CN1877282A - 偏芯量测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种偏芯量测量方法，通过求取摄像面上所形成的来自被检面(10A)以及安装面(10B)的各反射像的圆形状轨迹的半径r₁以及半径r₂之差Δr，并对该Δr乘以实际空间位置中的距离相对成像面上的距离之比所对应的规定系数K，可以求得被检面(10A)正确的偏芯量。即使在设置有被检透镜的基座的旋转轴和被检透镜的光轴之间、或在该基座的旋转轴和将光照射到被检透镜的测量用光学系统的光轴之间等存在偏移的情况下，也能简单且高精度地进行被检透镜面的偏芯量测量。

Description

偏芯量测量方法

技术领域

本发明涉及一种对透镜等光学元件的被检面的偏芯量进行测量的偏芯量测量方法。

背景技术

作为透镜的评价或检查的重要项目，有对透镜面进行偏芯量的测量。

透镜面的偏芯量，通过该透镜面的曲率中心和透镜中心轴的偏移量来表示。

作为此类偏芯量的测量方法，公知的有以下专利文献1等所示的被称为自准直(auto collimation)法的方法。例如，图8所示的偏芯测量方法是通过采用应用了自准直法的发射式偏芯测量装置的方法，其包括：基座122，将被检透镜(球面透镜)110设置成能以其中心轴为中心进行旋转；光源111；标志板(针孔板：pinhole board)112，使来自光源111的光通过；测量用光学系统131，沿着光轴将光照射至被检透镜110；和摄像机构，用于观测来自被检透镜110的光。

所述测量用光学系统131，具备：分束器(beam splitter)113，将从光源111射出的、通过标志板112的光以近似直角进行反射；准直仪透镜114，将来自分束器113的光形成为平行光束；和物镜115，使该平行光束汇聚在被检透镜110的近轴焦点。另外，所述摄像机构由CCD照相机121构成，该CCD照相机121具备对透过所述分束器113的、来自被检透镜110的光进行观测的摄像面的。

在利用所述偏芯测量装置进行偏芯量测量时，通过测量用光学系统131将通过标志板112的来自光源111的光照射到被检透镜110。

这时，通过移动物镜115的光汇聚位置P，使光汇聚位置P与被检透镜110的被检面(上面)的曲率中心一致。于是，可认为入射到被检透镜110的被检面的光，与从该被检面的曲率中心发出的光等同，所以，从被检面以逆着入射路径的方式被反射。该反射光，透过分束器113入射到CCD照相机121。此后，若在旋转基座122的同时，观测来自被检透镜110的反射像，则当存在偏芯的情况下，针孔的像的轨迹会描绘圆，可以通过对该圆的半径进行计测，来求得被检透镜110的偏芯量。

在此，被检透镜110，其与被检面相反侧的面(安装面)被支撑在基座上。由于该安装面也是球面，所以，即使被检透镜110在基座122上错位，安装面曲率中心的位置基本上也不会发生变化。因此，在这样的偏芯测量装置中，将测得的偏芯量测量值直接作为被检面的最终偏芯量。

【专利文献1】特开2005-55202号公报

但是，在使设置有被检透镜110的基座122或测量用光学系统131向光轴方向移动的机构中，实际上存在着机械加工上的误差。因此，在基座122的旋转轴和被检透镜110的光轴之间、或基座122的旋转轴和该测量用光学系统131的光轴之间等，存在着微小的偏移，由于该偏移的存在，将很难提高偏芯量的测量精度。特别是随着光学设备的高性能化，阻碍偏芯量测量精度提高的所述微小偏移的存在成为一个大问题。

当然，如果进行光学调整使得安装面的曲率中心位于透镜旋转轴上，则可以使测量精度提高，但是这样的光学调整需要花费较大的劳力、使人无法承受其繁琐。

发明内容

本发明借鉴所述事例，其目的在于提供一种偏芯量测量方法，该偏芯量测量方法即使在设置有被检透镜的基座的旋转轴和被检透镜的光轴之间、或在该基座的旋转轴和测量用光学系统的光轴之间等存在偏移的情况下，也能够简单并且高精度地进行被检透镜面的偏芯量测量。

