JPH0755640A - 光学系の焦点距離測定装置および測定方法 - Google Patents
光学系の焦点距離測定装置および測定方法Info
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- JPH0755640A JPH0755640A JP22830893A JP22830893A JPH0755640A JP H0755640 A JPH0755640 A JP H0755640A JP 22830893 A JP22830893 A JP 22830893A JP 22830893 A JP22830893 A JP 22830893A JP H0755640 A JPH0755640 A JP H0755640A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】有限物像間距離の光学系の焦点距離を、使用共
役条件に近い配置で測定する。 【構成】それぞれが光軸方向に移動自在な、被測定光学
系19への発散光束生成手段1と、被測定光学系19か
らの出射光束の収束点検出手段9を備え、被測定光学系
19からの光束収束点が検出される発散光束生成手段1
の位置と光束収束点検出手段9の位置から、焦点距離を
演算する。
役条件に近い配置で測定する。 【構成】それぞれが光軸方向に移動自在な、被測定光学
系19への発散光束生成手段1と、被測定光学系19か
らの出射光束の収束点検出手段9を備え、被測定光学系
19からの光束収束点が検出される発散光束生成手段1
の位置と光束収束点検出手段9の位置から、焦点距離を
演算する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、光学系の焦点距離測
定装置および測定方法に関する。
定装置および測定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】レンズの焦点距離測定装置として、図8
と図9で示される構成のものが従来から知られている。
と図9で示される構成のものが従来から知られている。
【0003】図8の測定装置は、ノーダルスライド法と
呼ばれる測定方法に用いる装置であって、光源51、標
線52、コリメーターレンズ53、光軸方向に移動でき
る摺動台54と回転台55からなるノーダルスライド台
56、光軸方向に移動可能な光学ベンチ57に設置され
た顕微鏡58を備えている。標線52はコリメーターレ
ンズ53の焦点位置に配置される。被験レンズ59はノ
ーダルスライド台56に載せてある。
呼ばれる測定方法に用いる装置であって、光源51、標
線52、コリメーターレンズ53、光軸方向に移動でき
る摺動台54と回転台55からなるノーダルスライド台
56、光軸方向に移動可能な光学ベンチ57に設置され
た顕微鏡58を備えている。標線52はコリメーターレ
ンズ53の焦点位置に配置される。被験レンズ59はノ
ーダルスライド台56に載せてある。
【0004】被験レンズ59を、回転台55により光軸
に垂直な方向に僅かな角度回転してもコリメーターレン
ズ53の焦点に置いた標線52の像が動かなくなるよう
に、ノーダルスライド台56の摺動台54と顕微鏡58
を光軸方向に調整して、そのときの顕微鏡58の位置
「S」を読み取る。
に垂直な方向に僅かな角度回転してもコリメーターレン
ズ53の焦点に置いた標線52の像が動かなくなるよう
に、ノーダルスライド台56の摺動台54と顕微鏡58
を光軸方向に調整して、そのときの顕微鏡58の位置
「S」を読み取る。
【0005】次に被験レンズ59の代わりに標線を刻ん
だガラス板を、標線の方向が回転台55の回転軸とほぼ
平行に、かつ標線側を顕微鏡58に向けてノーダルスラ
イド台56に取り付け、回転台55により光軸方向に垂
直名方向に回転しても顕微鏡58で観察したガラスの標
線の像が動かなくなるように、摺動台54と顕微鏡58
を光軸方向に調整する。そのときの顕微鏡58の位置
「S0 」とすると、被験レンズ59の焦点距離は|S−
S0 |で与えられる。
だガラス板を、標線の方向が回転台55の回転軸とほぼ
平行に、かつ標線側を顕微鏡58に向けてノーダルスラ
イド台56に取り付け、回転台55により光軸方向に垂
直名方向に回転しても顕微鏡58で観察したガラスの標
線の像が動かなくなるように、摺動台54と顕微鏡58
を光軸方向に調整する。そのときの顕微鏡58の位置
「S0 」とすると、被験レンズ59の焦点距離は|S−
S0 |で与えられる。
【0006】図9の測定装置は、倍率法と呼ばれる測定
方法に用いられる装置であって、光源60、長さyが既
知の標板61、焦点距離f0 が既知のコリメーターレン
ズ62、顕微鏡63を備えている。
方法に用いられる装置であって、光源60、長さyが既
知の標板61、焦点距離f0 が既知のコリメーターレン
ズ62、顕微鏡63を備えている。
【0007】標板61はコリメーターレンズ62の焦点
位置に配置される。被験レンズ59をコリメーターレン
ズ62の後方に光軸を一致させて配置し、被験レンズ5
9の焦点面64に生ずる標板61の像の大きさy’を顕
微鏡63で測定する。そのとき被験レンズの焦点距離は
(y’/y)・f0 で与えられる。
位置に配置される。被験レンズ59をコリメーターレン
ズ62の後方に光軸を一致させて配置し、被験レンズ5
9の焦点面64に生ずる標板61の像の大きさy’を顕
微鏡63で測定する。そのとき被験レンズの焦点距離は
(y’/y)・f0 で与えられる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】光ディスク用光学系に
おいて用いられる、光源から光束をコリメーターレンズ
を介さずに直接ディスク面に集光させるいわゆる有限仕
様の対物レンズは、コリメーターレンズが不要なため、
その構成が単純化される、コストダウンが図れる、等の
利点を有するため、広く用いられている。この種の光デ
ィスク用途の対物レンズは、プラスチックの射出成形に
よって、その量産化がなされているが、近年プラスチッ
クの射出成形技術の向上と相まって光ディスク用途の対
