JP2004325307A

JP2004325307A - 偏心測定装置

Info

Publication number: JP2004325307A
Application number: JP2003121591A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Nozaki; 克巳野崎
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2003-04-25
Filing date: 2003-04-25
Publication date: 2004-11-18

Abstract

【課題】被測定レンズの被測定面からの反射像を的確に分離し、被測定面の偏心量の測定を効率よくかつ正確に行うことのできる偏心測定装置を提供する。
【解決手段】被測定レンズ系６からの反射光の光路上に像分離レンズ系９が配置される。この像分離レンズ系９は、測定すべき被測定面であるレンズ面６ａとは異なる他の面により形成される反射像の結像位置を、レンズ面６ａによる反射像の結像位置から遠ざけるパワーを有している。像分離レンズ系９を透過した反射光は偏光ビームスプリッタ２で反射され、テレビカメラ１５に反射像が結像する。この反射像はパソコン１４で画像処理される。ここで、不要な反射像は像分離レンズ系９により分離されているので、モニタ１６上には測定すべきレンズ面６ａによる反射像のみが現れる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レンズの偏心量を測定する偏心測定装置に関し、特に光軸上に複数の反射面を有するレンズ系の各面の偏心量を測定する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レンズ系の偏心測定には、オートコリメーション法が一般的に使用されている。上記オートコリメーション法を利用した技術としては、被測定レンズからの反射光による反射像を利用した技術がある（特許文献１参照）。この技術では、図６に示すように、光源１０１の光軸上に、ハーフミラー１０２、対物レンズ１０３、被検レンズ１０４を配置し、オートコリメーション法により、被検レンズ１０４の被測定面１０４ａ，１０４ｂからの各反射光をテレビカメラ１０５で撮像する。そして、作業者が画像処理部１０６の機能を用いて、撮像された反射像の中から測定に必要な反射像だけを選択し、この選択された反射像の情報を計算処理部１０７で処理することにより被検レンズ１０４の偏心量を算出する。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−３１２６７０号公報（段落番号００１０〜００１４、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術においては、以下のような欠点がある。一般に、被検レンズ１０４には製造誤差による個体差が存在し、また偏心測定装置へのセッティングの誤差もあるため、複数個の被検レンズ１０４の偏心測定を行った場合に、被測定面１０４ａ及び１０４ｂからの各反射像がすべてのワークで同じように現れることはなく、一つ一つ異なった画像としてテレビカメラ１０５で撮像される。このため、複数の反射像が観察された場合に、被検レンズ毎に作業者が偏心量を求めるために必要な反射像を選択する必要がある。従って、作業者には偏心測定作業の習熟が必要とされるだけでなく、習熟度の低い作業者が測定を行うと、偏心測定作業の効率が低下するという問題があった。しかも、作業者が反射像の選択を誤る場合もあり、この場合、計算処理部１０７が被検レンズ１０４の偏心量として間違った値を算出することになる。
【０００５】
さらに、上記従来技術によれば、図７に示すように、被検レンズ１０４の被測定面１０４ａによる反射像Ｓ１１１と被測定面１０４ｂによる反射像Ｓ１１２とが極めて近い場合、またはこれら反射像が重なるように現れた場合に、必要な反射像だけを選択することは困難であり、従って被検レンズ１０４の偏心量を測定することができない場合が起こり得るという問題があった。
本発明は、このような従来技術の問題点を考慮してなされたものであり、被測定レンズの被測定面からの反射像のみを的確に分離し、被測定面の偏心量の測定を効率よくかつ正確に行うことのできる偏心測定装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を有する。
