JPH08166209A - 多面鏡評価装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 反射面の光軸に対する横ずれ、角度誤差の測
定に加えて光軸方向偏心の測定ができる多面鏡評価装置
を提供することにある。 【構成】 曲面状の反射面９ａ〜９ｄを有する回転多面
鏡９と波面形状制御器１０との間の高精度回転ステージ
２の回転中心から所定の距離に点状光源１１から光が照
射される反射面までの距離を測定する非接触型の三角測
量式光変位計１４と、ビームスプリッタ４の反射側に設
けられる点状光源１１で照射されるターゲット１２と、
およびと、ビームスプリッタ４の透過側に設けられ、反
射面９ａ〜９ｄで反射されてコリメータレンズ３を透過
したターゲット１２の像の位置を検出する像位置検出手
段１３より構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は多面鏡の光反射面の評価
を行う多面鏡評価装置に関し、特に、多面鏡の回転中心
から各反射面までの距離のばらつき（光軸方向偏心）の
測定を正確に行うことができる多面鏡評価装置に関す
る。

【０００２】

【従来技術】回転多面鏡の各反射面間の角度誤差（分割
角度誤差）を測定する従来の多面鏡評価装置として、例
えば、図４に示されるものがある。

【０００３】この多面鏡評価装置は、回転多面鏡１を搭
載して高精度で所定の角度回転させることができる高精
度回転ステージ２と、回転多面鏡１の反射面１ａ〜１ｄ
に光を照射するためのコリメータレンズ３と、コリメー
タレンズ３に対して回転多面鏡１とは反対側に配置され
たビームスプリッタ４と、ビームスプリッタ４の分岐光
路上に位置してコリメータレンズ３の焦点面５Ａをその
一面に有する焦点板５と、ビームスプリッタ４の他の分
岐光路上に位置してコリメータレンズ３の焦点面６Ａを
その一面に有する焦点板６と、焦点板５を照明する光源
７と、光源７からの光を焦点板５に集光する集光レンズ
８とを有する。

【０００４】光源側の焦点板５には透明ガラス板の片面
に十字線および目盛によるスケールが刻まれており、光
源７によって集光レンズ８を介して照明されるとともに
コリメータレンズ３の焦点がスケール面に一致するよう
に配置されている。観測側の焦点板６にも十字線あるい
はピンホールによって焦点板５と同様のスケールが刻ま
れており、コリメータレンズ３の焦点がスケール面に一
致するように配置されている。

【０００５】この多面鏡評価装置を用いて回転多面鏡１
の反射面１ａ〜１ｄの隣接する２つの面がなす分割角度
の測定について説明する。ここで、回転多面鏡１は４つ
の光反射面を有するので理想的な分割角度は９０度とな
る。

【０００６】まず、高精度回転ステージ２に回転多面鏡
１を搭載する。このとき、高精度回転ステージ２の回転
中心に回転多面鏡１の回転中心を一致させ、そして反射
面１ａをコリメータレンズ３に完全に正対させる。この
後、光源７によって照明された焦点板５のスケールの像
が反射面１ａで反射されて焦点板６のスケールに一致す
るように設定する。

【０００７】次に、回転多面鏡１の反射面１ａ〜１ｄが
本来有するべき分割角度、即ち、９０度だけ高精度回転
ステージ２をＡ方向に回転させることによって反射面１
ｂをコリメータレンズ３に向ける。

【０００８】回転多面鏡１を９０度だけ回転させた後、
反射面１ｂで反射されて焦点板６に結像される焦点板５
のスケールの像が一致しているときは反射面１ａおよび
１ｂが理想的な分割角度を有している。

【０００９】焦点板６に結像される焦点板５のスケール
の像が一致せず、そのずれ量がスケールの水平方向に生
じているときはそのずれ量とコリメータレンズ３の焦点
距離から分割角度誤差が求められ、ずれ量がスケールの
鉛直方向に生じているときは反射面の鉛直方向に対する
角度（倒れ角）が求められる。以下、残りの反射面１
ｃ，１ｄについて同様の操作を行う。

