(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のレンズを有する光学系に光束を照射するための光源と、上記光源と上記光学系との間に設けられ、上記光学系への上記光束の照射面積を変化させるための遮光手段と、上記光学系のバックフォーカスの設計ノミナル位置に設けられ、上記光学系を通過した光の強度分布の重心位置を検出することにより上記光学系のバックフォーカスを検出する検出手段とを備えていることを特徴とする光学系の組立調整装置。
【請求項２】
検出手段は、光学系を通過した光を受けるＣＣＤと、このＣＣＤに接続されている演算装置とを有していることを特徴とする請求項１記載の光学系の組立調整装置。
【請求項３】
複数のレンズを有する光学系に光束を照射するための光源と、上記光学系のバックフォーカスの設計ノミナル位置に設けられている反射板と、光学系への入射光と上記反射板からの反射光との干渉縞から波面収差を演算することにより上記光学系のバックフォーカスを検出する検出手段とを備えていることを特徴とする光学系の組立調整装置。
【請求項４】
検出手段は、フィゾー型位相測定干渉計であることを特徴とする請求項３記載の光学系の組立調整装置。
【請求項５】
複数のレンズを有する光学系に光を照射するための光源と、上記光学系の光軸と平行に往復移動可能に設けられ、上記光学系のＦナンバーを検出する検出手段とを備えていることを特徴とする光学系の組立調整装置。
【請求項６】
複数のレンズを有する光学系の使用時の像空間側のバックフォーカス位置に配置される点光源と、この点光源から上記光学系に入射される光束の径を所定の大きさに絞る絞り手段と、上記光学系の使用時の物空間側に配置され、上記光学系を通過した光束の径を検出する検出手段とを備えていることを特徴とする光学系の組立調整装置。
【請求項７】
複数のレンズを有する光学系に、光軸に対して傾斜した光線を照射するとともに、上記光学系に入射される光線を光軸を中心として回転させる光源と、上記光学系のバックフォーカス位置に配置され、上記光学系を通過した光線の軌跡の径から上記光学系の焦点距離を検出する検出手段とを備えていることを特徴とする光学系の組立調整装置。
【請求項８】
複数のレンズを有する光学系に光を照射し、上記光学系のバックフォーカスを検出するとともに、上記バックフォーカスが設計ノミナル値となるように、上記複数のレンズの間隔を調整し、
光学系への光束の照射面積を変化させつつ、上記光学系を通過した光の強度分布の重心位置の変化を検出することにより、上記光学系のバックフォーカスを検出することを特徴とする光学系の組立調整方法。
【請求項９】
複数のレンズを有する光学系に光を照射し、上記光学系のバックフォーカスを検出するとともに、上記バックフォーカスが設計ノミナル値となるように、上記複数のレンズの間隔を調整し、
光学系への入射光と、上記光学系のバックフォーカスの設計ノミナル位置に置かれた反射板からの反射光との干渉縞から波面収差を演算することにより上記光学系のバックフォーカスを検出することを特徴とする光学系の組立調整方法。
【請求項１０】
干渉縞から演算した球面収差量が設計ノミナル値となるように複数のレンズの間隔を調整することを特徴とする請求項９記載の光学系の組立調整方法。
【請求項１１】
複数のレンズを有する光学系に光を照射し、上記光学系のＦナンバーを検出するとともに、上記Ｆナンバーが設計ノミナル値となるように、上記複数のレンズの間隔を調整することを特徴とする光学系の組立調整方法。
【請求項１２】
光軸と同軸の光線と上記光軸に平行な光線とを光学系に照射し、所定の間隔をおいた２カ所で上記２本の光線の間隔を検出することにより、Ｆナンバーを検出することを特徴とする請求項１１記載の光学系の組立調整方法。
【請求項１３】
複数のレンズを有する光学系に光軸に平行な光束を照射し、所定の間隔をおいた２カ所で上記光束の径を測定することにより、Ｆナンバーを検出することを特徴とする請求項１１記載の光学系の組立調整方法。
【請求項１４】
複数のレンズを有する光学系に、その使用時の像空間側のバックフォーカス位置に置かれた点光源から光を照射し、上記光学系に入射される光束の径を所定の大きさに絞り、上記光学系を通過した光束の径が設計ノミナル値となるように上記複数のレンズの間隔を調整することを特徴とする光学系の組立調整方法。
【請求項１５】
