JPH04372834A - レンズの偏心量測定方法および装置 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レンズ単独またはレン
ズ系の個々のレンズ面の偏心量を測定するためのレンズ
の偏心量測定方法および装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】レンズ系の構成要素であるレンズの偏心
量を測定する手段としては、従来よりオートコリメーシ
ョン法が知られている。このオートコリメーション法を
用いた偏心量測定装置としては、特公昭５１−９６２０
号公報などに数多くの周辺の技術が開示されている。図
９はこのオートコリメーション法を用いたレンズの偏心
量測定装置の基本構成図を示す。

【０００３】図９において、１は点光源、２はハーフミ
ラー、３はコリメータレンズ、４ａは被検面、４ｂは被
検面の曲率中心、５は入射光束、６は反射光束、７は基
準像位置、８は被検面反射による空中像である。この空
中像８は被検面４ａの曲率中心で集束するような入射条
件にしたときにできる像であり、点光源１と共役な位置
に形成される。そして被検面４ａの曲率中心が点光源１
およびコリメータレンズ３により定まる光軸上にあると
きは、前記空中像８は基準像位置７にできるが、図示の
ごとく曲率中心４ｂが光軸からδ１　だけ離間されてい
る（すなわち偏心している）ときは、前記空中像は基準
像位置７からδ３　だけ離間された位置に形成される。 これら離間距離δ１　およびδ３　は近軸的に比例する
ことになる。この比例定数を決定する要素として、被検
面４ｂによる倍率とコリメータレンズ３による投影倍率
が挙げられる。今図に示すように被検面４ａによる像点
の光軸からのずれ量をδ２　とすれば、δ２　はδ１　
の２倍の関係となる。すなわち、被検面４ｂによる倍率
は、被検面４ｂの曲率半径に無関係に２倍となる。従っ
てδ３　を検出値とすれば、δ１　＝（投影倍率／２）
×δ３　の関係が成立し、この式から被検面４ａの偏心
量を測定することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図１０は上述した従来
技術の欠点の説明図である。図１０において４は被検レ
ンズ、４ｃは被検面でないレンズ面を示し、その他は図
９に示すところと同様である。今、被検面でない面４ｃ
上に、被検面４ａの曲率中心位置４ｂが存在する特殊な
被検レンズ４を考える。この場合、入射光束５は被検面
４ａの偏心に伴い多少屈折するが、近軸的には被検面で
はないレンズ面４ｃ上に集光するため、この面での反射
光束により、基準像位置７に結像する。この像を以下、
面頂像と称する。この像は、被検面４ａの偏心量に無関
係に点光源１と共役な位置に常に形成される。すなわち
、被検レンズによる面頂像は、被検レンズの偏心に無関
係に形成され、したがって偏心量の測定するに当たって
は空中像のみを問題にする必要がある。換言すれば、オ
ートコリメーション法によって偏心量を測定する場合、
被検レンズによる面頂像はノイズとして作用することに
なる。

【０００５】ここで図１０に示す被検レンズ４の形状は
特殊な場合であり、被検面でないレンズ面４ｃに被検面
４ａの曲率中心４ｂのない（位置しない）場合が大部分
である。従って、実際には曲率中心４ｂの被検面でない
レンズ面４ｃからのずれ量が存在する（離れている）場
合がほとんどであるが、焦点深度の問題で、曲率中心４
ｂとレンズ面４ｃとが近接していると、レンズ面４ｃで
反射した光がボケ像（面頂像）として表れ、無視できな
い場合がある。また、面数の多いレンズ系の偏心量を測
定する装置においては、この面頂像がノイズとして作用
する確率が非常に高く、従って精度劣化の原因となって
いる。

【０００６】本発明は、このような有害な被検レンズの
各面からの面頂像の影響を軽減し得るようにしたレンズ
の偏心量測定方法および装置を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段および作用】本発明は被検
レンズ面からの反射像の位置により該被検面レンズの偏
心量を測定するいわゆるオートコリメーシヨン方式によ
る偏心量測定方法において、ビームスプリッターを通る
光束の半分を偏光変調し、他の半分を該偏光変調と別の
偏光変調を施した後、前記被検レンズ面にほぼ垂直に入
射させ、この面からの反射光と他の面からの反射光を再
び前記２種の偏光変調を施した後、光源と共役な位置に
結像さらせ、他の面からの反射面頂像の強度が大きい側
に配置された光源により、これと共役位置に配置された
受光部上に得られる像点の位置を検出することを特徴と
するレンズの偏心量測定方法と光源と、この光源からの
光を偏光し分割する偏光ビームスプリッターと、この偏
光ビームスプリッターおよび被検面間に配置されたコリ
メータレンズと、前記偏光ビームスプリッターと前記被
検面との間に配置されるλ／４板と、受光部からなるい
わゆるオートコリメーション方式によるレンズの偏心量
測定装置において、前記偏光ビームスプリッターを特性
の異なる２種の偏光変調面で形成することを特徴とする
レンズの偏心量測定装置である。