为了解决上述问题，本发明所涉及的偏芯量测量方法，在以规定轴为中心可以旋转的基座上设置被检光学元件，并经由包括规定形状标志的测量用光学系统，将来自光源的光对该被设置的被检光学元件的被检面进行照射，在将来自该被检面的反射光或透过光引导至成像面上的同时，使设置在该基座上的被检光学元件以规定的旋转轴为中心进行旋转，观察由该反射光或该透过光在该成像面上形成的所述标志像的移动轨迹，来测量所述被检面的偏芯量，其特征在于：

与所述被检面相反侧的面作为安装面，将所述被检光学元件设置在所述基座上；

将所述测量用光学系统和所述被检面沿着该测量用光学系统的光轴方向相对移动进行调整，使得来自所述被检面的反射光或透过光在所述成像面上成像，并且，通过使所述基座旋转而使所述被检光学元件以所述旋转轴为中心进行旋转，来测量由该反射光或该透过光在该成像面上所形成的所述标志像的移动轨迹的半径r₁；

将所述测量用光学系统和所述安装面沿着该测量用光学系统的光轴方向相对移动进行调整，使得来自所述安装面的反射光或透过光在所述成像面上成像，并且，使设置在所述基座上的所述被检光学元件旋转，来测量由该反射光或该透过光在该成像面上所形成的所述标志像的移动轨迹的半径r₂；

计算所测量的所述半径r₁和所述半径r₂之差Δr，并基于所求得的Δr，求取所述被检面的偏芯量。

另外，所述半径r₁的测量和所述半径r₂的测量顺序，任何一方都可以预先进行。

本发明所涉及的偏芯量测量方法，基于下述的想法，即通过求取由来自被检面的反射光在成像面上所形成的标志像(分划像)的圆形状轨迹的半径r₁、与由来自安装面(背面)的反射光在成像面上所形成的标志像(分划像)的圆形状轨迹的半径r₂之差Δr，并对该Δr乘以与实际空间位置中的距离相对成像面上的距离之比对应的规定系数，可以高精度地求得被检面的偏芯量。

也就是说，根据本发明的偏芯量测量方法，通过不只考虑与被检面的曲率中心位置有关的信息，也考虑与安装面的曲率中心位置有关的信息来进行运算，即使在设置有被检透镜的基座等上存在机械加工上的误差等，在基座的旋转轴和被检透镜的光轴之间、或在基座的旋转轴和该测量用光学系统的光轴之间等存在偏移的情况下，也能够简单且高精度地进行被检面的偏芯测量。

附图说明

图1是用于实施本发明一实施方式所涉及的偏芯量测量方法的偏芯量测量装置的概略构成图。

图2是表示由V形槽块和旋转圆盘构成的夹盘(chuck)机构的概略立体图。

图3是用于说明偏芯量Ec的定义的图。

图4是表示由来自被检面或安装面的反射光在摄像面上形成的分划像的轨迹的图。

图5是在按与各轴间的关系对应的各方式，对本实施方式进行验证时，将将各方式的状态直观地进行表示的模拟图(在测量用光学系统的光轴与透镜的旋转轴之间、以及测量用光学系统Z轴方向的移动轴与透镜的旋转轴之间，不存在偏移的情况)。

图6是在按与各轴间的关系对应的各方式，对本实施方式进行验证时，将各方式的状态直观地进行表示的模拟图(在测量用光学系统的光轴与透镜的旋转轴之间存在偏移的情况)。

图7是在按与各轴间的关系对应的各方式，对本实施方式进行验证时，将各方式的状态直观地进行表示的模拟图(在测量用光学系统Z轴方向的移动轴与透镜的旋转轴之间产生倾斜的情况)。

图8是表示现有的偏芯量测量装置的概略构成图。

图中：1-偏芯量测量装置，10、110-被检透镜，10A-被检面，10B-安装面，11、111-光源，12-分划板(reticule board)，13、113-分束器(beam splitter)，14、114-准直仪透镜，15、115-物镜，21、121-CCD照相机，22-透镜载置部件，23-被检透镜旋转驱动机构，24-Z轴移动台，25-固定台，31、131-测量用光学系统，32-解析运算部，51-V形槽块，52-旋转圆盘，112-标志板(针孔板)，122-基座。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明所涉及的实施方式详细地进行说明。

