JP2010096516A - 偏心測定装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】偏心測定装置および方法において、複数の被検レンズの偏心測定に要する時間を短縮することができるようにする。
【解決手段】被検レンズ１を保持する保持台２と、保持台２を測定基準軸Ｍを中心として回転させるスピンドル３と、レーザーダイオード４と、移動レンズ群６および固定レンズ群７からなる測定光学系２０と、移動レンズ群６を移動させる移動機構４と、スポット像を撮像するカメラ１０と、スピンドル３によって被検レンズ１が回転されたときに、スポット像を取得し、このスポット像の描く回転軌跡の回転中心を算出し、回転時の移動レンズ群６の移動位置の情報とともに測定基準点の位置情報として記憶する測定基準点測定部と、測定基準点の位置情報が記憶されている場合に、スポット像の位置と、測定基準点の位置情報とから被検面１ａの偏心量を算出する偏心量算出部とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、被検レンズの偏心測定装置および方法に関する。例えば、測定基準軸に対する被検レンズの最外の被検面の偏心を測定する偏心測定装置および方法に関する。

従来、被検レンズの被検面に測定光を照射して、その反射光によるスポット像を取得して、偏心がない場合にスポット像が形成される測定基準点からの位置ずれ量を測定して、被検面の偏心量を算出する偏心測定装置および方法が知られている。
このような偏心測定装置および方法として、例えば、特許文献１には、光源からの光をズーム光学系を通って被測定レンズ系のレンズ面に照射し、その反射像を撮像するにあたり、ズーム光学系の移動レンズ群をレンズ面のフォーカス位置に移動させ、被測定レンズ系を回転させた状態で、反射像を撮像し、反射像の回転半径および方向を測定することで、被測定レンズ系の偏心量を求めるレンズ系の偏心測定装置および方法が記載されている。
特開２００６−１１２８９６号公報

しかしながら、上記のような従来の偏心測定装置および方法には、以下のような問題がある。
特許文献１に記載の技術では、移動レンズ群を被測定レンズ系のレンズ面のフォーカス位置に移動させて反射像を撮像し、被測定レンズ系を保持しているスピンドルを回転させ、反射像の回転軌跡の円中心を求めて偏心測定の基準点としている。
これは、移動レンズ群の移動機構がピッチングやヨーイングなどの移動誤差を有するため、移動レンズ群の移動位置によってズーム光学系の固定レンズ群の光軸に対する位置関係が変化し、被測定レンズ系に偏心がない場合の反射像の結像位置である偏心測定の基準点の位置が変化するためである。
このように、特許文献１に記載の技術では、移動レンズ群を移動させるごとに被測定レンズ系を回転させて、反射像の回転軌跡を求めなければならない。このため、偏心測定に時間がかかり、効率的な測定を行うことができないという問題がある。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、複数の被検レンズの偏心測定に要する時間を短縮することができる偏心測定装置および方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、被検レンズを測定基準軸上で、回転可能に保持する被検レンズ保持台と、前記被検レンズ保持台を、前記測定基準軸を中心として回転させる回転機構と、測定光を発生する光源と、移動レンズ群および固定レンズ群からなり、前記測定光を被検レンズの被検面に照射するとともに、前記被検面からの反射光によるスポット像を形成する測定光学系と、前記移動レンズ群を前記測定基準軸に沿う方向に移動させる移動機構と、前記測定光学系によって形成された前記スポット像を撮像する撮像部と、前記回転機構によって前記被検レンズが回転されたときに、前記撮像部から前記スポット像を取得し、該スポット像の描く回転軌跡の回転中心を算出し、回転時の前記移動レンズ群の移動位置の情報とともに測定基準点の位置情報として記憶する測定基準点測定部と、前記測定基準点測定部に前記測定基準点の位置情報が記憶されている場合に、前記撮像部から取得されたスポット像の位置と、該スポット像の取得時の前記移動レンズ群の移動位置に対応する前記測定基準点の位置情報とから前記被検面の偏心量を算出する偏心量算出部とを備える構成とする。
この発明によれば、被検レンズ保持台によって、被検レンズを測定基準軸上で回転可能に保持し、光源から出射された測定光を測定光学系を通して被検レンズの被検面に照射する。そして、移動機構によって測定光学系の移動レンズ群を光軸に沿う方向に移動して、この被検面での反射光によるスポット像を形成し、このスポット像を撮像部によって撮像することができる。
そして、回転機構によって被検レンズを回転させつつ撮像部からスポット像を取得した場合、測定基準点測定部によって、スポット像の描く回転軌跡の回転中心を算出し、回転時の移動レンズ群の移動位置の情報とともに測定基準点の位置情報として記憶することができる。
偏心量算出部では、測定基準点測定部に測定基準点の位置情報が記憶されている場合に、撮像部から取得されたスポット像の位置と、このスポット像の取得時の移動レンズ群の移動位置に対応する測定基準点の位置情報とから被検面の偏心量を算出することができる。
これにより、測定基準点測定部に測定基準点の位置情報が記録されている場合には、被検レンズを回転させて測定基準点を新たに測定することなく偏心量を測定することができる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の偏心測定装置において、前記移動機構は、前記移動レンズ群を前記測定基準軸に直交する方向に位置決めする位置決め部材と、前記移動レンズ群を前記位置決め部材に押圧して固定する押圧手段とを備える構成とする。
この発明によれば、押圧手段によって、移動レンズ群を位置決め部材に押圧して固定することができる。これにより、移動レンズ群の光軸の測定基準軸に対する位置および姿勢を位置決めして固定することができるため、移動レンズ群の位置および姿勢の再現性を向上することができる。