【０００８】図１は、本発明の概念を示す説明図、図２
，３は作用説明図である。図１において１は光源、３は
光源１と被検レンズ４間に配置したコリメータレンズ、
９は特性の異なる２種の偏光変調面９ａおよび９ｂで形
成した偏光ビームスプリッターを示し、１０はλ／４板
を示し、両者は光源１とコリメータレンズ３間に配置さ
れている。

【０００９】図１に示す構成において、偏光ビームスプ
リッター９の反射面に対してＰ方向およびＳ方向の偏光
をそれぞれＸ軸およびＹ軸とする座標系を考える。偏光
ビームスプリッター９の偏光変調面９ａおよび９ｂの透
過特性を表すマトリックスをＭｐおよびＭｐ′とし、ま
た同じく反射特性を表すマトリックスＭｓおよびＭｓ′
とすればこれらは数式１〜４で表すことができる。

【００１０】

【数１】

【００１１】

【数２】

【００１２】

【数３】

【００１３】

【数４】

【００１４】また、λ／４板の特性を表すマトリックス
ＭＱ　は数式５で表すことができる。

【００１５】

【数５】

【００１６】今、空中像を上側光束で形成する像側の光
線および下側光線で形成する像側の光線をそれぞれ（外
１）および（外２）で表すと、反射光は図２に示す如く
入射光と同じ方向に反射することになるから上側光束に
ついては数式６となる。

【００１７】

【外１】

【００１８】

【外２】

【００１９】

【数６】

【００２０】また、下側光束については数７となる。

【００２１】

【数７】

【００２２】また、面頂像を上側光束で形成する像側光
線および下側光束で形成する像側の光線を（外３）およ
び（外４）で表すと、反射光は図３に示す如く入射光と
反対方向に反射することとなるので上側光束については
数式８となる。

【００２３】

【外３】

【００２４】

【外４】

【００２５】

【数８】

【００２６】また、下側光束についても数式９となる。

【００２７】

【数９】

【００２８】ここで（外５）は偏光ビームスプリッター
への入射光線を表す。

【００２９】

【外５】

【００３０】数式６，７，８，および９よりＡＳ３＝０
、ＡＳ３′＝Ａ２　、ＡＳ４＝Ａ１　、ＡＳ４′＝０，
ＡＮ３＝ＡＮ４＝０，ＡＮ３′＝ＡＮ４′＝０を得る。 従って、空中像および面頂像の像点での強度をそれぞれ
ＰＳおよびＰＮ　とすれば数式１０および数式１１が得
られる。

【００３１】

【数１０】

【００３２】

【数１１】

【００３３】今、偏光ビームスプリッターへの入射光が
ｘ方向の直線偏光の場合は、　（外６），Ａ２　＝０，
Δ２　−Δ１　＝±π／２として良いため、ＰＳ　＝２
Ａ２　，ＰＮ　＝０となる。又、ｙ方向の直線偏光の場
合は、Ａ１　＝０，（外７），Δ２　−Δ１　＝±π／
２として良いため、　同様にＰＳ　＝２Ａ２　，ＰＮ　
＝０となる。また、円偏光の場合は、Ａ１　＝Ａ２　＝
Ａ、Δ２　−Δ１　＝０として良いため、これも前２例
と同様にＰＳ　＝２Ａ２　、ＰＮ　＝０となる。このよ
うにして、一般的にどのような偏光特性を有する入射光
線に対しても面頂像のみを完全に除去することができる
。

【００３４】

【外６】

【００３５】

【外７】

【００３６】なお、説明上、図１において紙面と垂直の
方向で偏光変調面９ａと９ｂとに分ける構成で説明した
が、分け方に制限を設けないことは明らかである。上述
したところは偏心のない状態での解析結果であり、実際
には偏心の影響を受ける結果、面頂像のみを完全には除
去できないが、大幅に小さくすることができる。