首先，基于图1，对用于实施本发明一实施方式所涉及的偏芯量测量方法的反射型偏芯量测量装置的概略构成进行说明。

该偏芯量测量装置1，是对被检透镜10的被检面(上面)10A的偏芯量进行测量的装置，具有：将光照射被检面10A以及安装面(下面)10B的光源11；使来自光源的光束通过的分划板(reticule board)12；测量用光学系统31。该测量用光学系统31具备：使来自分划板12的光以近似直角进行反射的分束器13、使入射的光形成为平行光束的准直仪透镜14、和使平行光束汇聚于规定位置(光汇聚点)P的物镜15。

而且，该偏芯量测量装置1具有CCD照相机21，该CCD照相机21经由物镜15、准直仪透镜14以及分束器13入射，被射入来自被检面10A以及安装面10B的反射光，对分划板12的分划像进行摄像。

并且，该偏芯量测量装置1具有：透镜载置部件22，其载置被检透镜10；被检透镜旋转驱动机构23，其使该透镜载置部件22以规定的旋转轴为中心进行旋转；Z轴移动台24，其将所述测量用光学系统31以及所述CCD照相机21保持为一体，并且，使二者沿着该测量用光学系统31的光轴Z的方向移动；和固定台25，其使被检透镜旋转驱动机构23以及Z轴移动台24载设固定为一体。

另外，设置有解析运算部32，其对CCD照相机21所获得的像信息进行解析、运算。

在此，所述透镜载置部件22也可以利用在其上方端面缘部，对被检透镜10进行支撑的圆筒形状的载置部件，如果利用如图2所示那样的、由V形槽块51和旋转圆盘52构成的夹盘(chuck)机构，将被检透镜10夹持在其侧方，并通过旋转驱动该旋转圆盘52，来使被检透镜10旋转，则能够以高精度进行被检透镜10的定位。

另外，在通过任意方法载置被检透镜10的情况下，都优选以被检透镜10的旋转轴W与被检透镜10的光轴z一致的方式进行位置调整。

而且，优选所述分划板12的分划线(reticule)采用十字形状，但也可以采用圆形的针孔等。另外，优选该分划板12的配设位置与准直仪透镜14的光源侧的焦点位置一致。

并且，作为所述测量用光学系统31和所述CCD照相机21，可以使用自准直仪装置构成为一体。

在此，利用图3来说明偏芯量Ec的定义。

也就是说，如果被检透镜10的两面(被检面10A、安装面10B)皆为球面，则被检面10A的曲率中心C₁位于被检面10A的光轴上，安装面10B的曲率中心C₂位于被检面10B的光轴上。连结2个曲率中心C₁、C₂的直线是被检透镜10的光轴z，如果被检透镜10的旋转轴W与安装面10B的光轴一致，则在该被检透镜10的光轴z和安装面10B的光轴以一定角度交叉的情况下，将从被检面10A的曲率中心C₁至安装面10B的光轴的垂线长度定义为偏芯量Ec。在被检透镜10的旋转轴W与安装面10B的光轴不一致的情况下，将从被检面10A的曲率中心C₁至被检透镜10的旋转轴W的垂线长度设为偏芯量Ec。

以下，对利用了所述偏芯量测量装置1的本实施方式涉及的偏芯量测量方法进行说明。

(1)首先，载置被检透镜10，使得其安装面10B被可靠地设置在透镜载置部件22上；

(2)接着，将来自光源11的光照射被检透镜10；

(3)接着，驱动Z轴移动台24并进行调整，使得来自被检透镜10的被检面10A的反射光所携带的分划像成像于CCD照相机21的摄像面上。在结束调整后的状态下，被检面10A的曲率中心C₁与所述规定位置(光汇聚点)P一致。