請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の偏心測定装置において、偏心測定を行うために前記スポット像を撮像した際、前記移動機構から前記移動レンズ群の移動位置を取得し、該移動位置に対応する前記測定基準点の位置情報が前記測定基準点測定部に記憶されているかどうかを判定し、前記測定基準点の位置情報が記憶されている場合には、前記偏心量算出部によって偏心量を算出させ、前記測定基準点の位置情報が記録されていない場合には、前記回転機構によって前記被検レンズを前記測定基準軸回りに回転させ、前記撮像部によって前記スポット像の描く回転軌跡を撮像し、前記測定基準点測定部によって、前記測定基準点の位置情報を記憶してから、前記偏心量算出部によって偏心量を算出させるようにした測定制御部を備える構成とする。
この発明によれば、偏心測定を行うためにスポット像を撮像した際、測定制御部によって、取得時の移動レンズ群の移動位置に対応した測定基準点の位置情報が記憶されているかどうか判定して、被検レンズの回転が必要となる場合のみ、自動的に、測定基準点の位置情報を取得するための測定を行うことができる。

請求項４に記載の発明では、被検レンズを測定基準軸上で、回転可能に保持し、光源から出射された測定光を測定光学系を通して前記被検レンズの被検面に照射し、該被検面での反射光によるスポット像を、移動レンズ群および固定レンズ群を有する前記測定光学系を介して撮像して、撮像面における前記スポット像の位置を取得して、前記被検面の偏心量を測定する偏心測定方法であって、前記移動レンズ群を光軸に沿う方向に移動させて、前記測定光学系を介して前記スポット像を撮像し、前記撮像面での前記スポット像の位置を取得し、前記移動レンズ群の移動位置に対応して、前記被検面に偏心がない場合にスポット像が形成される位置である測定基準点の位置情報が記録されているかどうかを判定し、前記測定基準点の位置情報が記録されている場合には、前記撮像面における前記スポット像の位置と前記測定基準点の位置とから、前記被検面の偏心量を算出し、前記測定基準点の位置情報が記録されていない場合には、前記被検レンズを前記測定基準軸回りに回転させて、前記スポット像の描く回転軌跡を撮像し、前記撮像面上での前記回転軌跡の回転中心を算出して、算出された前記回転中心の位置を前記移動レンズ群の移動位置での測定基準点として記録するとともに、前記回転軌跡から前記被検面の偏心量を算出する方法とする。
この発明によれば、移動レンズ群の移動位置に対応して測定基準点の位置情報が記録されているかどうかを判定して、測定基準点の位置情報が記録されている場合には、スポット像の位置と記録されている測定基準点の位置とから被検面の偏心量を算出し、測定基準点の位置情報が記録されていない場合には、被検レンズを測定基準軸回りに回転させてスポット像の描く回転軌跡を撮像し、撮像された回転軌跡の回転中心を算出して、算出された回転中心の位置を、前記移動レンズ群の移動位置での測定基準点として記録するとともに、撮像された回転軌跡から被検面の偏心量を算出することができる。
これにより移動レンズ群の移動位置において、すでに測定基準点が測定済みの場合に、偏心測定の測定時間を短縮することができる。
測定基準点の位置情報が記録されていない場合における回転軌跡からの偏心量は、回転軌跡の回転半径から算出してもよいし、測定基準点の位置情報が記録されている場合と同様に、回転軌跡上のスポット像の位置と測定基準点の位置とから算出するようにしてもよい。

本発明の偏心測定装置および方法によれば、測定基準点が記憶（記録）されている場合には、被検レンズを回転させて測定基準点を新たに測定することなく偏心量を測定することができるので、複数の被検レンズの偏心測定に要する時間を短縮し、測定効率を向上することができるという効果を奏する。

以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
本発明の実施形態に係る偏心測定装置について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る偏心測定装置の概略構成を示す模式的な構成図である。図２は、本発明の実施形態に係る偏心測定装置の制御ユニットの機能構成を示す機能ブロック図である。

