JPH11352016A - 光学系の光学特性測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 単一の一次元受光センサを用いたにもかかわ
らず、測定精度のよい光学特性測定装置を提供する。 【解決手段】 光源部１の合計三つの光源から発した光
束は、マスク２により複数のスリット状の光束となっ
て、被検レンズに向かう。各スリット状の光束は、集光
レンズ３より被検レンズ４に対して集光して、合計三つ
の集光位置に集束する。被検レンズ４通過後の各光束も
スリット状となり、その傾斜角度は元の傾斜角度から所
定のねじれ角の分だけずれ、投影レンズ７により、一つ
の一次元受光センサ７上に投影される。一次元受光セン
サ７の出力信号に基づいて、被検レンズ４の光学特性を
演算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、眼鏡レンズその他
の光学系の光学特性、すなわち、光学系の球面屈折力、
円柱屈折力及び主径線方向、並びにプリズム屈折力及び
その基底方向を、測定する光学系の光学特性測定装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から光学系の光学特性測定装置とし
て種々の装置が提供されており、例えば、特開平８−１
１０２８４号公報に記載された装置が提供されている。

【０００３】この従来の光学系の光学特性測定装置は、
被検光学系に向けて三つ以上の光源を有する照射手段
と、前記照射手段による光束を透過率の異なる境界を有
する光束にする遮光手段と、前記透過率の異なる境界を
有する光束を前記被検光学系に対して集束させる集束光
学系と、一次元の受光位置に応じた出力信号を出力する
一つの一次元受光センサと、該一つの一次元受光センサ
上に前記被検光学系を通過した各光束を投影させる投影
光学系と、前記一つの一次元受光センサの出力信号に基
づいて、前記透過率の異なる境界を有する光束に基づく
各光束の前記一つの一次元受光センサ上の投影位置にそ
れぞれ応じた各投影位置データを得るとともに、該各投
影位置データに基づいて前記被検光学系の屈折力を得る
演算手段とを備えてなり、前記遮光手段による前記透過
率の異なる境界を有する光束の中心線または境界線は少
なくとも二対以上の平行線と少なくとも二本以上の線と
で構成され、少なくとも二対以上の平行線のうち少なく
とも一対の平行線は一次元受光センサの受光軸に対して
ほぼ垂直とし、少なくとも二本以上の線のうち少なくと
も二本は互いにほぼ垂直にしたものからなる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来の光学系の光学特性測定装置は、理論的には正確に
被検光学系の光学特性を得ることができるものの、直交
するスリット光束を使用するため、この直交部が、連続
性を欠くことになり、これが一次元受光センサでの測定
誤差を招き、この部分で十分な測定精度が得られないと
いう課題があった。

【０００５】本発明は、前記課題を解決するもので、単
一の一次元受光センサを用いたにも拘らず、測定精度の
よい光学測定が行える光学系の光学特性測定装置を提供
することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的達成のため、本
発明にかかる光学系の光学特性測定装置は、被検光学系
に向けて三つ以上の光源を有する照射手段と、前記照射
手段による光束を透過率の異なる境界を有する光束にす
る遮光手段と、前記透過率の異なる境界を有する光束を
前記被検光学系に対して収束させる集束光学系と、一次
元の受光位置に応じた出力信号を出力する一つの一次元
受光センサと、該一つの一次元受光センサ上に前記被検
光学系を通過した各光束を投影させる投影光学系と、前
記一つの一次元受光センサの出力信号に基づいて、前記
透過率の異なる境界を有する光束に基づく各光束の前記
一つの一次元受光センサ上の投影位置にそれぞれ応じた
各投影位置データを得るとともに、該各投影位置データ
に基づいて前記被検光学系の屈折力を得る演算手段とを
備え、前記遮光手段による前記透過率の異なる境界を有
する光束の中心線または境界線（勿論、それらの延長線
も含む）は少なくとも二対以上の平行線で構成され、前
記二対以上の平行線のうち少なくとも一対の平行線は前
記一次元センサの受光軸に対してほぼ垂直であり、前記
二対以上の平行線のうち、他方の平行線は前記平行線と
は異なる傾斜角を有するものとしたものである。

【０００７】また、前記照射手段は前記三つ以上の光源
を順次照射し、前記演算手段が、前記三つ以上の光源の
うちのいずれの光束が照射されているかを判別する判別
信号を得て、この判別信号及び前記一つの一次元受光セ
ンサの出力信号に基づいて前記各投影位置データを得る
ようにしたものである。

【０００８】さらに、前記演算手段は、前記各投影位置
データに基づいて前記被検光学系のプリズム屈折力を得
る演算を行うようにしたものである。

【０００９】そして、前記各集束位置を四箇所とし、該
各集束位置が仮想的な同心円上にあって９０°ずつの角
度をなすように配置してある。

【００１０】従って、円柱屈折力を有する被検光学系を
通過した後のスリット状の光束は、被検光学系の屈折
力、円柱軸方向、中心厚に応じてねじれ（その傾斜角が
変化し）、ねじれ量（スリット状の光束の傾斜角の変化
量）を生じ、このねじれ量を直交するスリットで解決し
たものが特開平６−２７３０２０号公報に記載されてい
る。

【００１１】これに対して、本発明では直交するスリッ
ト光束を使用しないにもかかわらず被検レンズの光学特
性を知ることができる。これは少なくとも二対以上の異
なる傾斜角を有する平行線を用い、実用上良好な近似式
を用いたためである。

