JP3495918B2 - 光学部品の偏心測定方法および偏心測定装置 - Google Patents
光学部品の偏心測定方法および偏心測定装置Info
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- JP3495918B2 JP3495918B2 JP20449398A JP20449398A JP3495918B2 JP 3495918 B2 JP3495918 B2 JP 3495918B2 JP 20449398 A JP20449398 A JP 20449398A JP 20449398 A JP20449398 A JP 20449398A JP 3495918 B2 JP3495918 B2 JP 3495918B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光学部品の偏心測
定方法およ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、すなわち偏心を測定するのに好適なものである。特
に単体レンズ或いは複数の光学要素で構成された光学系
の各面の偏心を鏡筒に組み込んだまま測定するのに好適
なものである。
定方法およ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、すなわち偏心を測定するのに好適なものである。特
に単体レンズ或いは複数の光学要素で構成された光学系
の各面の偏心を鏡筒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】レンズ光学部材等の偏心を測定する偏心
測定装置は種々提案されている。図４は特公昭51-42495
号公報に開示されている偏心測定装置の要部概略図であ
る。同図では二光束干渉を利用してレンズ面の偏心を測
定している。
測定装置は種々提案されている。図４は特公昭51-42495
号公報に開示されている偏心測定装置の要部概略図であ
る。同図では二光束干渉を利用してレンズ面の偏心を測
定している。
【０００３】同図では光源101からの可干渉性の光束102
を光束分割素子103で干渉性のある2光束102a、102bに分
割し、集光レンズ105に導光している。そして集光レン
ズ105により２光束102a、102bを被測定物108の被測定面1
08'の曲率中心113の近傍で集光交差するようにしてから
被測定面108'に入射させている。その後、被測定面108'
で反射したこれらの光を元の光路に戻し、光束分割素子
103を介して受光素子109面上で重ね合わせることによ
り、干渉縞を生じさせている。そして被測定物108を十
分な回転精度を持ち、かつ該回転機構の回転軸112と計
測系の光軸を高精度に一致させた回転機構112により、
光軸まわりに回転させた時に発生する二光束102a、102b
の、光路差に対応した干渉縞の明暗のカウント数の変化
から、被測定面108'の偏心量を検出する。
を光束分割素子103で干渉性のある2光束102a、102bに分
割し、集光レンズ105に導光している。そして集光レン
ズ105により２光束102a、102bを被測定物108の被測定面1
08'の曲率中心113の近傍で集光交差するようにしてから
被測定面108'に入射させている。その後、被測定面108'
で反射したこれらの光を元の光路に戻し、光束分割素子
103を介して受光素子109面上で重ね合わせることによ
り、干渉縞を生じさせている。そして被測定物108を十
分な回転精度を持ち、かつ該回転機構の回転軸112と計
測系の光軸を高精度に一致させた回転機構112により、
光軸まわりに回転させた時に発生する二光束102a、102b
の、光路差に対応した干渉縞の明暗のカウント数の変化
から、被測定面108'の偏心量を検出する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
偏心測定装置では、2光束のワークへの入射角度が固定
であるために、任意の測定径で偏心を測定することがで
きず、測定径を変化させるためには集光レンズを交換し
なければならなかった。そのためのレンズを交換する機
構が必要であり、装置が複雑になるとともに、測定時間
が長くなるという問題があった。
偏心測定装置では、2光束のワークへの入射角度が固定
であるために、任意の測定径で偏心を測定することがで
きず、測定径を変化させるためには集光レンズを交換し
なければならなかった。そのためのレンズを交換する機
構が必要であり、装置が複雑になるとともに、測定時間