即ち、請求項１に記載された偏心測定装置は、被測定レンズ系からの反射光により形成される反射像に基づき該被測定レンズ系の被測定面の偏心量を測定する偏心測定装置において、前記反射光の光路上に、前記被測定面とは異なる面により形成される反射像の結像位置を前記被測定面による反射像の結像位置から遠ざけるパワーを有する光学系（例えば後述する反射像分離用レンズ９に相当する構成要素）を設けたことを特徴とする偏心測定装置。
【０００７】
請求項２に記載された偏心測定装置は、光源（例えば後述するレーザダイオード１に相当する構成要素）と、前記光源からの光束を被測定レンズの被測定面に集束させる移動レンズ群を有するズーム光学系（例えば後述するズーム光学系４に相当する構成要素）と、前記被測定レンズの被測定面による反射像を観察するための観察光学系（例えば後述する１／４波長板３、偏光ビームスプリッター２、テレビカメラ１５に相当する構成要素）と、前記観察光学系により観察された反射像の重心または中心の位置の振れ量を計測する計測手段（例えば後述するパソコン１４の画像処理機能に相当する構成要素）と、前記計測手段により計測された振れ量に基づいて前記被測定レンズの偏心量を算出する演算手段（例えば後述するパソコン１４の演算処理機能に相当する構成要素）と、前記ズーム光学系と前記被測定レンズとの間に配置され、前記被測定面とは異なる面による反射像の結像位置を前記被測定面による反射像の結像位置から遠ざけるパワーを有する像分離光学系（例えば後述する反射像分離用レンズ９に相当する構成要素）とを具備する。
【０００８】
請求項３に記載された偏心測定装置は、光源（例えば後述するＨｅ−Ｎｅレーザ３１に相当する構成要素）と、前記光源から射出した光束を平行光束に変換するコリメート光学系（例えば後述するコリメータレンズ３２に相当する構成要素）と、前記コリメート光学系からの平行光束を被測定レンズの被測定面に集束させる移動レンズ群を有するズーム光学系（例えば後述するズーム光学系４に相当する構成要素）と、前記被測定レンズの被測定面による反射像を観察するための観察光学系（例えば後述する１／４波長板３、偏光ビームスプリッター２、結像レンズ３５、テレビカメラ１５に相当する構成要素）と、前記観察光学系により観察された反射像の重心または中心の位置の振れ量を計測する計測手段（例えば後述するパソコン１４の画像処理機能に相当する構成要素）と、前記計測手段により計測された振れ量に基づいて前記被測定レンズの偏心量を算出する演算手段（例えば後述するパソコン１４の演算処理機能に相当する構成要素）と、前記ズーム光学系と前記被測定レンズとの間に配置され、前記被測定面とは異なる面による反射像の結像位置を前記被測定面による反射像の結像位置から遠ざけるパワーを有する像分離光学系（例えば後述する反射像分離用レンズ９に相当する構成要素）とを具備する。
【０００９】
上記偏心測定装置において、前記計測手段が、前記光源の光軸を回転軸として、前記被測定レンズ系と前記像分離レンズ系とを一体的に回転駆動する回転駆動手段（例えば後述するモータ１３、駆動回路７に相当する構成要素）と、前記回転駆動手段により前記被測定レンズ系を回転させたときに前記観察光学系で観察される反射像の回転中心を基準位置として該反射像の振れ量を算出する振量算出手段（例えば後述するパソコン１４の画像処理機能に相当する構成要素）とを備えたことを特徴とする。また、前記像分離光学系のパワーが、該像分離光学系をなすレンズの曲率半径、肉厚、屈折率、および前記被測定面との面間隔をパラメータとして設定されたことを特徴とする。
【００１０】
本発明の作用を説明すると、ズーム光学系と被測定レンズとの間に像分離レンズ系を設けることによって、被測定面とは別の面の反射像を被測定面の反射像から遠ざけ、測定すべき被測定面の反射像のみを分離している。また、被測定レンズ系を回転駆動したときの反射像から被測定レンズの球心の振れ量を測定し、この振れ量から被測定レンズ系の偏心量を算出する。これにより、測定に必要とされる反射像を的確に選択すると共に不要な反射像の影響を排除し、効率よくかつ正確に被測定面の偏心測定を行うことを可能としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る偏心測定装置の構成を概略的に示す側面図である。この偏心測定装置は、複数の反射面を有する被測定レンズ系からの反射光により形成される反射像に基づき、その偏心量を測定するものであって、図１に示すように、レーザダイオードからなる光源１の光軸上に、偏光ビームスプリッター２、１／４波長板３、ズーム光学系４、被測定レンズ系６がこの順に配設されている。光源１は、この装置の上方に配置され、そのレーザ光が偏光ビームスプリッター２に入射される。偏光ビームスプリッター２は、分光面が光軸に対し４５°の角度をなすように配置され、光源１から入射するレーザ光のＰ偏光を透過し、後述の被測定レンズ系６からの反射光のＳ偏光を光軸外に分岐するものである。ズーム光学系４は、移動レンズ群４ａおよび固定レンズ群４ｂを有し、移動レンズ群４ａを光軸方向に駆動するための駆動回路７に接続されている。