複数のレンズを有する光学系に、光軸に対して傾斜した光線を照射するとともに、上記光学系に入射される光線を光軸を中心として回転させ、上記光学系のバックフォーカス位置における上記光線の軌跡の径から上記光学系の焦点距離を検出し、上記焦点距離が設計ノミナル値となるように上記複数のレンズの間隔を調整することを特徴とする光学系の組立調整方法。
【請求項１６】
光学系を大気中で使用するときの焦点距離と真空中で使用するときの焦点距離との関係を求めておき、真空中での焦点距離が設計ノミナル値となるように大気中でレンズ間隔を調整することを特徴とする請求項８ないし請求項１５のいずれかに記載の光学系の組立調整方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば写真レンズ等、一般の光学系の組立調整装置及び組立調整方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、高い結像性能を要求する光学系、例えば写真レンズ等では、厳しい公差が要求される。しかし、複数枚の単レンズからなる写真レンズでは、個々のレンズの形状や屈折率の公差が小さくても、各レンズの公差の影響が相乗して、焦点距離や光軸上のレンズ後端と焦点面との距離（以下、バックフォーカスという。）が大きく変化してしまうことがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、複数のレンズを組み合わせて使用する従来の光学系においては、焦点距離やバックフォーカスがそれらのノミナル値から外れてしまい、使用条件の許容範囲を超えることがあった。例えば、焦点距離のノミナル値が３０００ｍｍであるにも拘わらず、実際の焦点距離が２５００ｍｍになるようなこともあった。
【０００４】
この発明は、上記のような問題点を解決することを課題としてなされたものであり、焦点距離やバックフォーカスのノミナル値からのずれが小さくなるように、光学系を容易に精度良く組立調整することができる光学系の組立調整装置及び組立調整方法を得ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係る光学系の組立調整装置は、複数のレンズを有する光学系に光束を照射するための光源と、光源と光学系との間に設けられ、光学系への光束の照射面積を変化させるための遮光手段と、光学系のバックフォーカスの設計ノミナル位置に設けられ、光学系を通過した光の強度分布の重心位置を検出することにより光学系のバックフォーカスを検出する検出手段とを備えたものである。
【０００６】
請求項２の発明に係る光学系の組立調整装置は、光学系を通過した光を受けるＣＣＤと、このＣＣＤに接続されている演算装置とを有する検出手段を用いたものである。
【０００７】
請求項３の発明に係る光学系の組立調整装置は、複数のレンズを有する光学系に光束を照射するための光源と、光学系のバックフォーカスの設計ノミナル位置に設けられている反射板と、光学系への入射光と反射板からの反射光との干渉縞から波面収差を演算することにより光学系のバックフォーカスを検出する検出手段とを備えたものである。
【０００８】
請求項４の発明に係る光学系の組立調整装置は、検出手段として、フィゾー型位相測定干渉計を用いたものである。
【００１０】
請求項５の発明に係る光学系の組立調整装置は、複数のレンズを有する光学系に光を照射するための光源と、光学系の光軸と平行に往復移動可能に設けられ、光学系のＦナンバーを検出する検出手段とを備えたものである。
【００１１】
請求項６の発明に係る光学系の組立調整装置は、複数のレンズを有する光学系の使用時の像空間側のバックフォーカス位置に配置される点光源と、この点光源から光学系に入射される光束の径を所定の大きさに絞る絞り手段と、光学系の使用時の物空間側に配置され、光学系を通過した光束の径を検出する検出手段とを備えたものである。
【００１２】
請求項７の発明に係る光学系の組立調整装置は、複数のレンズを有する光学系に、光軸に対して傾斜した光線を照射するとともに、光学系に入射される光線を光軸を中心として回転させる光源と、光学系のバックフォーカス位置に配置され、光学系を通過した光線の軌跡の径から光学系の焦点距離を検出する検出手段とを備えたものである。
【００１４】
請求項８の発明に係る光学系の組立調整方法は、複数のレンズを有する光学系に光を照射し、上記光学系のバックフォーカスを検出するとともに、上記バックフォーカスが設計ノミナル値となるように、上記複数のレンズの間隔を調整し、光学系への光束の照射面積を変化させつつ、光学系を通過した光の強度分布の重心位置の変化を検出することにより、光学系のバックフォーカスを検出するものである。
