CN101319960A - 偏心量测定装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种偏心量测定装置，其中，具备：基台(20)，其可旋转地保持透镜体(5)；测定头(10)，将来自光源(11)的光照射在透镜面(52a)并在其焦点面上成像分度线影像，并将来自透镜面(52a)的反射光引导在摄像面上并在摄像面成像分度线像，摄影对应于各旋转位置的各图像；解析运算部(30)，其根据摄像的各图像解析偏心量。解析运算部(30)，其被构成为通过求各图像的差图像，而使分度线影像的无用像从图像中消除。当适用自准直法测定偏心量时，即使除通过被检面成像的标准像之外通过其他面成像的无用像也被载持在图像上时，依然可特定图像上的标准像的位置。

Description

偏心量测定装置

技术区域

本发明涉及一种测定透镜等光学元件中的被检面的偏心量的偏心量测定装置，尤其涉及一种适合测定由多个透镜等构成的光学元件中的各被检面的偏心量的偏心量测定装置。

背景技术

以往，作为这种偏心量测定装置，已知的有适用被称为自准直法的测定单元(参照下述专利文献1、2)。

在自准直法中，使得被检光学元件的被检面的焦点面与摄像面，通过被检面成为相互共轭位置关系而进行被检面与光学系统的位置调整，使被检面围着规定的旋转轴旋转，并在被检面的焦点面成像规定形状的指标像。其指标像，通过被检面传播成像在摄像面上，但此时若被检面偏心，则随着被检面的旋转指标像如画圆形的轨迹般移动，因此通过计量此圆的半径可求被检面的偏心量。

在以往的偏心量测定装置，作为指标大多使用针孔，但此时，有在图像上难以特定针孔像的中心位置的问题。因此，本申请人，通过使用十字形状的分度线片作为指标，提出在图像上即可简单特定指标像的中心位置的测定方法，已向特许厅公开(参照下述专利文献3)。

【专利文献1】专利公开2005-55202号公报

【专利文献2】专利公开2007-17431号公报

【专利文献3】专利公开2006-157198号说明书

然而，在由多个透镜等构成的光学元件中，产生对各透镜面测定偏心量的必要性，但根据各透镜的配置，有其他透镜面或滤光器等其他光学部件位于规定透镜面的焦点面(近轴曲率中心)的情况。

这种情况，若将上述规定的透镜面作为被检面适用自准直法，除通过被检面成像在摄像面上的指标像(以下称为「标准像」)之外，在摄像面上可能成像：通过位于被检面的焦点面的其他透镜面等被传播的指标像(以下称为「无用像」)。

在以往的偏心量测定装置中，有被构成为基于图像浓度值自动地特定图像上的指标像(标准像)的位置的装置，但标准像与无用像同时被载持(被照映)在图像上时，因难以相互区别这些，所以未能进行标准像的位置特定。

因此，标准像与无用像同时被载持在图像上时，操作员看图像进行标准像与无用像的区别，遮蔽无用像等的工作被视为必要。通常，测定一个被检面的偏心量，因需要10张以上的互异位置的标准像的图像，所以在各图像很难进行上述的遮蔽等工作，另外测定所需时间也显著增大。因此，根据操作员的判断，在偏心量测定时提供的图像被稀疏(間引ㄑ)，测定精度也有可能降低。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而提出的，目的在于，提供适用自准直法测定偏心量时，即使除通过被检面成像的标准像之外通过其他面成像的无用像也被载持在图像上时，在图像上也可特定标准像的位置的偏心量测定装置。

为达成上述目的，在本发明的偏心量测定装置，着眼于通过被检面以外的其他面成像的无用像，即使旋转被检光学元件，在各图像上的位置或图像浓度值也几乎不变，设为通过求差图像而消除无用像。

即，本发明所涉及的偏心量测定装置的特征在于，具备：基台，其以规定的旋转轴为中心可旋转地保持被检光学元件；照射用光学系统，其对保持于该基台并以所述规定的旋转轴为中心而旋转的所述被检光学元件的被检面，通过规定形状的指标照射来自光源的光，并且将该指标的像成像在所述被检面的焦点面；成像用光学系统，其将来自所述被检面的反射光或透过光引导在摄像面上，并将由该反射光或透过光形成的所述指标的标准像成像在所述摄像面上；摄像单元，其按所述被检光学元件的互不相同的多个旋转位置的每个，取得分别载持有与该多个旋转位置的每个相对应的所述标准像的多个图像；解析单元，其基于被摄像的所述多个图像解析所述被检面的偏心量，所述解析单元被构成为，通过求所述多个图像中的规定的两张图像的差图像，从图像中消除由来自位于所述被检面的焦点面的规定面的反射光或透过光在所述摄像面上成像的所述指标的无用像。

