CN101545750A

CN101545750A - 透镜测量装置、透镜测量方法及透镜制造方法

Info

Publication number: CN101545750A
Application number: CNA2009101301857A
Authority: CN
Inventors: 田中慎治; 小西章雄
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2008-03-25
Filing date: 2009-03-24
Publication date: 2009-09-30
Also published as: JP2009258098A; JP5853167B2; TWI451065B; TW200944748A

Abstract

本发明公开了一种透镜测量装置、透镜测量方法及透镜制造方法。透镜测量装置(1)包括：在以不改变透镜(7)的状态的方式支撑该透镜(7)的情况下使该透镜(7)在XY平面内移动的工作台(3)，对通过工作台(3)移动的透镜(7)的一个透镜面(71)上的点在Z轴方向上的位置进行测量的第一位置测量仪(4)，对通过工作台(3)移动的透镜(7)的另一个透镜面(72)上的点在Z轴方向上的位置进行测量的第二位置测量仪(5)，以及根据利用工作台(3)使透镜(7)产生移动的移动量、以及第一及第二位置测量仪(4、5)的测量结果求出透镜(7)的形状的控制装置(10)。因此，能够以高精度且高效的方式测量透镜的形状。

Description

透镜测量装置、透镜测量方法及透镜制造方法

技术领域

本发明涉及一种用于数码相机等的透镜的测量装置、透镜测量方法及透镜制造方法。

背景技术

近年来，在数码相机等使用光学透镜的摄像装置中，小型轻量化逐渐发展。此外，随着为了改变摄像放大率而驱动多个透镜的透镜镜筒的小型化，光学透镜本身的小型化也逐渐发展。

此外，一方面，透镜本身和透镜镜筒的小型化发展，另一方面，以CCD为主的摄像元件的集成度也年年增高，而且还被要求图像的高质量化。

在这种情况下，近年来，人们对以透镜为主的光学部件的部件精度的要求越来越严格。

迄今为止，若要以简单的办法测量透镜厚度，就例如使用如图7所示的测量仪。图7所示的测量仪包括与透镜接触的一对测头。一个测头固定在主体上，另一个测头与测微计连结并且构成为能够移动，使得能够改变该另一个测头与所述一个测头之间的间隔。就是说，所述测量仪设为：能够通过用一对测头夹住透镜来用测微计测量透镜的厚度。

除此之外，还有三维形状测量仪用于透镜形状的测量。若使用三维形状测量仪，就能够以很高的精度测量透镜厚度等透镜形状。

【专利文献1】日本公开专利公报特开平8-304228号公报

然而，虽然当使用如图7所示的测量仪时，能够以简单的方式测量透镜的厚度，但是很难以高精度测量透镜的厚度。就是说，当使用该测量仪时，有必要通过根据透镜的凹凸形状使测头与透镜中最厚的部分或最薄的部分接触来测量透镜的厚度。然而，难以事先得知透镜中的哪个部分最厚或最薄，于是需要一边将测量过程反复好几次，一边找该部分。

此外，若在透镜本身相对于测头的轴倾斜的状态下进行测量，就由于几何学方面的原因而会产生测量误差。就是说，支撑透镜这个事情就很难，因此产生测量者的人差(personal equation)，很难以高精度测量透镜的厚度。

另一方面，若使用三维形状测量仪，就能够以很高的精度测量透镜的形状。然而，三维形状测量仪的价格昂贵，装置规模比较大，而且测量时需要很长时间。因此，三维形状测量仪不满足想高效地测量并管理透镜形状这一要求。

此外，虽然也存在按照光学理论根据透镜的焦点位置进行测量的设备，但是与三维形状测量仪一样，该设备的装置规模也很大，当测量时也需要很长时间。因此，该设备不满足想高效地测量并管理透镜形状这一要求。

