| 【発明の名称】 |
偏心測定方法及び偏心測定装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】中内 章博
|
| 【要約】 |
【課題】光学系の各面の偏心を精度良く測定することができる偏心測定方法及び偏心測定装置を得ること。
【解決手段】回転対称の被測定物を保持回転手段に、該被測定物の回転対称の軸が該保持回転手段の回転軸に一致するように装着し、可干渉性の２つの光束を被測定物の該測定面の見かけの曲率中心に集光し、交差させ、該測定面の互いに異なった領域に入射させ、該測定面で反射した２つの光束を重ね合わせて干渉縞を形成し、該被測定物を該回転軸を中心に回転させたときに生じる該干渉縞情報の変動を光検出手段で検出することによって、該測定面の該回転軸に対する偏心量を求める偏心測定方法において、該被測定物の材質の屈折率の不均質性による該２つの光束の変動を演算で補正して、該偏心量を求めていること。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 回転対称の被測定物を保持回転手段に、該被測定物の回転対称の軸が該保持回転手段の回転軸に一致するように装着し、可干渉性の２つの光束を被測定物の該測定面の見かけの曲率中心に集光し、交差させ、該測定面の互いに異なった領域に入射させ、該測定面で反射した２つの光束を重ね合せて干渉縞を形成し、該被測定物を該回転軸を中心に回転させたときに生じる該干渉縞情報の変動を光検出手段で検出することによって、該測定面の該回転軸に対する偏心量を求める偏心測定方法において、該被測定物の材質の屈折率の不均質性による該２つの光束の変動を演算で補正して、該偏心量を求めていることを特徴とする偏心測定方法。
【請求項２】 前記被測定物の材質の屈折率の不均質性はあらかじめ別手段で測定しておくことを特徴とする請求項１記載の偏心測定方法。
【請求項３】 回転対称の被測定物を保持する保持回転手段と、該被測定物はその回転対称の軸が、該保持回転手段の回転軸に一致するように保持されており、可干渉性の光束を放射する光源と、該光源からの光束を２つの光束に分割し、該２つの光束を該測定面の見かけの曲率中心に集光し、交差させ、該測定面の互いに異なった領域に入射させ、該測定面で反射した２つの光束を重ね合せて干渉縞を形成する干渉縞形成光学系と、該被測定物を回転させたときに生じる該干渉縞情報の変動を検出する光検出手段と、該光検出手段からの出力信号と該被測定物の材質の屈折率の不均質性による該２つの光束の変動情報とから、該測定面の該回転軸に対する偏心量を求める演算手段と、を有していることを特徴とする偏心測定装置。
【請求項４】 前記被測定物の材質の屈折率の不均質性はあらかじめ別手段で測定しておくことを特徴とする請求項３記載の偏心測定装置。
|
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、偏心測定方法及び偏心測定装置に関し、特にレンズ面や反射面、そして非球面等の回転対称な光学部材より構成された光学系の各面の曲率中心の基準となる軸（例えば光学系の光軸）からの隔たり、即ち偏心を金物に組み込んだ状態で測定するのに好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、レンズや光学部材等の偏心を測定する偏心測定装置が種々提案されている。
【０００３】レンズ等の偏心を測定する高精度な測定装置として、図３に示すような、２光束干渉を利用した偏心測定装置がある。
【０００４】この装置は、被測定物３５を保持回転手段３８に、被測定物３５の光軸と保持回転手段３８の回転軸３９が概ね一致するように設置し、被測定物３５を回転させる。被測定物３５の被測定面３６に対し、レーザー光源３１より射出され、光束分割素子３３で分割された互いに干渉性のある２光束３２ａ，３２ｂを、２光束集光交差機構３４により図３には不図示の被測定面３６の曲率中心位置の近傍で集光交差するように垂直入射させる。被測定面３６で反射したこれらの２光束を光分割手段３３により重ね合せることにより干渉縞を生じさせ、光検出手段４１により、被測定物３５を回転させたときに発生する干渉縞の変動から反射した２光束の２光路長差を取得し、この結果から演算手段４２で被測定面３６の偏心量の演算を行う。