物レンズも更なる高精度化、高性能化が望まれるように
なった。したがって製造されたレンズが、設計値通りで
あるか厳しい検査が必要となり、光学系の最も基本的な
幾何光学的特性である焦点距離も、重要な検査項目のひ
とつとなっている。
おいて用いられる、光源から光束をコリメーターレンズ
を介さずに直接ディスク面に集光させるいわゆる有限仕
様の対物レンズは、コリメーターレンズが不要なため、
その構成が単純化される、コストダウンが図れる、等の
利点を有するため、広く用いられている。この種の光デ
ィスク用途の対物レンズは、プラスチックの射出成形に
よって、その量産化がなされているが、近年プラスチッ
クの射出成形技術の向上と相まって光ディスク用途の対
物レンズも更なる高精度化、高性能化が望まれるように
なった。したがって製造されたレンズが、設計値通りで
あるか厳しい検査が必要となり、光学系の最も基本的な
幾何光学的特性である焦点距離も、重要な検査項目のひ
とつとなっている。
【0009】一方、前述の従来公知の焦点距離測定法で
あるノーダルスライド法も、倍率法も、平行光束を被験
レンズで結像させる構成となっており、無限遠の物体を
結像させるカメラレンズ等では良好に測定されるが、有
限仕様の光ディスク用途の対物レンズのように有限位置
の物体を集光するレンズでは、収差による像のボケの発
生が大きくなるため、高精度に測定できないという問題
があった。
あるノーダルスライド法も、倍率法も、平行光束を被験
レンズで結像させる構成となっており、無限遠の物体を
結像させるカメラレンズ等では良好に測定されるが、有
限仕様の光ディスク用途の対物レンズのように有限位置
の物体を集光するレンズでは、収差による像のボケの発
生が大きくなるため、高精度に測定できないという問題
があった。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は前述の課題を解
決すべくなされたものであり、発散光束生成手段と、発
散光束生成手段をその光束の光軸方向に移動自在に支持
する光学支持体と、発散光束生成手段の位置の読取手段
と、読取手段で読み取られた発散光束生成手段の位置の
記憶手段と、被測定光学系から出射する光束の収束点を
検出する光束収束点検出手段と、光束収束点検出手段
を、被測定光学系からの出射する光束の光軸方向に移動
自在に支持する光学支持体と、光束収束点検出手段の位
置の読取手段と、読取手段で読み取られた光束収束点検
出手段の位置の記憶手段と、発散光束生成手段の位置
と、光束収束点検出手段の位置とから、被測定光学系の
焦点距離を算出する演算手段とを備えたことを特徴とす
る光学系の焦点距離測定装置を提供する。
決すべくなされたものであり、発散光束生成手段と、発
散光束生成手段をその光束の光軸方向に移動自在に支持
する光学支持体と、発散光束生成手段の位置の読取手段
と、読取手段で読み取られた発散光束生成手段の位置の
記憶手段と、被測定光学系から出射する光束の収束点を
検出する光束収束点検出手段と、光束収束点検出手段
を、被測定光学系からの出射する光束の光軸方向に移動
自在に支持する光学支持体と、光束収束点検出手段の位
置の読取手段と、読取手段で読み取られた光束収束点検
出手段の位置の記憶手段と、発散光束生成手段の位置
と、光束収束点検出手段の位置とから、被測定光学系の
焦点距離を算出する演算手段とを備えたことを特徴とす
る光学系の焦点距離測定装置を提供する。
【0011】また、本発明は、少なくとも3箇所のN箇
所の発散光束生成手段の位置をxi(i=1,2,・・
・,N)とし、光束収束点検出手段の位置をyi (i=
1,2,・・・,N)とするとき、上記焦点距離を算出
する演算手段が、数3により算出する演算手段であるこ
とを特徴とする光学系の焦点距離測定装置を提供する。
所の発散光束生成手段の位置をxi(i=1,2,・・
・,N)とし、光束収束点検出手段の位置をyi (i=
1,2,・・・,N)とするとき、上記焦点距離を算出
する演算手段が、数3により算出する演算手段であるこ
とを特徴とする光学系の焦点距離測定装置を提供する。
【0012】
【数3】
【0013】また、本発明は、光束収束点検出手段を移
動し、被測定光学系からの光束の収束点を検出すること
を、少なくとも3箇所の発散光束生成手段の位置に対し
て行い、各々における発散光束生成手段の位置と、光束
収束点検出手段の位置とから、被測定光学系の焦点距離
を求めることを特徴とする光学系の焦点距離測定方法を
提供する。
動し、被測定光学系からの光束の収束点を検出すること
を、少なくとも3箇所の発散光束生成手段の位置に対し
て行い、各々における発散光束生成手段の位置と、光束
収束点検出手段の位置とから、被測定光学系の焦点距離
を求めることを特徴とする光学系の焦点距離測定方法を
提供する。
【0014】また、本発明は、発散光束生成手段を移動
させ、被測定光学系から出射する光束の収束点が光束収
束点検出手段により検出される位置を求めることを、少
なくとも3箇所の光束収束点検出手段の位置に対して行
い、各々における光束収束点検出手段の位置と、発散光
束生成手段の位置とから、被測定光学系の焦点距離を求
めることを特徴とする光学系の焦点距離測定方法を提供
する。
させ、被測定光学系から出射する光束の収束点が光束収
束点検出手段により検出される位置を求めることを、少
なくとも3箇所の光束収束点検出手段の位置に対して行
い、各々における光束収束点検出手段の位置と、発散光
束生成手段の位置とから、被測定光学系の焦点距離を求
めることを特徴とする光学系の焦点距離測定方法を提供
する。
【0015】さらに、本発明は、少なくとも3箇所の発
散光束生成手段の位置xi (i=1,2,・・・,N)
と、光束収束点検出手段の位置をyi (i=1,2,・
・・,N)とから、前記数3により算出することを特徴
とする上記光学系の焦点距離測定方法を提供する。
散光束生成手段の位置xi (i=1,2,・・・,N)
と、光束収束点検出手段の位置をyi (i=1,2,・
・・,N)とから、前記数3により算出することを特徴
とする上記光学系の焦点距離測定方法を提供する。
【0016】本発明の測定装置の構成を、図1により説
