JP2004347347A

JP2004347347A - レンズ系の偏心測定装置

Info

Publication number: JP2004347347A
Application number: JP2003141745A
Authority: JP
Inventors: Toshiki Kumagai; 俊樹熊谷; Yoshihito Morita; 恵仁森田
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2003-05-20
Filing date: 2003-05-20
Publication date: 2004-12-09

Abstract

【課題】レンズ系の偏心測定装置において、被測定レンズ系の測定時間を短縮し、かつ装置自体の大型化を抑えること。
【解決手段】被測定レンズ系５の被測定面に光を照射する光源部２と、前記被測定レンズ系５の被測定面における反射光を透過させるズーム光学系４と、該ズーム光学系４から出射された光により形成される光像の光軸に直交する検出平面上の位置を検出する光像位置検出手段１２と、該光像位置検出手段１２により検出された光像の位置に基づいて、前記被測定レンズ系５の被測定面に偏心がないときに前記反射光が到達する前記検出平面上における基準位置を求める基準位置測定手段６と、前記基準位置を記憶する基準位置記憶手段７と、前記基準位置に対する光像位置のズレ量に基づいて、前記被測定レンズ系５の被測定面の偏心量を算出する偏心量算出手段８とを備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レンズ系各面の偏心量を測定する偏心測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、カメラ、顕微鏡等の各種の光学機器が提供されている。この種の光学機器におけるレンズ系は、そのレンズ系を構成している各レンズや、鏡枠の製造誤差により、構成レンズが光軸に対して偏心しているものがある。レンズ系に偏心が生じていると、レンズ系の結像性能を著しく低下させてしまうことから、全ての構成レンズの曲率中心を光軸と一致させておく必要がある。そのため、鏡枠の組立て工程等において、レンズ系の偏心測定が行われる。
【０００３】
従来より、このようなレンズ系の偏心量を測定する装置として、以下のような回転法を用いたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。すなわち、図８に示すように、光源部５０から光を照射したとき光源部５０と対向する位置に被測定レンズ系５４が設置されている。そして、光源部５０から照射され、被測定レンズ系５４の被測定面５４Ａにより反射させられた光は、ズームレンズ５３を移動させることによりビームスプリッタ５１を経て結像面５２に結像させられるようになっている。さらに、被測定レンズ系５４にはスピンドル５５が取り付けられ、スピンドル５５を駆動することにより、被測定レンズ系５４は、その光軸中心軸線を回転中心として回転させられるようになっている。
【０００４】
ここで、光源部５０およびスピンドル５５を駆動すると、被測定レンズ系５４の被測定面５４Ａに偏心があるときには、結像面５２に形成される反射像５６が、図９に示すように、ある基準点を回転中心として回転させられる。この基準点は、被測定レンズ系５４の被測定面５４Ａが光軸中心軸線を回転中心として回転させられていることから、被測定レンズ系５４の被測定面５４Ａの光軸中心点を示すことになる。よって、この回転中心を基準位置５７としてズレ量ｄｘ、ｄｙを算出することにより、被測定レンズ系５４の被測定面５４Ａの偏心量が求められる。以下、同様に、５４Ｂ，５４Ｃ，５４Ｄ，５４Ｅ，５４Ｆの偏心量を求め、計算により被測定レンズ系５４の偏心量を求める。
【０００５】
さらに、イメージローテータを使う方法もある（例えば、特許文献２参照。）。これは、上述と同様の構成から、光源部と被測定レンズ系の間の光軸の途中位置において、ハーフミラーが設けられ、そのハーフミラーによって分岐される別の光軸上に、平面ミラーと、前記ハーフミラーおよび平面ミラーの間の光軸上の途中位置にイメージローテータとが設けられている。さらに、イメージローテータと平面ミラーとの間には、コンデンサレンズおよびコリメータレンズが設けられている。これにより、被測定レンズ系に照射された光は、その一方が被測定レンズ系へ、他方が平面ミラーへと分岐させられる。
【０００６】