【０００５】さらに、下側の面３７の偏心測定を行うときには、被測定面３７に対し、２光束３２ａ，３２ｂを、２光束集光交差機構３４により被測定面３７の見かけの曲率中心位置４３の近傍で集光交差するように垂直入射させる。被測定面３７で反射したこれらの２光束を光分割手段３３により重ね合せることにより干渉縞を生じさせ、光検出手段４１により、被測定物３５を回転させたときに発生する干渉縞の変動から反射した２光束の２光路長差を取得する。この２光路長差の結果は上側の面３６の偏心の影響も含まれているので、上面の偏心の影響を演算手段４２で除去することで、被測定面３７の偏心を取得している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】図３に示すような偏心測定装置では、被測定物３５に有為な量の屈折率の不均質性が存在する場合、下面３７の偏心量を正しく測定できないという問題があった。
【０００７】たとえば、被測定物３５のうちの２つの光束３２ａ，３２ｂが通過するところの間で、Δn＝1.0×10-5の屈折率の不均質性が存在するとすると、２光束の通過距離を10mm、下面３７における２光路の間隔を50mmとして、ε＝10mm・1.0×10-5／50mm＝0.5"の下面３７の傾き偏心量のだまされが生じることになる。
【０００８】このだまされは肉厚の厚いレンズや、レンズの枚数が多い光学系ほど大きな値となり、光学系の像性能等に悪影響を及ぼすことになる。
【０００９】本発明は複数のレンズ面が存在する光学系であって、測定側の第１面より下側（奥側）のレンズ面の偏心測定時に被測定物の材質の屈折率の不均質分布を用いて偏心量の補正を行うことにより、絶対偏心測定精度の高い偏心測定ができる偏心測定方法及び偏心測定装置の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明の偏心測定方法は、回転対称の被測定物を保持回転手段に、該被測定物の回転対称の軸が該保持回転手段の回転軸に一致するように装着し、可干渉性の２つの光束を被測定物の該測定面の見かけの曲率中心に集光し、交差させ、該測定面の互いに異なった領域に入射させ、該測定面で反射した２つの光束を重ね合せて干渉縞を形成し、該被測定物を該回転軸を中心に回転させたときに生じる該干渉縞情報の変動を光検出手段で検出することによって、該測定面の該回転軸に対する偏心量を求める偏心測定方法において、該被測定物の材質の屈折率の不均質性による該２つの光束の変動を演算で補正して、該偏心量を求めていることを特徴としている。
【００１１】請求項２の発明は請求項１の発明において、前記被測定物の材質の屈折率の不均質性はあらかじめ別手段で測定しておくことを特徴としている。
【００１２】請求項３の発明の偏心測定装置は、回転対称の被測定物を保持する保持回転手段と、該被測定物はその回転対称の軸が、該保持回転手段の回転軸に一致するように保持されており、可干渉性の光束を放射する光源と、該光源からの光束を２つの光束に分割し、該２つの光束を該測定面の見かけの曲率中心に集光し、交差させ、該測定面の互いに異なった領域に入射させ、該測定面で反射した２つの光束を重ね合せて干渉縞を形成する干渉縞形成光学系と、該被測定物を回転させたときに生じる該干渉縞情報の変動を検出する光検出手段と、該光検出手段からの出力信号と該被測定物の材質の屈折率の不均質性による該２つの光束の変動情報とから、該測定面の該回転軸に対する偏心量を求める演算手段と、を有していることを特徴としている。