在本发明所涉及的偏心量测定装置中，所述解析单元被构成为，通过在所述差图像中进行将图像浓度值成为正的区域以及成为负的区域的任一方的区域的图像浓度值置为零的处理，而形成标准像位置特定用图像，所述标准像位置特定用图像仅载持所述两张图像中其中一方的图像上的所述标准像。

另外，所述解析单元也可被构成为，通过求所述一方的图像与所述标准像位置特定用图像之间的差图像，形成仅载持所述指标的无用像的无用像除去用图像。

另外，所述解析单元也可被构成为，在所述标准像位置特定用图像，按每像素行合计对应于各像素的图像浓度值，并基于该合计值成为最大的像素行的坐标，特定所述标准像的中心位置。

需要说明的是，在本发明中，所谓「图像」是指，人以视觉可意识到的通常图像以外，包括对应于构成这种图像的各像素的图像浓度值的分布数据等图像信息的概念。

另外，「差图像」是指，取两张图像之间的图像浓度值的差的图像。

根据本发明所涉及的偏心量测定装置，适用自准直法测定偏心量时，除通过被检面成像的标准像之外，即使通过其他面成像的无用像载持在图像上时，也因通过求差图像可从图像上消除无用像，所以能够在图像上根据画像浓度值等特定标准像的位置。

因此，在以往的偏心量测定装置中被视为必要的、基于操作者的无用像遮蔽的工作等变得不必要，所以可大幅度缩短测定时所需时间，并可防止测定精度的降低。

附图说明

图1是一实施方式所涉及的偏心量测定装置的概略构成图。

图2是表示透镜体的各旋转位置中被摄影的多个图像的一例的图。

图3是表示标准像位置特定用图像的一例的图。

图4是表示分别载持标准像及无用像的2个图像的图。

图5是表示消除无用像的图像处理的作用的图。

图6是以模式表示无用像除去用图像的形成过程的图。

图中：1-偏心量测定装置，5-透镜体(被检光学元件)，10-测定头，11-光源，12-分度板，13-光束分离器，14-准直透镜，15-物镜透镜，16-摄像元件，17-摄像机，20-基台，21-载置构件，22-XY轴载物台，23-旋转载物台，24-Z轴载物台，30-解析运算部，31-解析装置，32-图像显示装置，33-输入装置，40-Z轴载物台，41-支撑部，42-引导部，43-可动部，51、52-透镜，51a、51b、52a、52b-透镜面，53-镜筒，61a、61b-剖面线，I₁～I₁₂-图像，ΔI₂～ΔI₁₂-标准像位置特定用图像，Iu_c-无用像除去用图像，Rc₁～Rc₁₂、Rc_a、Rc_b-标准像，Uc₁～Uc₁₂、Uc_a、Uc_b-无用像，P-光会聚点，Z、B-光轴，A-旋转轴。

具体实施方式

以下，对本发明所涉及的实施方式边参照图面边进行详细地说明。图1为本发明的一实施方式所涉及的偏心量测定装置的概略构成图。

图1所示的偏心量测定装置1，是适用自准直法测定作为被检光学元件的透镜体5的各被检面的偏心量，具备测定头10，可旋转地保持透镜体5的基台20，进行用于计算偏心量的各种运算等的解析运算部30，及可向图中上下方向移动地保持测定头10的Z轴载物台40。

上述测定头10，具备：光源11，其输出被照射在上述透镜体5的光束；分度(レチクル)板12，其具有使从光源11输出的光束通过的、作为指标的十字形状裂缝(以下称为「分度线」)；光束分离器13，其将来自分度板12的光束向图中下方反射；准直透镜14，其使被入射的光束成为平行光束；物镜透镜15，其将平行光束会聚在光会聚点P。另外，此测定头10，具备载持了CCD或CMOS等摄像元件16的作为摄像单元的摄像机17。但，在本实施方式中，由上述分度板12、上述光束分离器13、上述准直透镜14、以及上述物镜透镜15等构成照射用光学系统，并由上述物镜透镜15、上述准直透镜14、上述光束分离器13等构成成像用光学系统。