明する。本発明の測定装置は、発散光束生成手段1(実
施例では半導体レーザー2)と、発散光束生成手段1を
その光束の光軸方向に移動自在に支持する光学支持体3
(実施例では載物台4および光学ベンチ5)と、発散光
光束生成手段1の位置の読取手段6(実施例ではレーザ
ー干渉測長器7)と、読取手段6で読みとられた位置の
記憶手段8と、被測定光学系19から出射する光束の収
束点を検出する光束収束点検出手段9(実施例では2次
元CCDセンサー10)と、光束収束点検出手段9を、
被測定光学系19から出射する光束の光軸方向に移動自
在に支持する光学支持体12(実施例では載物台13お
よび光学ベンチ14)と、光束検出点検出手段9の位置
の読取手段15(実施例ではレーザー干渉測長器16)
と、読取手段15で読みとられた位置の記憶手段17
と、記憶手段8、および記憶手段17に記憶された値か
ら被測定光学系の焦点距離を演算する演算手段18とを
備える。
明する。本発明の測定装置は、発散光束生成手段1(実
施例では半導体レーザー2)と、発散光束生成手段1を
その光束の光軸方向に移動自在に支持する光学支持体3
(実施例では載物台4および光学ベンチ5)と、発散光
光束生成手段1の位置の読取手段6(実施例ではレーザ
ー干渉測長器7)と、読取手段6で読みとられた位置の
記憶手段8と、被測定光学系19から出射する光束の収
束点を検出する光束収束点検出手段9(実施例では2次
元CCDセンサー10)と、光束収束点検出手段9を、
被測定光学系19から出射する光束の光軸方向に移動自
在に支持する光学支持体12(実施例では載物台13お
よび光学ベンチ14)と、光束検出点検出手段9の位置
の読取手段15(実施例ではレーザー干渉測長器16)
と、読取手段15で読みとられた位置の記憶手段17
と、記憶手段8、および記憶手段17に記憶された値か
ら被測定光学系の焦点距離を演算する演算手段18とを
備える。
【0017】次に、本発明の測定方法を、図1および図
2により説明する。本発明の測定方法は以下の手順から
なる。
2により説明する。本発明の測定方法は以下の手順から
なる。
【0018】発散光束生成手段1の光軸方向の位置の設
定数N(≧3)を決めた後、発散光束生成手段1をその
光束が被測定光学系19に光軸がほぼ一致して導かれる
ように、第1の設定位置に設置する(ステップ1)。
定数N(≧3)を決めた後、発散光束生成手段1をその
光束が被測定光学系19に光軸がほぼ一致して導かれる
ように、第1の設定位置に設置する(ステップ1)。
【0019】光束収束点検出手段9、を被測定光学系か
ら出射する光束の光軸方向に一致させて移動し、光束収
束点を検出する(実施例ではCCDセンサー10により
画像として観察された光束の光束径が最小になる位置と
して検出する。)(ステップ2)。
ら出射する光束の光軸方向に一致させて移動し、光束収
束点を検出する(実施例ではCCDセンサー10により
画像として観察された光束の光束径が最小になる位置と
して検出する。)(ステップ2)。
【0020】発散光束生成手段1の位置x1 および光束
検出点検出手段9の位置y1 を読み取り、記憶させた後
(ステップ3)、発散光束生成手段1を第2の設定位置
へ移動する(ステップ4)。
検出点検出手段9の位置y1 を読み取り、記憶させた後
(ステップ3)、発散光束生成手段1を第2の設定位置
へ移動する(ステップ4)。
【0021】以下発散光束生成手段1の位置の設定数N
を満足するまでステップ2、3、4を繰り返す。
を満足するまでステップ2、3、4を繰り返す。
【0022】こうして求めたN組の共役配置における、
発散光束生成手段1の設定位置xi(i=1,2,・・
・,N)と、光束検出点検出手段9の位置yi (i=
1,2,・・・,N)とから、演算手段18を用いて焦
点距離を算出する。
発散光束生成手段1の設定位置xi(i=1,2,・・
・,N)と、光束検出点検出手段9の位置yi (i=
1,2,・・・,N)とから、演算手段18を用いて焦
点距離を算出する。
【0023】また、本発明の他の測定方法を、図1およ
び図3により説明する。本発明の他の測定方法は以下の
手順からなる。
び図3により説明する。本発明の他の測定方法は以下の
手順からなる。
【0024】光束収束点検出手段9の光軸方向の位置の
設定数N(≧3)を決めた後、第1の設定位置に設置す
る(ステップ11)。
設定数N(≧3)を決めた後、第1の設定位置に設置す
る(ステップ11)。
【0025】発散光束生成手段1を光束の光軸方向に移
動し、光束収束点検出手段9が光束収束点を検出する発
散光束生成手段1の位置を求める(実施例ではCCDセ
ンサー10により画像として観察された光束の光束径が
最小になる発散光束生成手段1の位置を求める。)(ス
テップ12)。
動し、光束収束点検出手段9が光束収束点を検出する発
散光束生成手段1の位置を求める(実施例ではCCDセ
ンサー10により画像として観察された光束の光束径が
最小になる発散光束生成手段1の位置を求める。)(ス
テップ12)。
【0026】発散光束生成手段1の位置x1 および光束
収束点検出手段9の位置y1 を読み取り、記憶させた後
(ステップ13)、光束収束点検出手9を第2の設定位
置へ移動する(ステップ14)。
収束点検出手段9の位置y1 を読み取り、記憶させた後
(ステップ13)、光束収束点検出手9を第2の設定位
置へ移動する(ステップ14)。
【0027】以下発散光束生成手段1の位置の設定数N
を満足するまでステップ12、13、14を繰り返す。
を満足するまでステップ12、13、14を繰り返す。
【0028】こうして求めたN組の共役配置における、
光束収束点検出手段9の設定位置yi (i=1,2,・
・・,N)と、発散光束生成手段1の位置xi (i=
1,2,・・・,N)とから、演算手段18を用いて焦
点距離を算出する。
光束収束点検出手段9の設定位置yi (i=1,2,・
・・,N)と、発散光束生成手段1の位置xi (i=
1,2,・・・,N)とから、演算手段18を用いて焦
点距離を算出する。
【0029】
【作用】図4を参照して、本発明に用いた焦点距離算出