本実施形態の偏心測定装置５０は、図１に示すように、被検レンズ１の最外のレンズ面を被検面１ａとして、被検面１ａでの反射光による反射像を取得して、偏心測定の基準軸に対する偏心量を測定する装置である。
被検レンズ１は、正レンズ、負レンズのいずれでもよいが、以下では、一例として凸レンズの場合の例で説明する。なお、被検レンズ１は、レンズ単体には限定されず、例えば、被検レンズ１がレンズ枠に固定されたレンズユニットであってもよい。

偏心測定装置５０の概略構成は、図１に示すように、保持台２（被検レンズ保持台）、スピンドル３（回転機構）、レーザーダイオード４（光源）、測定光学系２０、移動機構４０、カメラ１０（撮像部）、操作部１３、制御ユニット１１、およびモニタ１２からなる。
このうち、スピンドル３、レーザーダイオード４、測定光学系２０、移動機構４０、およびカメラ１０は、特に図示しないが、剛性の高い箱型や門型等の筐体に配置されている。また、この筐体や、各部材を支持する支持部材（不図示）は、材質に低膨張合金を使用することが好ましい。この場合、温度変化による各部材の位置関係の変化を低減することができるため、偏心の測定誤差を低減することができる。

保持台２は、被検レンズ１を測定基準軸Ｍ上で回転可能に保持するものである。保持台２の構成は、例えば、被検レンズ１を外周側から径方向にチャックして位置決めして保持するチャック機構や、被検レンズ１の被検面１ａと反対側のレンズ面を位置決めして被検レンズ１の位置を固定する適宜のヤトイなどを採用することができる。

スピンドル３は、測定基準軸Ｍを中心として保持台２を回転させるもので、回転中心軸が測定基準軸Ｍと同軸に調整され、上端部に保持台２が固定されている。ここで保持台２の保持中心軸は、スピンドル３の回転中心軸と同軸となるように調整されている。
スピンドル３は、制御ユニット１１と電気的に接続され、制御ユニット１１からの制御信号により、回転を起動停止したり、回転速度を可変したりすることができる。

レーザーダイオード４は、被検レンズ１に照射する測定光を発散光として発生する光源である。レーザーダイオード４は、測定基準軸Ｍ上で、保持台２に対向する位置に設けられ、レーザーダイオード４の光軸は、測定基準軸Ｍと同軸となるように調整されている。

測定光学系２０は、レーザーダイオード４から出射される測定光を集光して、保持台２に保持された被検レンズ１の被検面１ａに照射するとともに、被検面１ａからの反射光によるスポット像を形成するものである。
測定光学系２０のレンズ構成は、保持台２側から固定レンズ群７、および移動レンズ群６をこの順に備え、それぞれの光軸が、測定基準軸Ｍと同軸となるように配置されている。
固定レンズ群７は、複数のレンズがレンズ枠７ａに固定されてなり、このレンズ枠７ａが保持台２から光軸に沿う方向の一定距離だけ離れた位置において、不図示の支持部材に固定されている。
移動レンズ群６は、複数のレンズがレンズ枠６ａに固定されてなり、このレンズ枠６ａが、移動機構４０によって光軸に沿う方向に移動可能に支持されている。
移動レンズ群６とレーザーダイオード４との間の光路上には、ビームスプリッタ５が配置されている。

ビームスプリッタ５は、レーザーダイオード４から出射された測定光を透過させるとともに、被検面１ａで反射された反射光のうち、固定レンズ群７、移動レンズ群６を再透過して戻る光の光軸を測定基準軸Ｍの側方に向けて反射させる光分岐部材である。

移動機構４０は、移動レンズ群６を測定基準軸Ｍに沿う方向に移動させるもので、不図示の支持部材に支持された駆動部９と、駆動部９上に測定基準軸Ｍに平行に延ばされて設けられたガイド部８ｂと、駆動部９から駆動力を受けてガイド部８ｂに沿って移動可能に設けられたスライダ８ａとからなる。そして、スライダ８ａの端部にレンズ枠６ａが固定されている。
駆動部９の構成例としては、例えば、リニアモータやボールねじ送り機構等の適宜の１軸移動機構を採用することができる。
また、移動機構４０は制御ユニット１１に電気的に接続され、制御ユニット１１からの制御信号によりスライダ８ａの移動位置を制御されるとともに、移動位置の情報を制御ユニット１１に送出できるようになっている。
移動機構４０は、スライダ８ａの移動に際して、ガイド部８ｂに精度に起因するヨーイングやピッチングをある程度発生させるものであってもよいが、ガイド部８ｂは高剛性の部材からなり、またスライダ８ａとガイド部８ｂとの間の遊びも良好に除去されている。このため、移動時のスライダ８ａの姿勢誤差は移動位置ごとに安定するようになっており、姿勢誤差の位置再現性が良好な構成となっている。

