JPH02226110A

JPH02226110A - 像点位置ずれ量の測定方法

Info

Publication number: JPH02226110A
Application number: JP4629289A
Authority: JP
Inventors: Kaneyasu Ookawa; 金保大川
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1989-02-27
Filing date: 1989-02-27
Publication date: 1990-09-07
Anticipated expiration: 2011-03-27
Also published as: JPH0830782B2

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、結像光学系の像点位置ずれ量の測定方法に関
する。

〔従来の技術〕

従来、例えば双眼顕微鏡のような結像光学系の像点位置
ずれｉｊ（合焦ずれ量）を測定する方法として、特開昭
６３−１４７１１７号公報に開示された顕微鏡調整検査
装置（以下、単に調整検査装置という）を用いて行う方
法がある。

第４図は、上記調整検査装置１（一部を示す）を取付け
た顕微鏡２の概略構成図であり、ケーラー照明装置３を
内蔵した顕微鏡２を示している。

図において４で示すのはピンホール（物体面）で、この
ピンホール４には、光源５．補助レンズ６、ミラー７、
コンデンサーレンズ８を経て光が照射されるようになっ
ており、ピンホール４は光軸上の基準位置に配備されて
いる。ピンホール４の像は、対物レンズ（被検レンズ又
は調整すべきレンズ）９を介して第１の像点１０に結像
（集光）されるようになっており、この第１の像点１０
は、接眼鏡筒１１における接眼レンズの胴材部１２から
一定の距Ｍ（位置）１０に結像されるように設定されて
いる。

かかる構成の調整検査装置に、第５図に示すような４分
割プリズムを用いた場合、その要部は、第６図に示す構
成となっている。

第５図の４分割プリズム１３は、ウェッジ方向が全て異
なる４個のウェッジプリズムにより構成されている。

第６図において、１４はピンホール（第４図のピンホー
ル４に対応）、１５は被検光学系（第４図の対物レンズ
９に対応）、１６は基準像面（第４図の第１の像点１０
に対応）、１７は基準像面１６付近にできるピンホール
１４の１次像点、１８はこの像を２次像として投影する
ための投影レンズ、１３は第５図に示す４分割プリズム
、１９は基準像面１６の投影レンズ１８による投影像の
位置に配置されたＣＣＤカメラの受光面、２０は４個の
点像で構成される映像パターンの各点像の重心位置を検
出するための重心位置検出部、２１はずれ量Δを演算す
るための演算部、２２はこの演算結果を像点位置ずれ量
として表示するための表示部である。

そして、受光面１９で得られたピンホール像は、第７図
に示すように、基準座標軸ｘ、ｙに対して、４ケ所に得
られる。

ここで、第４図において、第１の像点１０は、接眼鏡筒
１１における接眼レンズの胴材部１２から一定の距、！
！（位置）１０に結像されるように設定されるべきもの
であり、この第１の像点１０からのずれ量Δの検出にあ
たっての測定方法の原理は、以下のようであった。

即ち、第７図において、受光面１９で受光した４個のピ
ンホール像の各々の重心座標を図に示すごと＜　（Ｘ＋
＋７＋Ｌ　（Ｘｉ＋７ｚＬ　（ｘｚ＋７ｚ）及び（Ｘ　
４１　ｙ４）とすれば、合焦位置に対する像点位置ずれ
量Δは次式で得られる。

（１）式において、β、は投影レンズの倍率、β２は盪
像倍率、ＮＡ’は検出像点側の開口数であり、係数の０
．８４９は開口形状による補正係数である。

この補正係数は、円開口と４分円開口との形状の違いに
よるもので、具体的には半径２とした４分円の図心の円
の中心からの距離（正確には３ｚ　　）として与えられ
る。

従って、Ｘｉ、Ｘａ＋　　ｙ＋＋　　７ｉの検出値によ
りずれ量Δを算出することによって基準位置からの像点
位置ずれ量を求めることができる。

即ち、ＣＣＤカメラからのビデオ信号から、４つの像点
の各々の重心点の座標点を重心位置検出部２０にて検出
し、この検出された各座標から合焦ずれ量Δに対応する
量を演算部２１にて算出し、この量を検出値δとして前
記４つの像点と共に表示部２２に表示するものであった
。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記調整検査装置によるずれ量測定方法
では、双眼顕微鏡２の機種、すなわち被検光学系１５の
開口数ＮＡ’が変わると、合焦すれ量が同じであっても
表示部２２に表示される検が変化してしまう場合がある
。