そして、平面ミラーへと分岐させられた光は、イメージローテータ、コリメータレンズ、コンデンサレンズを経て平面ミラーに到達し、そこで反射させられる。その反射光は、イメージローテータ等を経て元の光路またはその近傍を通り、コリメータレンズ、コンデンサレンズの位置を調整することにより、結像面に結像させられる。このとき、被測定レンズ系自体は回転させず、イメージローテータを回転させることにより、結像された像を回転させ、これにより、上述と同様に光軸中心点を求める。
【０００７】
【特許文献１】
特開昭４８−３９３６号公報（第２−３頁、第２図）
【特許文献２】
特開平３−１１１７３１号公報（第２−３頁、第７図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、回転法によるものでは、被測定レンズ系がズームレンズのように可動部分を含んでいる場合には、測定の際に被測定レンズ系を高速回転させると、可動部分が動いてしまい、正確な測定ができなくなる。そのため、回転スピードを上げることができず、測定時間が長くなるという問題があった。
また、イメージローテータを用いたものでは、そのイメージローテータの収差の影響を抑えるために、装置自体が大型化してしまう。
【０００９】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、測定時間を短縮し、かつ装置自体の大型化を抑えることができるレンズ系の偏心測定装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提供する。
請求項１に係る発明は、被測定レンズ系の被測定面に光を照射する光源部と、前記被測定面における反射光を透過させるズーム光学系と、該ズーム光学系から出射された光により形成される光像の光軸に直交する検出平面上の位置を検出する光像位置検出手段と、該光像位置検出手段により検出された光像の位置に基づいて、前記被測定面に偏心がないときに前記反射光が到達する前記検出平面上における基準位置を求める基準位置測定手段と、該基準位置測定手段により求められた前記基準位置を記憶する基準位置記憶手段と、該基準位置記憶手段によって記憶された前記基準位置に対する前記光像位置検出手段によって検出された光像位置のズレ量に基づいて、前記被測定面の偏心量を算出する偏心量算出手段とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
この発明に係るレンズ系の偏心測定装置によれば、光源から被測定レンズ系の被測定面に光が照射されると、被測定面によりその光の一部が反射させられる。その反射光は、ズーム光学系を通過させられることにより、光軸に直交する検出平面上に結像させられる。そして、その結像させられた光像の検出平面上の位置が光像位置検出手段によって検出され、その光像位置に基づき検出平面上の基準位置が求められる。この検出平面上の基準位置は、偏心していない被測定面からの反射光が検出平面上に到達する点、すなわち、被測定レンズの光軸中心点を意味する。この基準位置を基準位置記憶手段により記憶させる。そして、偏心量算出手段により、上記基準位置に対する上記光像位置のズレ量に基づいて、被測定面の偏心量が算出される。以上を被測定レンズ系の全ての面に対してそれぞれ行い、被測定レンズ系の偏心量を求める。
続いて同一設計式を持つ別の被測定レンズ系を測定するときには、改めて基準位置を測定することなく、基準位置記憶手段により記憶された基準位置に基づいて上記光像位置のズレ量が求められ、直ちに偏心量が算出される。
これにより、２つ目以降の被測定レンズ系の測定において、基準位置を算出する工程を省略することができ、被測定レンズ系の測定時間を短縮させることができる。また、従来のようにイメージローテータ等を使用しないため、装置の大型化を抑えることが可能となる。
【００１２】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載のレンズ系の偏心測定装置において、前記ズーム光学系が、少なくとも１つの移動レンズと、該移動レンズを光軸方向に移動させる移動機構とを備え、前記反射光が前記検出平面上に結像させられたときの前記移動レンズの位置を記憶する移動レンズ位置記憶手段を備えたことを特徴とする。
この発明に係るレンズ系の偏心測定装置によれば、被測定面からの反射光が検出平面上において結像させられるときの移動レンズの位置が、移動レンズ位置記憶手段により記憶される。そして、同一設計式を持つ２つ目以降のレンズ系の測定において、移動レンズ位置記憶手段により記憶された移動レンズの位置に応じて、移動機構を駆動する。その結果、被測定レンズ系の被測定面に合わせた適正な位置に移動レンズが配置される。