カメラ１０は、測定光学系２０によって形成された被検面１ａからの反射光によるスポット像を撮像するものである。このため、カメラ１０は、例えば、ＣＣＤなどからなる撮像素子の撮像面が、ビームスプリッタ５によって反射された光軸上において、レーザーダイオード４の発光面の位置と光学的に同等となる位置（共役位置）に配置されている。すなわち、移動レンズ群６からビームスプリッタ５を透過してレーザーダイオード４の発光面に至るまでの光学的な距離と、移動レンズ群６からビームスプリッタ５を反射してカメラ１０の撮像面に至るまでの光学的な距離とが、同一となるように配置されている。
カメラ１０は、制御ユニット１１に電気的に接続され、制御ユニット１１からの制御信号に応じて、撮像素子によって光電変換された画像信号を制御ユニット１１に送出できるようになっている。

操作部１３は、偏心測定装置５０による偏心測定に係る動作を制御するための操作入力を行う入力手段である。操作部１３は、例えば、操作パネル、キーボード、マウス等の適宜の入力手段から構成され、制御ユニット１１に電気的に接続されている。
操作部１３から行う操作入力の例としては、例えば、偏心測定装置５０による偏心測定動作の開始や停止の指示、移動機構４０による移動、停止、移動量、移動位置等の指示、あるいは後述する測定基準点の測定開始の指示などを挙げることができる。

制御ユニット１１は、偏心測定装置５０の動作制御および画像データ等の演算処理を行うものであり、その概略の機能構成は、図２に示すように、画像取得部６０、測定制御部６１、記憶部６２、演算処理部６３、および表示制御部６４からなる。

画像取得部６０は、カメラ１０から送出される画像信号を、必要に応じてノイズ除去処理、２値化処理などを施して、フレームごとの画像データを取得するものである。取得された画像データは、記憶部６２に記憶されるとともに、表示制御部６４に送出される。
また画像取得部６０は、測定制御部６１に電気的に接続されており、測定制御部６１からの制御信号に応じて適宜タイミングで画像信号を取得することができる。

測定制御部６１は、偏心測定装置５０の動作全般を制御するもので、スピンドル３、移動機構４０、操作部１３、画像取得部６０、記憶部６２、および演算処理部６３と電気的に接続されている。
測定制御部６１の制御としては、例えば、操作部１３からの操作入力に応じて偏心測定の開始および停止する制御、操作部１３からの操作入力に応じて移動機構４０を駆動する制御、偏心測定においてスピンドル３の回転の起動停止を行う制御、画像取得部６０を介してカメラ１０から画像信号を取り込む制御、および記憶部６２に記憶されたデータを検索しこの検索結果に応じて演算処理部６３が行う動作を選択する制御などを挙げることができる。

記憶部６２は、画像取得部６０、測定制御部６１、および演算処理部６３と通信可能に接続され、これらから送出された画像データや数値データの情報を記憶するものである。

演算処理部６３は、測定制御部６１からの制御信号に基づいて記憶部６２に記憶された画像データや数値データに対して演算処理を行い、演算処理結果を記憶部６２に記憶させるものである。
演算処理部６３が行う演算としては、記憶部６２に記憶された画像データを呼び出し、撮像面上における画像データに現れたスポット像の中心位置、および複数のスポット像の描く回転軌跡の中心位置を求める演算を挙げることができる。

スポット像の中心位置を算出する演算としては、例えば、スポット像の重心（重心位置）を求める演算を採用することができる。
スポット像の回転軌跡の中心位置を求める演算としては、例えば、回転の周方向にわたって離散的に取得されたスポット像から各スポット像の重心からなる回転軌跡上の各点の座標を取得し、この点座標を円フィッティングして、回転軌跡の中心位置を求める、といった演算を採用することができる。
このようにして求めたスポット像の回転軌跡の中心位置は、偏心測定の測定基準点の位置情報となる。
また、演算処理部６３が行う他の演算としては、記憶部６２に記憶されたスポット像の位置および測定基準点の位置との間の距離を算出し、この距離を被検面１ａの偏心量に換算する演算を挙げることができる。
これらの演算処理部６３の演算結果は、例えば、推定された回転軌跡円の描画データや、偏心量の数値データなどとして、表示制御部６４に送出される。

表示制御部６４は、画像取得部６０、および演算処理部６３から送出された画像データ、描画データ、数値データ等を適宜重ね合わせて表示用の画像データを生成し、例えばＮＴＳＣ信号などの映像信号への信号変換を行ってからモニタ１２に送出するものである。

以上に説明した制御ユニット１１の装置構成は、上記各機能を専用のハードウェアを用いて実現してもよいが、本実施形態では、ＣＰＵ、メモリ、入出力インターフェース、外部記憶装置などからなるコンピュータで構成され、このコンピュータにより適宜の制御プログラム、演算プログラムを実行することでこれらの機能を実現している。

モニタ１２は、制御ユニット１１に電気的に接続され、表示制御部６４から送出される映像信号を表示画面１２ａに表示するものである。

次に、偏心測定装置５０の動作について、本発明の実施形態に係る偏心測定方法を中心として説明する。
図３は、本発明の実施形態に係る偏心測定方法の測定フローを示すフローチャートである。図４は、偏心量と光線の関係を２次元で示した概念図である。