【００１３】請求項４の発明は請求項３の発明において、前記被測定物の材質の屈折率の不均質性はあらかじめ別手段で測定しておくことを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】図１は本発明の偏心測定装置の実施形態１の要部概略図、図２は本発明の偏心測定方法の実施形態１のフローチャートである。
【００１５】図中、１はレーザー光源であり、可干渉性の光束を放射している。２はレーザー光源１からの光束である。３は光束２を２つの光束２ａ、２ｂに分割し、被測定面（６，７）に導光するとともに被測定面で反射後の２光束を重ね合せるハーフミラー面３ａと全反射面３ｂとを有する光束分割素子である。４は２光束２ａ，２ｂを偏向させ被測定面６，７に導光させる、ミラー４ａ，４ｂやプリズム４ｃ等からなる２光束偏向機構である。光束分割素子３と２光束偏光機構４は干渉縞形成光学系の一要素を形成している。５は被測定レンズであり、６、７は被測定レンズ５の被測定用の上レンズ面と下レンズ面である。８はレンズ保持回転手段（保持回転手段）であり、被測定レンズ５を保持し、回転軸９を中心に回転させている。１０はレンズ保持回転手段８の回転方位検出手段である。１１は光検出手段（受光手段）であり、２光束２ａ，２ｂが被測定面（６，７）で反射し、戻ってきた２光束２ａ、２ｂを光束分割素子３で重ね合せたときに生ずる干渉縞を検出している。１２は演算手段であり、光検出手段１１と回転方位検出手段１０からの信号から、被測定面（６，７）の偏心量とレンズ５内の屈折率分布を算出している。
【００１６】本実施形態の光学作用を被測定物として単レンズを例にとって、図２の測定フローと図１の装置構成を用いて説明する。
【００１７】ステップS101（以下、単に「S101」と略す）で被測定レンズ５をレンズ保持回転手段８に、保持回転手段８の回転軸９と被測定レンズ５の光軸５ａが概ね一致するように設置する。この状態で、被測定レンズ５の上面６、下面７の順で偏心測定を行っていく。
【００１８】上面６の偏心測定は以下のように行う。
【００１９】S1012で、被測定レンズ５の被測定面６の見かけの曲率中心を演算する。本実施形態では、被測定面６は光学的に一番上側の面になるので、見かけの曲率中心は、被測定面６の本当の曲率中心に相当する。
【００２０】S1013では、２光束集光交差機構４を用いて、レーザー光源１から射出し、光分割手段３で、互いに可干渉性のある２つの光束２ａ，２ｂに分け不図示の上面６の見かけの曲率中心位置へ照射する。
【００２１】２光束２ａ、２ｂが集光交差する位置は被測定レンズ５の上面６の曲率中心位置にだいたい一致しているので、被測定レンズ５の上面６で反射した２光束は、それまでの経路とほぼ同一光路を逆進して光束分割素子３まで戻り、重ね合され、干渉縞を生じる。２光束の干渉縞はハーフミラー３ａで反射し、光検出手段１１で検出され、その出力信号をが演算手段１２に送られる。
【００２２】光検出手段１１の出力信号を観測して、干渉縞のコントラストが最大になるように２光束集光交差機構４をさらに調整することで、２光束２ａ，２ｂが集光交差する位置を被測定レンズ５の上面６の見かけの曲率中心位置にほぼ完全に一致させている。
【００２３】S104で、この状態で、保持回転手段８を回転させて、S105で、光検出手段１１からの信号と、回転方位検出手段１０からの回転信号を取得し、S108で偏心量を算出する。
【００２４】すなわち、光検出手段１１からは２光束の光路長差分に応じた干渉光の強度変化信号が得られるので、これと測定方位を示す回転方位検出手段１０の検出信号を対応つけて記憶する。これによって、被測定レンズ５の上面６の全周の２光路長差データLUを得ている。
【００２５】上面６に傾き偏心量εlが、偏心方位θlの方向にあるとし、DlUを上面６の測定時の上面６における２光束２ａ、２ｂの間隔とすると、この２光路長差は、光線往復分を考慮して、（数式１） LlU＝2DlU・εU・cos（θ−θU）、となる。ここで、逆に、S108で２光路長差データLUから、１θ成分だけを抽出し、数式１のLlUの形にすれば、その振幅の半分をDlUで除したものが被測定レンズ５の上面６の傾き偏心量εUで、その方位が、偏心方位θUということになる。