の原理を説明する。レンズLから有限の位置にある物点
をO、物点OのレンズLによる像点をI、レンズLの前
側(物体側)焦点位置をF、レンズLの後側(像側)焦
点位置をF’とし、OとFの距離をx、F’とIの距離
をy、レンズLの焦点距離をfとすると、ニュートンの
式(数4)が成り立つ。
の原理を説明する。レンズLから有限の位置にある物点
をO、物点OのレンズLによる像点をI、レンズLの前
側(物体側)焦点位置をF、レンズLの後側(像側)焦
点位置をF’とし、OとFの距離をx、F’とIの距離
をy、レンズLの焦点距離をfとすると、ニュートンの
式(数4)が成り立つ。
【0030】
【数4】x・y=f・f
【0031】物点OをO’にΔx移動(物点Oがレンズ
Lに近づく方向を正とする)させたときに、像点Iが
I’にΔy移動(像点IがレンズLから遠ざかる方向を
正とする)したとすると、O’とI’も共役であるか
ら、数5もまた成立することになる。
Lに近づく方向を正とする)させたときに、像点Iが
I’にΔy移動(像点IがレンズLから遠ざかる方向を
正とする)したとすると、O’とI’も共役であるか
ら、数5もまた成立することになる。
【0032】
【数5】(x−Δx)(y+Δy)=f・f
【0033】したがって、物点を光軸方向に異なる3箇
所x1 、x2 、x3 に設定し、それぞれに対する像点が
y1 、y2 、y3 であったとすると、数6の2つの式が
成立し、また、ニュートンの式(数4)も成立している
ので、これら3つの式を連立方程式として解き、x、
y、fを数7により求めることができる。
所x1 、x2 、x3 に設定し、それぞれに対する像点が
y1 、y2 、y3 であったとすると、数6の2つの式が
成立し、また、ニュートンの式(数4)も成立している
ので、これら3つの式を連立方程式として解き、x、
y、fを数7により求めることができる。
【0034】
【数6】(x−(x2 −x1 ))(y+(y2 −y
1 ))=f・f (x−(x3 −x1 ))(y+(y3 −y1 ))=f・
f
1 ))=f・f (x−(x3 −x1 ))(y+(y3 −y1 ))=f・
f
【0035】
【数7】
【0036】さらに、物点Oを光軸方向に異なるN箇所
(N≧3)xi (i=1,2,・・・,N)に設定した
場合には、次のように焦点距離fを求めることができ
る。物点xi に対する像点位置をyi (i=1,2,・
・・,N)として、数8のN個の式が成立する。
(N≧3)xi (i=1,2,・・・,N)に設定した
場合には、次のように焦点距離fを求めることができ
る。物点xi に対する像点位置をyi (i=1,2,・
・・,N)として、数8のN個の式が成立する。
【0037】
【数8】(x−(xi −xj ))(y+(yi −y
j ))=f・f (i=1,2,・・・,N) (jは1からNまでの任意の整数)
j ))=f・f (i=1,2,・・・,N) (jは1からNまでの任意の整数)
【0038】数9の(N−1)個の式にニュートンの式
(数4)を代入し、両辺を展開整理すると、数10とな
り、x、yについて線形の(N−1)個の式を得る。
(数4)を代入し、両辺を展開整理すると、数10とな
り、x、yについて線形の(N−1)個の式を得る。
【0039】
【数9】(x−(xi −xj ))(y+(yi −y
j ))=f・f (i=1,2,・・・,N ただしi=jを除く)
j ))=f・f (i=1,2,・・・,N ただしi=jを除く)
【0040】
【数10】(yi −yj )x−(xi −xj )y=(x
i −xj )(yi −yj ) (i=1,2,・・・,N ただしi=jを除く) (jは1からNまでの任意の整数)
i −xj )(yi −yj ) (i=1,2,・・・,N ただしi=jを除く) (jは1からNまでの任意の整数)
【0041】これら(N−1)個の式を観測方程式と
し、最小自乗法を適用することにより前記数3のように
x、y、fが求めることができる。
し、最小自乗法を適用することにより前記数3のように
x、y、fが求めることができる。
【0042】測定箇所が3箇所の場合と3箇所以上の場
合に分けて説明したが、数3においてN=3、j=1の
場合は数7の結果に一致するので、数3が焦点距離を求
める一般式となる。
合に分けて説明したが、数3においてN=3、j=1の
場合は数7の結果に一致するので、数3が焦点距離を求
める一般式となる。
【0043】本発明の測定装置、および測定方法はこの
原理に基づき構成されたものであり、発散光束生成手段
1を、光学支持体3で移動自在に支持することで、被測
定光学系19に対する物点の移動を可能とする。その物
点の移動量は発散光束生成手段1の位置の移動として読
取手段6により知ることができる。読取手段6により読
み取った値は、後の焦点距離算出に利用するため記憶手
段8に記憶される。
原理に基づき構成されたものであり、発散光束生成手段
1を、光学支持体3で移動自在に支持することで、被測
定光学系19に対する物点の移動を可能とする。その物
点の移動量は発散光束生成手段1の位置の移動として読
取手段6により知ることができる。読取手段6により読
み取った値は、後の焦点距離算出に利用するため記憶手
段8に記憶される。
【0044】光束収束点検出手段9を、光学支持体12
で移動自在に支持することにより、像点の移動は、光束
の収束点が検出されるときの光束収束点検出手段9の位
置の移動として読取手段15により知ることができる。
読取手段15により読み取った値は、後の焦点距離算出
に利用するため記憶手段17に記憶される。
で移動自在に支持することにより、像点の移動は、光束
の収束点が検出されるときの光束収束点検出手段9の位
置の移動として読取手段15により知ることができる。
読取手段15により読み取った値は、後の焦点距離算出
に利用するため記憶手段17に記憶される。
【0045】発散光束生成手段1を固定し、光束収束点
検出手段9を移動させ、光束収束点を検出することで、
物点と像点が共役であることの確認ができる。また、光
束収束点検出手段9を固定し、光束収束点検出手段9が