【００１２】従って、本発明によれば、被検光学系が円
柱屈折力を有していて、スリット状の光束が被検光学系
を通過した後にいかにねじれようとも、正確に被検光学
系の光学特性を得られるように機能する。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の一形態につ
いて説明する。図１は本発明の光学特性測定装置の光学
系を示す構成図である。図１において、Ｏは測定光軸
で、説明の便宜上、該測定光軸Ｏに対して垂直な図１の
紙面内の方向をＹ軸（その矢印の向きは測定光軸Ｏを原
点とした正の向きを示すものとする）とし、測定光軸Ｏ
に対して垂直でかつ紙面に垂直な方向をＸ軸（図１の紙
面奥の向き（他の図面においては矢印の向き）が測定光
軸Ｏを原点とした正の向きを示す）とする。測定光軸Ｏ
上においてＸＹ平面内に光源部１が配置されている。図
１におけるＡ矢視方向から見た光源部１を図２に示して
ある。光源部１は四つのＬＥＤ等の光源１ａ，１ｃ１ｂ
及び１ｄを有しており、これらが測定光軸Ｏを中心とす
る仮想的な同心円Ｕ上にあって９０°ずつの角度をなす
ように配置されている。なお、光源１ａ及び１ｂはＹ軸
上に配置され、光源１ｃ及び１ｄはＸ軸上に配置されて
いる。また、光源１ａ，１ｂ，１ｃ及び１ｄはほぼ点光
源とみなせる。なお、光源１ａ，１ｂ，１ｃ及び１ｄは
それぞれ独立して点灯及び消灯できるようになってい
る。同心円Ｕ１の直径は２φで、設計で決まる値であ
る。

【００１４】測定光軸Ｏ上において光源部１から所定距
離だけ離して、スリット状の開口２ａ，２ｂ，２ｃ及び
２ｄを有するマスト２が配置されている。図１における
Ｂ矢視方向から見たマスク２を図３に示してある。スリ
ット状の開口２ａはその中心線がＹ軸に対して垂直にな
るように配置され、スリット状の開口２ｂはその中心線
がＹ軸に対して垂直になるように配置され、スリット状
の開口２ａの中心線及びスリット状の開口２ｂの中心線
がＹ軸にそれぞれ±Ｈ０１’の位置で交差している。な
お、説明の便宜上、スリット状の開口もその中心線も同
一符号を付している。スリット状の開口２ｃ，２ｄはそ
の中心線が、一次元センサの受光軸であるＹ軸に対して
ｔａｎω＝１／２の傾斜角になるように配置され、スリ
ット状の開口２ｃ，２ｄの中心線はＹ軸とそれぞれ±Ｈ
０２’で交差している。なお、開口２ｃ，２ｄの傾斜角
は必ずしもｔａｎω＝１／２である必要性はなく、スリ
ット状の開口２ａ，２ｂと異なる傾斜角、例えば、ω＝
１０°〜３５°であればよい。

【００１５】また、図１において、４は被検光学系とし
て被検レンズ、５は該被検レンズ４を保持するレンズホ
ルダーであり、レンズホルダー５に被検レンズ４を保持
させたときに、被検レンズ４の後面がレンズホルダー５
のホルダー面と一致するようになっている。

【００１６】図１において、３は測定光軸Ｏ上において
マスク２と被検レンズ４との間に配置された集光レンズ
である。被検レンズ４をレンズホルダー５に設置しない
場合に、集光レンズ３によって光源１ａ，１ｂ，１ｃ及
び１ｄとレンズホルダー５のホルダー面とが共役となっ
ている。従って、図１に示す例では、集光レンズ３が、
前記スリット状の光束を前記被検レンズ４に対して集束
させる集束光学系を構成している。なお、集光レンズ３
の前側焦点面がマスク２と一致している。図１に示す実
施の形態では、前記スリット状の光束の集光レンズ３に
よる被検レンズ４に対する集束位置は合計四箇所となっ
ている。

【００１７】また、図１において、７は一次元の受光位
置に応じた出力信号を出力する一次元受光センサで、例
えば、一次元ＣＣＤを用いることができる。図１におけ
るＣ方向から見た一次元受光センサ７を図５に示してあ
る。一つの一次元受光センサ７の線状の受光面の受光中
心は、Ｙ軸に一致している。なお、説明の便宜上、一つ
の一次元受光センサ７の受光面を含むＸＹ平面を受光Ｘ
Ｙ平面という。この受光ＸＹ平面の原点と図１中の測定
光軸Ｏ上の位置Ｏ７とは一致している。

【００１８】更に、図１において、６は測定光軸Ｏ上に
おいて前記被検レンズ４と前記一次元受光センサ７との
間に配置された投影レンズである。投影レンズ６の前側
焦点面がレンズホルダー５のホルダー面、投影レンズ６
の後側焦点面が一次元受光センサ７の受光面と一致して
いる。従って、図１に示す実施例では、投影レンズ６
が、一次元受光センサ７の受光面上に前記被検レンズ４
を通過した前記各光束を投影させる投影光学系を構成し
ている。