(4)接着，旋转驱动被检透镜旋转驱动机构23，使被检透镜10旋转，从而，由来自被检面10A的反射光的分划像在摄像面上描绘出圆形的轨迹。

(5)通过解析运算部32对在该摄像面上所描绘的圆的半径r₁进行解析，将其作为被检面10A的偏芯量信息。

(6)接着，再次驱动Z轴移动台24并进行调整，使得来自被检透镜10的安装面10B的反射光所携带的分划像成像于CCD照相机21的摄像面上。在结束调整后的状态下，安装面10B的曲率中心C₂与所述规定位置(光汇聚点)P一致。

(7)接着，旋转驱动被检透镜旋转驱动机构23，使被检透镜10旋转，从而，由来自安装面10B的反射光的分划像在摄像面上描绘出圆形的轨迹。

(8)通过解析运算部32对在该摄像面上所描绘的圆的半径r₂进行解析，将其作为安装面10B的偏芯量信息。

(9)接着，在解析运算部32中计算出所述半径r₁和所述半径r₂之差，求得Δr。

(10)通过在解析运算部32中进行对Δr乘以规定系数K的运算，求得偏芯量Ec。

如以上说明那样，本实施方式所涉及的偏芯量测量方法，通过求取摄像面上所形成的来自被检面10A以及安装面10B的各反射像的圆形状轨迹的半径r₁以及半径r₂之差Δr，并向该Δr乘以与实际期望求取偏芯量的空间位置的距离相对成像面上的距离之比对应的规定系数K，可以求得被检面10A的正确偏芯量。

这里，上述规定系数K以例如下述公式(1)来表示。

【数1】

$K=\frac{f_{\mathrm{head}}}{2f_{\mathrm{ACM}}}---\left(1\right)$

在此，f_head是从物镜15到被检面10A的曲率中心C₁的距离；f_ACM是从准直仪透镜14到CCD照相机21的摄像面的距离。

另外，以上述公式(1)表示的系数K，是装置为图1所示的反射型情况下的系数，透过型装置情况下的系数K由下述公式(2)表示。

【数2】

$K=\frac{f_{\mathrm{head}}}{f_{\mathrm{ACM}}}---\left(2\right)$

接着，图4(A)所图示的是由来自所述被检面10A或安装面10B的反射光在摄像面上的分划像的轨迹形成为圆形的情况。这时的分划线利用了圆形的针孔状。即，以像素数对在摄像面的像素网(pixel mesh)上所形成的像轨迹的圆环带的中心线形成的圆半径进行计算。另外，如图4(B)所示，如果通过各分划像的加权(weighted)中心的轨迹，来求得所述圆的半径，则可使分辨能力提高。

以下，利用图5～7，按与各轴间的关系对应的各方式，来验证本实施方式。

另外，在图5～7的各图中，左边是表示实际空间上的各位置关系的模拟图，右边是表示在左边的模拟图所展示的位置关系的情况下，摄像面上的分划像的移动轨迹。

《1》在测量用光学系统31的光轴和透镜10的旋转轴之间、以及测量用光学系统31的Z轴方向的移动轴和透镜10的旋转轴之间，不产生偏移的情况(图5(A)～(D))