光束収束点を検出するように、発散光束生成手段1を移
動させて、物点と像点の共役の確認をしてもよい。
検出手段9を移動させ、光束収束点を検出することで、
物点と像点が共役であることの確認ができる。また、光
束収束点検出手段9を固定し、光束収束点検出手段9が
光束収束点を検出するように、発散光束生成手段1を移
動させて、物点と像点の共役の確認をしてもよい。
【0046】演算手段18は、少なくとも3箇所の共役
配置に対する、発散光束生成手段1の位置の値と、光束
収束点検出手段9の位置の値とから被測定光学系19の
焦点距離を演算する機能を有する。
配置に対する、発散光束生成手段1の位置の値と、光束
収束点検出手段9の位置の値とから被測定光学系19の
焦点距離を演算する機能を有する。
【0047】以上により、本発明は、被測定光学系の物
像間距離を有限の配置にして焦点距離の測定を可能とす
るものである。
像間距離を有限の配置にして焦点距離の測定を可能とす
るものである。
【0048】
【実施例】実施例の測定装置を、図1により説明する。
実施例の測定装置は、発散光束生成手段1と、発散光束
生成手段1をその光束の光軸方向に移動自在に支持する
光学支持体3と、発散光束生成手段1の位置の読取手段
6と、読取手段6で読み取られた位置の記憶手段8と、
被測定光学系からの光束の収束点を検出する光束収束点
検出手段9と、光束収束点検出手段9を被測定光学系か
らの光束の光軸方向に移動自在に支持する光学支持体1
2と、光束収束点検出手段9の位置の読取手段15と、
読取手段15で読み取られた位置の記憶手段17と、記
憶手段8と記憶手段17で記憶された発散光束生成手段
1と光束収束点検出手段9の位置情報をもとに、被測定
光学系の焦点距離を演算する演算手段18とを備える。
被測定光学系19は、発散光束生成手段1からの発散光
束中に、光軸をほぼ一致させて配置される。
実施例の測定装置は、発散光束生成手段1と、発散光束
生成手段1をその光束の光軸方向に移動自在に支持する
光学支持体3と、発散光束生成手段1の位置の読取手段
6と、読取手段6で読み取られた位置の記憶手段8と、
被測定光学系からの光束の収束点を検出する光束収束点
検出手段9と、光束収束点検出手段9を被測定光学系か
らの光束の光軸方向に移動自在に支持する光学支持体1
2と、光束収束点検出手段9の位置の読取手段15と、
読取手段15で読み取られた位置の記憶手段17と、記
憶手段8と記憶手段17で記憶された発散光束生成手段
1と光束収束点検出手段9の位置情報をもとに、被測定
光学系の焦点距離を演算する演算手段18とを備える。
被測定光学系19は、発散光束生成手段1からの発散光
束中に、光軸をほぼ一致させて配置される。
【0049】以下に各部位毎の説明を行う。
【0050】(発散光束生成手段1)半導体レーザー2
からの発散光束を用いる。
からの発散光束を用いる。
【0051】(光学支持体3)半導体レーザー2を保持
する載物台4と光学ベンチ5からなり、光学ベンチ5
は、半導体レーザー2から出射する光束の光軸方向に長
くなったものである。この上に置かれた載物台4は図示
しないパルスモーターと送りねじで光軸方向に移動自在
となっている。
する載物台4と光学ベンチ5からなり、光学ベンチ5
は、半導体レーザー2から出射する光束の光軸方向に長
くなったものである。この上に置かれた載物台4は図示
しないパルスモーターと送りねじで光軸方向に移動自在
となっている。
【0052】(読取手段6)載物台4に図示しないコー
ナーキューブを取り付け、レーザー干渉測長器7により
半導体レーザー2と一体で移動する載物台4の光学ベン
チ5に対する位置を読み取る。方向は、載物台4(半導
体レーザー2)が被測定光学系19に近づく方向を正と
する。
ナーキューブを取り付け、レーザー干渉測長器7により
半導体レーザー2と一体で移動する載物台4の光学ベン
チ5に対する位置を読み取る。方向は、載物台4(半導
体レーザー2)が被測定光学系19に近づく方向を正と
する。
【0053】(記憶手段8)レーザー干渉測長器7で読
みとられた位置情報はA/D変換され、記憶手段8に記
憶される。
みとられた位置情報はA/D変換され、記憶手段8に記
憶される。
【0054】(光束収束点検出手段9)2次元CCDセ
ンサー10である。得られる画像はモニター11で観察
する。2次元CCDセンサー10を収束点をもつ光束中
を光束の光軸方向に移動させ、光束径が最小となる位置
を収束点として検出する。
ンサー10である。得られる画像はモニター11で観察
する。2次元CCDセンサー10を収束点をもつ光束中
を光束の光軸方向に移動させ、光束径が最小となる位置
を収束点として検出する。
【0055】(光学支持体12)光束収束点検出手段9
を保持する載物台13と光学ベンチ14からなり、光学
ベンチ14は、被測定光学系から出射する光束の光軸方
向に長くなったものである。この上に置かれた載物台1
3は図示しないパルスモーターと送りねじで光軸方向に
移動自在となっている。
を保持する載物台13と光学ベンチ14からなり、光学
ベンチ14は、被測定光学系から出射する光束の光軸方
向に長くなったものである。この上に置かれた載物台1
3は図示しないパルスモーターと送りねじで光軸方向に
移動自在となっている。
【0056】(読取手段15)載物台13に図示しない
コーナーキューブを取り付け、レーザー干渉測長器16
により、収束点検出手段9と一体で移動する載物台13
の光学ベンチ14に対する位置を読み取る。方向は、載
物台13(2次元CCDセンサー10)が被測定光学系
19から遠ざかる方向を正とする。
コーナーキューブを取り付け、レーザー干渉測長器16
により、収束点検出手段9と一体で移動する載物台13
の光学ベンチ14に対する位置を読み取る。方向は、載
物台13(2次元CCDセンサー10)が被測定光学系
19から遠ざかる方向を正とする。
【0057】(記憶手段17)レーザー干渉測長器16
で読み取られた位置情報はA/D変換され、記憶手段1
7に記憶される。
で読み取られた位置情報はA/D変換され、記憶手段1
7に記憶される。
【0058】(演算手段18)記憶手段8に記憶された