【００１９】そして、図４に示すように、前記光源１
ａ，１ｂ，１ｃ及び１ｄはこれらを点灯及び消灯させる
光源駆動回路１２に接続されている。該光源駆動回路１
２は、マイクロコンピュータ等からなる演算手段として
の演算制御回路１１から点灯制御信号を受けるように、
これに接続されている。演算制御回路１１は、センサ駆
動回路１３にデータ取り込み開始信号を供給するよう
に、これに接続されている。センサ駆動回路１３は、一
次元受光センサ７をそれぞれ駆動するように、これらに
接続されている。一次元受光センサ７は、それらの出力
信号をＡ／Ｄ変換または二値化等する信号処理回路１４
にそれぞれ接続されている。信号処理回路１４は、その
出力信号が演算制御回路１１に入力されるように、これ
に接続されている。そして、測定を開始すると、まず、
演算制御回路１１が点灯制御信号を光源駆動回路１２に
送って光源１ａのみを点灯させる。その後、演算制御回
路１１がデータ取り込み開始信号をセンサ駆動回路１３
に送って一次元受光センサ７をそれぞれ駆動し、一次元
受光センサ７から受光位置に応じた出力信号をそれぞれ
得て、これらの出力信号を信号処理回路１４で処理した
後に、測定データとして演算制御回路１１の内部メモリ
に取り込む。すなわち、光源１ａから発してスリット状
の開口２ａ，２ｂ，２ｃ及び２ｄを通過したスリット状
の光束に基づく各光束の一次元受光センサ７上の投影位
置に応じた投影位置データが演算制御回路１１の内部メ
モリに取り込まれる。同一の一次元受光センサ７の出力
信号に基づいて得られる投影位置データ間の区別は、当
該一次元受光センサ７の出力信号に基づいて当該一次元
受光センサ７における受光幅を判別することによって、
行われる。この取り込みが終了すると、演算制御回路１
１は再び点灯制御信号を光源駆動回路１２に送って今度
は光源１ｂのみを点灯して、前述と同様にして測定デー
タとして投影位置データを取り込む。以下、同様に、順
次光源１ｃ及び１ｄを点灯していき、その都度演算制御
回路１１の内部メモリに測定データとして投影位置デー
タを取り込む。そして、演算制御回路１１はこのように
して取り込まれた投影位置データに基づいて後述の演算
を行って、被検レンズ４の光学特性である、球面屈折力
Ｓ，円柱屈折力Ｃ，円柱軸方向（一つの主径線方向）
θ，プリズム屈折力Ｐ及びその基底方向γを得る。得ら
れた光学特性は表示装置１５により表示される。

【００２０】以上の説明から明かなように、本実施の形
態では、演算制御回路１１は、一次元受光センサ７の出
力信号に基づいて前記スリット状の光束に基づく各光束
の一次元受光センサ７上の各投影位置データにそれぞれ
応じた投影位置データを得る投影位置データ抽出手段と
しての機能を担っている。特に、本実施の形態では、前
記点灯制御信号または前記データ取り込み開始信号が、
前記光束のうちのいずれの光源に基づく光束が照射され
ているかの判別信号に相当しており、その判別信号を出
力する判別手段としての機能を演算制御回路１１が担っ
ている。また、演算制御回路１１は同時に照射されたス
リット状の光束の幅を判別する機能を担っている。更
に、演算制御回路１１は、前記判別信号及び一次元受光
センサ７の出力信号に基づいて被検レンズ４の光学特性
を得る演算手段としての機能も担っている。

【００２１】次に、演算制御回路１１の演算により、被
検レンズ４の光学特性である、球面屈折力Ｓ，円柱屈折
力Ｃ，円柱軸方向θ，プリズム屈折力Ｐ及びその基底方
向γを求めることができる理由を説明する。

【００２２】すなわち、前記特開平８−１１０２８４号
公報に記載の知見と同様、二種類以上の所定の傾斜角度
を有するスリット状の光束の交差点は、被検光学系を通
過した後は、被検光学系の光学特性を示すという性質に
基づいている。このことは、スポット的な光束が被検光
学系を通過した後は被検光学系の光学特性を示すとい
う、一般的に知られている事実と光学的に等価である。

【００２３】従って、被検光学系を通過した後の二種類
以上の所定の傾斜角度を有するスリット状の光束の交差
点（光束が実際に交差していない場合にはその延長線の
交差点）の二次元の位置を知ることによって、被検光学
系の光学特性を知ることができる。

【００２４】そして、中心厚ｄ、ある方向の屈折力Ｄを
有する被検レンズにおいて投影光束が被検レンズを通過
した後、絞りのない場合、一般的に知られているよう
に、次式が成立する。

【００２５】 Ｈ ＝ｆφＤ 但しｄ≒０ …（１） Ｈ’＝Ｈ／（１＋ｄＤ） …（２） 但し、Ｄは被検レンズ４の屈折力であり、Ｈは受光ＸＹ
平面での被検レンズの屈折力に対する像の高さである。
実際にはｄ≠０なので、受光ＸＴ平面での像の高さは
Ｈ’となる。ｆは投影レンズの焦点距離、φは図２にお
ける半径、ｄは被検レンズの中心厚さである。

【００２６】さて、被検レンズ４が、中心厚ｄ，球面屈
折力Ｓ，円柱屈折力Ｃ，円柱軸方向θであれば、マスク
２を通過し、被検レンズ４を通過し受光平面ＸＹに投影
された光束は、図６に示すように、マスク２のＸＹ軸は
Ｘ’，Ｙ’となり、スリット状の開口の中心線２ｃ，２
ｄは、２ｃ’，２ｄ’のようにねじれを生じる。このこ
とは、特開平５−２３１８６号公報及び特開平６−５８
８４１号公報に詳しく述べてある。

【００２７】さて、ここで、α１，α２，β１とβ２と
ほとんど等しく、α１≒−α２，β１≒−β２と近似し
ても実際上問題ない。そこで、次の式（３）及び式
（４）のように、近似する。