これにより、被測定面に応じて、容易に移動レンズを配置することができ、より一層の測定時間の短縮を図ることができる。さらに、被測定面に応じて正確に移動レンズを配置することができ、移動レンズの移動誤差を抑制し、正確な測定結果を得ることが可能となる。
【００１３】
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載のレンズ系の偏心測定装置において、前記基準位置測定手段が、前記被測定レンズ系を光軸を中心として回転させる回転機構を備え、該回転機構を駆動することにより、前記検出平面上を回転させられる前記光像の回転軌跡に基づいて前記基準位置を求めることを特徴とする。
この発明に係るレンズ系の偏心測定装置によれば、被測定レンズ系を、光軸を中心として回転させることにより、検出平面上に結像させられた光像もその検出平面上を回転させられる。そして、この光像が描く回転軌跡に基づいて、基準位置が求められる。
これにより、正確かつ迅速に基準位置を算出することが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態に係るレンズ系の偏心測定装置１について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態としてのレンズ系の偏心測定装置１を示しており、被測定物としてレンズ系を設置した状態を示すものである。
レンズ系の偏心測定装置１は、レーザダイオードからなる光源部２を備えており、被測定物である被測定レンズ系５は、光源部２からレーザ光を照射させたとき、光源部２と対向する位置に設置するようになっている。
さらに、レンズ系の偏心測定装置１は、ビームスプリッタ３、光像位置検出手段としてのＣＣＤカメラ１２、回転機構としてのスピンドル１３、レーザ光の焦点を合わせ光像を拡大するためのズーム光学系４を備えている。
【００１５】
ビームスプリッタ３は、被測定レンズ系５からの反射光がＣＣＤカメラ１２へと向かうようにその光路を変更させるようになっている。
ＣＣＤカメラ１２は、不図示の撮像素子とモニタとを備えており、撮像素子に結像させられた反射光を電気信号に変換し、モニタ上に映し出すようになっている。
ズーム光学系４は、光源部２と被測定レンズ系５との間に、かつ光源部２からの光路の途中位置に配置されている。さらに、ズーム光学系４は、被測定レンズ系５の光軸１１に沿って、移動可能に支持された移動レンズ４ａと、所定の位置に固定された固定レンズ４ｂとを備えている。これにより、被測定レンズ系５からの反射光を拡大しＣＣＤカメラ１２に結像させるようになっている。
スピンドル１３は、被測定レンズ系５を光軸１１を回転中心として回転させるようになっている。
【００１６】
本実施形態に係るレンズ系の偏心測定装置１は、移動レンズ４ａを光軸１１に沿って移動させる移動機構１０と、各種の演算、制御を行う制御ＰＣ１５とを備えてなるものである。制御ＰＣ１５は、ＣＣＤカメラ１２、移動機構１０およびスピンドル１３と電気的に接続されており、ＣＣＤカメラ１２によって出力された反射像の位置情報を取り込み、反射光が光軸１１を通って結像された場合のＣＣＤカメラ１２における結像位置（以下、基準位置という。）を算出し、その基準位置を記憶するようになっている。また、制御ＰＣ１５は、基準位置に基づいて、反射光の実際の結像位置からのズレ量を求め、例えば被測定面５ａ，５ｂ，５ｃの偏心量を算出するようになっている。さらに、被測定面５ａ，５ｂ，５ｃの各面からの反射光をＣＣＤカメラ１２に結像させるための移動レンズ４ａのそれぞれの位置を記憶するようになっており、被測定面５ａ，５ｂ，５ｃに応じて移動機構１０を駆動し、移動レンズ４ａを適切な位置に配置するようになっている。すなわち、制御ＰＣは、基準位置測定手段６、基準位置記憶手段７、偏心量算出手段８および移動レンズ位置記憶手段９として機能するものである。
【００１７】
次に、このように構成された本実施形態に係るレンズ系の偏心測定装置１の作用について説明する。
本実施形態では、被測定レンズ系として、複数のレンズからなるレンズ系が設置されており、それぞれのレンズの被測定面５ａ，５ｂ，５ｃの偏心量が順次測定される。これら被測定面５ａ，５ｂ，５ｃの測定過程は全て同様である。この１つ目の被測定レンズ系５の測定が全て完了すると、その被測定レンズ系５を取り外し、新たに２つ目の被測定レンズ系５が設置され、続けてその被測定面５ａ，５ｂ，５ｃの測定がなされる。そして、さらに３つ目、４つ目と必要な数だけ測定が続けられる。