【００２６】続いて図２のフローでS1012に戻って被測定物５の下面７の偏心測定を行っていく。
【００２７】S1012で、下面７の見かけの曲率中心位置を演算手段１２で演算する。図１ではこのときの曲率中心位置を点１３として示している。
【００２８】S1013で、２光束集光交差横構４を用いて、２光束２ａ、２ｂを下面７の見かけの曲率中心位置１３へ照射する。
【００２９】２光束２ａ、２ｂが集光交差する位置は被測定レンズ５の下面７の曲率中心位置１３にだいたい一致しているので、被測定レンズ５の下面７で反射した２光束は、それまでの経路とほぼ同一光路を逆進して光束分割素子３まで戻り、重ね合され、干渉縞を生じる。２光束の干渉縞はハーフミラー３ａで反射し、光検出手段９で検出され、その出力信号が演算手段１０に送られる。
【００３０】光検出手段１０の出力信号を観測して、干渉縞のコントラストが最大になるように２光束集光交差機構４をさらに調整することで、２光束２ａ、２ｂが集光交差する位置を被測定レンズ５の下面７の見かけの曲率中心位置１３にほぼ完全に一致させている。
【００３１】この状態でS104で、保持回転手段８を回転させて、S105で、光検出手段１１からの信号と、回転方位検出手段１０からの回転信号を、演算手段１２で処理する。
【００３２】すなわち、光検出手段１１からは２光束の光路長差分に応じた干渉光の強度変化信号が得られるので、これと測定方位を示す回転方位検出手段１０の検出信号を対応つけて記憶する。これによって、被測定レンズ５の下面７の全周の２光路長差データLLを得ている。
【００３３】ここで、得られた２光路長差データLLは以下の３つの要素の和からなる。
【００３４】(ア-1)上面６の偏心の影響L2U(ア-2)下面７の偏心の影響L2L(ア-3)レンズ５の材質の屈折率分布によるものLn次に３つの要素の各々について説明する。
【００３５】(ア-1)上面６の偏心の影響L2U（数式２） L2U＝2（1−n0）D2UεU・cos（θ−θU）、ただし、D2Uは下面７の測定時に２光束２ａ，２ｂが上面６を透過するときのスパン、εU、θU、は上面６の傾き偏心量と方位、n0は被測定レンズ５の材質の平均屈折率である。
【００３６】(ア-2)下面７の偏心の影響L2L（数式３） L2L＝2DLεLcos（θ−θL）、ただし、εL、θLは下面７の真の傾き偏心量と偏心方位、DLは下面７の測定時の下面７のところの２光束２ａ、２ｂの間隔である。
【００３７】(ア-3)レンズ５の材質の屈折率分布によるものLn【００３８】
【数１】
【００３９】ただし、dは２光束２ａ，２ｂがレンズ５を透過する往路の距離、rは下面７の測定時の２光束スパンDLの半分の値、Δnはレンズ５の材質の屈折率の平均値からのずれの２次元分布で、極座標表示で、（数式５） Δn（r，θ）＝ Am（r）cos（mθ−θm）、である。ここで、mは0，1，2，…、δijはクロネッカーのデルタで、i＝jのとき1、i≠jのとき0である。
【００４０】数式４、５において、m＝0が屈折率のクセ成分、m＝1がコマ成分、m＝2がアス成分に相当し、Amはm次の成分の大きさを表わす。
【００４１】被測定レンズ５に数式５のような屈折率の不均質性が存在していると、数式４のような２光路長差Lnが生じる。特に、本実施形態では、２光束を相対方位180°で被測定レンズ５に入射させているので、数式４のように、m が奇数の1θ成分、や3θ成分が２光路長差Lnとなる。
【００４２】このように、S105で取得される、２光路長差データL2は、上面６の偏心の影響(ア-1)と、下面７の偏心によるもの(ア-2)と、被測定レンズ７の屈折率の不均質性によるもの(ア-3)の和となっているので、(ア-1)と(ア-3)による２光路長差への寄与分を差し引いて、(ア-2)の値にする必要がある。