【００２８】 ｍ≒ｔａｎα１＝−ｔａｎα２＝（１＋ｄΔＸ）／（１＋ｄΔＹ）…（３） ｎ≒ｔａｎβ１＝−ｔａｎβ２＝ｄΔ／（１＋ｄΔＹ） …（４） ただし、後述するように、ΔＸは被検レンズ４のＸ軸を
含む子午面（メリジオナル面）に沿った屈折力、ΔＹは
被検レンズ４のＹ軸を含む子午面に沿った屈曲力、Δは
被検レンズ４の球欠面（サジタル面）に沿った屈折力で
ある。

【００２９】前記図１に示す実施の形態によれば、被検
レンズ４が中心厚，球面屈折力Ｓ，円柱屈折力Ｃ及びプ
リズム屈折力Ｐを有しているとすると、例えば、光源１
ａを発してマスク２のスリット状の開口２ａ，２ｂ，２
ｃ，２ｄを通過した各スリット状の光束による前記受光
ＸＹ平面上の投影光束７１，７２，７３，７４並びに、
光源１ｂを発してマスク２のスリット状の開口２ａ，２
ｂ，２ｃ，２ｄを通過した各スリット状の光束による前
記受光ＸＹ平面上の投影光束７５，７６，７７，７８
は、図７に示すようになる。また、光源１ｃを発してマ
スク２のスリット状の開口２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを通
過した各スリット状の光束による前記受光ＸＹ平面上の
投影光束８１，８２，８３，８４並びに、光源１ｄを発
してマスク２のスリット状の開口２ａ，２ｂ，２ｃ，２
ｄを通過した各スリット状の光束による前記受光ＸＹ平
面上の投影光束８５，８６，８７，８８は、図８に示す
ようになる。なお、図７及び図８では、各投影光束７１
乃至８８はその中心線しか示していない。そして、図７
におけるＡ１点は光源１ａを発して測定光軸Ｏ上のマス
ク２の位置であるＯ２点を通過した光線（以下、光源１
ａによる基準光線という）の受光ＸＹ平面上の投影位置
を示し、図７におけるＡ２点は光源１ｂを発してＯ２点
を通過した光線（以下、光源１ｂによる基準光線とい
う）の受光ＸＹ平面上の投影位置を示し、図８における
Ａ３点は光源１ｃを発してＯ２点を通過した光線（以
下、光源１ｃによる基準光線という）の受光ＸＹ平面上
の投影位置を示し、図８におけるＡ４点は光源１ｄを発
してＯ２点を通過した光線（以下、光源１ｄによる基準
光線という）の受光ＸＹ平面上の投影位置を示してい
る。

【００３０】なお、各投影光束と前記光源部１との位置
関係を明らかにするため、図７には光源部１の光源１ａ
及び１ｂも前記受光ＸＹ平面上にあるかの如く重ね合わ
せて示してあり、図８には光源部１の光源１ｃ及び１ｄ
も前記受光ＸＹ平面上にあるかの如く重ね合わせて示し
てある。なお、前述から明らかなように、図７及び図８
において、Ｙ軸は、一つの一次元受光センサ７の線状の
受光面の受光中心線を示している。

【００３１】図７及び図８に示すように、被検レンズ４
の光学特性に応じて、前記各点Ａ１，Ａ２，Ａ３及びＡ
４は受光ＸＹ平面の原点Ｏ７に対してそれぞれずれてい
る。まず、前記各点Ａ１，Ａ２，Ａ３，及びＡ４の位置
が被検レンズ４の光学特性との関係でいかなる情報を有
しているかについて説明する。なお、前記各点Ａ１，Ａ
２，Ａ３及びＡ４のＸＹ座標をそれぞれ符号も含めて
（Ｘ１，Ｙ１），（Ｘ２，Ｙ２），（Ｘ３，Ｙ３），
（Ｘ４，Ｙ４）とする。このように符号を含めるのは、
屈折力の正負、すなわち、被検レンズ４の凹凸を判別す
るためである。

【００３２】前述したように、被検レンズ４のＸ軸を含
む子午面（メリジオナル面）に沿った屈折力をΔＸ，被
検レンズ４のＹ軸を含む子午面に沿った屈折力をΔＹ，
被検レンズ４の球欠面（サジタル面）に沿った屈折力を
Δとすると、ΔＸ，ΔＹ及びΔは、被検レンズ４の球面
屈折力Ｓ，円柱屈折力Ｃ及び円柱軸方向θを用いて次の
ように表せる。

【００３３】 ΔＸ＝Ｓ＋Ｃ・ｓｉｎ^２ θ …（５） ΔＹ＝Ｓ＋Ｃ・ｃｏｓ^２ θ …（６） Δ＝Ｃ・ｓｉｎθ・ｃｏｓθ …（７） そして、今、被検レンズ４が球面屈折力Ｓ及び円柱屈折
力Ｃを有し、プリズム屈折力Ｐは有していないとする
と、本実施の形態では前述の配置関係を有しているとと
もに、光源１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄによる各基準光線と
前記各点Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４の座標と前記ΔＸ，Δ
Ｙ及びΔとの間に次の関係が成立する。なお、以下の式
におけるｆは前記投影レンズ６の焦点距離を示す。ま
た、以下の式におけるφは、前述したように、前記同心
円Ｕ１の半径を示す。更に、以下の式では、式（１），
（２）を考慮している。