另一方面，上述透镜体5，具备多个透镜，作为以如下方式构成的光学元件而例示的物：即在规定的透镜面的焦点面存在其他透镜面，将2片透镜51、52保持在镜筒53内而成。另外，被构成为：作为被检面的各透镜面51a、51b、52a、52b中，使透镜51的图中上侧的透镜面51a位于透镜52的图中上侧的透镜面52a的焦点面(透镜面52a的焦点(近轴的曲率中心点)C₃所处的面：图示省略)。

上述基台20，具备：安装有上述透镜体5的载置构件21，支持此载置构件21的XY轴载物台22及旋转载物台23而成。XY轴载物台22，在进行安装在载置构件21的透镜体5和测定头10之间的位置调整时用于使用，并被构成为：使得安装在载置构件21的透镜体5能够在与上述测定头10的光轴Z大致垂直的面内移动。另外，旋转载物台23，被构成为可使安装在载置构件21的透镜体5以图示的旋转轴A为中心旋转。

另外，作为上述载置构件21，可使用在其上方端面边缘部支持透镜体5的圆筒形状物体，也可使用如前述的专利文献3的图3所示的由V块与旋转圆板而成的卡盘机构。

作为上述解析运算部30，具备以下器件而成：解析装置31，其作为进行在测定时被摄像的各图像的解析等的由计算机等而成的解析单元；图像显示装置32，其显示解析结果或各图像等；输入装置33，其用于对于解析装置31进行各种输入。

上述Z轴载物台40，具备以下结构而成：支撑部41，其载置有上述基台20；引导部42，其立设(立設)在此支撑部41；可动部43，其设置成能够沿着此引导部42可向图中上下方向移动，并保持上述测定头10。此Z轴载物台40，在测定上述透镜体5的偏心量时，使得上述测定头10的光会聚点P分别位于上述各透镜面51a、51b、52a、52b的焦点面(例如，测定透镜面52a的偏心量时，使得光会聚点P位于透镜面52a的焦点面)，并依次调整测定头10的高度。

另外，当测定偏心量时，最优选将上述测定头10的光轴Z、上述透镜体5的光轴B、及上述基台20(旋转载物台23的)的旋转轴A，调整成相互一致，但该些相互不一致时也可测定。关于各轴不一致时的测定单元，在前述专利文献2有详细记述。

其次，对基于本实施方式的偏心量测定装置1的上述透镜体5的偏心量测定顺序，及偏心量测定装置1的作用进行说明。假设上述测定头10的光轴Z、上述透镜体5的光轴B、及上述基台20的旋转轴A的相互间的位置调整已经结束。另外，在以下，上述透镜体5的各透镜面51a、51b、52a、52b中，举测定透镜面52a的偏心量时为例进行说明。

<1>首先，使用上述Z轴载物台40，使得上述测定头10的光会聚点P位于上述透镜面52a的焦点面，而调整测定头10的高度。

<2>其次，从测定头10将测定光束照射在透镜体5。照射在透镜体5的测定光束，会聚在上述光会聚点P，并在上述透镜面52a的焦点面成像上述分度线的像，同时其一部分透过上述透镜51照射在上述透镜面52a。照射在透镜面52a的光束中，来自透镜面52a的反射光束(特别是来自近轴区域的反射光束)的一部分透过上述透镜51在透镜面52a的焦点面成像上述分度线影像，并入射在测定头10。被入射在测定头10的来自上述透镜面52a的反射光束，通过上述物镜透镜透镜15、上述准直透镜14、上述光束分离器13入射在上述摄像机17的摄像元件16，上述分度线影像(以下称为「标准像」)成像在此摄像元件16的摄像面上。

另一方面，被照射在透镜体5的测定光束中来自上述透镜面51a的反射光束，通过上述物镜透镜15、上述准直透镜14、上述光束分离器13入射在上述摄像机17的摄像元件16，在此摄像元件16的摄像面上成像与上述标准像不同的其他分度线影像(以下称为「无用像(不要像)」)。

<3>接着，通过上述摄像机17，对一同载持有上述标准像及上述无用像的图像进行摄像。上述透镜面52a的焦点面与上述摄像面，通过上述透镜面52a成为共轭位置关系。

<4>以下，使用上述旋转载物台23，使上述透镜体5(透镜面52a)，以上述旋转轴A为中心按规定角度旋转，按每个旋转位置，进行上述<1>、<2>的处理，并对一并载置有上述标准像及上述无用像的图像进行摄像。另外，被摄像的各图像信息，被依次储蓄在上述解析装置31的存储部。