偏心測定装置５０によって被検面１ａの偏心量を測定するには、予め、保持台２の保持中心軸と、スピンドル３の回転中心軸とが同軸となるように保持台２の位置を調整しておく。これにより、偏心測定の測定基準軸Ｍが構成される。
また、測定光学系２０の光軸およびレーザーダイオード４の光軸は、測定基準軸Ｍと同軸になるように配置されるように調整する。また、図１および４に示すように、カメラ１０は、被検レンズ１の最外の被検面１ａに偏心がない場合に、被検面１ａで反射されて測定基準軸Ｍ上を進む主光線が、ビームスプリッタ５で反射される光軸Ｌがカメラ１０の撮像面１０ａの中心Ｏに略一致するように、適宜の調整治具を用いて配置する。
ただし、測定光学系２０の移動レンズ群６は、移動機構４０を用いて測定基準軸Ｍに沿って移動されるため、ガイド部８ｂの設置精度による測定基準軸Ｍとのわずかなずれや、ガイド部８ｂの反りなどの影響によって、移動中、ピッチングやヨーイングを起こす。
このため、レーザーダイオード４、固定レンズ群７、移動レンズ群６、カメラ１０の測定基準軸Ｍに対する位置合わせは、移動レンズ群６を一定位置に配置した状態で行われる。

本実施形態の偏心測定方法は、偏心測定装置５０を用いて、図３に示すステップＳ１〜Ｓ９までのフローにしたがって行われる。
ステップＳ１では、測定者が、保持台２に被検レンズ１を保持させ、操作部１３から偏心測定を開始する操作入力を行う。
これにより、レーザーダイオード４が点灯され、操作部１３からの操作入力によって、移動機構４０の駆動が行えるようになる。

レーザーダイオード４から出射された測定光は、ビームスプリッタ５を透過して、移動レンズ群６、固定レンズ群７を透過して集光され、保持台２に保持された被検レンズ１の最外（測定光学系に最も近い側）の被検面１ａに照射される。被検面１ａでの反射光は、固定レンズ群７、移動レンズ群６を透過して集光された後、ビームスプリッタ５で反射されて、カメラ１０に入射する。この反射光の反射像は、カメラ１０で光電変換され、画像取得部６０、表示制御部６４を通して、モニタ１２上に表示される。

次に、ステップＳ２では、移動レンズ群６の測定基準軸Ｍに沿う方向の位置調整を行う。
移動レンズ群６が光軸に沿う位置が被検レンズ１の被検面１ａの曲率半径に応じて適切に設定されていないと、スポット径が大きいぼけたスポット像しかモニタ１２上に表示されないが、移動機構４０によって移動レンズ群６を測定基準軸Ｍに沿う方向に移動させると、測定光学系２０の焦点距離が変化するためスポット像のフォーカス調整を行うことができる。
測定光の結像位置が、被検面１ａの球心位置に一致すると、被検面１ａでの反射光は、光路を逆進してレーザーダイオード４の発光面と光学的に同等の位置に配置されたカメラ１０の撮像面１０ａ上に結像され、スポット径が最小のスポット像が形成される。

測定者が、操作部１３から移動量の操作入力を行うと、これに応じて測定制御部６１が移動機構４０を駆動し、移動レンズ群６を測定基準軸Ｍに沿う方向に移動させる。測定制御部６１は、画像取得部６０に適宜タイミングで制御信号を送出し、この移動レンズ群６の移動中にカメラ１０で撮像されるスポット像をフレームごとに取り込んで、モニタ１２に表示させる。これにより、モニタ１２の表示画面１２ａ上に、撮像されたスポット像がリアルタイムに表示される。
測定者は、このようにして、モニタ１２上の表示画像を見ながら移動レンズ群６の位置調整を行い、モニタ１２上で最小のスポット像が得られた場合に、操作部１３から位置調整を終了する操作入力を行う。

なお、本ステップは、被検レンズ１の被検面１ａの曲率半径、面頂位置などの情報が知られている場合には、これらの曲率半径や面頂位置の情報から、最小のスポット径が得られる移動レンズ群６の最適の移動位置を求めておき、操作部１３を通して、この最適の移動位置に移動するようにしてもよい。すなわち、モニタ１２上のスポット像の観察に基づく調整作業を省略してもよい。
また、被検レンズ１を代えた場合に、新たな被検レンズ１における被検面１ａの曲率半径、面頂位置などが変わらないことが分かっている場合には、本ステップは省略して、移動レンズ群６を移動させない状態で、次のステップに移行してもよい。