【００３４】 ｜Ｘ１｜＝｜Ｘ２｜＝φ・ｆ・Δ／（１＋ｄΔＸ） …（８） ｜Ｙ３｜＝｜Ｙ４｜＝φ・ｆ・Δ／（１＋ｄΔＹ） …（９） ｜Ｙ１｜＝｜Ｙ２｜＝φ・ｆ・ΔＹ／（１＋ｄΔＹ） …（１０） ｜Ｘ３｜＝｜Ｘ４｜＝φ・ｆ・ΔＸ／（１＋ｄΔＸ） …（１１） ここで、φ及びｆは設計上の定数であるので、説明の便
宜上、式を簡単に表現するため、φ・ｆ＝１とすると、
式（８）〜（１１）はそれぞれ次のようになる。もっと
も、本発明ではφ・ｆ≠１でもよいことは勿論である。

【００３５】 ｜Ｘ１｜＝｜Ｘ２｜＝Δ／（１＋ｄΔＸ） …（１２） ｜Ｙ３｜＝｜Ｙ４｜＝Δ／（１＋ｄΔＹ） …（１３） ｜Ｙ１｜＝｜Ｙ２｜＝ΔＹ／（１＋ｄΔＹ） …（１４） ｜Ｘ３｜＝｜Ｘ４｜＝ΔＸ／（１＋ｄΔＸ） …（１５） 以上の説明においては、被検レンズ４が球面屈折力Ｓ及
び円柱屈折力Ｃを有しプリズム屈折力Ｐは有していない
とした。しかし、被検レンズ４がプリズム屈折力Ｐも有
しているとすると、前記各点Ａ１，Ａ２，Ａ３及びＡ４
の位置は、被検レンズ４がプリズム屈折力Ｐを有してい
ない場合の位置に対して、プリズム屈折力Ｐによってベ
クトルＰ’（そのＸ成分をＸ０とし、Ｙ成分をＹ０とす
る）の分だけ平行移動することとなる。

【００３６】従って、被検レンズ４が球面屈折力Ｓ及び
円柱屈折力Ｃのみならず、プリズム屈折力Ｐを有してい
る場合には、前記各点Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４の座標
（Ｘ１，Ｙ１），（Ｘ２，Ｙ２），（Ｘ３，Ｙ３），
（Ｘ４，Ｙ４）は、その符号も考慮に入れると、次のよ
うに表わすことができる。

【００３７】 （Ｘ１，Ｙ１）＝［（Δ＋Ｘ０）／（１＋ｄΔＸ），（ΔＹ＋Ｙ０）／（１＋ ｄΔＹ）］ …（１６） （Ｘ２，Ｙ２）＝［（−Δ＋Ｘ０）／（１＋ｄΔＸ），（−ΔＹ＋Ｙ０）／（ １＋ｄΔＹ）］ …（１７） （Ｘ３，Ｙ３）＝［（ΔＸ＋Ｘ０）／（１＋ｄΔＸ），（Δ＋Ｙ０）／（１＋ ｄΔＹ）］ …（１８） （Ｘ４，Ｙ４）＝［（−ΔＸ＋Ｘ０）／（１＋ｄΔＸ），（−Δ＋Ｙ０）／（ １＋ｄΔＹ）］ …（１９） 以上に、前記各点Ａ１，Ａ２，Ａ３及びＡ４の位置が被
検レンズ４の光学特性との関係でいかなる情報を有して
いるかについて説明した。

【００３８】本発明では、被検レンズ４を通過した後の
前記光束の交差点である前記各点Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ
４が被検レンズ４の光学特性を示すものであるというこ
とに注目し、被検レンズ４の光学特性を得るものであ
る。この点について、以下、図７及び図８を参照して説
明する。

【００３９】まず、前記点Ａ１の位置について述べる。
図３におけるマスク２のスリット状の開口２ａ，２ｂ，
２ｃ及び２ｄがＹ軸と交差する点は、図７において、Ａ
１１，Ａ１２，Ａ１３，Ａ１４となる。ここで、被検レ
ンズ４の円柱屈折力が強くないか、または中心厚ｄが小
さい場合について考える。この場合、被検レンズ４を通
過したスリット状の光束はほとんどねじれ量を生じな
い。すなわち、ｎ≒０，ｍ／２＝（１＋Δｍ）／２≒１
／２である。