【００１５】
請求項９の発明に係る光学系の組立調整方法は、複数のレンズを有する光学系に光を照射し、上記光学系のバックフォーカスを検出するとともに、上記バックフォーカスが設計ノミナル値となるように、上記複数のレンズの間隔を調整し、光学系への入射光と、上記光学系のバックフォーカスの設計ノミナル位置に置かれた反射板からの反射光との干渉縞から波面収差を演算することにより上記光学系のバックフォーカスを検出するものである。
【００１６】
請求項１０の発明に係る光学系の組立調整方法は、干渉縞から演算した球面収差量が設計ノミナル値となるように複数のレンズの間隔を調整するものである。
【００１８】
請求項１１の発明に係る光学系の組立調整方法は、複数のレンズを有する光学系に光を照射し、光学系のＦナンバーを検出するとともに、Ｆナンバーが設計ノミナル値となるように、複数のレンズの間隔を調整するものである。
【００１９】
請求項１２の発明に係る光学系の組立調整方法は、光軸と同軸の光線と光軸に平行な光線とを光学系に照射し、所定の間隔をおいた２カ所で２本の光線の間隔を検出することにより、Ｆナンバーを検出するものである。
【００２０】
請求項１３の発明に係る光学系の組立調整方法は、複数のレンズを有する光学系に光軸に平行な光束を照射し、所定の間隔をおいた２カ所で光束の径を測定することにより、Ｆナンバーを検出するものである。
【００２１】
請求項１４の発明に係る光学系の組立調整方法は、複数のレンズを有する光学系に、その使用時の像空間側のバックフォーカス位置に置かれた点光源から光を照射し、光学系に入射される光束の径を所定の大きさに絞り、光学系を通過した光束の径が設計ノミナル値となるように複数のレンズの間隔を調整するものである。
【００２２】
請求項１５の発明に係る光学系の組立調整方法は、複数のレンズを有する光学系に、光軸に対して傾斜した光線を照射するとともに、光学系に入射される光線を光軸を中心として回転させ、光学系のバックフォーカス位置における光線の軌跡の径から光学系の焦点距離を検出し、焦点距離が設計ノミナル値となるように複数のレンズの間隔を調整するものである。
【００２３】
請求項１６の発明に係る光学系の組立調整方法は、光学系を大気中で使用するときの焦点距離と真空中で使用するときの焦点距離との関係を求めておき、真空中での焦点距離が設計ノミナル値となるように大気中でレンズ間隔を調整するものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図について説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による光学系の組立調整方法を示す説明図である。図において、１は無限遠の点光源からの光束をその焦点位置に結像する屈折力（焦点距離の逆数）φ１のレンズ、２はその光軸がレンズ１の光軸と一致するようにレンズ１の後側に間隔ｄをおいて配置されている屈折力φ２のレンズ、３はレンズ１を光軸からの高さｈ１で透過する周辺光線、ｈ２はレンズ２における周辺光線３の光軸からの高さである。
【００２５】
２１は端面が鋭角に整形された不透明な平板からなる遮光手段としてのナイフエッジであり、このナイフエッジ２１は、レンズ１への入射光束の約半分を遮光する面積を有している。２２はナイフエッジ２１を支持する摺動台であり、この摺動台２２は、レンズ１への入射光束の約半分を遮る位置（図１の位置）と、光束を遮らない位置との間でナイフエッジ２１を往復移動させる。
【００２６】
２３は検出面が光軸と垂直に、かつバックフォーカスの設計ノミナル位置に配置されているＣＣＤ（撮像検出器）、２４はＣＣＤ２３の出力に対し数値演算を行う演算装置であり、この例における検出手段２０は、ＣＣＤ２３及び演算装置２４を有している。なお、この例における光源（図示せず）としては、レーザ発振器とビームエキスパンダとを組み合わせたものが使用される。
【００２７】
次に、組立調整方法について説明する。図１に示すように、光学系の合成焦点距離ｆｎｅｔは、レンズ２から後ろの周辺光線３を延長した直線（図中破線）と、レンズ１より前の周辺光線３との交点と、焦点位置との間の距離と考えることができる。従って、レンズ２のバックフォーカスｂｆｌと、レンズ２における周辺光線３の光軸からの高さｈ２とが設計値となるように調整すれば、焦点距離を直接計測しなくても焦点距離を所望の値にすることができる。
【００２８】