このように、移動レンズ群６が光軸に沿う方向に移動されると、上記に説明した移動機構４０の移動精度に応じて、移動レンズ群６が測定基準軸Ｍに対して偏心する。このため、測定基準点である被検面１ａに偏心がない場合にスポット像が形成される位置は、例えば、図４に示す測定基準点Ｐのように、移動レンズ群６が移動する際の偏心によって、光軸Ｌ上に調整された撮像面１０ａの中心Ｏからずれることになる。
例えば、被検面１ａが偏心量εを有する場合、被検面１ａの反射光の主光線は、実線矢印のような光路をたどって撮像面１０ａ上の点Ｑ_１に到達するが、この状態からスピンドル３を１８０°回転させると、点線矢印のような光路をたどって撮像面１０ａ上の点Ｑ_２に到達する。点Ｐは、線分Ｑ_１Ｑ_２の中点であり、偏心量εは、距離ＰＱ_１（またはＰＱ_２）を移動レンズ群６の移動位置およびこの移動位置における測定光学系２０の焦点距離から換算して求めることができる。
実際には、測定精度を増すため、以下に説明するように、スピンドル３を１回転させる間に、複数のスポット像を取得し、これらのスポット像の回転軌跡を円フィッティングし、回転軌跡円の中心として測定基準点Ｐの位置を求める。

測定制御部６１は、移動レンズ群６の位置調整を終了する操作入力を受けると、次のステップＳ３では、画像取得部６０に制御信号を送出して、画像取得部６０が取得したスポット像の画像データを記憶部６２に記憶させるとともに、移動機構４０から、移動レンズ群６の移動位置の情報を取得し、この移動位置の情報を、取得したスポット像の画像データと関連付けて記憶部６２に記憶させる。

次に、ステップＳ４では、測定制御部６１は、記憶部６２を検索し、取得された移動レンズ群６の移動位置に対応する測定基準点Ｐの位置情報が記憶部６２に記憶されているかどうかを判定する工程を行う。
測定基準点Ｐの位置情報が記憶部６２に記憶されていない場合には、ステップＳ５に移行する。
また、測定基準点Ｐの位置情報が記憶部６２に記憶されている場合には、ステップＳ８に移行する。

ステップＳ５では、測定制御部６１は、スピンドル３を回転させ、スピンドル３が１回転する間に、画像取得部６０を介して回転軌跡を推定するための複数のスポット像の画像データを取得し、この複数のスポット像の画像データを記憶部６２に記憶させる。

次に、ステップＳ６では、測定制御部６１は、演算処理部６３に制御信号を送出して、ステップＳ３およびステップＳ５で記憶部６２に記憶された画像データを呼び出し、撮像面１０ａ上における画像データに現れたスポット像の中心位置、および複数のスポット像の描く回転軌跡の中心位置を測定基準点Ｐとして求める演算を実行させる。

次に、ステップＳ７では、演算処理部６３は、この回転軌跡の中心位置を移動レンズ群６の移動位置に対応する測定基準点Ｐとして、記憶部６２に記憶させる。また、各スポット像の画像および測定基準点Ｐの描画データを表示制御部６４に送出し、表示制御部６４を介して、モニタ１２に表示させる。

このように、演算処理部６３および記憶部６２は、スピンドル３によって被検レンズ１が回転されたときに、カメラ１０からスポット像を取得し、このスポット像の描く回転軌跡の回転中心（中心位置）を算出し、被検レンズ１の回転時の移動レンズ群の移動位置の情報とともに測定基準点Ｐの位置情報として記憶する測定基準点測定部を構成している。

次に、ステップＳ８では、演算処理部６３は、カメラ１０から取得されたスポット像の位置と、記憶部６２に記憶された測定基準点Ｐの位置とから偏心量を算出する工程を行う。
本ステップは、ステップＳ７から移行した場合には、ステップＳ６で算出された回転軌跡円の半径を、移動レンズ群６の移動位置に応じた測定光学系２０の焦点距離を用いて、偏心量に換算することにより行う。

一方、ステップＳ４から本ステップに移行した場合には、測定制御部６１は、画像取得部６０を介して、モニタ１２にその時点で表示されているスポット像の画像データを取得し、記憶部６２に記憶させている。
そして、測定制御部６１は、記憶部６２に記憶されたスポット画像の画像データから、スポット像の位置ｑを算出させるための制御信号とともに、記憶部６２で検索された測定基準点Ｐの位置情報を演算処理部６３に送出する。
次に、演算処理部６３は、測定制御部６１から送出された制御信号から、スポット像の位置ｑを算出する演算を行い、測定制御部６１から送出された位置情報の測定基準点Ｐと、点ｑとから距離Ｐｑを算出し、距離Ｐｑを移動レンズ群６の移動位置に応じた測定光学系２０の焦点距離を用いて、偏心量に換算する。
すなわち、この場合には、スピンドル３を回転することなく、また複数のスポット像から回転軌跡を取得したり、円フィッティングなどの演算を行ったりすることなく、偏心量を求めることができる。

ステップＳ８では、いずれのステップから移行した場合でも、演算処理部６３によって算出された偏心量は、記憶部６２に記憶されるとともに、表示制御部６４に数値データとして送出され、表示制御部６４を介してモニタ１２に表示される。
以上で、被検面１ａの偏心測定が終了する。