【００４０】従って、このときのＡ１１’，Ａ１２’，
Ａ１３’，Ａ１４’の座標は、式（２）よりＡ１１’
［Ｘ１’，Ｙ１’＋Ｈ０１／（１＋ｄΔＹ）］、Ａ１
２’［Ｘ１’，Ｙ１’−Ｈ０１／（１＋ｄΔＹ）］、Ａ
１３’［Ｘ１’，Ｙ１’＋Ｈ０２／（１＋ｄΔＹ）］、
Ａ１４’［Ｘ１’，Ｙ１’−Ｈ０２／（１＋ｄΔＹ）］
となる。但し、Ｈ０１，Ｈ０２は被検レンズのないとき
の投影光束７１，７２間の間隔及び投影光束７３，７４
間の間隔である。中心線７１〜７４が、Ｙ軸と交差する
点を、それぞれＨ１１，Ｈ１２，Ｈ１３，Ｈ１４とする
と、 Ｈ１１＝Ｙ１’＋Ｈ０１／（１＋ｄΔＹ） …（２０） Ｈ１２＝Ｙ１’−Ｈ０１／（１＋ｄΔＹ） …（２１） Ｈ１３＝Ｙ１’＋Ｈ０２／（１＋ｄΔＹ）−（１／２）Ｘ１’ …（２２） Ｈ１４＝Ｙ１’−Ｈ０２／（１＋ｄΔＹ）−（１／２）Ｘ１’ …（２３） Ｙ１’＝（Ｈ１１＋Ｈ１２）／２ …（２４） Ｘ１’＝２Ｙ１’−（Ｈ１３＋Ｈ１４） …（２５） 点Ａ２，Ａ３，Ａ４についても同様に、図７，図８より
中心線７５〜７８がＹ軸と交差する点をＨ２１，Ｈ２
２，Ｈ２３，Ｈ２４、中心線８１〜８４がＹと交差する
点をＨ３１，Ｈ３２，Ｈ３３，Ｈ３４、中心線８５〜８
８がＹ軸と交差する点をＨ４１，Ｈ４２，Ｈ４３，Ｈ４
４とすると、 Ｙ２’＝（Ｈ２１＋Ｈ２２）／２ …（２６） Ｘ２’＝２Ｙ２’−（Ｈ２３＋Ｈ２４） …（２７） Ｙ３’＝（Ｈ３１＋Ｈ３２）／２ …（２８） Ｘ３’＝２Ｙ３’−（Ｈ３３＋Ｈ３４） …（２９） Ｙ４’＝（Ｈ４１＋Ｈ４２）／２ …（３０） Ｘ４’＝２Ｙ４’−（Ｈ４３＋Ｈ４４） …（３１） となる。

【００４１】次に被検レンズ４が強い屈折力を含む一般
的な場合について述べる。この場合、被検レンズ４を通
過後、スリット状の光束はねじれを生ずる。しかし、こ
の場合でも、ｎ《１であり、また、ｍ／２＝（１＋Δ
ｍ）／２でΔｍ《１である。このときのＡ１１，Ａ１
２，Ａ１３，Ａ１４の座標は式（２），（４）より、Ａ
１１［Ｘ１−ｎＨ０１，Ｙ１＋Ｈ０１／（１＋ｄΔ
Ｙ）］，Ａ１２［Ｘ１＋ｎＨ０１，Ｙ１−Ｈ０１／（１
＋ｄΔＹ）］，Ａ１３［Ｘ１−ｎＨ０２，Ｙ１＋Ｈ０２
／（１＋ｄΔＹ）］，Ａ１４［Ｘ１＋ｎＨ０２，Ｙ１−
Ｈ０２／（１＋ｄΔＹ）］であり、このとき、中心線７
１〜７４がＹ軸と交差する点は前記と同じであるから、 Ｈ１１＝Ｙ１＋Ｈ０１／（１＋ｄΔＹ）＋ｎＸ１ …（３２） Ｈ１２＝Ｙ１−Ｈ０１／（１＋ｄΔＹ）＋ｎＸ１ …（３３） Ｈ１３＝Ｙ１＋Ｈ０２／（１＋ｄΔＹ）−（ｍ／２）Ｘ１−（ｎ／２）Ｈ０２ …（３４） Ｈ１４＝Ｙ１−Ｈ０２／（１＋ｄΔＹ）−（ｍ／２）Ｘ１＋（ｎ／２）Ｈ０２ …（３５） Ｙ１＝（Ｈ１１＋Ｈ１２）／２−ｎＸ１ …（３６） ｍＸ１＝２Ｙ１−（Ｈ１３＋Ｈ１４） …（３７） ｎ＝（Ｈ１３−Ｈ１４）／Ｈ０２−（Ｈ１１−Ｈ１２）／Ｈ０１…（３８） １＋ｄΔＹ＝２Ｈ０１／（Ｈ１１−Ｈ１２） …（３９） さて、特開平８−１１０２８４号公報では、スリット光
束を直交することによって、Ｙ１を直接求めることがで
きたが、本発明では、式（３６），（３７）でわかるよ
うに、直接Ｙ１，Ｘ１を求めることはできない。

【００４２】ここで、本発明は実用上、良好な近似式を
用いる。すなわち、ｎ《１，Δｎ《１の条件のもとで
は、 Ｘ１＝Ｘ１’＋δｘ （δ×《１） …（４０） としても、実用上、何ら問題ない。従って、式（２
４），（３６），（４０）より、 Ｙ１＝Ｙ１’−ｎ（Ｘ１’＋δｘ）≒Ｙ１’−ｍＸ１’ …（４１） 式（２５），（３７），（４１）より、 ｎＸ１＝Ｘ１’−２ｎＸ１’ …（４２） となる。

【００４３】式（４１），（４２）は円柱屈折力が、強
くなるとして求めた値Ｘ１’，Ｙ１’にｎＸ１’の補正
をすればよいということになる。点Ａ２，Ａ３，Ａ４に
ついても全く同様にして Ｙ２＝Ｙ２’−ｎＸ２’ …（４３） ｍＸ２＝Ｘ２’−２ｎＸ２’ …（４４） Ｙ３＝Ｙ３’−ｎＸ３’ …（４５） ｍＸ３＝Ｘ３’−２ｎＸ３’ …（４６） Ｙ４＝Ｙ４’−ｎＸ４’ …（４７） ｍＸ４＝Ｘ４’−２ｎＸ４’ …（４８） となり、式（１６），（１７）より ΔＹ＝（１＋ｄΔＹ）（Ｙ１−Ｙ２）／２ …（４９） Ｙ０＝（１＋ｄΔＹ）（Ｙ１＋Ｙ２）／２ …（５０） 式（３），（１６），（１７）より、 Δ ＝（１＋ｄΔＹ）（ｍＸ１−ｍＸ２）／２ …（５１） Ｘ０＝（１＋ｄΔＹ）（ｍＸ１＋ｍＸ２）／２ …（５２） 式（１８），（１９）より、 Δ ＝（１＋ｄΔＹ）（Ｙ３−Ｙ４）／２ …（５３） Ｙ０＝（１＋ｄΔＹ）（Ｙ３＋Ｙ４）／２ …（５４） 式（３），（１８），（１９）より、 ΔＸ＝（１＋ｄΔＹ）（ｎＸ３−ｍＸ４）／２ …（５５） Ｘ０＝（１＋ｄΔＹ）（ｍＸ３＋ｍＸ４）／２ …（５６） となる。以上の通り、ΔＸ，ΔＹ，Δ，Ｘ０，Ｙ０が求
まり、被検レンズの光学特性を求めることができる。