<a>

图5(A)是表示透镜光轴与透镜旋转轴一致，并且不产生偏芯的状态的图，此时的偏芯量Ec为0。

<b>

图5(B)是表示透镜光轴与透镜旋转轴一致，并且产生偏芯的状态的图，此时的偏芯量Ec为d₁，通过K·r₁求得。

<c>

图5(C)是表示透镜光轴与透镜旋转轴相互平行地错开，并且不产生偏芯的状态的图，此时的偏芯量Ec为0。

<d>

图5(D)是表示透镜光轴与透镜旋转轴相互平行地错开，并且产生偏芯的状态的图，此时的偏芯量Ec为d₁-d₂，通过K·(r₁-r₂)求得。

《2》

在测量用光学系统31的光轴和透镜10的旋转轴之间，产生偏移的情况(图6(A)～(D))。

<a>

图6(A)是表示透镜光轴与透镜旋转轴一致，并且不产生偏芯的状态的图，此时的偏芯量Ec为0。

<b>

图6(B)是表示透镜光轴与透镜旋转轴一致，并且产生偏芯的状态的图，此时的偏芯量Ec为d₁，通过K·r₁求得。

<c>

图6(C)是表示透镜光轴与透镜旋转轴相互平行地错开，并且不产生偏芯的状态的图，此时的偏芯量Ec为0。

<d>

图6(D)是表示透镜光轴与透镜旋转轴相互平行地错开，并且产生偏芯的状态的图，此时的偏芯量Ec为d₁-d₂，通过K·(r₁-r₂)求得。

《3》在测量用光学系统31的Z轴方向的移动轴和透镜10的旋转轴之间产生倾斜的情况(图7(A)～(D))。

另外，在图7(A)～(D)中，C₁、C₂以及e_Z，分别表示实际空间上的被检面10A的曲率中心、安装面10B的曲率中心、以及在测量用光学系统31的Z轴方向的移动轴与透镜10的旋转轴之间的偏移。另一方面，C’₁、C’₂以及e’_Z，表示摄像面上的与C₁、C₂以及e_Z对应的位置。

<a>

图7(A)是表示透镜光轴与透镜旋转轴一致，并且不产生偏芯的状态的图，此时的偏芯量Ec为0。

<b>

图7(B)是表示透镜光轴与透镜旋转轴一致，并且产生偏芯的状态的图，此时的偏芯量Ec为d₁，通过K·r₁求得。

<c>

图7(C)是表示透镜光轴与透镜旋转轴相互平行地错开，并且不产生偏芯的状态的图，此时的偏芯量Ec为0。

<d>

图7(D)是表示透镜光轴与透镜旋转轴相互平行地错开，并且产生偏芯的状态的图，此时的偏芯量Ec为d₁-d₂，通过K·(r₁-r₂)求得。

如上，从使用了图5～7的验证结果也可清楚知道，根据本实施方式，即使在测量用光学系统31的光轴与透镜10的旋转轴之间产生偏移、测量用光学系统31的Z轴方向的移动轴和透镜10的旋转轴之间产生倾斜，也可以良好地求得偏芯量Ec。

另外，作为本发明的偏芯量测量方法，并非限定于所述实施方式，也可以实施其他各种方式的变更。

例如，也可以将被检面设定为被检透镜的下面，该情况下，将被检透镜的上面设定为安装面。

而起，在上述说明中，作为本实施方式所利用的装置，主要对光反射型装置进行了说明，但是也可以使用光透过型的装置进行代替。

并且，在所述实施方式中，采用了通过使测量用光学系统移动，来使光汇聚点P与被检面或安装面的曲率中心C₁、C₂一致的方式，但是，也可以采用使被检透镜移动，来使被检面或安装面的曲率中心C₁、C₂与光汇聚点P一致的方式。

另外，作为系数K的决定方法，可以利用除上述以外的各种决定方法。

Claims (1)

1、一种偏芯量测量方法，在以规定的轴为中心可以旋转的基座上设置被检光学元件，并经由包括规定形状的标志的测量用光学系统，将来自光源的光对该被设置的被检光学元件的被检面进行照射，在将来自该被检面的反射光或透过光引导至成像面上的同时，使设置在该基座上的被检光学元件以规定的旋转轴为中心进行旋转，观察由该反射光或该透过光在该成像面上形成的所述标志的像的移动轨迹，来测量所述被检面的偏芯量，

与所述被检面相反侧的面作为安装面，将所述被检光学元件设置在所述基座上；

将所述测量用光学系统和所述被检面沿着该测量用光学系统的光轴方向相对移动进行调整，使得来自所述被检面的反射光或透过光在所述成像面上成像，并且，通过使所述基座旋转而使所述被检光学元件以所述旋转轴为中心进行旋转，来测量由该反射光或该透过光在该成像面上所形成的所述标志的像的移动轨迹的半径r₁；

将所述测量用光学系统和所述安装面沿着该测量用光学系统的光轴方向相对移动进行调整，使得来自所述安装面的反射光或透过光在所述成像面上成像，并且，使设置在所述基座上的所述被检光学元件旋转，来测量由该反射光或该透过光在该成像面上所形成的所述标志像的移动轨迹的半径r₂；

计算所测量的所述半径r₁和所述半径r₂之差Δr，并基于所求得的Δr，求取所述被检面的偏芯量。

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