即ち、レンズ１とレンズ２との合成焦点距離ｆｎｅｔは、ｆｎｅｔ＝１／（φ１＋ｈ２・φ２）（式１）で表される。また、レンズ１，２の屈折力が、加工公差によりそれぞれΔφ１、Δφ２だけ異なるとき、合成焦点距離ｆｎｅｔの変化Δｆｎｅｔは、Δｆｎｅｔ／ｆｎｅｔ＝−ｆｎｅｔ（Δφ１＋ｈ２Δφ２＋Δｈ２φ２）（式２）で表される。但し、Δｈ２は、レンズ２における周辺光線３の光軸５からの高さの変化分である。式２から、加工公差のあるレンズを組み合わせたレンズでは、加工公差による焦点距離変化Δｆｎｅｔがｆｎｅｔに比例して大きくなることが分かる。
【００２９】
これに対し、加工公差を厳しくして焦点距離変化を小さくすることができない場合、焦点距離を測定しながらレンズ間隔を調整し、焦点距離を目標値とすることができる。原理は、レンズ間隔を調整することによって、上記の式１の右辺におけるｈ２を任意とし、結果としてｆｎｅｔを任意とするものである。
【００３０】
以下は、レンズ１，２の屈折力φ１，φ２の公差による変化Δφ１，Δφ２が焦点距離の許容誤差よりも十分小さい場合について説明する。ここで、レンズ２のｂｆｌは、ｂｆｌ＝（ｈ２／ｈ１）ｆｎｅｔ＝ｈ２ｆｎｅｔ（式３）で表される。この式３から、レンズ間隔ｄを設計ノミナル位置としたときのｂｆｌの公差による変化量Δｂｆｌは、Δｂｆｌ＝Δｈ２（∂ｂｆｌ／∂ｈ２）＋Δｆｎｅｔ（∂ｂｆｌ／∂ｆｎｅｔ）＝Δｈ２ｆｎｅｔ＋Δｆｎｅｔｈ２（式４）と表される。
【００３１】
ここで、Δｂｆｌ＝０となるようにレンズ群間隔を調整したとすると、Δｆｎｅｔ／ｆｎｅｔ＝−Δｈ２／ｈ２（式５）が成立する。即ち、バックフォーカスｂｆｌが設計ノミナル値となるようにレンズ間隔ｄを調整することで、焦点距離ｆｎｅｔの変動はｈ２の変動程度に抑えられるということが言える。
【００３２】
一方、レンズ１の像点とレンズ１との距離をｘ１、レンズ２の物点とレンズ２との距離をｘ２とすると、ｈ１：ｈ２＝ｘ１：ｘ２（式６）の関係が成立する。また、ｘ１＝φ１（式７）からｘ２＝ｈ２（１／φ１）（式８）が得られる。ここで、レンズ２の結像関係において、ｂｆｌ、即ち像点を設計ノミナル値に調整したことにより、必然的にその共役点である物点もほぼ設計ノミナル値となっている。従って、ｘ２の変化Δｘ２は、Δｘ２＝Δｈ２（∂ｘ２／∂ｈ２）＋Δφ１（∂ｘ２／∂φ２）≒０（式９）のように表される。さらに、式８及び式９から、Δｈ２／ｈ２≒Δφ１／φ１（式１０）が得られる。
【００３３】
また、式５及び式１０から、Δｆｎｅｔ／ｆｎｅｔ≒−Δφ１／φ１（式１１）が得られる。即ち、バックフォーカスｂｆｌを設計ノミナル値となるように、レンズ間隔ｄを調整することで、ΔｆｎｅｔをΔφ１程度とすることができる。
【００３４】
そこで、バックフォーカスｂｆｌを設計ノミナル値とする方法について述べる。設計ノミナルのバックフォーカス位置にＣＣＤ２３を置くことにより、集光点の光強度分布が得られる。また、ナイフエッジ２１による光束の遮蔽の有無により、ＣＣＤ２３で検出される光強度分布は変化する。ここで、ｂｆｌが設計ノミナル位置からずれているときは、光束の遮蔽の有無により、光強度分布の重心位置が変化するが、ｂｆｌが設計ノミナル位置にあるときは、光束の遮蔽の有無により、光強度分布の重心位置は変化しない。
【００３５】
従って、レンズ２とＣＣＤ２３との間の間隔をｂｆｌの設計ノミナル値に保ちつつ、光束の遮蔽の有無により光強度分布の重心位置が変化しないようなレンズ間隔ｄとすることにより、実際の焦点距離も設計ノミナル値とすることができる。なお、光強度分布の重心は、ＣＣＤ２３の出力を演算装置２４で処理することにより計算される。
【００３６】
このように、ナイフエッジ２１により光束を遮蔽・解除しながらＣＣＤ２３及び演算装置２４で光強度分布を検出して、レンズ間隔を調整することにより、焦点距離及びバックフォーカスを容易に設計ノミナル値にすることができ、光学系の組立調整をより正確に行うことができる。例えば、焦点距離のノミナル値が３０００ｍｍである場合、従来は実際の焦点距離が２５００ｍｍになるようなこともあったが、本発明の調整を行うことにより、焦点距離のずれは±１ｍｍ程度にまで低減できた。
【００３７】
また、焦点距離を測定する方法としては、従来、例えば日本工業規格Ｂ７０９４−１９７８「写真レンズの焦点距離の測定方法」に示されたノーダルスライド方法なども知られているが、この方法では、焦点距離より全長が大きい装置を使用する必要があり、測定作業も手間のかかるものであった。これに対し、この発明の方法によれば、装置を十分に小形化し、作業も容易にすることができる。