N箇所(N≧3)の半導体レーザー2の位置(載物台4
の光学ベンチ5に対する位置として読み込んだ値)xi
(i=1,2,・・・,N)と、記憶手段17に記憶さ
れた、各々の位置に対して収束点を検出したときの2次
元CCDセンサー10の位置(載物台13の光学ベンチ
14に対する位置として読み込んだ値)yi (i=1,
2,・・・,N)とから数11により被測定光学系の焦
点距離を演算する機能を有する。
N箇所(N≧3)の半導体レーザー2の位置(載物台4
の光学ベンチ5に対する位置として読み込んだ値)xi
(i=1,2,・・・,N)と、記憶手段17に記憶さ
れた、各々の位置に対して収束点を検出したときの2次
元CCDセンサー10の位置(載物台13の光学ベンチ
14に対する位置として読み込んだ値)yi (i=1,
2,・・・,N)とから数11により被測定光学系の焦
点距離を演算する機能を有する。
【0059】
【数11】
【0060】実施例の測定方法を、図1および図2によ
り説明する。
り説明する。
【0061】発散光束生成手段1の位置の設定数N(≧
3)を決めた後、第1の設定位置に設置する(ステップ
1)。
3)を決めた後、第1の設定位置に設置する(ステップ
1)。
【0062】光束収束点検出手段9を光束の光軸方向に
移動し、光束径が最小となる位置を光束の収束点として
検出する(ステップ2)。
移動し、光束径が最小となる位置を光束の収束点として
検出する(ステップ2)。
【0063】発散光束生成手段1の位置x1 および光束
収束点検出手段9の位置y1 を読み取り、記憶させた後
(ステップ3)、発散光束生成手段1を第2の設定位置
へ移動する(ステップ4)。
収束点検出手段9の位置y1 を読み取り、記憶させた後
(ステップ3)、発散光束生成手段1を第2の設定位置
へ移動する(ステップ4)。
【0064】以下発散光束生成手段1の位置の設定数N
を満足するまでステップ2、3、4を繰り返す。i (1
≦i≦N)番目の発散光束生成手段1の設定位置xi
と、および対応する光束収束点検出手段9の位置yi と
から演算手段18により被測定光学系の焦点距離を算出
する。
を満足するまでステップ2、3、4を繰り返す。i (1
≦i≦N)番目の発散光束生成手段1の設定位置xi
と、および対応する光束収束点検出手段9の位置yi と
から演算手段18により被測定光学系の焦点距離を算出
する。
【0065】また、実施例の他の測定方法を、図1およ
び図3により説明する。
び図3により説明する。
【0066】光束収束点9の位置の設定数N(≧3)を
決めた後、第1の設定位置に設置する(ステップ1
1)。
決めた後、第1の設定位置に設置する(ステップ1
1)。
【0067】発散光束生成手段1を光束の光軸方向に移
動させて、光束収束点検出手段9が光束径最小を検出す
る位置を求める(ステップ12)。
動させて、光束収束点検出手段9が光束径最小を検出す
る位置を求める(ステップ12)。
【0068】発散光束生成手段1の位置x1 および光束
収束点検出手段9の位置y1 を読み取り、記憶させた後
(ステップ13)、光束収束点検出手段9を第2の設定
位置へ移動する(ステップ14)。
収束点検出手段9の位置y1 を読み取り、記憶させた後
(ステップ13)、光束収束点検出手段9を第2の設定
位置へ移動する(ステップ14)。
【0069】以下光束収束点検出手段9の位置の設定数
Nを満足するまでステップ12、13、14を繰り返
す。i (1≦i≦N)番目の光束収束点検出手段9の設
定位置yi と、発散光束生成手段1の位置xi とから演
算手段18により被測定光学系の焦点距離を算出する。
Nを満足するまでステップ12、13、14を繰り返
す。i (1≦i≦N)番目の光束収束点検出手段9の設
定位置yi と、発散光束生成手段1の位置xi とから演
算手段18により被測定光学系の焦点距離を算出する。
【0070】ところで、この発明は上述の実施例に限定
されない。光束の収束点の検出手段としては、光束中に
1次元のラインセンサーをおき、光束径が最小となると
ころを検出してもよい。
されない。光束の収束点の検出手段としては、光束中に
1次元のラインセンサーをおき、光束径が最小となると
ころを検出してもよい。
【0071】また、図5に示すような検出手段でもよ
い。即ちピンホール20、リレーレンズ21、光電変換
素子22からなり、光電変換素子22をピンホール20
のリレーレンズ21による共役位置に配置する。この検
出手段を収束点をもつ光束中を光束の光軸方向に移動さ
せると、ピンホール20が光束の収束点に一致したとき
に光電変換素子22の出力が最大となり、収束点を検出
することができる。
い。即ちピンホール20、リレーレンズ21、光電変換
素子22からなり、光電変換素子22をピンホール20
のリレーレンズ21による共役位置に配置する。この検
出手段を収束点をもつ光束中を光束の光軸方向に移動さ
せると、ピンホール20が光束の収束点に一致したとき
に光電変換素子22の出力が最大となり、収束点を検出
することができる。
【0072】あるいは、図6に示す干渉パターンを利用
する構成でもよい。即ちレーザー光源23、レンズ(2
4、25、26)からなる発散光束生成手段1の光束中
に設けた、光束の一部を来た光路に沿って逆行反射させ
る反射手段27と、被測定光学系19出射後の光束を逆
行反射させる反射手段28と、により構成するのであ
る。
する構成でもよい。即ちレーザー光源23、レンズ(2
4、25、26)からなる発散光束生成手段1の光束中
に設けた、光束の一部を来た光路に沿って逆行反射させ
る反射手段27と、被測定光学系19出射後の光束を逆
行反射させる反射手段28と、により構成するのであ
る。
【0073】反射手段28が図6に示すような凹面の場
合は、収束点の後方に配置し、凹面の球心が光束の収束
点に一致したときに、光束が来た光路に沿って逆行反射
するので、反射手段27で反射された光束との干渉によ
り干渉パターンが得られる。反射手段28が凸面の場合
は、収束点より被測定光学系19に近付けて配置し、凸
面の球心が光束の収束点に一致したときに、光束が来た
光路に沿って逆行反射するので、反射手段27で反射さ