被検レンズの開口数（ＮＡ）が異なる場合（ＮＡＩ＞Ｎ
ＡＩ）の合焦ずれ量Δと検出値δの関係を模式的に示す
と、第８図ａのようになっている。

第８図ａにおいて、真直線の交点におけるずれ量Δ１は
、投影レンズ１８と４分割プリズム１３と受光面１９と
の各相対位置関係により影響を受ける成分、検出値δ、
は４分割プリズム１３を構成する各小プリズム（成分プ
リズム）の角度誤差による影響を受ける成分である。そ
して、投影レンズ１８と４分割プリズム１３と受光面１
９との各相対位置関係を通常知られている構成により異
なるＮＡのレンズで同一検出値となるように調整するこ
とにより、第８図すのようにずれ量Δ−〇上において開
口数ＮＡ、、ＮＡ、に係わりな（、検出値δを一定にす
ることができるが、この場合でも４分割プリズム１３の
角度誤差により、検出値δＩ−０にすることはできない
。

上記検出値δ１は、上述のように４分割プリズム１３を
構成する各小プリズム（各成分プリズム）の角度誤差に
よって６−０とならないものであるが、この現象のとき
には、第７図に例示したような各ピンホール像の相対向
する２点を結ぶ２本の直線が直交しない、２本の直線が
直交するようにするには４分割プリズム１３０角度誤差
を極めて高度な製作技術によって達成する必要があるの
で実現性の乏しいというのが現状である。

従って、検出値δ−０のときには、合焦ずれが生じてい
ることになり、被検レンズの調整検査上で非常に煩わし
いものであった。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので
、４分割プリズムの製作上の角度誤差があっても、開口
数ＮＡが異なるレンズに対しては検出値δ＝０の場合に
合焦ずれΔ＝０となって検出される、即ち４分割プリズ
ムの角度誤差を許容して測定でき、被検レンズの調整検
査上傾わしさのない像点位置ずれ量の測定方法を提供す
ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は、被検結像光学系
により作られる１次ピンホール像をリレーレンズ及びウ
ェッジ方向の全て異なる４個のウェッジプリズムより成
る４分割プリズムにより拡大又は縮小された４個の２次
ピンホール像として結像し、この４個の２次ピンホール
像の光軸に直角なる重心の位置（Ｘ＋＋３’＋）＋　（
ｘｚ＋ｙｔ）＋　（ｘｓ＋ｙｓ）及び（Ｘ４．）’４）
　（ただしＸｌ＞Ｘｚ＋Ｘｉ＋Ｘ４、Ｘ３＜ＸＩ＋Ｘｔ
＋Ｘａｓ　Ｙｇ＞：／＋＋７ｉ＋ｙｎｓ　　）’４＜７
１１ｙｚ、）’ｓ）を受光素子及び重心位置検出部によ
り検出し、（ｋ、Ｃは定数）により、前記１次ピンホール像の光軸
方向での基準位置からのずれ量を算出することとした。

〔作用〕

上記構成の像点位置ずれ量の測定方法によれば、開口数
ＮＡが異なるレンズに対しても検出値δ＝０の場合に合
焦ずれΔ＝０となって検出され、４分割プリズムの角度
誤差を許容して測定できる。

〔実施例〕

第２図は、本発明を実施するための調整検査装置の概略
構成を示す説明図、第３図ａ　％　ｄは上記調整検査装
置の調整過程を示す説明図、第１図は被検光学系を有す
る双眼顕微鏡の接眼鏡筒に、調整検査装置を装着した要
部説明図である。

第２図において、外筒２３には投影レンズ１日と４分割
プリズム１３が、それぞれ取付けられている。外筒２３
の一端側には、投影レンズ１８による投影像の位置にＣ
ＣＤカメラ２４を配した内筒２５が摺動自在に取付けら
れている。このＣＣＤカメラ２４には、４分割プリズム
１３にて得られる４個の点像で構成される映像パターン
の各点像の重心位置を検出するための重心位置検出部２
０が接続されている。この重心位置検出部２０で得られ
たデーターは演算部２１に送られ、データ入力部２６で
入力されたデーターと共に演算されて、その演算結果が
表示部２２で、像点位置ずれ量Δとして表示される。二
〇二値化像（デジタル処理された像）に代えて、破線で
示すようにＣＣＤカメラ２４から直接スルー画像を取り
入れてもよい。