【００１８】
ここでは、最初に、１つ目の被測定レンズ系５における被測定面５ａの測定過程について以下に詳述する。
まず、図２に示すように、被測定レンズ系５の設計式から、被測定面５ａの球心位置を算出する（ステップ１）。そして、移動機構１０を駆動し、被測定面５ａの計算上の球心位置に移動レンズ４ａを移動させる（ステップ２）。この状態から、光源部２を駆動し、光軸１１に沿って被測定レンズ系５にレーザ光を照射させる。すると、そのレーザ光は、ズーム光学系４を通過させられ、被測定面５ａに到達し、そこで反射させられる。そのため、レーザ光の方向が転換させられ、再度ズーム光学系４を通過させられる。そして、ビームスプリッタ３によりその光路が変更させられ、ＣＣＤカメラ１２に到達する。ＣＣＤカメラ１２に到達すると、光の像が形成され、図３に示すように、その様子がモニタ上に光像１７ａとして映し出される。
【００１９】
このとき、モニタ上において光像１７ａの焦点が合っていないときには、移動機構１０を駆動し移動レンズ４ａを反射光の焦点が合う位置、すなわち図５に示すように焦点案内位置２０ａに移動させる（ステップ３）。反射光の焦点が合った後、スピンドル１３を駆動し被測定レンズ系５を光軸１１を中心として回転させる（ステップ４）。その結果、図４に示すように、光像１７ａは、そのＸＹ軸を含む平面領域内を所定の点を中心として回転させられる。その所定の点は、被測定レンズ系５が光軸１１を中心として回転させられていることから、基準位置１８ａ、すなわち被測定面５ａの光軸中心点を示すことになる。その基準位置１８ａが制御ＰＣ１５により求められる（ステップ５）。そして、制御ＰＣ１５により、光像１７ａの基準位置１８ａからズレ量ｄｘ，ｄｙが求められ、被測定面５ａの偏心量が算出される（ステップ６）。
【００２０】
本実施形態に係る偏心測定装置１においては、基準位置１８ａの位置が算出された後、その位置情報が制御ＰＣ１５によって記憶される。それと共に、移動レンズ４ａの焦点案内位置２０ａの位置情報も記憶される。
このようにして、被測定面５ａの測定が終了し、続けて被測定面５ｂ，５ｃの測定が上述と同様の過程を経てそれぞれの偏心量が算出される。
ここで、被測定面５ａ，５ｂ，５ｃの焦点距離はそれぞれ異なるため、図５に示すように、移動レンズ４ａの焦点案内位置２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、それぞれ異なることになる。その移動レンズ４ａのそれぞれの位置は、上述のように制御ＰＣ１５により記憶される。
また、移動レンズ４ａの移動によって、移動レンズ４ａの中心と光軸１１とが誤差によりずれる場合がある。その場合、図６に示すように、被測定面５ａ，５ｂ，５ｃの基準位置１８ａ，１８ｂ，１８ｃは、それぞれ異なることになる。これら基準位置１８ａ，１８ｂ，１８ｃについても、上述のように制御ＰＣ１５によりそれぞれ記憶される。
【００２１】
これにて、１つ目の被測定レンズ系５の偏心量の測定が完了し、その被測定レンズ系５を取り外す。そして、新たに２つ目の被測定レンズ系５を所定の位置に設置することにより、続けて測定がなされる。
以下、２つ目の被測定レンズ系５の測定過程について説明する。２つ目の被測定レンズ系５の測定過程は、１つ目の被測定レンズ系５の測定過程とほぼ同様であり、ここでは異なる箇所について詳述する。
２つ目の被測定レンズ系５を所定の位置に設置すると、最初の被測定面５ａの測定のため、制御ＰＣ１５が、１つ目の測定の際に記憶された焦点案内位置情報をもとに移動機構１０を駆動する。移動レンズ４ａは、その移動可能範囲の一端にまで移動させられてから、焦点案内位置２０ａにまで移動させられる。この点は、被測定面５ｂ，５ｃや３つ目、４つ目の被測定レンズ系５でも同様であり、焦点案内位置までは常に一定方向に向けて移動させられる。これは、バッククラッシュによる誤差を回避し、より正確な測定を行うためである。
【００２２】
その後、発光部２を駆動し、被測定レンズ系５にレーザ光を照射すると、そのレーザ光は、上記と同様、ＣＣＤカメラ１２に結像させられ、光像１７ａが形成される。このとき、１つ目の測定の際に基準位置１８ａが制御ＰＣ１５に記憶されていることから、図７に示すように、被測定レンズ系５を回転させ改めて基準位置１８ａを算出することなく、制御ＰＣ１５により、基準位置情報が読み込まれ、直ちに基準位置１８ａが認識される。そして、光像１７ａの基準位置１８ａに対するズレ量が求められ、被測定面５ａの偏心量が算出される（ステップ２，３，ｂ，６）。