发明内容

本发明，正是为解决所述问题而研究开发出来的。其目的在于：以高精度且高效的方式测量透镜的形状。

本发明所涉及的透镜测量装置包括透镜移动部、第一位置测量机构、第二位置测量机构以及透镜形状计算部，该透镜移动部使透镜移动，该第一位置测量机构与所述透镜的一个面接触，对该接触点的位置进行测量，该第二位置测量机构与所述透镜的另一个面接触，对该接触点的位置进行测量，该透镜形状计算部根据利用所述透镜移动部使所述透镜产生移动的移动量、以及所述第一及第二位置测量机构的测量结果求出所述透镜的形状。

此外，本发明所涉及的透镜测量方法包括透镜移动步骤、第一位置测量步骤、第二位置测量步骤以及透镜形状计算步骤，在该透镜移动步骤中，用透镜移动部使透镜移动，在该第一位置测量步骤中，第一位置测量机构与通过所述透镜移动步骤移动后的透镜的一个面接触，对该接触点的位置进行测量，在该第二位置测量步骤中，第二位置测量机构与通过所述透镜移动步骤移动后的透镜的另一个面接触，对该接触点的位置进行测量，在该透镜形状计算步骤中，根据通过所述透镜移动步骤使所述透镜产生移动的移动量、以及所述第一及第二位置测量步骤的测量结果求出所述透镜的形状。

再说，本发明所涉及的透镜制造方法包括制作透镜的透镜制作步骤、和对通过所述透镜制作步骤制作出的透镜的形状进行测量的透镜形状测量步骤，所述透镜形状测量步骤包括透镜移动步骤、第一位置测量步骤、第二位置测量步骤以及透镜形状计算步骤，在该透镜移动步骤中，用透镜移动部使透镜移动，在该第一位置测量步骤中，第一位置测量机构与通过所述透镜移动步骤移动后的透镜的一个面接触，对该接触点的位置进行测量，在该第二位置测量步骤中，第二位置测量机构与通过所述透镜移动步骤移动后的透镜的另一个面接触，对该接触点的位置进行测量，在该透镜形状计算步骤中，根据通过所述透镜移动步骤使所述透镜产生移动的移动量、以及所述第一及第二位置测量步骤的测量结果求出所述透镜的形状。

—发明的效果—

根据本发明所涉及的透镜测量装置，因为能够在维持透镜的状态的情况下使该透镜移动，并对两个透镜面上的任意点的位置进行测量，所以能够测量两个透镜面的形状。并且，因为用两个位置测量机构分别测量两个透镜面的形状，所以不需要对透镜进行多次支撑，能够以很高的精度测量透镜的形状。

此外，根据本发明所涉及的透镜测量方法，因为能够在维持透镜的状态的情况下使该透镜移动，并对两个透镜面上的任意点的位置进行测量，所以能够测量两个透镜面的形状。并且，因为通过两个位置测量步骤分别测量两个透镜面的形状，所以不需要对透镜进行多次支撑，能够以很高的精度测量透镜的形状。

再说，根据本发明所涉及的透镜制造方法，因为能够在维持透镜的状态的情况下使该透镜移动，并对两个透镜面上的任意点的位置进行测量，所以能够测量两个透镜面的形状。并且，因为通过两个位置测量步骤分别测量两个透镜面的形状，所以不需要对透镜进行多次支撑，能够以很高的精度测量透镜的形状。其结果是，能够以高精度且高效的方式测量制作出的透镜的形状，能够提高透镜的生产率。

附图说明

图1是本发明的实施方式所涉及的透镜测量装置的平面图。

图2是透镜测量装置的正面图。

图3是透镜测量装置的右侧面图。

图4是放大而显示测头在支撑了透镜时的状况的图。

图5是双凹透镜的侧面图。

图6是双凸透镜的侧面图。

图7是用来说明现有的测量透镜厚度的测微计的说明图。

符号说明

1—透镜测量装置；3—工作台(stage)(透镜移动部)；4—第一位置测量仪(第一位置测量机构)；5—第二位置测量仪(第二位置测量机构)；6—透镜支撑部；7—透镜；71—透镜面(一个透镜面)；72—透镜面(另一个透镜面)；10—控制装置(透镜形状计算部)。

