JP2005315598A - レンズ系の偏心測定装置及び偏心測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 各被測定面毎にバックラッシ補正をする必要がなくなり、正確かつ高速にレンズの偏心量を測定することができるようにする。
【解決手段】 被測定レンズ系５の複数の被測定面５ａ，５ｂ，５ｃに光を照射する光源部２と、該光源部２から被測定面５ａ，５ｂ，５ｃに照射され、被測定面５ａ，５ｂ，５ｃにおいて反射した光を透過させるズーム光学系４と、複数の被測定面に対応してズーム光学系４の位置を移動させながら複数の被測定面５ａ，５ｂ，５ｃに対応する光像の位置を検出する光像位置検出手段１２と、光像位置に基づいて被測定面５ａ，５ｂ，５ｃの偏心量を算出する制御手段１５と、該制御手段１５に設けられズーム光学系４の位置をソートするソート手段１１とを備え、該ソート手段１１によりソートした順番に従ってズーム光学系４を光軸に沿って移動させることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

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及び偏心測定方法に関するものである。

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ている。

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。）。この特許文献１に記載の偏心測定装置は、図５に示すように、光源部１０１から光を照射したとき光源部１０１と対向する位置に被測定レンズ系１０４が設置されている。そして、光源部１０１から照射され、被測定レンズ系１０４の被測定面１０４Ａにより反射させられた光は、移動レンズ群１０３を移動させることによりビームスプリッタ１０２を経てテレビカメラ１０６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１０４にはスピンドル１０５が取り付けられ、スピンドル１０５を駆動することにより、被測定レンズ系１０４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。

ここで、光源部１０１及びスピンドル１０５を駆動すると、被測定レンズ系１０４の被測定面１０４Ａに偏心があるときには、テレビカメラ１０６に形成される反射像が、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１０４の被測定面１０４Ａ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１０４の被測定面１０４Ａ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としてズレ量を算出することにより、被測定レンズ系１０４の被測定面１０４Ａの偏心量が求められる。
特公平７−３９９８２号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の偏心測定装置では、製造誤差などから必ずしもフォーカス位置が計算通りの位置になるとは限らず、手動または自動で移動レンズ群１０３の移動レンズ部１０３Ａの位置を微調整し、フォーカス位置を探す必要がある。このように、各被測定面毎に移動レンズ部１０３Ａを前後に移動させ、フォーカス位置を探して測定をすると、各被測定面毎にバックラッシ補正をする必要があるため、測定タクトタイムが増加するという問題がある。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、各被測定面毎にバックラッシ補正をする必要がなくなり、正確かつ高速にレンズの偏心量を測定することができるレンズ系の偏心測定装置及び偏心測定方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明のレンズ系の偏心測定装置は、被測定レンズ系の複数の被測定面に光を照射する光源部と、該光源部から前記被測定面に照射され、前記被測定面において反射した光を透過させるズーム光学系と、前記複数の被測定面に対応して前記ズーム光学系の位置を移動させながら前記ズーム光学系から出射された光により形成される複数の前記被測定面に対応する光像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位置に基づいて前記被測定面の偏心量を算出する制御手段と、該制御手段に設けられ前記ズーム光学系のそれぞれの位置をソートするソート手段とを備え、該ソート手段によりソートした順番に従って前記ズーム光学系を光軸に沿って移動させることを特徴とする。

すなわち、本発明の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、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る。同様にして、各被測定面において反射された光が結像するときの、ズーム光学系の位置が検出される。この検出された光学系の位置は、制御手段に設けられたソート手段により、例えば、光源部に近い方からズーム光学系の位置がソートされる。これにより、ソート順に従ってズーム光学系の位置を順々に移動させる。そして、各被測定面毎に、光像位置検出手段により検出された光像位置に基づいて、各被測定面の偏心量が算出される。
したがって、ズーム光学系は必ず一方向に移動することになり、各被測定面ごとにバックラッシ補正を行う必要がなくなり、正確かつ高速にレンズ系の偏心測定を行うことが可能になる。

また、本発明のレンズ系の偏心測定装置は、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、前記制御手段が、前記ソート手段によりソートした順番に従って前記移動機構を操作する移動機構操作手段を備えることが好ましい。

本発明のレンズ系の偏心測定装置によれば、移動レンズを移動させることにより、被測定面からの反射光を検出平面上において結像させる。この移動レンズの移動は、移動機構操作手段により、移動機構が移動レンズの位置を被測定レンズ系の被測定面に合わせた適正な位置に配置させることにより行われる。したがって、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。