【００３８】
なお、上記の例では、光束を遮らない位置と１／２遮る位置とでナイフエッジ２１を移動させたが、光強度分布の重心位置の変化を検出できればよく、ナイフエッジ２１の移動範囲はこれに限定されるものではない。
【００３９】
実施の形態２．
また、上記実施の形態１では光強度分布の重心位置の変化を検出してレンズ１，２の間隔を調整したが、バックフォーカスを検出できる方法であれば他の方法であってもよい。例えば、図２に示すように、設計ノミナルのバックフォーカス位置に反射板１５を置き、入射光と反射光との干渉縞から波面収差を演算し、そのデフォーカス成分が最小となるようにレンズ間隔ｄを調整してもよい。また、干渉縞の検出及び波面収差を求める検出手段としては、例えばフィゾー型位相測定干渉計１６が使用される。
【００４０】
実施の形態３．
さらに、デフォーカス成分ではなく、他の収差量を用いてレンズ間隔ｄを調整することもできる。例えば、干渉縞から計算した波面収差のうち、３次、又はより高次の球面収差量が設計ノミナル値となるようにレンズ間隔ｄを調整してもよい。特に、レンズが３枚以上あるときは、調整できるレンズ間隔は２カ所以上あるので、焦点距離だけ調整しても収差がずれてしまう可能性がある。これに対し、ｂｆｌと波面球面収差とを用いてレンズ間隔ｄの調整を行うことにより、焦点距離だけではなく、収差量も小さくすることができる。
【００４１】
実施の形態４．
次に、図３はこの発明の実施の形態４による光学系の組立調整方法を示す説明図である。図において、２５は光軸と同軸なレーザ光を発振する光源であるレーザ発振器、２６は光軸と平行で、レンズ１における入射高さｈ１のレーザ光を発振する光源であるレーザ発振器、２７はＣＣＤ２３を光軸と平行な方向へ自由に移動させる摺動台である。
【００４２】
次に、動作について説明する。バックフォーカスが設計ノミナル値と異なるときには、ＣＣＤ２３の出力には２つの輝点が存在する。これに対し、バックフォーカスが設計ノミナル値と一致しているときには、２本のレーザ光がＣＣＤ２３上で交叉するため、輝点が一つになる。従って、輝点が一つになるようにレンズ間隔ｄを調整することで、ｂｆｌを容易に設計ノミナル値とすることができ、装置が大形化することなく、容易に精度良く組立調整を行うことができる。
【００４３】
具体的には、レーザ発振器２５，２６から交互にレーザを出射し、透過光の強度分布の重心位置を検出手段２０により検出し、重心位置が重なるようにレンズ間隔ｄを調整する方法が容易である。また、レーザ発振器２５，２６からのレーザの色を異なる色として、ＣＣＤ２３で受けた光を画像処理し、モニタで輝点の位置を見る方法も可能である。
【００４４】
なお、上記の例では、レーザ発振器２５からのレーザを光軸と同軸としたが、必ずしも光軸に重ねる必要はなく、光軸と平行に複数のレーザ光を入射させることができればよい。
【００４５】
実施の形態５．
上記の各例では、レンズ１，２の屈折力φ１，φ２の公差による変化分Δφ１，Δφ２が焦点距離の許容誤差よりも十分小さい場合について述べたため、ｂｆｌを設計ノミナル値に調整することで、ｈ２も設計ノミナル値に近づき、焦点距離をほぼ所望値とすることができた。しかし、レンズ１，２の屈折力の誤差が大きい場合には、ｈ２とｂｆｌに相当する量をそれぞれ計測する必要がある。
【００４６】
このような場合、まず、図３の装置により実施の形態４と同様の方法でｂｆｌを検出する。その後、摺動台をΔｚだけ移動した位置での２つの輝点の間隔Δｈｉを計測する。このとき、ｈ２：ｂｆｌ＝Δｈｉ：Δｚ（式１２）の関係があるので、Δｈｉ／Δｚが設計ノミナル値のｈ２／ｂｆｌとなるように、即ちＦナンバー（この例では具体的にはＦナンバーの１／２）が設計ノミナル値となるようにレンズ間隔ｄを調整することで、焦点距離を所望の長さに調整することができる。
【００４７】
具体的には、実際のバックフォーカス位置、即ち２つの輝点が重なる位置にＣＣＤ２３を置き、そこからΔＺだけＣＣＤ２３を移動させ、Δｈｉを測定するという作業を、レンズ間隔ｄを調整しながら繰り返し、Δｈｉ／Δｚを設計ノミナル値のｈ２／ｂｆｌと同一にする。
【００４８】
実施の形態６．
なお、上記の例ではレーザ発振器２５，２６を用いたが、レーザ光の代わりに他の光源を使ってもよい。例えば、半径ｈ１のコリメート光をレンズ１に入射し、ＣＣＤ２３でΔｚだけ離れた２カ所での光束径を計測し、ｈ２／ｂｆｌに換算して実施の形態５と同様な調整をすることもできる。
【００４９】