在图2表示对应于各旋转位置的多个图像的一例。在图2表示有使上述透镜体5每旋转30度摄影的共12张图像I₁～I₁₂(数字表示摄像顺序)。在各图像I₁～I₁₂中，以将图像划分为四个的方式而拍摄的大十字形状的像是无用像Uc₁～Uc₁₂，拍摄旁边的小十字形状的象是标准像Rc₁～Rc₁₂。如图示，标准像Rc₁～Rc₁₂，在各图像I₁～I₁₂中的位置有相对的变化，对于此，无用像Uc₁～Uc₁₂，在各图像I₁～I₁₂中的相对位置及图像浓度值基本没有变化。

<5>其次，作为为了对被载持在上述各图像I₁～I₁₂上的标准像Rc₁～Rc₁₂的中心位置进行特定的准备，进行从图像上消除上述无用像Uc₁～Uc₁₂的图像处理。用于消除此无用像的图像处理在上述解析装置31中自动进行。

在此，关于用于消除无用像的图像处理的原理，使用图4及图5进行说明。图4例示分别载持标准像及无用像的两个图像。而且，图5是表示由图4所示的两个图像消除无用像时的图像处理的作用的图，同图(A)表示图4所示的图像Ia中的沿剖面线61a的图像浓度值的分布，同图(B)表示图4所示的图像Ib中的沿剖面线61b的图像浓度值的分布。另外，同图(C)表示图4所示的图像Ia与图像Ib间的差图像的图像浓度值的分布。

在图4的图像Ia上载持有标准像Rc_a及无用像Uc_a，在图像Ib上载持有标准像Rc_b及无用像Uc_b。另外，如图4及图5(A)、(B)所示，标准像Rc_a及Rc_b，在图像之间相对位置变化，相对于此，无用像Uc_a及Uc_b的相对位置及其图像浓度值在图像之间没有变化。于是，求两个图像Ia、Ib的差图像ΔI(＝Ia-Ib)。在此差图像ΔI中，无用像Uc_a及Uc_b被抵消并消除。另外，求差图像ΔI(＝Ia-Ib)时，与在图像Ib上所载持的标准像Rc_b对应的区域的图像浓度值成负，但在本实施方式中，在此情况，进行将图像浓度值成负的区域的图像浓度值设为零的处理，形成只载持图像浓度值成正的区域(对应于标准像Rc_a的区域)的标准像位置特定用图像。另一方面，求差图像ΔI(＝Ia-Ib)时，进行将图像浓度值成正的区域的图像浓度值置为零的处理，并将图像浓度值成负的区域的符号变换为正，从而可以形成只载持有对应于标准像Rc_b区域的标准像位置特定用图像。

通过把在此所述的用于消除无用像的图像处理，适用于图2所示的各图像I₁～I₁₂间，无用像Uc₁～Uc₁₂被消除，形成分别只载持标准像Rc₁～Rc₁₂的标准像位置特定用图像。

图3表示标准像位置特定用图像的一例。图3所示的12张标准像位置特定用图像ΔI₁～ΔI₁₂，根据图2所示的各图像I₁～I₁₂中互相邻接的两个图像之间的差图像(ΔI_n＝I_n-I_n+1；n＝1，…11)而形成的(此处，ΔI₁₂＝I₁₂-I₁)。

<6>其次，在上述标准像位置特定用图像ΔI₁～ΔI₁₂中，特定标准像Rc₁～Rc₁₂的中心位置。特定此中心位置时，可使用前述专利文献3所记载的方法。

另外，在标准像Rc₁～Rc₁₂小，或其图像浓度值(在摄像面上的受光量)小而难以特定中心位置的情况下，也可通过如下顺序特定中心位置。

例如，图3所示的标准像位置特定用图像ΔI₁中，按沿Y方向(图中纵向)排列的每像素行，计算将对应于各像素的图像浓度值合计后的值(参照下式(1))，将计算出的值成最大的像素行的Y坐标作为标准像Rc₁的中心位置的Y坐标。同样，按沿X方向(图中横向)排列的每像素行，计算将对应于各像素的图像浓度值的值(参照下式(2))合计后的值，将计算出的值成为最大的像素行的X坐标作为标准像Rc₁的中心位置的X坐标。另外，下式(1)与(2)，对应于标准像位置特定用图像ΔI₁的像素数，横纵都为512。

[数学式1]

$\mathrm{\&Gamma;}\left(y\right)=\underset{x=0}{\overset{511}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{\&Delta;}{I}_1(x,y)...\left(1\right)$

$\mathrm{\&Gamma;}\left(x\right)=\underset{y=0}{\overset{511}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{\&Delta;}{I}_1(x,y)...\left(2\right)$