【００４４】ここで、たとえば、式（４７），（４８）
のＹ４，ｍＸ４がなくてもΔＸ，ΔＹ，Δ，Ｘ０，Ｙ０
は求まる。即ち、光源は３点でもよいうということにな
る。また、式（５０），（５２），（５４），（５６）
からＸ０及びＹ０を求めることができる。そして、図１
に示す実施の形態では、前述のように投影レンズ６の焦
点距離をｆとすると、被検レンズ４のプリズム屈折力Ｐ
のＸ成分ＰＸ及びＹ成分ＰＹは、次のように表わせる。

【００４５】

【００５８】 ＰＹ＝Ｙ０／ｆ …（５７） ＰＸ＝Ｘ０／ｆ …（５８） 更に次の関係が成立している。

【００４６】

【００５９】 Ｐ＝（ＰＸ^２ ＋ＰＹ^２ ）^１／２ …（５９） ｔａｎφ＝ＰＹ／ＰＸ …（６０） 従って、前述のようにして求めたＸ０に基づいて、式
（５７）〜（６０）より、被検レンズ４のプリズム屈折
力Ｐ及びその基底方向γを求めることができる。図１に
示す実施の形態では、一次元受光センサ７の出力信号に
基づいた測定データを用いて、演算制御回路１１にて前
述したように演算処理することにより、被検レンズ４の
球面屈折力Ｓ，円柱屈折力Ｃ，円柱軸方向θ，プリズム
屈折力Ｐ及びその基底方向γを求めることができるので
ある。

【００４７】スリット状の開口を通過した各スリット状
の光束に基づく各投影光束の傾斜角度は、被検レンズ４
の厚みｄや円柱屈折力Ｃ等に依存して複雑に変化する
が、この実施の形態では、前記一つの一次元受光センサ
７により前記点Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４に注目して、各
投影光束によって被検レンズ４の光学特性を正確に得る
ことができる。

【００４８】以上述べたように、前記図１に示す実施の
形態に係る光学系の光学特性測定装置では、被検レンズ
４が円柱屈折力を有していて、スリット状の光束が被検
レンズ４を通過した後にいかにねじれようとも、このね
じれ量に何ら影響を受けることなく正確に被検レンズの
光学特性を得ることができる。

【００４９】また、前記一つの一次元受光センサ７が配
置され、単に実用上良好な近似式が用いられるだけなの
で、機構の単純化及び測定精度の向上を図ることができ
る。以下、図９〜図１２はマスク２の他の形態を示す。
図９においては、マスク９０に設けられたスリット状の
開口９１，９２は、Ｘ軸に平行で、他の開口９３，９４
は互いに平行であるが、ｘ軸に対し図示のように傾いて
いる。

【００５０】図１０はマスク２の更に他の形態を示す。
ここでは、マスク１００に設けられたスリット１０３，
１０４が一部で屈曲部１００Ａとなっており、ここでの
測定精度は悪くなるが、このときは、スリット１０５，
１０６の値を使用すればよい。また、スリット１０５，
１０６は屈曲部１００Ｂを有し、ここでは測定精度が悪
くなるが、このときは開口１０３，１０４の値を使用す
ればよい。

【００５１】また、本発明におけるスリット状の平行線
は、必ずしも直線に限定されるものではなく、図１１に
示すように、マスク１１０に互いに平行に彎曲する開口
１１１，１１２としたり、クサビ形の開口１１３，１１
４をＸ軸，Ｙ軸の原点Ｏ２に対し点対称配置したりして
もよい。

【００５２】また、以上説明した各マスク２では、各ス
リット状の開口の中心線を測定の基準線としており、こ
の基準線がＹ軸と交差する位置を測定データとしてい
た。しかし、各スリット状の開口の中心線の代わりにス
リット状の開口の境界線（縁の線）を測定の基準線とし
て、この境界線がＹ軸と交差する位置を測定データとし
てもよい。このように、開口の境界線に基づいて測定デ
ータを得る場合には、通常の意味のスリット開口のみな
らず境界線を除く開口自体の形状は任意であってよい。
例えば、図１２に示すマスク１２０は、前記図９に示す
マスク９０と実質的に同一であり、本発明において用い
ることができる。マスク１２０では、マスク９０のスリ
ット状の開口９１，９２が連続するように打ち抜いた形
状の開口（これも本発明ではスリット状の開口という）
１２１と、マスク９０のスリット状の開口９３，９４が
連続するように打ち抜いた形状の開口（これも本発明で
はスリット状の開口という）１２２とを有している。本
発明における、「スリット状の光束」とは、通常の意味
のスリット開口を通過した光束のみならず、このような
所定形状の境界線を有する任意の形状の開口を通過した
光束も含むものであり、また、明暗を反転させた光束も
含むものである。