具体实施方式

下面，参照附图详细说明本发明的实施方式。

<发明的第一实施方式>

如图1到图3所示，本发明的实施方式所涉及的透镜测量装置1包括：测量台2、配置在测量台2上的工作台3、配置在测量台2上的第一位置测量仪4、在测量台2上配置于与第一位置测量仪4相向的位置上的第二位置测量仪5、以及对所述工作台3、第一位置测量仪4及第二位置测量仪5等进行控制的控制装置10。

工作台3包括：固定在测量台2上的第一工作台基部31、X轴工作台32、固定在X轴工作台32上的第二工作台基部33、Y轴工作台34、以及支撑成为被测量的对象的透镜7的透镜支撑部6。该工作台3是透镜移动部之一例。

X轴工作台32是配置在工作台基部31上的平板状工作台，构成为：能够沿着与测量台2的表面(配置有工作台3等的面)平行的、规定的X轴移动。

第二工作台基部33形成为长方体状，固定在X轴工作台32上。就是说，当X轴工作台32沿X轴移动时，第二工作台基部33与该X轴工作台32成为一体沿X轴移动。

Y轴工作台34是平板状工作台，安装在第二工作台基部33的侧面中朝X轴方向上的一侧的面上，构成为：能够沿着与X轴及测量台2的表面垂直相交的Y轴移动。就是说，当X轴工作台32沿X轴移动时，Y轴工作台34与该X轴工作台32及第二工作台基部33成为一体沿X轴移动。

所述X轴工作台32及Y轴工作台34分别由脉冲马达32a、34a驱动。详细地说，X轴工作台32及Y轴工作台34根据来自控制装置10的脉冲信号分别沿X轴及Y轴移动。控制装置10能够根据所发送的脉冲信号的脉冲数量认识X轴工作台32及Y轴工作台34的移动量。

透镜支撑部6安装在Y轴工作台34中朝X轴方向上的一侧的面上。

第一位置测量仪4具有第一测量装置41和设置台42，该设置台42固定在测量台2上，用来设置该第一测量装置41。该第一位置测量仪4是第一位置测量机构之一例。

第一测量装置41是线性测量计(linear gauge)，具有装置主体41a和设置为相对装置主体41a进退自如的测头41b，能够测量测头41b的变位量。第一测量装置41安装在设置台42上而处于测头41b在与X轴及Y轴垂直相交的Z轴方向上进退自如的状态。该第一测量装置41构成为：对测头41b在Z轴方向上的变位量进行测量。

第二位置测量仪5具有第二测量装置51和设置台52，该设置台52固定在测量台2上，用来设置该第二测量装置51。第二位置测量仪5设置在隔着透镜支撑部6与第一位置测量仪4相向的位置上。该第二位置测量仪5是第二位置测量机构之一例。

与第一测量装置41一样，第二测量装置51是线性测量计，具有装置主体51a和设置为相对装置主体51a进退自如的测头51b。第二测量装置51安装在设置台52上而处于测头51b在Z轴方向上进退自如的状态。

更为详细地说，第一测量装置41的测头41b和第二测量装置51的测头51b构成为：在沿Z轴方向延伸的大致同一直线上进行进退。

控制装置10包括微型计算机，通过驱动程序(未示)等以能够直接或间接地进行信号的发送及接收的方式与脉冲马达32a、34a以及第一及第二测量装置41、51连接起来。该控制装置10向脉冲马达32a、34a的驱动程序发送控制信号，来使X轴工作台32及Y轴工作台34移动。此外，控制装置10被输入来自第一及第二测量装置41、51的输出信号，取得并储存第一及第二测量装置41、51的测头41b、51b的变位量。控制装置10是根据X轴及Y轴工作台32、34的移动量以及从第一及第二测量装置41、51接收的变位量计算透镜7的形状的透镜形状计算部之一例，后面详细说明该控制装置10。