【００１０】以上述べた方法とは別に、多面鏡の分割角
度を測定する他の方法としてビーム光を使用するものが
あり、例えば、特開昭５６−１１２６０６号公報に開示
されている。

【００１１】上記した多面鏡評価装置によって反射面が
平面でない回転多面鏡を評価しようとすると、反射面で
反射されて観測側の焦点板に結像される光源側の焦点板
のスケールの像がぼけて広がってしまい、このため、像
の位置を特定することができないという不都合がある。

【００１２】このような不都合を解決するものとして、
図５に示す多面鏡評価装置が本発明者によって提案され
ている。本発明者が提案した多面鏡評価装置は、非平面
で形成される回転多面鏡９の反射面９ａ〜９ｄに沿うよ
うに光波面の波面形状を設定する波面形状制御器１０を
備えている。波面形状制御器１０は、透過する光を反射
面９ａ〜９ｄの形状に応じた光波面に変換する、例え
ば、波面変換レンズあるいは波面変換ホログラムであっ
ても良く点状光源１１で照明されたターゲット１２の像
がぼけて広がらずに観測側に設けられる像位置検出装置
１３に結像される。

【００１３】従って、図６に示すように反射面９ａと９
ｄの曲率中心ａ，ｄが高精度回転ステージの回転中心Ｏ
を通るコリメータレンズ３の光軸に対してＬａ，Ｌｄの
ずれを有しているとき、反射面９ａと９ｄのこの角度誤
差により像位置検出装置１３に結像されるターゲット像
にずれが生じる。このようなずれをターゲット像のぼけ
を防止しながら検出することができる。

【００１４】以上述べたように、従来の多面鏡評価装置
によると図７（Ａ），（Ｂ）に示すように、観測側の焦
点板に結像された光源側の焦点板のターゲット像あるい
は光源の像のずれに基づいて、理想とする反射面Ａに対
し、反射面Ｂの光軸に対する横ずれＬ（図７（Ａ））、
反射面Ｂの角度誤差θ（図７（Ｂ））、あるいはこれら
の両方を測定することができる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の多面鏡
評価装置によると、図７（Ｃ）に示すように回転多面鏡
の回転中心Ｏから反射面ＡあるいはＢまでの距離のばら
つきＤが生じているときには観測側の焦点板にターゲッ
ト像あるいは光源の像のずれが表れないので、この種の
ばらつき、即ち、反射面の中心線に沿った方向の偏心誤
差（光軸方向偏心誤差）の測定ができないという問題が
ある。最近ではプラスチックの成形による回転多面鏡も
提案されているが、プラスチック成形時に反射面に光軸
方向偏心が生じる恐れがあり、これが生じると回転多面
鏡の光ビーム走査精度を低下させる恐れがある。このこ
とは、反射面が平面である回転多面鏡についても同様で
あって、平面である反射面の面法線に沿った方向の面の
出入り、すなわち、回転中心からの反射面の距離のばら
つきを従来の多面鏡評価装置で測定することはできな
い。従って、本発明の目的は、光軸方向偏心、および回
転中心からの距離のばらつきの測定ができる多面鏡評価
装置を提供することにある。

【００１６】本発明の他の目的は、反射面の光軸に対す
る横ずれ偏心、角度誤差の測定に加えて光軸方向偏心の
測定が可能な多面鏡評価装置を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は光軸方向偏心、
および回転中心からの距離のばらつきの測定を可能にす
るため、複数の光反射面を等分割角度で有した多面鏡を
搭載し、所定の精度で中心点を中心にして回転する回転
ステージと、中心点から所定の距離の位置において多面
鏡の光反射面の１つに対向して設けられ、１つの光反射
面までの距離を測定する距離測定手段とより構成され、
距離測定手段は、回転ステージが回転したとき多面鏡の
光軸方向の偏心、および回転中心からの距離のばらつき
によって生じる複数の光反射面との間の距離の変動を検
出する構成を有する多面鏡評価装置を提供する。