前記データ入力部２４に入力されるデータは、β１　；
投影レンズの倍率 β、；ＣＣＤカメラによる撮影倍率ＭＡ’　　、検出像点側（被検光学系）の開口数０．８
４９　　；開口形状による補正係数ｎ；分割プリズムの
屈折率２；分割プリズムの分割面からＣＣＤカメラ受光面まで
の距離 αＸｌ＋　　αＦ＋＋　　αＸ！夛　αｙ！ｌ　αｍｌ
　　αｙ３Ｉ　αＩＩ４＋α７４ｉ分割プリズムのＸ及
びＹ方向の成分角、である、このデータの入力によって
、演算部２１にて、次式（２）、　（３）が求められる
。

（以下余白）なお、上記に代えて、外部でに、Ｃを求めておいて、デ
ータ入力部に入力してもよい、また、０．８４９β、β
２　を入れておいて、被検物に対してＮＡ’を入力部よ
り入れてもよい。

外筒２３の他端側には、この外筒２３内に進退自在な基
準位置部材２７の当接面から一定の距離ｎｏ（被検レン
ズの結像点位置に相当する）の位置に設けたピンホール
２８を有する基準鏡筒２９が嵌め込まれている。この基
準鏡筒２９は、外筒２３との螺合によって、軸方向に移
動自在であり、移動量が測定できるようになっている。

さらに、基準鏡筒２９の前方（第２図において左方）に
は、この調整検査装置を調整するために、着脱自在な調
整用光学系３０と照明光源３１が設けられている（支部
部材は不図示）。

上記構成よりなる調整検査装置によって被検光学系を検
査する場合には、以下のように調整されたのちに測定が
行われる。

既知の開口数ＮＡ、を有する調整用光学系３０を配置し
、照明光源３１の像をピンホール２８の位置に結像させ
る。（なお、結像しないでピンホールを照明しても良い
０例えばケーラー照明かある。）投影レンズ１８．４分割プリズム１３、ＣＣＤカメラ２
４のそれぞれの光軸が一致し、それぞれの間隔が所定に
位置出しされ、４分割プリズム１３とＣＣＤカメラ２４
の直交座標軸が一致している（所定の設計配置状態にあ
る）場合には、ピンホール２８の位置（基準像面位置す
なわちΔ−０）における、ＣＣＤカメラ２４と重心位置
検出部２０を介して、演算部２１により検出値δ（δ−
土Δ）を求め、次いで基準鏡筒２９を介にしてピンホール２８を基準像面位置（Δ＝Ｏ）から軸方
向の前後に移動しながらその移動量Δと、検出値δの関
係を求める。この関係は、第３図ａに示すようになる。

そして、既知の開口数Ｎ　Ａ　ｚ　（Ｎ　Ａ　！　＞　
Ｎ　Ａ　ｔ　）を有する調整用光学系３２に置き換えて
同様にΔ−〇のときのδ値、およびΔ≠Ｏのときのδ値
の関係を求めると、第３図ａに示すようになる。ここで
、開口数Ｎ　Ａ　Ｉ、開口数ＮＡ工の調整用光学系３０
．３２は、顕微鏡の倍率の異なる対物レンズ（市販品）
を利用すれば開口数が異なるので便利である。

第３図ａにおいて、各調整用光学系３０．３２のΔ＝０
におけるδ値がＯでないのは、４分割プリズム１３の成
分プリズムの成分角による影響によるものである。

このδ値に対してデータ入力部２６を介して前記データ
（β１．β、、ＮＡＰ、ＮＡ、、ｎ、ｐ。

α＋ｘ（ｎ＝１〜４）、　　α＊ｙ（ｎ＝１〜４）等）
を入れて補正することにより、Δ＝Ｏのときにδ値＝Ｏ
とすることができる。この線図の関係は第３図すに示す
ようになる。

なお、調整検査装置の光学系（投影レンズ１８゜４分割
プリズム１３．ＣＣＤカメラ２４）が所定の設計配置状
態になっていなく、かつ４分割プリズム１３の成分角が
全て等しい場合は第３図Ｃの状態の線図となる。また、
調整検査装置の光学系が所定の設計配置状態になく、か
つ４分割ブリズム１３の成分角も等しくない場合は第３
図ｄの状態の線図となる上記のように調整された調整検査装置を第１図に示すよ
うに被検光学系１５を有する双眼顕微鏡の接眼鏡筒１１
に装着する。そして、双眼顕微鏡内に配置されたピンホ
ール１４を介して、被検光学系１５（開口数ＮＡ’　）
により得られた第１の像点を調整検査装置により測定し
、基準像面１６からのずれ量Δに応じて、４分割プリズ
ム１３により得られる各像点位置をＣＣＤカメラ２４、
重心位置検出部２０を介して取り込むとともに、これに
データ入力部２６から入れたデータ（β１．β！、ＮＡ
’　、ｎ、ａ、（ｎ−１〜４）。