が長くなるという問題があった。
【０００５】本発明は、上記の問題点の解決を図ったも
ので、レンズ交換の負荷を軽減でき、作業効率の高い高
精度の測定ができる光学部品の偏心測定方法および偏心
測定装置の提供を目的とする。
ので、レンズ交換の負荷を軽減でき、作業効率の高い高
精度の測定ができる光学部品の偏心測定方法および偏心
測定装置の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の偏心測定方法
は、（１−１）回転対称面よりなる測定面を、回転軸に
該回転対称軸がそれと一致するように装着し、二つの可
干渉性光束を該回転軸に光軸を一致させた集光レンズの
互いに異なった領域を通過させて、該測定面の見かけの
曲率中心に集光し、交差させ、該曲率中心から発散した2
つの光束を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二つの光束を重ね合わせて干渉縞を
形成し、該測定面を該回転軸を中心に回転させた時に生
じる該干渉縞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、偏心方向を求
める際、該可干渉光束を二分割する手段と、分割された
それぞれの光束を任意に偏向させる手段を載置した測定
ヘッドは、該測定面の光軸方向に該測定物との相対距離
が可変であることを特徴としている。特に、（１−１−
１）前記測定ヘッドと前記測定面の間に出入自在の光波
面変換素子を有し、該光波面変換素子を測定面の曲率半
径に応じて出し入れすること。
は、（１−１）回転対称面よりなる測定面を、回転軸に
該回転対称軸がそれと一致するように装着し、二つの可
干渉性光束を該回転軸に光軸を一致させた集光レンズの
互いに異なった領域を通過させて、該測定面の見かけの
曲率中心に集光し、交差させ、該曲率中心から発散した2
つの光束を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二つの光束を重ね合わせて干渉縞を
形成し、該測定面を該回転軸を中心に回転させた時に生
じる該干渉縞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、偏心方向を求
める際、該可干渉光束を二分割する手段と、分割された
それぞれの光束を任意に偏向させる手段を載置した測定
ヘッドは、該測定面の光軸方向に該測定物との相対距離
が可変であることを特徴としている。特に、（１−１−
１）前記測定ヘッドと前記測定面の間に出入自在の光波
面変換素子を有し、該光波面変換素子を測定面の曲率半
径に応じて出し入れすること。
【０００７】（１−１−２）前記二つの可干渉光束は波
長の異なる二周波光であり、該測定面から反射する二つ
の光束の重ね合わせによって形成される干渉縞の変動を
検出する手段が光ヘテロダイン法であること。を特徴と
している。また、本発明の偏心測定装置は、（２−１）
構成（１−１）の偏心測定方法を利用していることを特
徴としている。
長の異なる二周波光であり、該測定面から反射する二つ
の光束の重ね合わせによって形成される干渉縞の変動を
検出する手段が光ヘテロダイン法であること。を特徴と
している。また、本発明の偏心測定装置は、（２−１）
構成（１−１）の偏心測定方法を利用していることを特
徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】〈実施例１〉図１は本発明の偏心
測定装置の第１の実施例の要部概略図である。
測定装置の第１の実施例の要部概略図である。
【０００９】図において、1はレーザー光源で、可干渉
性の光束を射出している。2はレーザービームを偏光方
位が直交する２周波光（各光の周波数をf1、f2とする）
に変換する周波数シフターである。3は2周波光を計測ヘ
ッド9に導光する偏波保存ファイバである。4は光軸方向
に移動調節可能な対物レンズである。9は回動ミラー8
a、8bを有する計測ヘッドであり、位置および回動ミラ
ー8a、8bの角度により、被測定面20の見かけの曲率中心
13で焦点を結ぶように光の波面を調節している。5は光
束の一部を取り出すサンプラーである。11aは光束を干
渉させるための偏光板、12aは干渉縞を検出し参照信号
を得る第一の受光素子である。6は、f1の光を反射し、f
2の光を透過させる偏光ビームスプリッターである。7
a、7bはそれぞれを透過することにより、直線偏光を円
偏光に変換するλ／4板である。8a、8bは光束を反射
し、角度を調節することで被測定面の見かけの曲率中心
