、ベンチの長さを従来に比べて大幅に短
くすることができ、全体の小型化を図ることができる光
学球面計を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る光学球面計
は、光源からの光線を半透過反射手段を介して被測定球
面に照射すると共に前記被測定球面から反射された光線
を前記半透過反射手段を介して結像部に結像させる光学
系を備えた光学球面計において、前記光源から前記被測
定球面に至る光路中に配置され前記光線の少なくとも一
部を少なくとも２つの反射手段を介して迂回させると共
に２以上の反射手段を他の光学要素に対して相対的に移
動させて迂回長を可変する光路迂回手段を備え、前記光
路迂回手段が、前記光路中に配置された半透過光学手段
と、この半透過光学手段によって前記光路から分離され
た一部の光線を各々９０°の角度を以て反射して前記半
透鏡に帰還させる３つの反射手段と、前記３つの反射手
段のうちの隣接する２つの反射手段と他の１つの反射手
段及び前記半透鏡との間の距離を可変する可変手段とを
具備したものであることを特徴とする。

【０００６】

【作用】本発明によれば、光源から被測定球面に至る光
路中に光路迂回手段を配置すると共に、この光路迂回手
段を構成する少なくとも２つの反射手段を他の光学要素
に対して相対的に移動させるようにしたので、上記反射
手段の移動量に対して光路迂回手段での光路長を大きく
変化させることが可能になる。つまり、本発明によれ
ば、光学系全体での光路長を少ない調整量で大きく変化
させることができるので、大きな曲率半径の球面を測定
する場合でも、調整量自体を例えば１／２程度に短縮す
ることができる。これにより、ベンチの長さを従来に比
べて大幅に短くするくことができる。

【０００７】また、前記光路迂回手段を、前記光路中に
配置された半透過光学手段と、この半透過光学手段によ
って前記光路から分離された一部の光線を各々９０°の
角度を以て反射して前記半透過鏡に帰還させる３つの反
射手段と、前記３つの反射手段のうちの隣接する２つ反
射手段と他の１つの反射手段及び前記半透過鏡との間の
距離を可変する可変手段とによって構成すると、前記半
透過光学手段で分離された一部の光線は迂回長を介さな
いで第１の焦点位置に集光され、前記半透過光学手段で
分離された残りの光線は迂回長を介して前記第１の位置
よりも手前の第２の焦点位置に集光される。このため、
被測定球面をいずれか一方の位置に配置することによ
り、被測定球面を殆ど移動させることなしに、曲率半径
を測定することができる。この場合には、被測定球面の
曲率半径が非常に大きい場合でも、僅かな長さのベンチ
で足りるという利点がある。

【０００８】

【実施例】以下、添付の図面を参照して本発明の実施例
について説明する。図１は本発明を１光源型の光学球面
計に適用した第１の実施例を示す図である。即ち、光源
１１からの光線はスリット１２、半透過反射手段として
のプリズム１３及び対物レンズ１４を介して半透過光学
手段としてのプリズム１５に入射されている。プリズム
１５に対し対物レンズ１４と反対側の位置には、第１の
反射鏡１６が配置されている。プリズム１５及び第１の
反射鏡１６と対向する位置には、第２及び第３の反射鏡
１７，１８が配置されている。これらプリズム１５及び
反射鏡１６〜１８は、光路迂回手段２０を構成してお
り、入射光の進行方向を順次９０°ずつ変化させること
により入射光を一周させてプリズム１５に帰還させるべ
く、互いに９０°の角度を以て環状に配置されている。
反射鏡１７，１８は可変手段１９によってプリズム１５
及び反射鏡１６に対して図中ｘ方向に移動可能なものと
なっている。プリズム１５で反射された光線及びプリズ
ム１５を透過して反射鏡１６〜１８を介してプリズム１
５を再び透過した光線は、被測定光軸Ｌ上に夫々集光さ
れる。被測定光軸Ｌ上には、被測定球面としての凸面鏡
２１が図示しない位置調整機構によって移動自在に保持
されている。一方、凸面鏡２１の表面で反射された光線
は、上記と逆経路を辿ってプリズム１３に至り、プリズ
ム１３で反射されてスリット２３及び接眼レンズ２２を
介して視認される。なお、プリズム１３、１５は半透鏡
であってもよいし、反射鏡１６〜１８はコーナーキュー
ブや反射プリズムであってもよい。