【００３７】また、説明上、２種の偏光変調面の特性に
一方の偏光変調面９ａについてはＰ偏光入射に対して１
００％透過、０％反射、Ｓ偏光入射に対して０％透過、
１００％反射とし、他方に偏光変調面９ｂについては逆
にＰ偏光入射に対して０％透過、１００％反射、Ｓ偏光
入射に対して１００％透過、０％反射という理想的な条
件で説明したが、両者の偏光変調面９ａおよび９ｂの特
性を入れ替えても効果は同じであることは当然であり、
また、各偏光調面の特性を変えるだけで前述の強度ＰＳ
　とＰＮ　に差が生じ、前記点光源１と基準線位置を偏
光変調面の特性に応じて入れ替えることによりＰＮ　＜
ＰＳ　が実現できるので面頂像の影響を軽減できるので
ある。

【００３８】

【実施例】図４は本発明のレンズ系の偏心量測定方法お
よび装置の実施例１を示す構成図、図５，６は作用説明
図、図７，８は偏光膜の設計変更例を示すものである。 図４において、１５は半導体レーザ、１６は半導体レー
ザ１５の光を平行光にするためのコリメータレンズで、
コリメータレンズ３とはその使い方において区別される
ものである。１７はＰ偏光入射に対して１００％透過、
０％反射、Ｓ偏光入射に対して０％透過、１００％反射
の特性を持つ偏光膜１７ａおよびＰ偏光入射に対して０
％透過、１００％反射、Ｓ偏光入射に対して１００％透
過、０％反射の特性を持つ偏光膜１７ｂを有する偏光プ
リズムで、半導体レーザ１５のＰ成分とＳ成分が等しい
強度で入射し得るように前記半導体レーザ１５の偏波長
面に対して４５°傾けて配置される。１８は集光レンズ
、１９は対物レンズであり、図示しないが倍率の異なる
数種の対物レンズを切り替えて使用できるようになって
いる。２０は光位置検出素子、２１は光位置検出素子２
０のＸ，Ｙ方向に対応する電圧信号を増幅するための増
幅器、２２は表示部、２３は被検レンズの基準としての
保持枠であり、これら構成素子を図示のように配置する
。

【００３９】次に、図４により本発明レンズの偏心量測
定装置の実施例１の作用を説明する。半導体レーザ１５
から発生した直線偏波光は、コリメータレンズ１６によ
って所定の大きさの平行光となり、片側半部（図におい
て右側）の光は偏光膜１７ａを透過することにより前記
直線偏波光のうちＰ成分のみとなり、さらにλ／４板１
０を透過して右廻り円偏光（又は左廻り円偏光）となり
、適当な位置に移動配置されたコリメータレンズ３によ
り被検レンズ４の被検レンズ面４ａの曲率中心に向かう
集束光となる。この光の中で、被検面４ａによる反射光
は、左廻り円偏光（又は右廻り円偏光）となり入射光路
を逆行し、再びλ／４板１０を通りＳ偏光となるので、
偏光プリズム１７により反射し集光レンズ１８により結
像し、さらに適当な倍率の対物レンズ１９により拡大さ
れ、光位置検出素子２０上に結像する。この光位置検出
素子２０によって、集光した点像のＸ，Ｙの２方向の重
心位置をこれと比例的な関係にあるＸ，Ｙの電圧に変換
する。このＸ，Ｙ電圧は、増幅器２１により増幅されて
オシロスコープのような表示部２２に、横軸をＸ電圧、
縦軸をＹ電圧として、図５に示されるように輝点２４と
して表示される。

【００４０】今、この状態で被検レンズ４をその保持枠
２３を基準に回転すると、表示部２２において輝点２４
は図６に示すように回転して円の軌跡を描くようになる
。この円の軌跡の半径の大小が被検レンズ４の偏心量の
大小を示し、従ってこの半径を測定することにより偏心
量を知ることができる。また、同じ片側半部の光による
被検レンズの裏面（すなわち被検面４ａとは反対側のレ
ンズ面）からの反射光は入射光とは反対側（図において
左側）に向かい、左廻り円偏光（又は右廻り円偏光）と
なり、λ／４板１０を透過することによりＳ偏光となる
。このＳ偏光の光が偏光膜１７ｂに入射することになり
、これにより全ての光がコリメータレンズ１６側に透過
してしまい、集光レンズ１８側への反射光は０となる。 従って被検レンズ４の裏面による面頂像は光位置検出素
子２０上には形成されないことになる。