13で交差させ、被測定物20の表面に垂直入射させる回動
平面ミラーである。11bは光束を干渉させるための偏光
板、12bは被測定物20の被測定面の曲率中心13で交差し
た光束が、被測定物表面で反射され、同じ経路を戻って
λ／4板7a、7bを再び透過することで直線偏光に戻され
た光束の干渉縞を検出し、測定信号を得る第二の受光素
子である。13は被測定物20の曲率中心（見かけの曲率中
心）である。同図では一つの測定物20を示しているが、
通常は多くの測定物が光軸を一致させて測定物20の前後
に配置されている。このため測定面の曲率中心が計測ヘ
ッド9側から見たとき光学的に変位し、見かけの曲率中
心に位置するようになる。同図は測定面が第一面となっ
ているので、見かけの曲率中心と実際の曲率中心が一致
している。19は被測定物20を光軸まわりに回転させる高
精度な回転ステージである。
性の光束を射出している。2はレーザービームを偏光方
位が直交する２周波光（各光の周波数をf1、f2とする）
に変換する周波数シフターである。3は2周波光を計測ヘ
ッド9に導光する偏波保存ファイバである。4は光軸方向
に移動調節可能な対物レンズである。9は回動ミラー8
a、8bを有する計測ヘッドであり、位置および回動ミラ
ー8a、8bの角度により、被測定面20の見かけの曲率中心
13で焦点を結ぶように光の波面を調節している。5は光
束の一部を取り出すサンプラーである。11aは光束を干
渉させるための偏光板、12aは干渉縞を検出し参照信号
を得る第一の受光素子である。6は、f1の光を反射し、f
2の光を透過させる偏光ビームスプリッターである。7
a、7bはそれぞれを透過することにより、直線偏光を円
偏光に変換するλ／4板である。8a、8bは光束を反射
し、角度を調節することで被測定面の見かけの曲率中心
13で交差させ、被測定物20の表面に垂直入射させる回動
平面ミラーである。11bは光束を干渉させるための偏光
板、12bは被測定物20の被測定面の曲率中心13で交差し
た光束が、被測定物表面で反射され、同じ経路を戻って
λ／4板7a、7bを再び透過することで直線偏光に戻され
た光束の干渉縞を検出し、測定信号を得る第二の受光素
子である。13は被測定物20の曲率中心（見かけの曲率中
心）である。同図では一つの測定物20を示しているが、
通常は多くの測定物が光軸を一致させて測定物20の前後
に配置されている。このため測定面の曲率中心が計測ヘ
ッド9側から見たとき光学的に変位し、見かけの曲率中
心に位置するようになる。同図は測定面が第一面となっ
ているので、見かけの曲率中心と実際の曲率中心が一致
している。19は被測定物20を光軸まわりに回転させる高
精度な回転ステージである。
【００１０】次に本実施例の作用を説明する。レーザー
光源1から射出したレーザービームは、周波数シフター2
により偏光方位が直交する２周波光（各光の周波数をf
1、f2とする）となって偏波保存ファイバ3の一端に入射
し、計測ヘッド9に2周波光を導光する。
光源1から射出したレーザービームは、周波数シフター2
により偏光方位が直交する２周波光（各光の周波数をf
1、f2とする）となって偏波保存ファイバ3の一端に入射
し、計測ヘッド9に2周波光を導光する。
【００１１】偏波保存ファイバ3の射出端から射出した
光は、光軸方向に移動調節可能な対物レンズ４を経て、
計測ヘッド9の位置および回動ミラー8a、8bの角度を調
整することにより、被測定面の見かけの曲率中心13で焦
点を結ばせた後、その一部をサンプラー5で取り出して
偏光板11aで干渉させ、第一の受光素子12aで検出し、こ
れを参照信号とする。
光は、光軸方向に移動調節可能な対物レンズ４を経て、
計測ヘッド9の位置および回動ミラー8a、8bの角度を調
整することにより、被測定面の見かけの曲率中心13で焦
点を結ばせた後、その一部をサンプラー5で取り出して
偏光板11aで干渉させ、第一の受光素子12aで検出し、こ
れを参照信号とする。
【００１２】サンプラー5を透過した光は、偏光ビーム
スプリッター6の作用により、f1の光は反射、f2の光は
透過して、それぞれλ／4板7a、7bを透過することによ
り、円偏光に変換されて、回動平面ミラー8a、8bで反射
されて、被測定面の見かけの曲率中心13で交差し、被測
定物20の表面に垂直入射する。
スプリッター6の作用により、f1の光は反射、f2の光は
透過して、それぞれλ／4板7a、7bを透過することによ
り、円偏光に変換されて、回動平面ミラー8a、8bで反射
されて、被測定面の見かけの曲率中心13で交差し、被測