<7>基于被特定的各标准像Rc₁～Rc₁₂的中心位置，使用周知的加权平均法等近似方法，求像中心的轨迹(通常成为圆形)，根据此像中心的轨迹的半径，计算上述透镜面52a的偏心量。

关于测定其他透镜面51a、51b、52b的偏心量也用同样的顺序进行，但当无用像没有被载持在图像上时，可省略上述用于消除无用像的图像处理。

根据本实施方式所涉及的偏心量测定装置，标准像与无用像被载持在图像上时，也可通过求差图像从图像上消除无用像，因此可以特定图像上的标准像的位置。另外，通过此，能够高精度地测定被检面的偏心量，同时，也可大幅地缩短测定所需的时间。

需要说明的是，作为本发明的偏心量测定装置，不限于上述实施方式，还可以进行各种形式的变更。

例如，在上述实施方式中，被构成为：形成各标准像位置特定用图像时，依次求图2所示的各图像I₁～I₁₂中互相邻接的两个图像之间的差图像，但还可以代替此构成为，按以下顺序形成只载持无用像的无用像除去用图像，利用此无用像除去用图像形成各标准像位置特定用图像。图6是以模式表示无用像除去用图像的形成过程的图。

首先，求算：通过求由图2所示的各图像I₁～I₁₂中的规定的2个图像(在图6中图像I₁与图像I₂)的差图像而做成的标准像位置特定用图像(在图6中图3所示的标准像位置特定用图像ΔI₁)，与成为差图像的来源的上述2个图像中一方的图像(在图6中图像I₁)之间的差图像，从而形成仅载持无用像的无用像除去用图像Iu_c。

其次，通过分别求图2所示的各图像I₂～I₁₂与上述无用像除去用图像Iu_c之间的差图像，可形成与图3所示的各标准像位置特定用图像ΔI₂～ΔI₁₂相同的各标准像位置特定用图像(关于标准像位置特定用图像ΔI₁，已在前阶段形成)。

另外，在上述实施方式，使用十字形状的分度线作为指标，代替此，也可使用针孔等其他形状之物作为指标。

并且，在上述实施方式中，在测定一个被检面(透镜面52a)的偏心量时，使用使被检面的旋转位置每30度变化而摄像的共12张图像，但关于被检面的旋转角度或摄像的图像张数，可适当改变。

另外，上述实施方式的偏心量测定装置，是敌对由来自被检面的反射光而形成的指标像进行观察的光反射型，但还可以作为对由来自被检面的透过光而形成的指标像进行观察的光透射型。

Claims (4)

1.一种偏心量测定装置，其特征在于，

具备：基台，其以规定的旋转轴为中心可旋转地保持被检光学元件；照射用光学系统，其对保持于该基台并以所述规定的旋转轴为中心而旋转的所述被检光学元件的被检面，通过规定形状的指标照射来自光源的光，并且将该指标的像成像在所述被检面的焦点面；成像用光学系统，其将来自所述被检面的反射光或透过光引导在摄像面上，并将由该反射光或透过光形成的所述指标的标准像成像在所述摄像面上；摄像单元，其按所述被检光学元件的互不相同的多个旋转位置的每个，取得分别载持有与该多个旋转位置的每个相对应的所述标准像的多个图像；解析单元，其基于被摄像的所述多个图像解析所述被检面的偏心量，

所述解析单元被构成为，通过求所述多个图像中的规定的两张图像的差图像，从图像中消除由来自位于所述被检面的焦点面的规定面的反射光或透过光在所述摄像面上成像的所述指标的无用像。

2.根据权利要求1所述的偏心量测定装置，其特征在于，

所述解析单元被构成为，通过在所述差图像中进行将图像浓度值成为正的区域以及成为负的区域的任一方的区域的图像浓度值置为零的处理，而形成标准像位置特定用图像，所述标准像位置特定用图像仅载持所述两张图像中其中一方的图像上的所述标准像。

3.根据权利要求2所述的偏心量测定装置，其特征在于，

所述解析单元被构成为，通过求所述一方的图像与所述标准像位置特定用图像之间的差图像，形成仅载持所述指标的无用像的无用像除去用图像。

4.根据权利要求2或3所述的偏心量测定装置，其特征在于，

所述解析单元被构成为，在所述标准像位置特定用图像，按每像素行合计对应于各像素的图像浓度值，并基于该合计值成为最大的像素行的坐标，确定所述标准像的中心位置。

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