実施の形態７．
また、実施の形態１〜６では、使用時の物空間側から光を入射しているが、使用時の像空間側に光源をおいても同様な効果が得られる。例えば、図４に示すように、ｂｆｌの位置に点光源３１を置き、孔３２ａを有する遮蔽板（絞り手段）３２によりレンズ２での光束径をｈ２に絞ったときの使用時の物空間側での光束径を測定し、その光束径が設計ノミナル値となるようにレンズ間隔ｄを調整しても、焦点距離を所望値とすることができ、光源を簡単に構成することができる。また、光束径の測定は、例えばＣＣＤ３３及び演算装置３４を有する検出手段３５により行えばよい。
【００５０】
実施の形態８．
図５はこの発明の実施の形態８による光学系の組立調整方法を示す説明図である。図において、４１は光学系の光軸と同軸のレーザ光線４３を出射するレーザ発振器、４２はレーザ発振器４１から出射されたレーザ光線４３を子午的平面（光軸を含む平面）上で任意の角度θだけ屈折させるプリズムであり、角度θは調整可能になっている。４４はレーザ発振器４１とプリズム４２とを有する光源、４５は光学系を通過したレーザ光線４３を受けるＣＣＤ、４６はＣＣＤ４５に接続されている演算装置、４７はＣＣＤ４５及び演算装置４６を有する検出手段である。
【００５１】
次に、動作について説明する。まず、レンズ１，２からなる光学系の実際のバックフォーカスを測定しておき、そこにＣＣＤ４５を配置する。その状態で、レーザ発振器４１からレーザ光線４３を出射し、光軸を中心としてプリズム４２を１回転させると、ＣＣＤ４５上でのレーザ光線４３の軌跡は円となるので、その半径ｈｉを演算装置４６で計測する。
【００５２】
このとき、焦点距離ｆｎｅｔとｈｉとの関係は、ｆｎｅｔ＝ｈｉ・ｔａｎθで表されるので、ｈｉを計測することでｆｎｅｔを計測することができる。従って、ｈｉからｆｎｅｔを求め、そのｆｎｅｔが設計ノミナル値となるように、レンズ間隔ｄを調整すればよい。
【００５３】
なお、レーザ光線４３の角度を変化させる手段はプリズム４２に限定されるものではなく、例えばレーザ発振器４１自体の角度を光軸に対しθだけオフセットしてもよく、またミラーを使って反射させてもよい。
【００５４】
実施の形態９．
上記の例では、レンズ１，２の公差による光学系の焦点距離の変化を調整する方法について説明したが、光学系の焦点距離は、レンズ１，２の公差だけではなく、温度や気圧による媒質やレンズ材料の屈折率の変化にも影響される。従って、上記のような調整作業は、使用環境と同じ条件下で行う必要がある。しかし、例えば真空中で使用する光学系の場合、調整作業を真空中で行うのは非常に困難である。従って、調整作業を常温常圧下で行い、しかも真空中に置いたときの焦点距離を設計ノミナル値とすることができればメリットは大きい。
【００５５】
大気中と真空中との焦点距離変化は、公差による変化と同様に、式２で表すことができる。以下Δφ１とΔφ２の公差依存性について見積もる。レンズ１を薄肉平凸レンズと考え、面曲率を１／Ｒとすると、屈折力φは、φ１＝（ｎ−１）１／Ｒ（式１４）で表される。また、屈折率ｎの気圧変化による変化分をΔｎとすると、Δφ１＝Δｎ・１／Ｒ＝｛Δｎ／（ｎ−１）｝φ１（式１５）と表せる。この式１５より、大気中から真空中への屈折率変化による屈折力変化は、φ１に比例することがわかる。
【００５６】
ここで、φ１に公差による誤差があるとすると、Δφ１の公差依存性のオーダーは、式１５より、屈折力φ１の誤差にΔｎを乗じた程度であり、しかもΔｎは１０−３オーダーなので、公差によるφ１の誤差の１／１０００程度である。従って、Δφ１の公差依存性は、殆ど無視できると言える。これは、レンズ２の屈折力φ２についても同様である。
【００５７】
次に、レンズ１とレンズ２とを組み合わせた光学系についても、大気中と真空中との屈折率変化による焦点距離変化Δｆｎｅｔは、公差依存性と同様式２のように表せる。ここで、ｆｎｅｔは大気中の焦点距離である。前記したように、Δφ１及びΔφ２の公差依存性が無視でき、Δｈ２の公差依存性もΔφ１に起因するので同様に無視できると考えられるので、Δｆｎｅｔはｆｎｅｔに支配される。従って、ｆｎｅｔが一定の条件であれば、Δｆｎｅｔもほぼ一定と考えられる。
【００５８】