このように、ステップＳ８では、測定基準点測定部に測定基準点Ｐの位置情報が記憶されている場合に、カメラ１０から取得されたスポット像の位置と、このスポット像の取得時の移動レンズ群６の移動位置に対応する測定基準点Ｐの位置情報とから被検面１ａの偏心量を算出する工程が行われる。
このため、演算処理部６３は、偏心量算出部を構成している。

次に、ステップＳ９では、測定者は、被検レンズ１を他の被検レンズ１に交換して偏心測定を続ける場合には、ステップＳ１に戻って、上記を繰り返して、複数の被検レンズ１の被検面１ａを同様にして測定する。すべての被検レンズ１の測定が終了した場合には、偏心測定を終了する。
偏心測定を繰り返す場合、測定済みの被検レンズ１とレンズ構成が同じものを測定する場合には、記憶部６２に測定済みの被検レンズ１の測定基準点Ｐが記憶されているため、２番目以降の被検レンズ１は、それぞれステップＳ５〜Ｓ７がスキップされる。
したがって、同様なレンズ構成を備える被検レンズ１を数多く測定するほど、全体として、スキップされる（ステップＳ５〜Ｓ７が省略される）ことが多くなるので、偏心測定に要する時間を短縮することができる。

次に、本実施形態の変形例について説明する。
図５（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施形態の変形例に係る偏心測定装置の移動機構の構成を図１から変形させ、変形させた箇所を、図１における左側面図および下面図として示す図である。

本変形例の偏心測定装置５０Ａは、図１に示すように、上記実施形態の偏心測定装置５０の移動機構４０、制御ユニット１１を、それぞれ移動機構４０Ａ、制御ユニット１１Ａに代えたものである。
移動機構４０Ａの概略構成は、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、移動機構４０の駆動部９を支持した支持部材（不図示）を支持ベース３０として図示するとともに、この支持ベース３０上に位置決め部材２１、シリンダ２２、押圧部材２４、およびシリンダ２５を追加したものである。
制御ユニット１１Ａは、図２に示すように、上記実施形態の測定制御部６１に代えて、測定制御部６１Ａを備える。測定制御部６１Ａは、移動機構４０Ａの駆動部９の他に、シリンダ２２、２５とも電気的に接続され、シリンダ２２、２５の動作制御も行うものである。
以下、上記実施形態と異なる点を中心に説明する。

位置決め部材２１は、移動レンズ群６を測定基準軸Ｍに直交に方向に位置決めする部材である。本実施形態では、図５（ｂ）に示すように、移動レンズ群６を収める円筒状のレンズ枠６ａの外周面に当接させるＶ字溝面２１ａが、移動レンズ群６の移動範囲にわたって測定基準軸Ｍに沿う方向に延伸されて形成されたブロック状部材からなる。位置決め部材２１の延伸方向の両端部には、Ｖ字溝面２１ａの形成側と同方向側において、位置決め部材２１の進出位置を位置決めするための突き当て面２１ｂが設けられている。

シリンダ２２は、位置決め部材２１のＶ字溝面２１ａの裏面側に取り付けられ、位置決め部材２１を測定基準軸Ｍに直交する一定方向（図５（ａ）、（ｂ）の矢印Ａ方向）に進退させる機構である。本実施形態では、例えば、エアシリンダなどからなる機構を採用している。
また、本実施形態では、シリンダ２２の進退方向（矢印Ａ方向）は、Ｖ字溝面２１ａのＶ字の対称軸に沿う溝の深さ方向とされている。
シリンダ２２は、移動機構４０の駆動部９を偏心測定装置５０Ａの装置本体に固定する支持ベース３０上において駆動部９の固定位置の側方に固定されている。
シリンダ２２は、制御ユニット１１Ａと電気的に接続され、制御ユニット１１Ａからの制御信号に応じて、進退動作が制御される。

支持ベース３０上において、駆動部９の近傍には、位置決め部材２１の各突き当て面２１ｂを係止して、位置決め部材２１の進出位置を位置決めする一対のストッパー２３が立設されている。
これにより、シリンダ２２を駆動して、位置決め部材２１を進出させると、各突き当て面２１ｂが、各ストッパー２３に押圧状態に当接され、測定基準軸Ｍに対して位置決め部材２１のＶ字溝面２１ａが位置決めされる。
ストッパー２３の位置は、位置決め状態に進出されたＶ字溝面２１ａによって、移動レンズ群６の光軸が略測定基準軸Ｍに一致する位置となるように設定する。

押圧部材２４は、移動レンズ群６を収めるレンズ枠６ａを位置決め部材２１の進退方向に沿って、位置決め部材２１側に押圧して、移動レンズ群６の位置、姿勢を固定する部材である。本実施形態の押圧部材２４では、図５（ｂ）に示すように、位置決め部材２１のＶ字溝面２１ａの谷部に対向して押圧平面２４ａが設けられた直方体であって、移動レンズ群６の移動範囲にわたって測定基準軸Ｍに沿う方向に延ばされたブロック状部材からなる。