定物20の表面に垂直入射する。
【００１３】入射する光は先述のように被測定面の見か
けの曲率中心13で焦点を結ぶように波面を調整されてい
るので、被測定物20の曲率と一致した波面が表面で反射
されることになり、ほぼ同じ経路を戻ってλ／4板7a、7
bを再び透過することで直線偏光に戻されるが、このと
き偏光方位が行きと90度異なるために、戻り光は全て偏
光板11bで干渉し、第二の受光素子12bで検出され、これ
を測定信号とする。
けの曲率中心13で焦点を結ぶように波面を調整されてい
るので、被測定物20の曲率と一致した波面が表面で反射
されることになり、ほぼ同じ経路を戻ってλ／4板7a、7
bを再び透過することで直線偏光に戻されるが、このと
き偏光方位が行きと90度異なるために、戻り光は全て偏
光板11bで干渉し、第二の受光素子12bで検出され、これ
を測定信号とする。
【００１４】参照信号、測定信号は光ヘテロダイン測定
の原理により、2周波数の周波数差f1−f2に等しい周波
数の正弦波となり、2つの信号の位相差は分離した光束
の光路長差に比例するため、位相計等を用いて位相を測
定すれば簡単に光路長差が測定できる。
の原理により、2周波数の周波数差f1−f2に等しい周波
数の正弦波となり、2つの信号の位相差は分離した光束
の光路長差に比例するため、位相計等を用いて位相を測
定すれば簡単に光路長差が測定できる。
【００１５】ここで、被測定物20を光軸まわりに高精度
な回転ステージ19で回転させ、回転中の光路差の変化を
前記位相計で計測し、回転数に同期した光路差変動成分
の振幅と位相を抽出すれば、その測定径における被測定
物の偏心量と偏心方向が決定できる。
な回転ステージ19で回転させ、回転中の光路差の変化を
前記位相計で計測し、回転数に同期した光路差変動成分
の振幅と位相を抽出すれば、その測定径における被測定
物の偏心量と偏心方向が決定できる。
【００１６】〈実施例２〉図２は本発明の偏心測定装置
の第２の実施例の要部概略図である。
の第２の実施例の要部概略図である。
【００１７】本実施例は、比較的曲率半径の大きな被測
定物の測定例を示す。
定物の測定例を示す。
【００１８】同図において、1はレーザー光源で、可干
渉性の光束を射出している。2はレーザービームを偏光
方位が直交する２周波光（各光の周波数をf1、f2とす
る）に変換する周波数シフターである。3は2周波光を計
測ヘッド9に導光する偏波保存ファイバである。4は光軸
方向に移動調節可能な対物レンズである。9は回動ミラ
ー8a、8bを有する計測ヘッドであり、位置および回動ミ
ラー8a、8bの角度により被測定面の見かけの曲率中心13
で焦点を結ぶように光の波面を調節している。5は光束
の一部を取り出すサンプラーである。11aは光束を干渉
させるための偏光板、12aは干渉縞を検出し参照信号を
得る第一の受光素子である。6は、f1の光を反射し、f2
の光を透過させる偏光ビームスプリッターである。7a、
7bはそれぞれを透過することにより、直線偏光を円偏光
に変換するλ／4板である。14はアダプターレンズであ
る。8a、8bは光束を反射し、角度を調節することで被測
定面のアダプターレンズ14を介して見た見かけの曲率中
心13で交差させ、被測定物20の表面に垂直入射させる回
動平面ミラーである。11bは光束を干渉させるための偏
光板、12bは被測定物20の被測定面の見かけの曲率中心1
3で交差した光束が被測定物表面で反射され、同じ経路
を戻ってλ／4板7a、7bを再び透過することで直線偏光
に戻された光束の干渉縞を検出し、測定信号を得る第二
の受光素子である。19は被測定物20を光軸まわりに回転
させる高精度な回転ステージである。
渉性の光束を射出している。2はレーザービームを偏光
方位が直交する２周波光（各光の周波数をf1、f2とす
る）に変換する周波数シフターである。3は2周波光を計
測ヘッド9に導光する偏波保存ファイバである。4は光軸
方向に移動調節可能な対物レンズである。9は回動ミラ
ー8a、8bを有する計測ヘッドであり、位置および回動ミ
ラー8a、8bの角度により被測定面の見かけの曲率中心13
で焦点を結ぶように光の波面を調節している。5は光束
の一部を取り出すサンプラーである。11aは光束を干渉
させるための偏光板、12aは干渉縞を検出し参照信号を
得る第一の受光素子である。6は、f1の光を反射し、f2
の光を透過させる偏光ビームスプリッターである。7a、
7bはそれぞれを透過することにより、直線偏光を円偏光
に変換するλ／4板である。14はアダプターレンズであ
る。8a、8bは光束を反射し、角度を調節することで被測