下面，对使用如上所述构成的透镜测量装置1的、透镜形状的测量方法加以说明。

如图4所示，当透镜支撑部6支撑了透镜7时，第一测量装置41的测头41b的前端在被提供推透镜7的一个透镜面71的力量的状态下与该一个透镜面71接触，第二测量装置51的测头51b的前端在被提供推透镜7的另一个透镜面72的力量的状态下与该另一个透镜面72接触，使得测头41b及测头51b处于夹着支撑透镜7的状态。

被透镜支撑部6支撑的透镜7能够通过X轴工作台32及Y轴工作台34的驱动在X轴方向及Y轴方向上移动，另一方面，第一及第二位置测量仪4、5设置并固定在测量台2上。因此，能够通过驱动X轴工作台32及Y轴工作台34，来使透镜7根据该X轴工作台32及该Y轴工作台34的移动量在X及Y轴方向上相对第一及第二位置测量仪4、5移动。因为第一及第二位置测量仪4、5的测头41b、51b在Z轴方向上进退自如，并且被提供推透镜7的透镜面71、72的力量，所以随着透镜7的移动在Z轴方向上进行进退，维持与透镜面71、72接触的状态。其结果是，只要驱动X轴工作台32及Y轴工作台34，就能够用第一及第二位置测量仪4、5对两个透镜面71、72上的与X轴工作台32及Y轴工作台34的移动量对应的任意XY坐标点的在Z轴方向上的位置进行测量。

就是说，能够通过一边使透镜7在X轴及Y轴方向上移动，一边测量测头41b、51b在Z轴方向上的变位量，来取得透镜面71、72上的各个点在XYZ坐标系上的位置坐标。

补充说明一下，任意设定XYZ坐标的O点(基准点)就行。关于Z轴方向，将在透镜支撑部6未支撑透镜7而测头41b、51b的前端互相接触的状态下的两个测头41b、51b的前端在Z轴方向上的位置假设为0。在这种情况下，对于各个轴的正负方向也任意地进行设定就行。在本实施方式中，关于X轴方向，将X轴工作台32远离第一及第二位置测量仪4、5的方向假设为正方向，并将X轴工作台32接近第一及第二位置测量仪4、5的方向假设为负方向。关于Y轴方向，将Y轴工作台34远离测量台2的方向(就是说，上方)假设为正方向，并将Y轴工作台34接近测量台2的方向(就是说，下方)假设为负方向。关于Z轴方向，将第二位置测量仪5一侧假设为正方向，并将第一位置测量仪4一侧假设为负方向。

—测量透镜厚度—

下面，对透镜7厚度的测量加以说明。在此，透镜厚度指连接透镜的两个侧面的各个球面中心的线上的透镜宽度。

在本实施方式中，透镜7是球面透镜，根据透镜7的两个透镜面的中心坐标C1、C2及半径R1、R2计算透镜7的厚度T。图5和图6显示详细的情况。若关于透镜7得知一个透镜面71的中心坐标C1及半径R1和另一个透镜面72的中心坐标C2及半径R2，就能够根据几何学上的关系计算出透镜的厚度T。

例如图5所示，在透镜7的两个透镜面71、72为凹面的情况下，能够根据第一透镜面71的中心坐标C1(a1、b1、c1)与第二透镜面72的中心坐标C2(a2、b2、c2)之间的距离L、第一透镜面71的半径R1以及第二透镜面72的半径R2以下述算式表示透镜7的厚度T，即：