【００５３】ところで、以上説明した各実施の形態に関
して説明したような演算を演算制御回路１１に行わせる
ようにすると、演算に時間がかかるとか、光学系の配置
により前述の各定数等が変化したりする。そのため、実
際の装置では、装置を作った後、予め光学特性のわかっ
ているレンズを用いて測定を行い、そのときの各光原点
灯時の一次元受光センサ７の出力を前記既知の光学特性
と対応させて演算制御回路１１に記憶させておくように
することにより、前述の不都合を解消できる。このよう
に一次元受光センサ７の出力と光学特性とを対応づける
ようにしておけば、何ら複雑な手間を付加することな
く、光学系の配置を比較的自由にできる。従って、例え
ば、集光レンズ３の前側焦点面がマスク２と必ずしも一
致していなくてもよい。各光源１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ
とレンズホルダー５のホルダー面とを共役にしなくても
よい。投影レンズ６の前側焦点面とレンズホルダー５の
ホルダー面とを一致させなくてもよいし、投影レンズ６
の後側焦点面と一次元受光センサ７の受光面とを一致さ
せなくてもよい。各光源１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの配置
も任意に定めることができる。

【００５４】また、本発明においては、図１における光
源部１及びマスク２と、一次元受光センサ７を交換し、
光束の向きを反転させても何ら問題はない。

【００５５】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、単一の
一次元受光センサを用いたにもかかわらず、測定精度の
よい光学特性測定装置を提供することができる。また、
一つの一次元受光センサで被検光学系の光学特性を正確
に得ることができ、しかも、光路分割器を必要としない
ので、測光光量を有効に活用することができて測定精度
を高めることができるとともに、機構を単純化すること
ができる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る光学特性測定装置の
光学系を示す構成図である。

【図２】図１におけるＡ矢視図である。

【図３】図１におけるＢ矢視図である。

【図４】前記光学特性測定装置の電気回路図である。

【図５】図１におけるＣ矢視図である。

【図６】ねじれ量の説明図である。

【図７】図１におけるＣ矢視方向から見た受光ＸＹ平面
上の投影光束を示す図である。

【図８】図１におけるＣ矢視方向から見た受光ＸＹ平面
上の他の投影光束を示す図である。

【図９】本発明の他の実施の形態に係る光学特性測定装
置に用いられるマスクを示す図である。

【図１０】本発明の更に他の実施の形態に係る光学特性
測定装置に用いられるマスクを示す図である。

【図１１】本発明の更に他の実施の形態に係る光学特性
測定装置に用いられるマスクを示す図である。

【図１２】本発明の更に他の実施の形態に係る光学特性
測定装置に用いられるマスクを示す図である。

【符号の説明】

１ａ〜１ｄ 光源 ２，９０，１００，１１０，１２０ マスク ３ 集光レンズ ４ 被検レンズ ６ 投影レンズ ７ 一次元受光センサ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検光学系に向けて三つ以上の光源を有
   する照射手段と、前記照射手段による光束を透過率の異
   なる境界を有する光束にする遮光手段と、前記透過率の
   異なる境界を有する光束を前記被検光学系に対して集束
   させる集束光学系と、一次元の受光位置に応じた出力信
   号を出力する一つの一次元受光センサと、該一つの一次
   元受光センサ上に前記被検光学系を通過した各光束を投
   影させる投影光学系と、前記一つの一次元受光センサの
   出力信号に基づいて、前記透過率の異なる境界を有する
   光束に基づく各光束の前記一つの一次元受光センサ上の
   投影位置にそれぞれ応じた各投影位置データを得るとと
   もに、該各投影位置データに基づいて前記被検光学系の
   屈折力を得る演算手段とを備えてなり、前記遮光手段に
   よる前記透過率の異なる境界を有する光束の中心線また
   は境界線は少なくとも二対以上の平行線で構成され、前
   記二対以上の平行線のうち、少なくとも一対の平行線は
   前記一次元センサの受光軸に対してほぼ垂直であり、他
   方の平行線は前記平行線とは異なる傾斜角を有すること
   を特徴とする光学系の光学特性測定装置。
2. 【請求項２】 前記二対以上の平行線のうち、少なくと
   も一方の平行線は、前記一次元受光センサの受光軸に対
   してほぼ垂直であり、前記他方の平行線は前記平行線に
   対して１０°〜３５°の傾斜面を有することを特徴とす
   る請求項１に記載の光学系の光学特性測定装置。
3. 【請求項３】 前記照射手段は前記三つ以上の光源を順
   次照射し、前記演算手段が、前記三つ以上の光源のうち
   のいずれの光束が照射されているかを判別する判別信号
   を得て、この判別信号及び前記一つの一次元受光センサ
   の出力信号に基づいて前記各投影位置データを得ること
   を特徴とする請求項１に記載の光学系の光学特性測定装
   置。
4. 【請求項４】 前記演算手段は前記各投影位置データに
   基づいて前記被検光学系のプリズム屈折力を得ることを
   特徴とする請求項１に記載の光学系の光学特性測定装
   置。
5. 【請求項５】 前記各集束位置を４箇所とし、該各集束
   位置が仮想的な同心円上にあって９０°ずつの角度をな
   すように配置されていることを特徴とする請求項１に記
   載の光学系の光学特性測定装置。