定面のアダプターレンズ14を介して見た見かけの曲率中
心13で交差させ、被測定物20の表面に垂直入射させる回
動平面ミラーである。11bは光束を干渉させるための偏
光板、12bは被測定物20の被測定面の見かけの曲率中心1
3で交差した光束が被測定物表面で反射され、同じ経路
を戻ってλ／4板7a、7bを再び透過することで直線偏光
に戻された光束の干渉縞を検出し、測定信号を得る第二
の受光素子である。19は被測定物20を光軸まわりに回転
させる高精度な回転ステージである。
【００１９】次に本実施例の作用を説明する。レーザー
光源1から射出したレーザービームは周波数シフター2に
より偏光方位が直交する２周波光（各光の周波数をf1、
f2とする）となって偏波保存ファイバ3の一端に入射
し、計測ヘッド9に2周波光を導光する。
光源1から射出したレーザービームは周波数シフター2に
より偏光方位が直交する２周波光（各光の周波数をf1、
f2とする）となって偏波保存ファイバ3の一端に入射
し、計測ヘッド9に2周波光を導光する。
【００２０】偏波保存ファイバ3の射出端から射出した
光は、光軸方向に移動調節可能な対物レンズ４を経て、
計測ヘッド9の位置および回動ミラー8a、8bの角度を調
整することにより被測定面の見かけの曲率中心13で焦点
を結ばせた後、その一部をサンプラー5で取り出して偏
光板11aで干渉させ、第一の受光素子12aで検出し、これ
を参照信号とする。
光は、光軸方向に移動調節可能な対物レンズ４を経て、
計測ヘッド9の位置および回動ミラー8a、8bの角度を調
整することにより被測定面の見かけの曲率中心13で焦点
を結ばせた後、その一部をサンプラー5で取り出して偏
光板11aで干渉させ、第一の受光素子12aで検出し、これ
を参照信号とする。
【００２１】サンプラー5を透過した光は、偏光ビーム
スプリッター6の作用により、f1の光は反射、f2の光は
透過して、それぞれλ／4板7a、7bを透過することによ
り円偏光に変換されて回動平面ミラー8a、8bで反射され
て被測定面の見かけの曲率中心13で交差し、アダプター
レンズ14に入射し、波面変換されて、被測定物20の表面
に垂直入射する。
スプリッター6の作用により、f1の光は反射、f2の光は
透過して、それぞれλ／4板7a、7bを透過することによ
り円偏光に変換されて回動平面ミラー8a、8bで反射され
て被測定面の見かけの曲率中心13で交差し、アダプター
レンズ14に入射し、波面変換されて、被測定物20の表面
に垂直入射する。
【００２２】このアダプターレンズは被測定物から見て
集光点が遠方にあるように作用するため、曲率半径の大
きな被測定物の場合でも装置全体の大きさを変えること
なく、測定が可能となる。被測定物はこの仮想的な集光
点と、見かけの曲率中心が一致するような位置に配置さ
れる。
集光点が遠方にあるように作用するため、曲率半径の大
きな被測定物の場合でも装置全体の大きさを変えること
なく、測定が可能となる。被測定物はこの仮想的な集光
点と、見かけの曲率中心が一致するような位置に配置さ
れる。
【００２３】従って、曲率半径の大きな被測定物でも入
射する光は、被測定物20の曲率と一致した波面が表面で
反射されることになり、ほぼ同じ経路を戻ってλ／4板7
a、7bを再び透過することで直線偏光に戻されるが、こ
のとき偏光方位が行きと90度異なるために戻り光は全て
偏光板11bで干渉し、第二の受光素子12bで検出され、こ
れを測定信号とする。
射する光は、被測定物20の曲率と一致した波面が表面で
反射されることになり、ほぼ同じ経路を戻ってλ／4板7
a、7bを再び透過することで直線偏光に戻されるが、こ
のとき偏光方位が行きと90度異なるために戻り光は全て
偏光板11bで干渉し、第二の受光素子12bで検出され、こ
れを測定信号とする。
【００２４】参照信号、測定信号は光ヘテロダイン測定
の原理により、2周波数の周波数差f1−f2に等しい周波
数の正弦波となり、2つの信号の位相差は分離した光束
の光路長差に比例するため、位相計等を用いて位相を測
定すれば簡単に光路長差が測定できる。
の原理により、2周波数の周波数差f1−f2に等しい周波
数の正弦波となり、2つの信号の位相差は分離した光束
の光路長差に比例するため、位相計等を用いて位相を測
定すれば簡単に光路長差が測定できる。
【００２５】ここで、被測定物20を光軸まわりに高精度
な回転ステージ19で回転させ、回転中の光路差の変化を
前記位相計で計測し、回転数に同期した光路差変動成分
の振幅と位相を抽出すれば、その測定径における被測定