【００１２】
被測定レンズ系６は、複数のレンズ面６ａ，６ｂ，６ｃを有し、これらレンズ面を光源１に向けた状態で取付部材５に装着されている。本実施形態ではレンズ面６ａを被測定面とする。被測定レンズ系６とズーム光学系４との間、即ち被測定レンズ系６からの反射光の光路上には、レンズホルダ８に保持された反射像分離用レンズ９が配設され、この反射像分離用レンズ９は分離レンズ保持部材１０に着脱可能に装着される。分離レンズ保持部材１０は、取付部材５に設けられた２本のガイド軸１１に案内されて光源１の光軸方向に移動可能となっており、このガイド軸１１に設けられたストッパ１２の位置を調節することにより、反射像分離用レンズ９と被測定レンズ系６との間の距離の調節が可能となっている。
【００１３】
上述の被測定レンズ系６および反射像分離用レンズ９が一体的に実装された取付部材５はモータ１３の回転軸に連結されており、モータ１３は駆動回路７に接続されている。駆動回路７がモータ１３を駆動すると、取付部材５、被測定レンズ系６及び反射像分離用レンズ９が光源１の光軸を回転軸として一体的に回転するようになっている。駆動回路７はパソコン１４に接続されており、ズーム光学系４の移動レンズ群４ａの位置と取付部材５の回転角度をパソコン１４で制御可能となっている。偏光ビームスプリッター２による反射光の集光位置には、テレビカメラ１５が配置されており、このテレビカメラ１５は、パソコン１４に電気的に接続されている。パソコン１４の内部には、画像処理回路が組み込まれており、被測定レンズ系６からの反射像を画像処理することにより、この反射像をパソコン１４のモニタ１６上で確認できるようになっている。
【００１４】
次に、本実施の形態１の動作について、被測定レンズ系６のレンズ面６ａを被測定面とし、このレンズ面６ａの偏心量を測定する場合を説明する。
光源１から射出したレーザ光のＰ偏光は偏光ビームスプリッター２を透過し、１／４波長板３によって円偏光となり、ズーム光学系４に入射する。この円偏光となったレーザ光の光束はズーム光学系４によって集光され、反射像分離用レンズ９を透過して被測定レンズ系６に入射する。ここで、パソコン１４の制御の下、駆動回路７によりズーム光学系４内の移動レンズ群４ａの位置を調整し、被測定レンズ系６に入射した光束をレンズ面６ａに集束させ、このレンズ面６ａの球心で集光させる。
【００１５】
被測定レンズ系６に入射したレーザ光の光束のうち、レンズ面６ａで反射した光束は、入射時の光路を逆行し、１／４波長板３でＳ偏光となって偏光ビームスプリッター２に向かう。そして、このＳ偏光の光束は偏光ビームスプリッター２で反射されてテレビカメラ１５に入射し、このテレビカメラ１５の撮像面に結像する。この撮像面に結像した反射像はパソコン１４の画像処理回路を通してモニタ１６に表示され、これにより、被測定レンズ系６のレンズ面６ａからの反射光による反射像が観察可能となる。
【００１６】
ここで、仮に反射像分離用レンズ９を分離レンズ保持部材１０から取り外したものとすると、被測定面であるレンズ面６ａの球心と、この被測定面とは異なるレンズ面６ｂの球心とが接近している場合、レンズ面６ａからの反射光とレンズ面６ｂからの不要な反射光の双方が入射時の光路を逆行し、テレビカメラ１５の撮像面に結像する。これにより、図２に示すように、パソコン１４のモニタ１６上では、２つのスポット像Ｓ２１，Ｓ２２が観察される。同図において、反射像Ｓ２１はレンズ面６ａからの反射光による反射像であり、スポット像Ｓ２２はレンズ面６ｂからの反射光による反射像である。
【００１７】
これら２つのスポット像Ｓ２１，Ｓ２２は、ズーム光学系４の移動レンズ群４ａの位置や光源１の光量を調節することにより分離することができる場合もあるが、被測定レンズ系６の光学設計上、分離できない場合がある。後者の場合に対し、本実施形態では、分離レンズ保持部材１０にレンズホルダ８で保持した反射像分離用レンズ９を取り付けることで、２つのスポット像Ｓ２１，Ｓ２２を分離している。そのため、反射像分離用レンズ９のパワーは、レンズ面６ａとは異なる面による反射像の結像位置を、被測定面であるレンズ面６ａによる反射像の結像位置から遠ざけ、レンズ面６ａとレンズ面６ｂの各反射像を明確に分離できるように設定されている。
【００１８】