α、１ｙ（ｎ＝１〜４））によるＣ値、に値によッテ補
正を加えて演算部２１にて演算し、その結果を表示する
。そして、表示値がδ＝０にならないときには、Δ＝０
すなわち基準像面位置ｌになっていないので、被検光学
系１５等を移動あるいは被検光学系１５を構成するレン
ズを移動してΔ＝０になるように調整する。

この表示は、例えば表示部２２の画面において、第７図
の如く、ＣＣＤカメラ２４によって１影された各像点位
置を、直接表示する（いわゆるスルー画像）のものや、
重心位置検出部２０を介して画像処理（ディジタル処理
）した後の二値化像を表示するものに加えて、演算処理
後のΔ、即ち、をディジタル的な数値で表示してもよい
。

この表示によって、被検光学系１５あるいは被検光学系
１５を構成するレンズの調整作業を極めて容易に行うこ
とができる。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明の像点位置ずれ量の測定方法によ
れば、開口数ＮＡが異なるレンズに対しても検出値δ＝
０の場合に合焦ずれΔ−０と検出でき、４分割プリズム
の角度誤差を許容して測定でき、煩わしさがなく像点位
置ずれ量の測定を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すもので被検光学系を有
する双眼顕微鏡の接眼鏡筒に調整検査装置を装着した場
合の要部縦断面図、第２図は本発明の一実施例で用いた調整検査装置を示す
要部縦断面図、第３図ａ、ｂ、ｃおよびｄはそれぞれ第
２図に示す調整検査装置の調整過程を示すグラフ、第４
図は従来の調整検査装置を取付けた双眼顕微鏡の概略構
成図、第５図は４分割プリズムの斜視図、第６図は従来
の調整検査装置を示す概略構成図、第７図はＣＣＤカメ
ラの受光面で得られたピンホール像を示す画像図、第８
図ａおよびｂはそれぞれ第６図に示す調整検査装置の調
整過程を示すグラフである。１１・・・接眼鏡筒　　　　　１３・・・４分割プリズ
ム１４．２８・・・ピンホール　１５・・・被検光学系
１６・・・基準像面　　　　　１８・・・投影レンズ１
９・・・受光面　　　　　　２０・・・重心位置検出部
２１・・・演算部　　　　　　２２・・−表示部２４・
・・ＣＣＤカメラ　　　２６・・・データ人力部第１図１１・・・接眼鏡筒１４・・・ピンホール１６・・・基準像面２０・・・重心位置検出部２２・・・表示部２６・・・データ入力部１３・・・４分割プリズム１５・・・被検光学系１８・・・投影レンズ２１・・・演算部２４・・・ＣＣＤカメラ第図り７第図３′ 第図第図第図第図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）被検結像光学系により作られる１次ピンホール像
をリレーレンズ及びウェッジ方向の全て異なる４個のウ
ェッジプリズムより成る４分割プリズムにより拡大又は
縮小された４個の２次ピンホール像として結像し、この
４個の２次ピンホール像の光軸に直角なる重心の位置（
ｘ＿１、ｙ＿１）、（ｘ＿２、ｙ＿２）、（ｘ＿３、ｙ
＿３）及び（ｘ＿４、ｙ＿４）（ただしｘ＿１＞ｘ＿２
、ｘ＿３、ｘ＿４、ｘ＿３＜ｘ＿１、ｘ＿２、ｘ＿４、
ｙ＿２＞ｙ＿１、ｙ＿３、ｙ＿４、ｙ＿４＜ｙ＿１、ｙ
＿２、ｙ＿３）を受光素子及び重心位置検出部により検
出し、Δ＝ｋ｛（（ｘ＿１−ｘ＿３）（ｘ＿２−ｘ＿４
）＋（ｙ＿２−ｙ＿４）（ｙ＿−ｙ＿３））／（（ｘ＿
１−ｘ＿３）＋（ｙ＿２−ｙ＿４））−Ｃ｝（ｋ、Ｃは
定数）により、前記１次ピンホール像の光軸方向での基
準位置からのずれ量を算出することを特徴とする像点位
置ずれ量の測定方法。