れた光束との干渉により干渉パターンが得られる。反射
手段24が平面の場合は、光束の収束点がその平面上に
あるとき、光束は光軸に対称に反射し、反射手段27に
より反射された光束と干渉し、干渉パターンを得る。
合は、収束点の後方に配置し、凹面の球心が光束の収束
点に一致したときに、光束が来た光路に沿って逆行反射
するので、反射手段27で反射された光束との干渉によ
り干渉パターンが得られる。反射手段28が凸面の場合
は、収束点より被測定光学系19に近付けて配置し、凸
面の球心が光束の収束点に一致したときに、光束が来た
光路に沿って逆行反射するので、反射手段27で反射さ
れた光束との干渉により干渉パターンが得られる。反射
手段24が平面の場合は、光束の収束点がその平面上に
あるとき、光束は光軸に対称に反射し、反射手段27に
より反射された光束と干渉し、干渉パターンを得る。
【0074】いずれの場合も、干渉パターンはレンズ3
0を介して、2次元CCDセンサー31、モニター32
で観察される。このように、反射手段28を、収束点の
検出手段として用いるのである。さらには、発散光束生
成手段をインコヒーレント光源と、レンズとで構成し、
収束点検出手段を接眼レンズを有する光学系とし、収束
点を目視で判断してもよい。
0を介して、2次元CCDセンサー31、モニター32
で観察される。このように、反射手段28を、収束点の
検出手段として用いるのである。さらには、発散光束生
成手段をインコヒーレント光源と、レンズとで構成し、
収束点検出手段を接眼レンズを有する光学系とし、収束
点を目視で判断してもよい。
【0075】発散光束生成手段については、白色光源
と、分光手段であるモノクロメーターと、を用いて構成
し、被測定光学系の波長による焦点距離の違いを測定す
る構成としてもよい。
と、分光手段であるモノクロメーターと、を用いて構成
し、被測定光学系の波長による焦点距離の違いを測定す
る構成としてもよい。
【0076】演算手段については、実施例では数3にお
いてj=1と置くことによって得られた数11を用いる
ことを示したが、j=1に限らない。jは1からNまで
N通りの選択が可能である。また、数3においてjを1
からNまでN通りの計算で求めその一部または全部を平
均して焦点距離の値としてもよい。
いてj=1と置くことによって得られた数11を用いる
ことを示したが、j=1に限らない。jは1からNまで
N通りの選択が可能である。また、数3においてjを1
からNまでN通りの計算で求めその一部または全部を平
均して焦点距離の値としてもよい。
【0077】被測定光学系として、実施例では屈折系の
場合の配置を示したが、図7に示すように、発散光束生
成手段1からの光束を、被測定光学系34で反射させ、
その光束をハーフミラー33で折り曲げ光束収束点の検
出手段9に導く配置にすることにより、反射系光学系の
焦点距離の測定も可能である。
場合の配置を示したが、図7に示すように、発散光束生
成手段1からの光束を、被測定光学系34で反射させ、
その光束をハーフミラー33で折り曲げ光束収束点の検
出手段9に導く配置にすることにより、反射系光学系の
焦点距離の測定も可能である。
【0078】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、物
像間距離が有限の配置で測定できるので、光ディスク用
対物レンズをはじめ、複写機用レンズ、ファクシミリ用
レンズ等、有限で使用される目的で設計された光学系
を、配置の違いから生じる収差の影響をほとんど受ける
ことなく、実使用に非常に近い配置で測定できる。
像間距離が有限の配置で測定できるので、光ディスク用
対物レンズをはじめ、複写機用レンズ、ファクシミリ用
レンズ等、有限で使用される目的で設計された光学系
を、配置の違いから生じる収差の影響をほとんど受ける
ことなく、実使用に非常に近い配置で測定できる。
【0079】従来の技術の項で述べたノーダルスライド
法は、被験レンズの節点をノーダルスライド台回転軸上
に載せるために、レンズの回転と光軸方向の移動を交互
に繰り返す、繁雑な、熟練を要する操作が必要である
が、本発明では、発散光生成手段と収束点検出手段を光
軸方向に移動させる操作だけでよく、測定が容易であ
る。また倍率法では、焦点距離が既知にコリメーターレ
ンズおよび寸法が既知の指標を必要としたが、本発明で
は、光学ベンチ上の載物台の移動量読取手段に用いるス
ケール以外に、光学特性あるいは寸法が既知の参照物を
必要としない。
法は、被験レンズの節点をノーダルスライド台回転軸上
に載せるために、レンズの回転と光軸方向の移動を交互
に繰り返す、繁雑な、熟練を要する操作が必要である
が、本発明では、発散光生成手段と収束点検出手段を光
軸方向に移動させる操作だけでよく、測定が容易であ
る。また倍率法では、焦点距離が既知にコリメーターレ
ンズおよび寸法が既知の指標を必要としたが、本発明で
は、光学ベンチ上の載物台の移動量読取手段に用いるス
ケール以外に、光学特性あるいは寸法が既知の参照物を
必要としない。
【図1】本発明の光学系の焦点距離測定装置の実施例の
構成図
構成図
【図2】本発明の光学系の焦点距離測定方法の実施例の
手順を示す工程図
手順を示す工程図
【図3】本発明の光学系の焦点距離測定方法の他の実施
例の手順を示す工程図
例の手順を示す工程図
【図4】本発明の光学系の焦点距離測定の原理の説明に
供する被測定光学系の構成図
供する被測定光学系の構成図
【図5】本発明の光学系の焦点距離測定装置における光
束収束点検出手段の変形例の構成図
束収束点検出手段の変形例の構成図
【図6】本発明の光学系の焦点距離測定装置における光
束収束点検出手段の他の変形例の構成図
束収束点検出手段の他の変形例の構成図
【図7】本発明を反射凹面鏡に対して実施する場合の配
置を示す構成図
置を示す構成図
【図8】従来技術であるノーダルスライド法による焦点
距離測定装置の構成図
距離測定装置の構成図
【図9】従来技術である倍率法による焦点距離測定装置
の構成図
の構成図