上述の反射像分離用レンズ９のパワーは、曲率半径、肉厚、屈折率や、反射像分離用レンズ９と被測定レンズ系６との面間隔をパラメータとして光学シミュレーションにより決定される。この光学シミュレーションの結果に基づき、反射像分離用レンズ９と被測定レンズ面６との面間隔が設定され、この設定はストッパ１２により分離レンズ保持部材１０を光軸方向に調整することで行われる。このようなパワーを有する反射像分離用レンズ９を、反射光の光路上に取り付けることにより、２つのスポット像Ｓ２１，Ｓ２２が分離され、図３に示すように、パソコン１５のモニタ１６上では、被測定面であるレンズ面６ａの反射光によるスポット像Ｓ２１のみが観察される。そして、パソコン１４の制御の下、モータ１３を起動し、被測定レンズ系６を回転させることにより、図４に示すようにスポット像Ｓ２１を回転させる。このときのスポット像Ｓ２１の回転中心を基準位置として、この基準位置からのスポット像Ｓ２１の重心または中心の位置の振れ量ｄｘ，ｄｙを画像処理により計測し、この振れ量ｄｘ，ｄｙに基づき被測定面であるレンズ面６ａの偏心量を算出する。
【００１９】
上述の実施の形態１によれば、測定すべきレンズ面６ａの反射光によるスポット像Ｓ２１のみを的確に分離できるため、作業者の習熟を必要とせず、効率よくかつ正確に被測定面の偏心測定を行うことができる。また、反射像分離用レンズ９を被測定レンズ系６に応じて変更し、反射像分離用レンズ９と被測定系６の面間隔を調整することにより、異なる被測定レンズ系において複数の反射像がモニタに現れる場合にも、容易に対応することができる。
【００２０】
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２に係る偏心測定装置の構成を概略的に示す側面図である。同図において上述の図１に示す構成と共通する要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
光源としてのＨｅ−Ｎｅレーザからなる光源３１の光軸上に、コリメータレンズ３２、偏光ビームスプリッター２、１／４波長板３、ズーム光学系４、取付部材３３、反射像分離用レンズ９、被測定レンズ系６がこの順に配設されている。本実施形態では、測定光学系を構成する光源３１やズーム光学系４等が、被測定レンズ系６の下方に配置され、被測定系が上方に配置される。
【００２１】
光源３１は、そのレーザ光が偏光ビームスプリッター２に入射される。被測定レンズ系６は、そのレンズ面６ａ，６ｂ，６ｃを光源３１に向けた状態で、取付部材３３に脱着可能に設けられた被測定レンズ保持部材３４に装着されている。また、被測定レンズ系６とズーム光学系４との間、即ち被測定レンズ系６からの反射光の光路上には、反射分離用レンズ９が被測定レンズ系６とズーム光学系４の間の同一光軸上に位置するようにして被測定レンズ保持部材３４に固定されている。これら反射分離用レンズ９および被測定レンズ系６は、被測定レンズ保持部材３４を介して取付部材３３に着脱可能に装着されている。
【００２２】
取付部材３３は、モータ１３の回転軸に連結されており、モータ１３は駆動回路７に接続されている。駆動回路７がモータ１３を駆動すると、上述の取付部材３３、被測定レンズ系６、及び反射像分離用レンズ９が、光源３１の光軸を回転軸として一体的に回転する。また、取付部材３３の回転中心には貫通穴が形成されており、これにより被測定レンズ系４と反射像分離用レンズ９との間の光路を妨げないようになっている。偏光ビームスプリッター２による反射光の光軸上には、この反射光を集光するための結像レンズ３５が設けられており、その集光位置にはテレビカメラ１５が配置されている。
【００２３】
次に、本実施形態２の動作を説明する。
光源３１から射出したレーザ光は、コリメータレンズ３２で平行光となった後、偏光ビームスプリッター２を透過し、１／４波長板３によって円偏光となり、ズーム光学系４に入射する。この光束は、反射像分離用レンズ９を透過して被測定レンズ系６に入射する。ここで、パソコン１４の制御の下、ズーム光学系４内の移動レンズ群４ａの位置を調節することにより、反射像分離用レンズ９を透したレンズ面６ａに光束を集束させ、このレンズ面６ａの見かけの球心位置で集光させる。そして、モータ１３を起動して被測定レンズ系６を回転させることによりレンズ面６ａを回転させ、このときの回転中心を基準位置としてモニタ１６上のスポット像の重心または中心位置の振れ量ｄｘ，ｄｙを算出し、この振れ量ｄｘ，ｄｙに基づきレンズ面６ａの偏心量を画像処理により計測する。
【００２４】