T＝L—R1—R2 ……(1)。

此外，如图6所示，在透镜7的两个透镜面71、72为凸面的情况下，能够以下述算式表示透镜7的厚度T，即：

T＝—L+R1+R2 ……(2)。

为了根据所述几何学上的关系求出透镜7的厚度T，在本实施方式中，通过在两个透镜面71、72上分别测量四个点的坐标来计算透镜7的两个透镜面71、72的中心坐标C1、C2和半径R1、R2。就是说，在将XYZ坐标系中的球的中心坐标假设为(a、b、c)，并将该球的半径假设为R的情况下，能够以下述算式表示球的方程，即：

(x—a)²+(y—b)²+(z—c)²＝R² ……(3)。

因此，通过将测量出的四种坐标代入算式(3)中，再解包括四个算式的联立方程，来计算a、b、c及R。

根据计算出的透镜面71、72的中心坐标C1、C2计算透镜面71、72的中心与中心之间的距离L。

能够根据如上所述计算出的半径R1、R2以及中心与中心之间的距离L计算出透镜7的厚度T。

透镜测量装置1如此能够通过一边使透镜7维持着XYZ坐标中的状态移动，一边根据使透镜7产生移动的移动量以及第一位置测量仪4及第二位置测量仪5在移动后的位置上的测量值分别求出透镜7的两个透镜面71、72上的、各有四个的任意点的坐标，来计算出透镜7的厚度T。

补充说明一下，在本实施方式中采用接触式第一位置测量仪4及接触式第二位置测量仪5作为第一位置测量机构及第二位置测量机构。也可以采用其他机构作为第一位置测量机构及第二位置测量机构，例如可以采用非接触形状测量仪等测量机构。

<发明的第二实施方式>

接着，对第二实施方式所涉及的透镜的制造方法加以说明。

在第二实施方式所涉及的透镜的制造方法中，首先在透镜制作步骤中制作透镜7，然后在透镜形状测量步骤中按照所述透镜形状测量方法测量透镜7的形状，之后看作透镜7制造完了。就是说，将所述透镜测量装置1组合在透镜生产线的一部分中。

在透镜制作步骤中，采用众所周知的透镜制作方法。比如说，在制作玻璃透镜的情况下，该透镜制作步骤具有到由透镜原料形成透镜材料为止的材料加工工序、和对透镜材料进行研磨等加工来完全做成透镜的透镜加工工序。

材料加工工序具有调配工序、熔解及冷却工序、成型工序、以及调整工序，在该调配工序中调配透镜原料；在该熔解及冷却工序中使调配出的透镜原料熔解，再使该熔解后的透镜原料冷却而成为透镜材料；在该成型工序中，通过磨削及压制将玻璃材料成形为透镜形状；在该调整工序中，除去成形为透镜形状后的玻璃的热应变。

透镜加工工序具有磨削及研磨工序、定心(centering)工序、以及涂层工序，在该磨削及研磨工序中，对通过压制形成的玻璃在表面上的粗糙之处及面形状徐徐进行磨削及研磨；在该定心工序中，对透镜外周进行加工，来使该透镜外周相对于光轴不偏心(decentering)；在该涂层工序中，对透镜表面进行涂层。

在透镜形状测量步骤中，按照第一实施方式所涉及的透镜形状测量方法对这样制作出的透镜的形状进行测量。然后，判断透镜厚度等透镜形状是否在于规定的可接受的误差范围内，以透镜形状在于可接受的误差范围内的透镜作为透镜的成品。

因此，根据本实施方式即第二实施方式，能够以正确且简单的方式测量制作出的透镜的形状。其结果是，能够提高制造的透镜的精度，并能够迅速地测量该透镜的形状。因此，能够提高透镜的生产率。

<其他实施方式>

也可以将本发明的所述实施方式设为下述结构。

就是说，在所述实施方式中使工作台3在X轴及Y轴方向上移动，但是本发明不被限于此。例如，也可以使工作台3在以直角以外的角度与Z轴方向交叉的面内移动。在这种情况下，工作台3的移动量不仅给透镜的XY坐标带来影响，给Z坐标也带来影响，因此有必要根据工作台3的移动量对第一及第二位置测量仪4、5所测量出的结果进行补正。