【０００９】図２及び図３は、本実施例の作用を説明す
るための図で、図２は凸面鏡２１を測定する場合、図３
は凹面鏡２３を測定する場合をそれぞれ示している。図
２において、反射鏡１７，１８が夫々Ｅ´、Ｆ´点に位
置している場合、光源１１から光路迂回手段２０に入射
された光の一部はプリズム１５で反射されて図中Ａ点に
集光され、残りはプリズム１５を透過して光路迂回手段
２０の迂回路を介して図中Ｂ´点に集光される。このと
き、

【００１０】

【数１】ＣＡ＝ＣＤＥ´Ｆ´ＣＢ´

【００１１】なる関係が成り立つ。可変手段１９によっ
て反射鏡１７，１８をＥ，Ｆ点の位置まで距離ｘだけ移
動させると、被測定光軸Ｌ上の結像点Ｂ´は、Ｂ点に移
動し、

【００１２】

【数２】ＣＡ＝ＣＤＥＦＣＢ

【００１３】となる。ここで、

【００１４】

【数３】ＤＥ＝ＤＥ´−ｘ ＦＣ＝ＦＣ´−ｘ ＣＤＥ´Ｆ´ＣＢ´＝ＣＤＥＦＣＢ

【００１５】であるから、ＢＢ´＝２ｘとなる。つま
り、この光学球面計では、反射鏡１７，１８を距離ｘ分
移動させるだけで、迂回路を介した光線の焦点位置を、
その倍の距離２ｘだけ移動させることが可能になる。測
定時には、先ず接眼レンズ２２を介してスリット像を視
認しながら凸面鏡２１をＡ点側からＢ点側へと移動させ
る。凸面鏡２１が第１焦点位置Ａから曲率半径Ｒ分手前
の位置まで移動すると、一つのスリット像が結像される
ので、次に反射鏡１７，１８を移動させて第２焦点位置
をＢ´点からＢ点に移動させる。第２焦点位置がＢ点位
置まで移動すると、もう一つのスリット像が結像され
る。このとき曲率半径Ｒは、下記数４から求めることが
できる。

【００１６】

【数４】

【００１７】この実施例によれば、凸面鏡２１は曲率中
心位置Ａに移動させる必要がないので、凸面鏡２１を移
動可能に保持するベンチの長さは、凸面鏡２１の曲率半
径Ｒよりも遥かに短くてよいことになり、光学球面計の
大幅な小型化を図ることができるという利点がある。凹
面鏡２３を測定する場合には、図３に示すように、第１
焦点位置Ａに凹面鏡２を配置して同様の測定を行えば良
い。この場合、焦点位置Ａが固定されていると、凹凸両
面の測定を必要とする場合、凸面鏡については第２焦点
位置、凹面鏡については第１焦点位置に配置することが
必要であるため、結局、曲率半径Ｒの長さのベンチが必
要になってしまう。そこで、対物レンズを交換したりズ
ームレンズを使用する等の方法により、焦点Ａの位置を
可変できるようにすれば、短いベンチで凹凸両面の測定
が可能になる。