本実施の形態２によれば、測定すべきレンズ面６ａの反射像のみを的確に分離できるだけでなく、反射像分離用レンズ９が被測定レンズ系６を保持する被測定レンズ系保持部材３４に固定されているため、測定すべき被測定レンズ系用の保持部材３４を取付部材３３に取り付けるだけで、反射光分離用レンズ９と被測定レンズ系６の面間隔の条件出しを容易に行うことができる。また、測定光学系が被測定レンズ系６の下方に配置されているため、被測定レンズ系６を上方から被測定レンズ系保持部材３４に着脱することができ、従って被測定レンズ系６を着脱する際の作業性を改善することができる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、被測定面の反射像の近傍に現れる別の反射像を遠ざけるパワーを有する像分離レンズ系を設け、これにより被測定面の反射像と他の面の反射像とを分離するようにしたので、被測定レンズの被測定面からの反射像のみを的確に分離し、被測定面の偏心量の測定を効率よくかつ正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係る偏心測定装置の構成を概略的に示す側面図である。
【図２】本発明の実施形態１で観察される反射像の表示例（他の面の反射像を分離しない状態）を示す図である。
【図３】本発明の実施形態１で観察される反射像の表示例（他の面の反射像を分離した状態）を示す図である。
【図４】基準位置からの振れ量の算出方法を説明するための図である。
【図５】本発明の実施形態２に係る偏心測定装置の構成を概略的に示す図である。
【図６】従来技術に係る偏心測定装置の構成を示す図である。
【図７】従来技術による反射像の表示例を示す図である。
【符号の説明】
１；光源（レーザダイオード）、２；偏光ビームスプリッター、３；１／４波長板、４；ズーム光学系、４ａ；移動レンズ群、４ｂ；固定レンズ群、５；取付部材、６；被測定レンズ系、６ａ，６ｂ，６ｃ；レンズ面、７；駆動回路、８；レンズホルダ、９；反射像分離用レンズ、１０；分離レンズ保持部材、１１；ガイド軸、１２；ストッパ、１３；モータ、１４；パソコン、１５；テレビカメラ、１６；モニタ、３１；光源（Ｈｅ−Ｎｅレーザ）、３２；コリメータレンズ、３３；取付部材、３４；被測定レンズ保持部材、３５；結像レンズ。

Claims

被測定レンズ系からの反射光により形成される反射像に基づき該被測定レンズ系の被測定面の偏心量を測定する偏心測定装置において、前記反射光の光路上に、前記被測定面とは異なる面により形成される反射像の結像位置を前記被測定面による反射像の結像位置から遠ざけるパワーを有する光学系を設けたことを特徴とする偏心測定装置。
光源と、
前記光源からの光束を被測定レンズの被測定面に集束させる移動レンズ群を有するズーム光学系と、
前記被測定レンズの被測定面による反射像を観察するための観察光学系と、
前記観察光学系により観察された反射像の重心または中心の位置の振れ量を計測する計測手段と、
前記計測手段により計測された振れ量に基づいて前記被測定レンズの偏心量を算出する演算手段と、
前記ズーム光学系と前記被測定レンズとの間に配置され、前記被測定面とは異なる面による反射像の結像位置を前記被測定面による反射像の結像位置から遠ざけるパワーを有する像分離光学系と
を具備する偏心測定装置。
光源と、
前記光源から射出した光束を平行光束に変換するコリメート光学系と、
前記コリメート光学系からの平行光束を被測定レンズの被測定面に集束させる移動レンズ群を有するズーム光学系と、
前記被測定レンズの被測定面による反射像を観察するための観察光学系と、
前記観察光学系により観察された反射像の重心または中心の位置の振れ量を計測する計測手段と、
前記計測手段により計測された振れ量に基づいて前記被測定レンズの偏心量を算出する演算手段と、
前記ズーム光学系と前記被測定レンズとの間に配置され、前記被測定面とは異なる面による反射像の結像位置を前記被測定面による反射像の結像位置から遠ざけるパワーを有する像分離光学系と
を具備する偏心測定装置。
前記計測手段が、
前記光源の光軸を回転軸として、前記被測定レンズ系と前記像分離レンズ系とを一体的に回転駆動する回転駆動手段と、
前記回転駆動手段により前記被測定レンズ系を回転させたときに前記観察光学系で観察される反射像の回転中心を基準位置として該反射像の振れ量を算出する振量算出手段と
を備えたことを特徴とする請求項２または３の何れか１項に記載された偏心測定装置。
前記像分離光学系のパワーが、該像分離光学系をなすレンズの曲率半径、肉厚、屈折率、および前記被測定面との面間隔をパラメータとして設定されたことを特徴とする請求項１ないし４の何れか１項に記載された偏心測定装置。