以上のことから、光学系の構成に応じたシミュレーションにより、大気中での焦点距離ｆｎｅｔに対する真空中での焦点距離ｆｎｅｔ＋Δｆｎｅｔとの関係を求めておき、大気中で実施の形態１〜９の方法で焦点距離ｆｎｅｔを調整することにより、真空中での焦点距離ｆｎｅｔ＋Δｆｎｅｔを設計ノミナル値とすることができる。また、Δｆｎｅｔは、光学系の構成により異なり、大気中と真空中とでｆｎｅｔが変化しない場合もあり得るので、上記のシミュレーションを光学系毎に行う必要がある。さらに、シミュレーションの方法としては、例えば媒質の屈折率を真空と大気とで変化させて光線追跡を行えばよい。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明の光学系の組立調整装置は、光学系への光束の照射面積を遮光手段により変化させつつ、光学系のバックフォーカスの設計ノミナル位置に置いた検出手段により光学系を通過した光の強度分布の重心位置を検出するようにしたので、レンズ間隔を調整して光学系のバックフォーカスを設計ノミナル値にすることができ、公差等の影響で屈折力に誤差のあるレンズを組み合わせた被験レンズでも、焦点距離やバックフォーカスのノミナル値からのずれが小さくなるように、容易に精度良く組立調整することができ、しかも装置を小形に構成することができる。
【００６０】
請求項２の発明の光学系の組立調整装置は、光学系を通過した光を受けるＣＣＤと、このＣＣＤに接続されている演算装置とを有する検出手段を用いたので、装置構成を簡単にすることができる。
【００６１】
請求項３の発明の光学系の組立調整装置は、光学系のバックフォーカスの設計ノミナル位置に反射板を置き、光学系への入射光と反射板からの反射光との干渉縞から波面収差を演算することにより検出手段により光学系のバックフォーカスを検出するようにしたので、レンズ間隔を調整して光学系のバックフォーカスを設計ノミナル値にすることができ、公差等の影響で屈折力に誤差のあるレンズを組み合わせた被験レンズでも、焦点距離やバックフォーカスのノミナル値からのずれが小さくなるように、容易に精度良く組立調整することができ、しかも装置を小形に構成することができる。
【００６２】
請求項４の発明の光学系の組立調整装置は、検出手段として、フィゾー型位相測定干渉計を用いたので、装置構成を簡単にすることができる。
【００６４】
請求項５の発明の光学系の組立調整装置は、光学系のＦナンバーを検出する検出手段を、光学系の光軸と平行に往復移動可能に設けたので、レンズ間隔を調整して光学系のＦナンバーを設計ノミナル値にすることができ、公差等の影響で屈折力に大きな誤差のあるレンズを組み合わせた被験レンズでも、焦点距離やバックフォーカスのノミナル値からのずれが小さくなるように、容易に精度良く組立調整することができ、しかも装置を小形に構成することができる。
【００６５】
請求項６の発明の光学系の組立調整装置は、光学系の使用時の像空間側のバックフォーカス位置に点光源を配置し、この点光源から光学系に入射される光束の径を絞り手段により所定の大きさに絞り、光学系の使用時の物空間側に配置した検出手段により光学系を通過した光束の径を検出するようにしたので、レンズ間隔を調整して光学系のバックフォーカスを設計ノミナル値にすることができ、公差等の影響で屈折力に誤差のあるレンズを組み合わせた被験レンズでも、焦点距離やバックフォーカスのノミナル値からのずれが小さくなるように、容易に精度良く組立調整することができ、しかも装置を小形に構成することができる。
【００６６】
請求項７の発明の光学系の組立調整装置は、光軸に対して傾斜した光線を光学系に照射するとともに、光学系に入射される光線を光軸を中心として回転させ、光学系のバックフォーカス位置に配置した検出手段により光学系を通過した光線の軌跡の径から光学系の焦点距離を検出するようにしたので、レンズ間隔を調整して光学系のバックフォーカスを設計ノミナル値にすることができ、公差等の影響で屈折力に誤差のあるレンズを組み合わせた被験レンズでも、焦点距離やバックフォーカスのノミナル値からのずれが小さくなるように、容易に精度良く組立調整することができ、しかも装置を小形に構成することができる。
【００６８】
請求項８の発明の光学系の組立調整方法は、複数のレンズを有する光学系に光を照射し、上記光学系のバックフォーカスを検出するとともに、上記バックフォーカスが設計ノミナル値となるように、上記複数のレンズの間隔を調整するようにしたので、公差等の影響で屈折力に誤差のあるレンズを組み合わせた被験レンズでも、焦点距離やバックフォーカスのノミナル値からのずれが小さくなるように、容易に精度良く組立調整することができる。また、光学系への光束の照射面積を変化させつつ、光学系を通過した光の強度分布の重心位置の変化を検出することにより、光学系のバックフォーカスをより簡単にかつ正確に検出することができる。