【００１８】図４及び図５は、被測定曲率半径が非常に
大きい場合に高精度な測定を行うために有効な２光源型
の光学球面計に本発明を適用した第２の実施例を示す図
であり、図４は正面図、図５は平面図である。光源３１
からの光線は直角プリズム３２ａ，３２ｂ、コンデンサ
レンズ３３ａ，３３ｂ、スリット３４ａ，３４ｂを介し
て半透過反射手段としてのプリズム３５ａ，３５ｂに入
射される。プリズム３５ａ，３５ｂをそれぞれ透過した
光線は、反射プリズム３６ａ，３６ｂを通過して対物レ
ンズ３７ａ，３７ｂ、反射鏡３８ａ，３８ｂ及び光路迂
回手段３９を介して被測定球面としての凸面鏡４０に照
射される。凸面鏡４０で反射された光は、上記とは逆の
経路を辿ってプリズム３５ａ，３５ｂに至り、ここで反
射されてプリズム４１，半透過合成手段としてのプリズ
ム４２及び接眼レンズ４３によって観測される。なお、
直角プリズム３２ａ，３２ｂはミラー、プリズム３５
ａ，３５ｂは半透鏡、プリズム４１はミラー、プリズム
４２は半透鏡でも良い。

【００１９】光路迂回手段３９は、図５に示すように、
半透過光学手段としてのプリズム５１と３つの反射鏡５
２，５３，５４を光路が一周するように配置してなるも
ので、反射鏡５３，５４が他の光学要素に対して相対的
に移動する。この実施例においても、上記と同様な効果
が得られる。なお、上記の実施例では、光路迂回手段と
して光路が一周するような迂回路を形成したが、光路を
２周以上回る迂回路を形成するようにしてもよい。ま
た、前述したように、光路迂回手段の一例として挙げた
半透過光学手段としては、プリズムの他に半透鏡を用い
てもよいし、また反射手段としては、光学系のいわゆる
コーナーキューブや反射プリズムを利用するようにして
もよい。

【００２０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、光
源から被測定球面に至る光路中に光路迂回手段を配置す
ると共に、この光路迂回手段を構成する少なくとも２つ
の反射手段を他の光学要素に対して相対的に移動させる
ようにしたので、上記反射手段の小さな相対移動量に対
して光学系の光路長を少なくとも２倍に変化させること
ができる。このため、大きな曲率半径の球面を測定する
場合でも、ベンチの長さを従来に比べて大幅に短くする
ことができる。なお、光路迂回手段の入口に半透プリズ
ム（又は半透鏡）を用いることで、対物レンズ１４→プ
リズム１５→Ａ点の光路と、対物レンズ１４→プリズム
１５→反射鏡１６→反射鏡１７→反射鏡１８→焦点Ｂの
光路がとれたために、被測定球面をベンチ上で殆んど移
動させることなく測定することができるという大きな効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施例に係る光学球面計の構
成を示す図である。

【図２】 同球面計で凸面鏡を測定する場合の作用を説
明するための図である。

【図３】 同球面計で凹面鏡を測定する場合の作用を説
明するための図である。

【図４】 本発明の第２の実施例に係る光学球面計の側
面図である。

【図５】 同光学球面計の平面図である。

【図６】 従来の光学球面計の構成を示す図である。

【図７】 従来の光学球面計で凹面鏡と凸面鏡とを測定
する際のベンチ移動距離を説明するための図である。

【符号の説明】

１，１１，３１…光源、２，１２，３４ａ，３４ｂ…ス
リ、１９…可変手段、２０，３９…光路迂回手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源からの光線を半透過反射手段を介し
   て被測定球面に照射すると共に前記被測定球面から反射
   された光線を前記半透過反射手段を介して結像部に結像
   させる光学系を備えた光学球面計において、 前記光源から前記被測定球面に至る光路中に配置され前
   記光線の少なくとも一部を少なくとも２つの反射手段を
   介して迂回させると共に２以上の反射手段を他の光学要
   素に対して相対的に移動させて迂回長を可変する光路迂
   回手段を備え、 前記光路迂回手段は、前記光路中に配置された半透過光
   学手段と、 この半透過光学手段によって前記光路から分離された一
   部の光線を各々９０°の角度を以て反射して前記半透鏡
   に帰還させる３つの反射手段と、 前記３つの反射手段のうちの隣接する２つの反射手段と
   他の１つの反射手段及び前記半透鏡との間の距離を可変
   する可変手段と を具備したものであることを 特徴とする光学球面計。