【００１８】また、本発明は反射面の光軸に対する横ず
れ偏心、角度誤差の測定に加えて光軸方向偏心、および
回転中心からの距離のばらつきの測定ができるようにす
るため、複数の光反射面を等分割角度で有した多面鏡を
搭載し、所定の角度で中心点を中心にして回転する回転
ステージと、多面鏡の光反射面の１つに光を照射するた
めのレンズ手段と、レンズ手段に対して多面鏡の反対側
に配置される光分岐手段と、光分岐手段によって分岐さ
れた分岐光路の１つの光路上に設けられ、レンズ手段の
光束集光点に位置させられた基準被写像と、光分岐手段
の分岐光路の他の１つの光路上に設けられ、多面鏡の光
反射面によって反射された基準被写像の結像位置を検出
する像位置検出手段と、回転ステージが所定の角度回転
する毎に得られる結像位置に基づいて多面鏡の各光反射
面の角度誤差を評価する評価手段と、回転ステージの回
転中心点から所定の距離の位置に固定され、多面鏡の光
反射面までの距離を測定する距離測定手段より構成され
る多面鏡評価装置を提供する。

【００１９】更に、本発明は上記した目的を達成するた
めに距離測定手段は、光反射面に光ビームを照射するビ
ーム光源と、光反射面で反射された光ビームの位置を検
出する反射光ビーム位置検出部と、反射光ビーム位置検
出手段で検出された光ビームの位置から光反射面までの
距離を演算によって求める演算部より構成されることが
好ましい。

【００２０】

【作用】本発明の多面鏡評価装置によると、回転ステー
ジを多面鏡の光反射面の理想の分岐角度に等しい角度だ
け、所定の精度、即ち、光軸方向偏心、および回転中心
からの距離のばらつきの測定精度に応じた精度で回転さ
せる。回転ステージの中心点から所定の距離にある位置
を基準にして各光反射面までの距離を回転ステージの所
定の回転角次に測定する。このため、回転多面鏡の中心
軸を回転ステージの中心点に設定するだけで、各光反射
面の光軸方向偏心誤差、および回転中心からの距離のば
らつきを高い精度で測定することができる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の多面鏡評価装置を図面を参照
しつつ詳細に説明する。従来技術と同様の構成および機
能については同一の引用数字を附しているので重複する
説明を省略する。

【００２２】図１は、本発明の一実施例における多面鏡
評価装置を示し、図１（Ａ）において、曲面状の反射面
９ａ〜９ｄに対向し、高精度回転ステージ２の回転中心
から所定の距離の位置に反射面までの距離を測定する非
接触型の三角測量式光変位計１４が設けられている。他
の構成は図５の多面鏡評価装置と共通であるので重複す
る説明を省略する。

【００２３】図１（Ｂ）は三角測量式光変位計１４を示
し、半導体レーザ１４ａからレーザ光を回転多面鏡９の
反射面９ａに照射し、反射面９ａで反射あるいは散乱し
た光を結像レンズ１４ｂで集光してポジションセンサ１
４ｃで受光する。ポジションセンサ１４ｃで受光された
像は電気信号として検出され、演算部１４ｄにおいて比
較演算処理されることにより反射面の光軸方向偏心が測
定される。反射面９ａ，９ｂが実線の位置と点線の位置
にあるときでは、ポジションセンサ１４ｃの集光位置が
異なる。これによって光軸方向偏心が検出される。

【００２４】上記した多面鏡評価装置による各反射面の
測定を以下に説明する。ここでは反射面９ａを最初の測
定面とする。

【００２５】まず、コリメータレンズ３を透過した点状
光源１１の光を波面形状制御器１０で反射面９ａの形状
に応じた光波面に変換して入射し、その反射光によるタ
ーゲット１２の像の位置を像位置検出装置１３で検出し
て記憶しておく。そして、反射面９ａに正対している三
角測量式光変位計１４によって反射面９ａまでの距離を
測定する。

【００２６】次に、回転多面鏡９を搭載した高精度回転
ステージ２をＡ方向に９０度回転させて反射面９ｂをコ
リメータレンズ３に向け、反射面９ｂによって反射され
たターゲット１２の像のずれを像位置検出装置１３によ
って測定する。