また、本発明のレンズ系の偏心測定方法は、被測定レンズ系の複数の被測定面に光を照射する光照射工程と、該光照射工程により前記被測定面に照射され、前記被測定面において反射した光を透過させるズーム光学系から出射された光により形成される複数の前記被測定面に対応する光像位置を前記複数の被測定面に対応して前記ズーム光学系の位置を移動させながら検出する光像位置検出工程と、前記ズーム光学系の位置をソートするソート工程と、該ソート工程によりソートした順番に従って前記ズーム光学系を光軸に沿って移動させながら前記光像位置検出工程により検出された光像位置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工程とを備えることを特徴とする。

本実施形態に係るレンズ系の偏心測定方法によれば、ソート工程によりズーム光学系の位置をソートした後、ソートした順番に従ってズーム光学系を光軸に沿って順々に移動させ、各被測定面毎の偏心量を算出する。したがって、ズーム光学系は必ず一方向に移動することになり、各被測定面毎にバックラッシ補正を行う必要がなく、操作性良くズーム光学系を適切な位置に移動させることが可能になる。

本発明においては以下の効果を奏する。
本実施形態に係るレンズ系の偏心測定装置及び偏心測定方法によれば、ソート手段を備えているため、ズーム光学系は必ず一方向に移動することになり、各被測定面ごとにバックラッシ補正を行う必要がなくなり、正確かつ高速にレンズ系の偏心測定を行うことが可能になる。また、移動機構操作手段により移動機構の駆動を制御することにより、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、測定時間の短縮を図ることができる。

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。
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は、図１に示すように、被測定物としてレンズ系を設置したものである。
レンズ系の偏心測定装置１は、被測定レンズ系５の被測定面５ａに光を照射するＬＤ（Ｌaser Ｄiode）（光源部）２と、被測定面５ａにおける反射光を透過させるズーム光学系４とを備えている。また、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、ＬＤ２から照射された光を透過させ、ズーム光学系４から入射した光の光路を略９０度曲げて反射させるビームスプリッタ３と、このビームスプリッタ３により反射した光を受光するＣＣＤカメラ（光像位置検出手段）１２と、被測定レンズ系を回転させるスピンドル１３とを備えている。また、ズーム光学系４は、ＬＤ２から照射された光の焦点をＣＣＤカメラ１２上に合わせるとともに、光像を拡大するためのものである。

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、ＬＤ２と被測定レンズ系５との間に、かつＬＤ２から照射された光の光軸Ａ上に配置されている。さらに、ズーム光学系４は、被測定レンズ系５の光軸Ａ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、移動レンズ４ａを光軸Ａに沿って移動させる移動機構１０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。ここで、ＣＣＤカメラ１２は、複数の被測定面に対応して移動レンズ４ａの位置を移動させながらズーム光学系４から出射された光により形成される複数の被測定面に対応する光像位置を検出するものである。
また、スピンドル１３は、被測定レンズ系５を光軸Ａを回転中心として回転させるようになっている。

本実施形態に係るレンズ系の偏心測定装置１は、各種の演算、制御を行う制御ＰＣ（制御手段）１５を備えている。制御ＰＣ１５は、ＣＣＤカメラ１２と移動機構１０とスピンドル１３とに電気的に接続されている。これにより、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Ａ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。）を算出する基準位置測定手段６と、その基準位置を記憶する基準位置記憶手段７とを備えている。

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偏心量算出手段８を備えている。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移動レンズ位置記憶手段９と、この移動レンズ位置記憶手段９により記憶された移動レンズ４ａのそれぞれの位置をＬＤ２側から順にソートするソート手段１１とを備えている。また、制御ＰＣ１５は、ソート手段１１によりソートした順番に従って移動機構１０を操作する移動機構操作手段１０ａを備えており、この移動機構操作手段１０ａにより、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。

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を用いた偏心測定方法について説明する。
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。

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、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。そして、移動機構操作手段１０ａにより移動機構１０を操作し、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。この状態から、光源部２を駆動し、光軸Ａ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によりその光路が略９０度曲げられ、ズーム光学系４を透過した光がＣＣＤカメラ１２に集光される。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。

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、移動機構操作手段１０ａにより、移動機構１０を操作し移動レンズ４ａを反射光の焦点が合う位置、すなわち図４に示すように焦点案内位置（フォーカス位置）２０ａに移動させる。このとき、被測定面５ａにおける移動レンズ４ａの位置が移動レンズ位置記憶手段９に記憶される。
同様にして、被測定面５ｂ，５ｃの場合も、移動機構操作手段１０ａにより、移動機構１０を操作し移動レンズ４ａを反射光の焦点が合う位置に焦点案内位置２０ｂ，２０ｃに移動させる。そして、被測定面５ｂ，５ｃにおける移動レンズ４ａの焦点案内位置２０ｂ，２０ｃが移動レンズ位置記憶手段９に記憶される。