1:発散光束生成手段 2:半導体レーザー 3:光学支持体 4:載物台 5:光学ベンチ 6:読取手段 7:レーザー干渉測長器 8:記憶手段 9:収束点検出手段 10:2次元CCDセンサー 11:モニター 12:光学支持体 13:載物台 14:光学ベンチ 15:読取手段 16:レーザー干渉測長器 17:記憶手段 18:演算手段 19:被測定光学系 20:ピンホール 21:リレーレンズ 22:光電変換素子 23:レーザー光源 24:レンズ 25:レンズ 26:レンズ 27:反射手段 28:反射手段 29:ハーフミラー 30:レンズ 31:2次元CCDセンサー 32:モニター 33:ハーフミラー 34:被測定光学系 51:光源 52:標線 53:コリメーターレンズ 54:摺動台 55:回転台 56:ノーダルスライド台 57:光学ベンチ 58:顕微鏡 59:被験レンズ 60:光源 61:標板 62:コリメーターレンズ 63:顕微鏡 64:被験レンズの焦点面
Claims (5)
- 【請求項1】発散光束生成手段と、発散光束生成手段を
その光束の光軸方向に移動自在に支持する光学支持体
と、発散光束生成手段の位置の読取手段と、読取手段で
読み取られた発散光束生成手段の位置の記憶手段と、被
測定光学系から出射する光束の収束点を検出する光束収
束点検出手段と、光束収束点検出手段を、被測定光学系
からの出射する光束の光軸方向に移動自在に支持する光
学支持体と、光束収束点検出手段の位置の読取手段と、
読取手段で読み取られた光束収束点検出手段の位置の記
憶手段と、発散光束生成手段の位置と、光束収束点検出
手段の位置とから、被測定光学系の焦点距離を算出する
演算手段とを備えたことを特徴とする光学系の焦点距離
測定装置。 - 【請求項2】少なくとも3箇所のN箇所の発散光束生成
手段の位置をxi (i=1,2,・・・,N)とし、光
束収束点検出手段の位置をyi (i=1,2,・・・,
N)とするとき、請求項1の焦点距離を算出する演算手
段が、数1により算出する演算手段であることを特徴と
する光学系の焦点距離測定装置。 【数1】 - 【請求項3】光束収束点検出手段を移動し、被測定光学
系からの光束の収束点を検出することを、少なくとも3
箇所の発散光束生成手段の位置に対して行い、各々にお
ける発散光束生成手段の位置と、光束収束点検出手段の
位置とから、被測定光学系の焦点距離を求めることを特
徴とする光学系の焦点距離測定方法。 - 【請求項4】発散光束生成手段を移動させ、被測定光学
系から出射する光束の収束点が光束収束点検出手段によ
り検出される位置を求めることを、少なくとも3箇所の
光束収束点検出手段の位置に対して行い、各々における
光束収束点検出手段の位置と、発散光束生成手段の位置
とから、被測定光学系の焦点距離を求めることを特徴と
する光学系の焦点距離測定方法。 - 【請求項5】少なくとも3箇所の発散光束生成手段の位
置xi (i=1,2,・・・,N)と、光束収束点検出
手段の位置をyi (i=1,2,・・・,N)とから、
数2により算出することを特徴とする請求項3または請
求項4の光学系の焦点距離測定方法。 【数2】
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22830893A JPH0755640A (ja) | 1993-08-20 | 1993-08-20 | 光学系の焦点距離測定装置および測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22830893A JPH0755640A (ja) | 1993-08-20 | 1993-08-20 | 光学系の焦点距離測定装置および測定方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0755640A true JPH0755640A (ja) | 1995-03-03 |
Family
ID=16874410
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP22830893A Pending JPH0755640A (ja) | 1993-08-20 | 1993-08-20 | 光学系の焦点距離測定装置および測定方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0755640A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6286055B1 (en) * | 1996-11-07 | 2001-09-04 | Okuma Corporation | Error correction apparatus for NC machine tool |
JP2013120298A (ja) * | 2011-12-07 | 2013-06-17 | V Technology Co Ltd | マイクロレンズアレイの焦点距離測定装置及び方法 |
CN103712779A (zh) * | 2013-12-16 | 2014-04-09 | 西安北方捷瑞光电科技有限公司 | 一种棱镜式环形激光器光路共面度检测*** |
-
1993
- 1993-08-20 JP JP22830893A patent/JPH0755640A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6286055B1 (en) * | 1996-11-07 | 2001-09-04 | Okuma Corporation | Error correction apparatus for NC machine tool |
JP2013120298A (ja) * | 2011-12-07 | 2013-06-17 | V Technology Co Ltd | マイクロレンズアレイの焦点距離測定装置及び方法 |
CN103712779A (zh) * | 2013-12-16 | 2014-04-09 | 西安北方捷瑞光电科技有限公司 | 一种棱镜式环形激光器光路共面度检测*** |
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