此外，也可以将Z轴工作台(未示)设置在工作台3上，以设为：透镜7不但能够沿X轴方向及Y轴方向移动，而且还能够沿Z轴方向移动。在这种情况下，工作台3的移动量不仅给透镜的XY坐标带来影响，给Z坐标也带来影响，因此有必要根据工作台3的移动量对第一及第二位置测量仪所测量出的测量结果进行补正。

再说，在所述实施方式中，通过将四个测量点的坐标代入算式(3)中来求出透镜面71、72的中心坐标及半径，但是本发明不被限于此。也可以通过最小二乘法等已知的方法计算出透镜面71、72的形状或求出近似于透镜面71、72形状的形状，来求出中心坐标及半径。补充说明一下，不仅可以利用其他已知的方法计算出透镜面71、72的中心坐标及半径或者求出近似于该中心坐标及半径的中心坐标及半径，也可以利用其他已知的方法计算出透镜面71、72的整体形状等或求出近似于该整体形状的形状等。

补充说明一下，所述实施方式基本上是适当的例子，没有对本发明、采用本发明的对象及其用途加以限制的意图。

—工业实用性—

根据本发明所涉及的透镜测量装置、透镜测量方法及透镜制造方法，能够以高精度且高效的方式测量透镜的厚度等形状，能够实现以数码相机为主的使用透镜的光学机器的高精度化、以及成本很低的精度管理，能够将本发明用于与所有使用光学透镜的光学机器有关的用途。

Claims

1.一种透镜测量装置，其特征在于：

所述透镜测量装置包括：

透镜移动部，使透镜移动，

第一位置测量机构，与所述透镜的一个面接触，对该接触点的位置进行测量，

第二位置测量机构，与所述透镜的另一个面接触，对该接触点的位置进行测量，以及

透镜形状计算部，根据利用所述透镜移动部使所述透镜产生移动的移动量、以及所述第一及第二位置测量机构的测量结果求出所述透镜的形状。

2.根据权利要求1所述的透镜测量装置，其特征在于：

所述第一及第二位置测量机构大致配置在直线上。

3.根据权利要求1或2所述的透镜测量装置，其特征在于：

所述透镜形状计算部计算所述透镜的厚度。

4.一种透镜测量方法，其特征在于：

所述透镜测量方法包括：

透镜移动步骤，用透镜移动部使透镜移动，

第一位置测量步骤，第一位置测量机构与通过所述透镜移动步骤移动后的透镜的一个面接触，对该接触点的位置进行测量，

第二位置测量步骤，第二位置测量机构与通过所述透镜移动步骤移动后的透镜的另一个面接触，对该接触点的位置进行测量，以及

透镜形状计算步骤，根据通过所述透镜移动步骤使所述透镜产生移动的移动量、以及所述第一及第二位置测量步骤的测量结果求出所述透镜的形状。

5.根据权利要求4所述的透镜测量方法，其特征在于：

所述第一及第二位置测量机构大致配置在直线上。

6.根据权利要求4或5所述的透镜测量方法，其特征在于：

在所述透镜形状计算步骤中计算所述透镜的厚度。

7.一种透镜制造方法，所述透镜制造方法包括制作透镜的透镜制作步骤、和对通过所述透镜制作步骤制作出的透镜的形状进行测量的透镜形状测量步骤，其特征在于：

所述透镜形状测量步骤包括：

透镜移动步骤，用透镜移动部使透镜移动，

8.根据权利要求7所述的透镜制造方法，其特征在于：

所述第一及第二位置测量机构大致配置在直线上。

9.根据权利要求7或8所述的透镜制造方法，其特征在于：

在所述透镜形状计算步骤中计算所述透镜的厚度。