【００４３】すなわち、まず、S106において、２光路長データL2から、あらかじめ測定済みの上面６の偏心量と方位εU、θUと、下面７の測定時の上面６における２光束スパンD2Uと、あらかじめ別手段で測定済の被測定レンズ５の平均屈折率n0、を用いて数式２のL2Uを計算し、２光路長差データL2から引いて、上面６の偏心の影響をとりのぞく。
【００４４】さらに、S107で、S106で上面６の偏心の影響を取り除いた２光路長差データ（LL−L2U）から、あらかじめ、別手段で測定済みの屈折率の不均質性Δn（r，θ）より演算した、数式４の被測定レンズ５の屈折率の不均質性から生じる２光路長差Lnの分を引いてやると、２光路長差データは下面７の偏心により生じる２光路長差だけとなる。
【００４５】このデータを用いて、S108で、補正済の２光路長差データ（LL−L2U−Ln）から、１θ成分だけを抽出すれば、数式３より、その振幅の半分をＤ2Lで除したものが被測定レンズ５の下面７の真の傾き偏心量εLで、その方位が、偏心方位θLということになる。
【００４６】以上の説明では、下面７の測定時にS106で上面６の偏心の影響を除いてから、S107で屈折率の不均質性による影響を除いたが、本発明はこれに限るものではなく、S107を実施したのち、S106を実施することも可能である。
【００４７】また、上面６の傾き偏心量を演算してから下面７の偏心測定を行ったが、上面６の２光路長差LlU測定後、すぐに、下面７の２光路長差L2の測定を行い、上面６の傾き偏心演算後、すぐに、下面７の傾き偏心演算を行ってもよい。
【００４８】また、本実施形態では、被測定物５が単レンズである場合を例に説明したが、本発明はこれに限るものではなく、例えば、金物等に入った複数枚のレンズからなる光学系の各面の偏心測定をすることも可能である。すなわち、上側の面から奥の面へと、２光路長差測定を行い、各面のさらに上側にある面の偏心による２光路長差への影響と、さらに上側にあるレンズの屈折率の不均質性による２光路長差への影響を、順次演算で補正していくことで、各面の真の偏心量を得ることが可能となる。
【００４９】また、本実施形態では、演算で用いる屈折率の不均質分布をあらかじめ別手段により測定しているが、被測定光学系が単レンズの場合には、特願平10−376757号の屈折率測定方法により、屈折率の不均質分布と偏心量を同時に測定することも可能である。
【００５０】この方法は、２光路長差データを、単レンズと保持回転手段の方位角が異なった状態で２種類取得することで、単レンズの屈折率の不均質分布と、下面の偏心量を分離する方法であり、特に、屈折率の不均質分布のチルト成分を高精度で取り除けることが可能となっている。
【００５１】又、本実施形態では被測定物として球面や非球面を有したレンズであっても測定が可能である。
【００５２】
【発明の効果】本発明によれば以上のように各要素を設定することにより、複数のレンズ面が存在する光学系であって、測定側の第１面より下側（奥側）のレンズ面の偏心測定時に被測定物の材質の屈折率の不均質分布を用いて偏心量の補正を行うことにより、絶対偏心測定精度の高い偏心測定ができる偏心測定方法及び偏心測定装置を達成することができる。
【００５３】この他、本発明は以上の構成により、下側にある面の偏心を、屈折率の不均質性も考慮にいれて補正することにより、より絶対値の正しい偏心測定を行うことができる。
|
| 【出願人】 |
【識別番号】０００００１００７
【氏名又は名称】キヤノン株式会社
|
| 【出願日】 |
平成１１年１２月１５日（１９９９．１２．１５） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８６８１８
【弁理士】
【氏名又は名称】高梨 幸雄
|
| 【公開番号】 |
特開２００１−１７４２３７（Ｐ２００１−１７４２３７Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年６月２９日（２００１．６．２９） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３５５６４９ |
|