物の偏心量と偏心方向が決定できる。
な回転ステージ19で回転させ、回転中の光路差の変化を
前記位相計で計測し、回転数に同期した光路差変動成分
の振幅と位相を抽出すれば、その測定径における被測定
物の偏心量と偏心方向が決定できる。
【００２６】またアダプターレンズの焦点距離の設定に
より、凸面も測定可能である。
より、凸面も測定可能である。
【００２７】〈実施例３〉図３は本発明の偏心測定装置
の第３の実施例の要部概略図である。
の第３の実施例の要部概略図である。
【００２８】本実施例は、被測定物が凸面である時の測
定例を示す。
定例を示す。
【００２９】同図において、1はレーザー光源で、可干
渉性の光束を射出している。2はレーザービームを偏光
方位が直交する２周波光（各光の周波数をf1、f2とす
る）に変換する周波数シフターである。3は2周波光を計
測ヘッド9に導光する偏波保存ファイバである。4は光軸
方向に移動調節可能な対物レンズである。9は回動ミラ
ー8a、8bを有する計測ヘッドであり、位置および回動ミ
ラー8a、8bの角度により不図示の被測定面20の見かけの
曲率中心13で焦点を結ぶように光の波面を調節してい
る。
渉性の光束を射出している。2はレーザービームを偏光
方位が直交する２周波光（各光の周波数をf1、f2とす
る）に変換する周波数シフターである。3は2周波光を計
測ヘッド9に導光する偏波保存ファイバである。4は光軸
方向に移動調節可能な対物レンズである。9は回動ミラ
ー8a、8bを有する計測ヘッドであり、位置および回動ミ
ラー8a、8bの角度により不図示の被測定面20の見かけの
曲率中心13で焦点を結ぶように光の波面を調節してい
る。
【００３０】5は光束の一部を取り出すサンプラーであ
る。11aは光束を干渉させるための偏光板、12aは干渉縞
を検出し参照信号を得る第一の受光素子である。6は、f
1の光を反射し、f2の光を透過させる偏光ビームスプリ
ッターである。7a、7bはそれぞれを透過することにより
直線偏光を円偏光に変換するλ／4板である。8a、8bは
光束を反射し、角度を調節することで不図示の被測定面
20の見かけの曲率中心13で交差させ、被測定物20の表面
に垂直入射させる回動平面ミラーである。11bは光束を
干渉させるための偏光板、12bは被測定物20の被測定面
の見かけの曲率中心13で交差した光束が被測定物表面で
反射され、同じ経路を戻ってλ／4板7a、7bを再び透過
することで直線偏光に戻された光束の干渉縞を検出し、
測定信号を得る第二の受光素子である。19は被測定物20
を光軸まわりに回転させる高精度な回転ステージであ
る。
る。11aは光束を干渉させるための偏光板、12aは干渉縞
を検出し参照信号を得る第一の受光素子である。6は、f
1の光を反射し、f2の光を透過させる偏光ビームスプリ
ッターである。7a、7bはそれぞれを透過することにより
直線偏光を円偏光に変換するλ／4板である。8a、8bは
光束を反射し、角度を調節することで不図示の被測定面
20の見かけの曲率中心13で交差させ、被測定物20の表面
に垂直入射させる回動平面ミラーである。11bは光束を
干渉させるための偏光板、12bは被測定物20の被測定面
の見かけの曲率中心13で交差した光束が被測定物表面で
反射され、同じ経路を戻ってλ／4板7a、7bを再び透過
することで直線偏光に戻された光束の干渉縞を検出し、
測定信号を得る第二の受光素子である。19は被測定物20
を光軸まわりに回転させる高精度な回転ステージであ
る。
【００３１】次に本実施例の作用を説明する。レーザー
光源1から射出したレーザービームは、周波数シフター2
により偏光方位が直交する２周波光（各光の周波数をf
1、f2とする）となって偏波保存ファイバ3の一端に入射
し、計測ヘッド9に2周波光を導光する。偏波保存ファイ
バ3の射出端から射出した光は、光軸方向に移動調節可
能な対物レンズ４を経て、計測ヘッド9の位置および回
動ミラー8a、8bの角度を調整することにより、被測定物
の見かけの曲率中心13で焦点を結ばせた後、その一部を
サンプラー5で取り出して偏光板11aで干渉させ、第一の
受光素子12aで検出し、これを参照信号とする。本実施
例の場合には、被測定物の見かけの曲率中心13は計測ヘ
ッドから見て被測定物より遠方にあるため、上記実施例
に比べ、回動ミラーは被測定物側でより大きな開き角と
なる。
光源1から射出したレーザービームは、周波数シフター2
により偏光方位が直交する２周波光（各光の周波数をf
1、f2とする）となって偏波保存ファイバ3の一端に入射