【００６９】
請求項９の発明の光学系の組立調整方法は、複数のレンズを有する光学系に光を照射し、上記光学系のバックフォーカスを検出するとともに、上記バックフォーカスが設計ノミナル値となるように、上記複数のレンズの間隔を調整するようにしたので、公差等の影響で屈折力に誤差のあるレンズを組み合わせた被験レンズでも、焦点距離やバックフォーカスのノミナル値からのずれが小さくなるように、容易に精度良く組立調整することができる。また、光学系への入射光と、光学系のバックフォーカスの設計ノミナル位置に置かれた反射板からの反射光との干渉縞から波面収差を演算することにより、光学系のバックフォーカスをより簡単にかつ正確に検出することができる。
【００７０】
請求項１０の発明の光学系の組立調整方法は、干渉縞から演算した球面収差量が設計ノミナル値となるように複数のレンズの間隔を調整するようにしたので、焦点距離だけではなく、収差量も小さくすることができる。
【００７２】
請求項１１の発明の光学系の組立調整方法は、複数のレンズを有する光学系に光を照射し、光学系のＦナンバーを検出するとともに、Ｆナンバーが設計ノミナル値となるように、複数のレンズの間隔を調整するので、公差等の影響による屈折力の誤差が大きい場合にも、焦点距離やバックフォーカスのノミナル値からのずれが小さくなるように、容易に精度良く組立調整することができ、しかも装置を小形に構成することができる。
【００７３】
請求項１２の発明の光学系の組立調整方法は、光軸と同軸の光線と光軸に平行な光線とを光学系に照射し、所定の間隔をおいた２カ所で２本の光線の間隔を検出することにより、Ｆナンバーを容易に検出することができる。
【００７４】
請求項１３の発明の光学系の組立調整方法は、複数のレンズを有する光学系に光軸に平行な光束を照射し、所定の間隔をおいた２カ所で光束の径を測定することにより、Ｆナンバーを容易に検出することができる。
【００７５】
請求項１４の発明の光学系の組立調整方法は、複数のレンズを有する光学系に、その使用時の像空間側のバックフォーカス位置に置かれた点光源から光を照射し、光学系に入射される光束の径を所定の大きさに絞り、光学系を通過した光束の径が設計ノミナル値となるように複数のレンズの間隔を調整するので、公差等の影響で屈折力に誤差のあるレンズを組み合わせた被験レンズでも、焦点距離やバックフォーカスのノミナル値からのずれが小さくなるように、容易に精度良く組立調整することができる。
【００７６】
請求項１５の発明の光学系の組立調整方法は、複数のレンズを有する光学系に、光軸に対して傾斜した光線を照射するとともに、光学系に入射される光線を光軸を中心として回転させ、光学系のバックフォーカス位置における光線の軌跡の径から光学系の焦点距離を検出し、焦点距離が設計ノミナル値となるように複数のレンズの間隔を調整するので、公差等の影響で屈折力に誤差のあるレンズを組み合わせた被験レンズでも、焦点距離やバックフォーカスのノミナル値からのずれが小さくなるように、容易に精度良く組立調整することができる。
【００７７】
請求項１６の発明の光学系の組立調整方法は、光学系を大気中で使用するときの焦点距離と真空中で使用するときの焦点距離との関係を求めておき、真空中での焦点距離が設計ノミナル値となるように大気中でレンズ間隔を調整するので、光学系を真空中で使用する場合にも、公差による焦点距離のずれを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による光学系の組立調整方法を示す説明図である。
【図２】この発明の実施の形態２による光学系の組立調整方法を示す説明図である。
【図３】この発明の実施の形態４による光学系の組立調整方法を示す説明図である。
【図４】この発明の実施の形態７による光学系の組立調整方法を示す説明図である。
【図５】この発明の実施の形態８による光学系の組立調整方法を示す説明図である。
【符号の説明】
１，２  レンズ、１５  反射板、１６  フィゾー型位相測定干渉計（検出手段）、２０，３５，４７  検出手段、２１  ナイフエッジ（遮光手段）、２３  ＣＣＤ，２４  演算装置、２５，２６  レーザ発振器（光源）、３１  点光源、３２  遮蔽板（絞り手段）、４４  光源。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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