【００４１】一方、他方の半部（図において左側）の光
は偏光膜１７ｂを透過することにより前記直線偏波光の
うちＳ成分のみとなり、さらにλ／４板１０を透過して
左廻り円偏光（又は右廻り円偏光）となる。この光がコ
リメータレンズ３を透過し、被検レンズ４の被検レンズ
面４ａの曲率中心に向かう集束光となる。この光の中で
被検面４ａによる反射光は、右廻り円偏光（又は左廻り
円偏光）となり、入射光路を逆行してλ／４板１０を透
過しＰ偏光となるため、偏光膜１７ｂにより全て反射し
、前述した所と同様の経路をたどり光位置検出素子上に
結像し、その位置は前述の結像位置と一致し、従って偏
心検出に寄与するようになる。

【００４２】また、同じ片側半部の光による被検レンズ
の裏面（即ち被検面４ａとは反対側のレンズ面）からの
反射光は、入射光とは反対側（図において右側）に向か
い、右廻り円偏光（又は左廻り円偏光）となり、λ／４
板１０を透過することによりＰ偏光となる。このＰ偏光
の光が偏光膜１７ａに入射すると、反射光が０となり、
光位置検出素子２０上には結像されなくなる。以上の作
用により、被検レンズ面による空中像の位置を検出する
ことによって、このレンズの偏心量を測定するときに検
出誤差となるレンズの裏面による面頂像を除去すること
ができる。

【００４３】本実施例では半導体レーザを用いているが
、ハロゲンランプ等の他の光源でも干渉フィルターと共
に用いることができ、この場合には偏光プリズムとの方
位合わせは不要となる。

【００４４】なお、本実施例では偏光プリズム１７とλ
／４板１０とを接合して構成してあるが、これらは離間
して配置しても何ら支障はない。

【００４５】また、偏光膜１７ａと１７ｂは同一プリズ
ム内で形成しているが、図７または図８に示す如く１７
ａの特性を有する偏光プリズムと偏光膜１７ｂの特性を
有する偏光プリズムの２個を配置しても良い。

【００４６】本実施例による固有の効果は、安価な構成
とし得るとともに、光位置検出素子の最大の欠点である
ゴーストノイズの影響を除くことにより、この検出素子
の長所である高分解能、低価格である点を生かすことが
でき、結果として高性能にして低価格のレンズ系の偏心
量測定装置を提供することができる。

【発明の効果】上述したように本発明によれば、レンズ
あるいはレンズ系の偏心量測定に有害となる被検レンズ
の各面からの面頂像を軽減することにより、高精度なレ
ンズあるいはレンズ系の偏心量測定を行うことができる
。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の概念を示す説明図。

【図２】本発明の概念図を示す作用説明図。

【図３】本発明の概念図を示す作用説明図。

【図４】本発明の実施例１を示す構成図。

【図５】実施例１の作用説明図。

【図６】実施例１の作用説明図。

【図７】偏光膜の設計変更例を示す斜視図。

【図８】偏光膜の設計変更例を示す斜視図。

【図９】従来のレンズの偏心量測定装置の構成図。

【図１０】従来のレンズの偏心量測定装置のおける欠点
を示す説明図。

【符号の説明】

１　　点光源 ３　　コリメータレンズ ４　　被検レンズ ７　　基準像位置 ９　　偏光ビームスプリッター １０　　λ／４板 １５　　半導体レーザー １６　　コリメータレンズ １７　　偏光プリズム １８　　集光レンズ ２０　　光位置検出素子 ２１　　増幅部 ２２　　表示部 ２３　　保持枠

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　被検レンズ面からの反射像の位置によ
   り該被検面レンズの偏心量を測定するいわゆるオートコ
   リメーシヨン方式による偏心量測定方法において、ビー
   ムスプリッターを通る光束の半分を偏光変調し、他の半
   分を該偏光変調と別の偏光変調を施した後、前記被検レ
   ンズ面にほぼ垂直に入射させ、この面からの反射光と他
   の面からの反射光を再び前記２種の偏光変調を施した後
   、光源と共役な位置に結像させ、他の面からの反射面頂
   像の強度が大きい側に配置された光源により、これと共
   役位置に配置された受光部上に得られる像点の位置を検
   出することを特徴とするレンズの偏心量測定方法。
2. 【請求項２】　　光源と、この光源からの光を分割する
   偏光ビームスプリッターと、この偏光ビームスプリッタ
   ーおよび被検面間に配置されるコリメータレンズと、前
   記偏光ビームスプリッターと前記被検面との間に配置さ
   れるλ／４板と、受光部とからなるいわゆるオートコリ
   メーション方式によるレンズの偏心量測定装置において
   、前記偏光ビームスプリッターを特性の異なる２種の偏
   光変調面にて形成したことを特徴とするレンズの偏心量
   測定装置。