し、計測ヘッド9に2周波光を導光する。偏波保存ファイ
バ3の射出端から射出した光は、光軸方向に移動調節可
能な対物レンズ４を経て、計測ヘッド9の位置および回
動ミラー8a、8bの角度を調整することにより、被測定物
の見かけの曲率中心13で焦点を結ばせた後、その一部を
サンプラー5で取り出して偏光板11aで干渉させ、第一の
受光素子12aで検出し、これを参照信号とする。本実施
例の場合には、被測定物の見かけの曲率中心13は計測ヘ
ッドから見て被測定物より遠方にあるため、上記実施例
に比べ、回動ミラーは被測定物側でより大きな開き角と
なる。
【００３２】サンプラー5を透過した光は、偏光ビーム
スプリッター6の作用により、f1の光は反射、f2の光は
透過して、それぞれλ／4板7a、7bを透過することによ
り、円偏光に変換されて、回動平面ミラー8a、8bで反射
されて、被測定物20の表面に垂直入射する。
スプリッター6の作用により、f1の光は反射、f2の光は
透過して、それぞれλ／4板7a、7bを透過することによ
り、円偏光に変換されて、回動平面ミラー8a、8bで反射
されて、被測定物20の表面に垂直入射する。
【００３３】このとき入射する光は、先述のように被測
定物の曲率中心で焦点を結ぶように波面を調整されてい
るので、被測定物20の曲率と一致した波面が表面で反射
されることになり、ほぼ同じ経路を戻ってλ／4板7a、7
bを再び透過することで直線偏光に戻されるが、このと
き偏光方位が行きと90度異なるために、戻り光は全て偏
光板11bで干渉し、第二の受光素子12bで検出され、これ
を測定信号とする。
定物の曲率中心で焦点を結ぶように波面を調整されてい
るので、被測定物20の曲率と一致した波面が表面で反射
されることになり、ほぼ同じ経路を戻ってλ／4板7a、7
bを再び透過することで直線偏光に戻されるが、このと
き偏光方位が行きと90度異なるために、戻り光は全て偏
光板11bで干渉し、第二の受光素子12bで検出され、これ
を測定信号とする。
【００３４】参照信号、測定信号は光ヘテロダイン測定
の原理により、2周波数の周波数差f1−f2に等しい周波
数の正弦波となり、2つの信号の位相差は分離した光束
の光路長差に比例するため、位相計等を用いて位相を測
定すれば簡単に光路長差が測定できる。
の原理により、2周波数の周波数差f1−f2に等しい周波
数の正弦波となり、2つの信号の位相差は分離した光束
の光路長差に比例するため、位相計等を用いて位相を測
定すれば簡単に光路長差が測定できる。
【００３５】ここで、被測定物20を光軸まわりに高精度
な回転ステージ19で回転させ、回転中の光路差の変化を
前記位相計で計測し、回転数に同期した光路差変動成分
の振幅と位相を抽出すれば、その測定径における被測定
物の偏心量と偏心方向が決定できる。
な回転ステージ19で回転させ、回転中の光路差の変化を
前記位相計で計測し、回転数に同期した光路差変動成分
の振幅と位相を抽出すれば、その測定径における被測定
物の偏心量と偏心方向が決定できる。
【００３６】
【発明の効果】本発明は以上のように、測定ヘッドの被
測定物との相対位置と、対向する平面ミラーの回動角を
調整するという簡単な操作で、被測定物の曲率半径、測
定径に大きな変化があっても対応でき、極端に曲率半径
の大きな被測定物の場合でもアダプターレンズを一枚挿
入するだけで同様に対応でき、また、レンズ交換の負荷
を軽減でき、作業効率の高い高精度の測定ができる偏心
測定装置および、偏心測定方法を達成することができ
る。
測定物との相対位置と、対向する平面ミラーの回動角を
調整するという簡単な操作で、被測定物の曲率半径、測
定径に大きな変化があっても対応でき、極端に曲率半径
の大きな被測定物の場合でもアダプターレンズを一枚挿
入するだけで同様に対応でき、また、レンズ交換の負荷
を軽減でき、作業効率の高い高精度の測定ができる偏心
測定装置および、偏心測定方法を達成することができ
る。
【図１】本発明の偏心測定装置の第１の実施例の要部概
略図
略図
【図２】本発明の偏心測定装置の第２の実施例の要部概
略図
略図
【図３】本発明の偏心測定装置の第３の実施例の要部概
略図
略図
【図４】従来の偏心測定装置の例の要部概略図を示す図
である。
である。
１ レーザー光源
２ 周波数シフター
３ 偏波保存ファイバー
４ 対物レンズ
５ サンプラー
６ 偏光ビームスプリッタ
７ λ／4板
８ 回動平面ミラー
９ 測定ヘッド
１１ 偏光板
１２ 受光素子
１３ 見かけの曲率中心
１４ アダプターレンズ
１９ 精密回転ステージ
２０ 被測定物
１０１ 光源
１０２ 光束