さらに、被測定面５ｂ，５ｃについて、上記と同様の処理により測定を行い、２つ目の被測定レンズ系５についての測定が完了する。
また、３つ目以降の被測定レンズ系５の測定についても、上述の２つ目の被測定レンズ系５の測定過程と同様の過程が繰り返される。
【００２３】
以上より、本実施形態に係るレンズ系の測定装置１によれば、２つ目以降の被測定レンズ系５の測定において、基準位置１８ａ，１８ｂ，１８ｃを算出する過程を省略することができるので、光像１７ａ，１７ｂ，１７ｃから直ちにレンズ系の偏心量を測定することができる。そのため、測定時間を大幅に短縮することができる。
また、２つ目以降の被測定レンズ系５の測定において、制御ＰＣ１５の制御の下、移動レンズ４ａが、各レンズの焦点案内位置２０ａ，２０ｂ，２０ｃまで自動的に移動されるので、さらに測定時間を短縮することができる。これに加えて、移動レンズ４ａは、各レンズの焦点案内位置２０ａ，２０ｂ，２０ｃに、正確に配されるので、移動レンズ４ａの移動誤差を抑え、より正確な測定結果を得ることができる。
さらに、イメージローテータ等を使用しないため、装置の大型化を抑制することができる。
なお、上記実施形態においては、測定対象として、複数の面からなるレンズ系としたが、これに限ることはなく、１つの面であってもよい。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、２回目以降の被測定レンズ系の測定において、基準位置を算出する工程を省略することができ、測定時間を大幅に短縮できるという効果を奏することができる。また、従来例のようなイメージローテータ等を使用しないため、装置の大型化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るレンズ系の偏心測定装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】同実施形態における１回目の測定過程を示す流れ図である。
【図３】同実施形態におけるレーザ光の反射像の様子を示す説明図である。
【図４】同実施形態におけるレーザ光の反射像の回転の様子を示す説明図である。
【図５】同実施形態における各被測定面に対するズーム光学系の位置を示す説明図である。
【図６】同実施形態における各被測定面に対する反射像および基準位置を示す説明図である。
【図７】同実施形態における１回目および２回目以降の測定過程を示す流れ図である。
【図８】従来の偏心測定装置を示す概略構成図である。
【図９】従来例における反射像および基準位置を示す説明図である。
【符号の説明】
１レンズ系の偏心測定装置
２光源部
４ズーム光学系
６基準位置測定手段
７基準位置記憶手段
８偏心量算出手段
９移動レンズ位置記憶手段
１２ＣＣＤカメラ（光像位置検出手段）
１０移動機構
１７ａ光像
１７ｂ光像
１７ｃ光像
１８ａ基準位置
１８ｂ基準位置
１８ｃ基準位置

Claims

被測定レンズ系の被測定面に光を照射する光源部と、
前記被測定面における反射光を透過させるズーム光学系と、
該ズーム光学系から出射された光により形成される光像の光軸に直交する検出平面上の位置を検出する光像位置検出手段と、
該光像位置検出手段により検出された光像の位置に基づいて、前記被測定面に偏心がないときに前記反射光が到達する前記検出平面上における基準位置を求める基準位置測定手段と、
該基準位置測定手段により求められた前記基準位置を記憶する基準位置記憶手段と、
該基準位置記憶手段によって記憶された前記基準位置に対する前記光像位置検出手段によって検出された光像位置のズレ量に基づいて、前記被測定面の偏心量を算出する偏心量算出手段とを備えたことを特徴とするレンズ系の偏心測定装置。
請求項１に記載のレンズ系の偏心測定装置において、
前記ズーム光学系が、少なくとも１つの移動レンズと、該移動レンズを光軸方向に移動させる移動機構とを備え、
前記反射光が前記検出平面上に結像させられたときの前記移動レンズの位置を記憶する移動レンズ位置記憶手段を備えたことを特徴とするレンズ系の偏心測定装置。
請求項１または請求項２に記載のレンズ系の偏心測定装置において、
前記基準位置測定手段が、前記被測定レンズ系を光軸を中心として回転させる回転機構を備え、該回転機構を駆動することにより、前記検出平面上を回転させられる前記光像の回転軌跡に基づいて前記基準位置を求めることを特徴とするレンズ系の偏心測定装置。