制御ＰＣ１５のソート手段１１により、この移動レンズ位置記憶手段９に記憶された各被測定面５ａ，５ｂ，５ｃの焦点案内位置２０ａ，２０ｂ，２０ｃをＬＤ２側から順にソートする。これにより、ソート順は２０ｂ，２０ａ，２０ｃとなり、この順に移動レンズ４ａを移動させ被測定面５ｂ，５ａ，５ｃの順に偏心量の測定が行われる。

まず、被測定面５ｂの偏心量の測定を行う。制御ＰＣ１５の作動により、移動機構１０を操作して移動レンズ４ａを焦点案内位置２０ｂに移動し、被測定面５ｂにおける反射光の焦点を合わせる。そして、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Ａを中心として回転させる。その結果、図３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Ａ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。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。

次いで、被測定面５ａの偏心量の測定を行う。移動機構操作手段１０ａにより、移動機構１０を操作する。ソート手段１１によりＬＤ２側からソートが行われているため、移動機構１０により、移動レンズ４ａは、被測定レンズ系５側の焦点案内位置２０ａに移動させられ、上述した被測定面５ｂの偏心量の測定と同様の過程を経て、偏心量を算出する。次に、被測定面５ｃの偏心量の測定を行うため、制御ＰＣ１５の作動により移動機構１０を操作する。ソート手段１１によりＬＤ２側からソートが行われているため、移動機構１０により、移動レンズ４ａは、さらに、被測定レンズ系５側の焦点案内位置２０ｃに移動させられ、上述した被測定面５ｂの偏心量の測定と同様の過程を経て、偏心量を算出する。

これにより、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、続けて同様の偏心量の測定がなされる。このようにして、３つ目、４つ目の被測定レンズ系５も同様の偏心量の測定がなされ、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とになる。

本実施形態に係るレンズ系の偏心測定装置によれば、ソート手段１１を備えているため、ズーム光学系４の移動レンズ４ａは必ず焦点案内位置２０ｂ，２０ａ，２０ｃの順に移動されることになるため、一方向に移動することになる。これにより、各被測定面５ａ，５ｂ，５ｃごとにバックラッシ補正を行う必要がなくなり、正確かつ高速にレンズ系の偏心測定を行うことが可能になる。また、制御ＰＣ１５により移動機構１０の駆動を制御することにより、被測定面５ａ，５ｂ，５ｃに応じて、自動的に移動レンズ４ａ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５ａ，５ｂ，５ｃに応じて正確に移動レンズ４ａを配置することができ、移動レンズ４ａ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。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、移動レンズ４ａの移動は、移動機構操作手段１０ａにより移動機構が自動に行ったが、これに代えて、手動で行っても良い。また、ソート手段１１により、ＬＤ２側からソートを行ったが、被測定レンズ系５側からソートを行っても同様の効果が得られる。

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。 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。 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。 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。 従来の偏心測定装置を示す概略構成図である。

符号の説明

Ａ 光軸
１ レンズ系の偏心測定装置
２ ＬＤ（光源部）
４ ズーム光学系
４ａ 移動レンズ
５ 被測定レンズ系
５ａ，５ｂ，５ｃ 被測定面
１２ ＣＣＤカメラ（光像位置検出手段）
１０ 移動機構
１０ａ 移動機構操作手段
１１ ソート手段
１５ 制御ＰＣ（制御手段）

Claims (3)

1. 被測定レンズ系の複数の被測定面に光を照射する光源部と、
   該光源部から前記被測定面に照射され、前記被測定面において反射した光を透過させるズーム光学系と、
   前記複数の被測定面に対応して前記ズーム光学系の位置を移動させながら前記ズーム光学系から出射された光により形成される複数の前記被測定面に対応する光像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位置に基づいて前記被測定面の偏心量を算出する制御手段と、
   該制御手段に設けられ前記ズーム光学系のそれぞれの位置をソートするソート手段とを備え、
   該ソート手段によりソートした順番に従って前記ズーム光学系を光軸に沿って移動させることを特徴とするレンズ系の偏心測定装置。
2. 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、
   前記制御手段が、前記ソート手段によりソートした順番に従って前記移動機構を操作する移動機構操作手段を備えることを特徴とする請求項１記載のレンズ系の偏心測定装置。
3. 被測定レンズ系の複数の被測定面に光を照射する光照射工程と、
   該光照射工程により前記被測定面に照射され、前記被測定面において反射した光を透過させるズーム光学系から出射された光により形成される複数の前記被測定面に対応する光像位置を前記複数の被測定面に対応して前記ズーム光学系の位置を移動させながら検出する光像位置検出工程と、
   前記ズーム光学系の位置をソートするソート工程と、
   該ソート工程によりソートした順番に従って前記ズーム光学系を光軸に沿って移動させながら前記光像位置検出工程により検出された光像位置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工程とを備えることを特徴とするレンズ系の偏心測定方法。
   

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