１０３ 光束分割素子
１０５ 集光レンズ
１０８ 被測定物
１０９ 受光素子
１１２ 回転機構
１１３ 見かけの曲率中心
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平９−269277（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−304016（ＪＰ，Ａ)
特公 昭51−42495（ＪＰ，Ｂ１)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01B 9/00 - 11/30
G01M 11/00 - 11/08
Claims (4)
- 【請求項１】 回転対称面よりなる測定面を、回転軸に
該回転対称軸がそれと一致するように装着し、二つの可
干渉性光束を該回転軸に光軸を一致させた集光レンズの
互いに異なった領域を通過させて、該測定面の見かけの
曲率中心に集光し、交差させ、該曲率中心から発散した2
つの光束を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二つの光束を重ね合わせて干渉縞を
形成し、該測定面を該回転軸を中心に回転させた時に生
じる該干渉縞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、偏心方向を求
める際、 該可干渉光束を二分割する手段と、分割されたそれぞれ
の光束を任意に偏向させる手段を載置した測定ヘッド
は、該測定面の光軸方向に該測定物との相対距離が可変
であることを特徴とする光学部品の偏心測定方法。 - 【請求項２】 前記測定ヘッドと前記測定面の間に出入
自在の光波面変換素子を有し、該光波面変換素子を測定
面の曲率半径に応じて出し入れすることを特徴とする請
求項１の光学部品の偏心測定方法。 - 【請求項３】 前記二つの可干渉光束は波長の異なる二
周波光であり、該測定面から反射する二つの光束の重ね
合わせによって形成される干渉縞の変動を検出する手段
が光ヘテロダイン法であることを特徴とする請求項１の
光学部品の偏心測定方法。 - 【請求項４】 前記請求項１から３のいずれか1項記載
の偏心測定方法を利用していることを特徴とする偏心測
定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20449398A JP3495918B2 (ja) | 1998-07-03 | 1998-07-03 | 光学部品の偏心測定方法および偏心測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20449398A JP3495918B2 (ja) | 1998-07-03 | 1998-07-03 | 光学部品の偏心測定方法および偏心測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000018915A JP2000018915A (ja) | 2000-01-21 |
| JP3495918B2 true JP3495918B2 (ja) | 2004-02-09 |
Family
ID=16491450
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20449398A Expired - Fee Related JP3495918B2 (ja) | 1998-07-03 | 1998-07-03 | 光学部品の偏心測定方法および偏心測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3495918B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111801544B (zh) * | 2018-03-12 | 2022-03-01 | 富士胶片株式会社 | 偏心测定装置及方法 |
| CN109029928B (zh) * | 2018-07-10 | 2023-12-12 | 张家港市光学仪器有限公司 | 一种显微镜物镜中心检验装置 |
-
1998
- 1998-07-03 JP JP20449398A patent/JP3495918B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000018915A (ja) | 2000-01-21 |
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