【００２７】この測定時に像位置検出装置１３に記憶さ
れた反射面９ａの測定時におけるターゲット１２の像の
位置と反射面９ｂの測定時におけるターゲット１２の像
の位置を比較する。ここで、反射面９ｂの測定時におけ
るターゲット１２の像に水平方向のずれが生じていると
き、反射面９ｂは反射面９ａに対して横ずれ偏心を有し
ている。

【００２８】更に、三角測量式光変位計１４によって反
射面９ｂまでの距離を測定し、反射面９ａまでの距離と
比較することによって、反射面９ａに対する反射面９ｂ
の光軸方向偏心が求められる。

【００２９】以上の動作を反射面９ｃ，９ｄについて同
様に行うことにより回転多面鏡９の各反射面における横
ずれ偏心および光軸方向偏心が測定される。また、三角
測量式光変位計１４による反射面９ａ〜９ｄの距離測定
は図１に示すようにコリメータレンズ３の光軸に平行な
方向に限定されず、垂直な方向から行っても良く、例え
ば、三角測量式光変位計１４を反射面９ｂに正対するよ
うに設け、反射面９ａの横ずれを測定しているときに反
射面９ｂの距離測定を行うようにしても良い。

【００３０】図２は、本発明の他の実施例における多面
鏡評価装置を示し、コリメータレンズ３と回転多面鏡９
との間に設けられ、反射面９ａ〜９ｄの形状に応じて光
波面を変換する波面変換レンズ１７と、コリメータレン
ズ３の光軸に垂直な方向に距離測定方向が設定された三
角測量式光変位計１４とを有している。波面変換レンズ
１７の設定される位置は回転多面鏡９の反射面９ａ〜９
ｄの形状に基づいて設定される。

【００３１】ビームスプリッタ４の透過側にはコリメー
タレンズ３の焦点面１６Ａを有するＴＶカメラ１６が設
けられており、レーザ光源１５および集光レンズ８によ
って照明される焦点板５の像が焦点面１６Ａに一致する
ように撮像面が形成されている。

【００３２】上記の構成による多面鏡評価装置の動作を
以下に説明する。まず、コリメータレンズ３の光軸と高
精度回転ステージ２の回転軸とが一致するように設定し
た後、反射面９ａをコリメータレンズ３に正対させる。
この状態でレーザ光源１５からレーザ光を照射する。こ
のレーザ光による焦点板５の像が反射面９ａによって反
射され、ビームスプリッタ４を透過することによってＴ
Ｖカメラ１６の焦点面１６Ａの原点（図示せず）に来る
ように設定する。

【００３３】この状態で、反射面９ｂに正対している三
角測量式光変位計１４によって、反射面９ｂまでの距離
を測定する。三角測量式光変位計１４は反射面９ａがコ
リメータレンズ３に正対しているとき反射面９ｂに正対
するように設けられるとともに、距離測定方向が回転多
面鏡９の各反射面が理想的に分割されているときの角度
に等しい角度に設定されており、コリメータレンズ３の
光軸に対して９０度をなしている。

【００３４】次に、高精度回転ステージ２を回転多面鏡
９の反射面９ａ〜９ｄが本来有するべき分割角度だけＡ
方向に回転させることによって反射面９ｂをコリメータ
レンズ３に向け、反射面９ｂによって反射された焦点板
５の像のずれをＴＶカメラ１６によって測定する。

【００３５】この測定時にＴＶカメラ１６の焦点面１６
Ａに形成された原点に対して焦点板５の像の垂直線が水
平方向のずれ量を有しているとき、そのずれ量は反射面
９ａに対する反射面９ｂの横ずれ偏心に比例する。

【００３６】そして更に、高精度回転ステージ２の回転
によって三角測量式光変位計１４に正対した反射面９ｃ
について光軸方向偏心を測定する。以上の動作を反射面
９ａ〜９ｄについて行うことにより反射面の横ずれ偏心
および光軸方向偏心が測定される。

【００３７】一方、図３は本発明の更に他の実施例を示
し、以上述べた実施例と同じように平面で形成された反
射面１ａ〜１ｄを有する回転多面鏡１の分割角度誤差の
測定に加えて、三角測量式光変位計１４による各反射面
の回転中心からの距離の誤差（半径相互差）を求めるこ
とができる。以上の各実施例では、距離測定装置として
三角測量式光変位計を使用したが、これに限定するもの
ではない。

【００３８】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明の多面鏡評価
装置によると、多面鏡の反射面までの距離を測定する距
離測定手段を設けたため、反射面の光軸に対する横ず
れ、角度誤差の測定に加えて光軸方向偏心、および回転
中心からの反射面の距離のばらつきを測定することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における多面鏡評価装置の説
明図であり、（Ｂ）は（Ａ）における距離測定装置の説
明図である。

【図２】本発明の他の実施例における多面鏡評価装置を
示す説明図である。

【図３】本発明の他の実施例における多面鏡評価装置を
示す説明図である。

【図４】従来の多面鏡評価装置を示す説明図である。

【図５】従来の多面鏡評価装置を示す説明図である。

【図６】従来の多面鏡評価装置を示す説明図である。

【図７】多面鏡の横ずれ、角度誤差、光軸方向偏心を示
す説明図である。

【符号の説明】

１，回転多面鏡 １ａ〜１ｄ，反射面 ２，高精度回転ステージ ３，コリメータレンズ ４，ビームスプリッタ ５，６，焦点板 ５Ａ，６Ａ，焦点面 ７，光源 ８，集光レンズ ９，回転多面鏡 ９ａ〜９ｄ，反射面 １０，波面形状制御器 １１，点状光源 １２，ターゲット １３，像位置検出手段 １４，三角測量式光変位計 １４ａ，半導体レーザ １４ｂ，結像レンズ １４ｃ，ポジションセンサ １４ｄ，演算部 １５，レーザ光源 １６，ＴＶカメラ １６Ａ，焦点面 １７，波面変換レンズ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の光反射面を等分割角度で有した多
   面鏡を搭載し、所定の精度で中心点を中心にして回転す
   る回転ステージと、 前記中心点から所定の距離の位置において前記多面鏡の
   前記光反射面の１つに対向して設けられ、前記１つの光
   反射面までの距離を測定する距離測定手段とより構成さ
   れ、 前記距離測定手段は、前記回転ステージが回転したとき
   前記多面鏡の光軸方向の偏心、および回転中心からの反
   射面の距離のばらつきによって生じる前記複数の光反射
   面との間の距離の変動を検出する構成を有することを特
   徴とする多面鏡評価装置。
2. 【請求項２】 複数の光反射面を等分割角度で有した多
   面鏡を搭載し、所定の角度で中心点を中心にして回転す
   る回転ステージと、 前記多面鏡の前記光反射面の１つに光を照射するための
   レンズ手段と、 前記レンズ手段に対して前記多面鏡の反対側に配置され
   る光分岐手段と、 前記光分岐手段によって分岐された分岐光路の１つの光
   路上に設けられ、前記レンズ手段の光束集光点に位置さ
   せられた基準被写像と、 前記光分岐手段の前記分岐光路の他の１つの光路上に設
   けられ、前記多面鏡の前記光反射面によって反射された
   前記基準被写像の結像位置を検出する像位置検出手段
   と、 前記回転ステージが所定の角度回転する毎に得られる前
   記結像位置に基づいて前記多面鏡の各光反射面の角度誤
   差および偏心誤差を評価する評価手段と、 前記回転ステージの前記回転中心点から所定の距離の位
   置に固定され、前記多面鏡の前記光反射面までの距離を
   測定する距離測定手段より構成されることを特徴とする
   多面鏡評価装置。
3. 【請求項３】 前記距離測定手段は、前記光反射面に光
   ビームを照射するビーム光源と、前記光反射面で反射さ
   れた光ビームの位置を検出する反射光ビーム位置検出部
   と、前記反射光ビーム位置検出手段で検出された前記光
   ビームの位置から前記光反射面までの距離を演算によっ
   て求める演算部より構成された請求項第２項記載の多面
   鏡評価装置。