シリンダ２５は、押圧部材２４の押圧平面２４ａの裏面側に取り付けられ、押圧部材２４を位置決め部材２１に向けて（図５（ａ）、（ｂ）の矢印Ｂ方向）進退させる機構である。本実施形態では、例えば、エアシリンダなどからなる機構を採用している。
シリンダ２５は、移動機構４０の駆動部９を挟んで、シリンダ２２と対向する支持ベース３０上に固定されている。
シリンダ２５は、制御ユニット１１Ａと電気的に接続され、制御ユニット１１Ａからの制御信号に応じて進退動作が制御される。
このように、押圧部材２４およびシリンダ２５は、移動レンズ群６をシリンダ２２側に押圧して固定する押圧手段を構成している。

なお、位置決め部材２１、押圧部材２４、支持ベース３０、およびシリンダ２２、２５の構造部材は、偏心測定装置５０Ａの他の構造部材と同様に、材質に低膨張合金を使用することが好ましい。

次に、偏心測定装置５０Ａの動作について、上記実施形態と異なる点を中心に説明する。
ステップＳ１で、保持台２に被検レンズ１を保持させた状態では、測定制御部６１Ａによって、シリンダ２２、２５はいずれも退避位置に移動されている。このため、移動レンズ群６は、移動機構４０Ａによって、抵抗なく移動できるようになっている。

次に、ステップＳ２で、移動レンズ群６の測定基準軸Ｍに沿う方向の位置調整では、測定制御部６１は、移動機構４０Ａによって移動レンズ群６の測定基準軸Ｍに沿う方向の位置調整を行った後、シリンダ２２を駆動して、位置決め部材２１の突き当て面２１ｂが、ストッパー２３に突き当たる進出位置まで進出させる。次にシリンダ２５を駆動して、押圧部材２４の押圧平面２４ａによってレンズ枠６ａの外周面を押圧する。そして、レンズ枠６ａの反対側が位置決め部材２１のＶ字溝面２１ａに確実に当接された状態で押圧力を保持する。
ただし、この押圧力はシリンダ２２による押圧力以下とする。これにより、突き当て面２１ｂとストッパー２３とが離間しないため、測定基準軸Ｍに対するＶ字溝面の位置決め状態が保たれる。

次に上記実施形態と同様に、ステップＳ４〜Ｓ９を行う。
ステップＳ９では、測定制御部６１は、ステップの終了時にシリンダ２２、２５を退避位置に移動し、移動レンズ群６の位置固定状態を解除する。

本変形例によれば、移動レンズ群６を収めたレンズ枠６ａが、測定基準軸Ｍに対して位置決めされた位置決め部材２１のＶ字溝面２１ａによって位置決めされ、移動レンズ群６の移動位置ごとに、移動レンズ群６の位置、姿勢が固定された状態で、スポット像の取得を行うことができる。
このため、例えば、移動機構４０Ａのガイド部８ｂに支持されるスライダ８ａの剛性が低い場合にも、より高剛性の位置決め部材２１を設けることで、測定基準軸Ｍに対するレンズ枠６ａの位置、姿勢の移動位置による位置再現性を向上することができる。
この場合、ガイド部８ｂ上でのスライダ８ａの走行精度を緩めることができるため、スライダ８ａ、ガイド部８ｂ、駆動部９を、より安価な低剛性の部材から構成することができるため、部品コストを削減することができる。

なお、上記の説明では、スポット像の取得時の移動レンズ群６の移動位置に対応する測定基準点Ｐが記憶されているかどうかを、測定制御部６１によって自動判定し、これによりスピンドル３を回転させて回転軌跡を取得するかどうかも測定制御部６１によって自動判定する場合の例で説明したが、例えば、これらの判定は、測定者が行って、スピンドル３を回転させるかどうかを、測定者が操作部１３から随時操作入力するマニュアル操作を行えるようにしてもよい。
また、このように、本発明の偏心測定方法を、測定者のマニュアル操作によって行う場合、測定基準点の位置情報は、必ずしも測定制御部６１が参照する記憶部６２に記憶される必要はない。例えば、測定者が見て分かるようにモニタ１２に表示することで、偏心測定の間だけ、記録されるようにしてもよいし、測定者が、記録ノートや、パソコンなどにオフラインで記録するようにしてもよい。

また、上記の説明では、回転軌跡を求める場合、離散的な複数のスポット像を取得して円フィッティングを行う場合の例で説明したが、スピンドル３を回転させつつ、連続的な回転軌跡画像を取得し、この画像から軌跡曲線を抽出して、これに円フィッティングを行うようにしてもよい。

また、上記の説明では、ステップＳ８における偏心量を算出する演算を、ステップＳ７から移行した場合と、ステップＳ４から移行した場合とで変えるようにした例で説明したが、ステップＳ７から移行した場合でも、複数のスポット像のうちのいずれか１つのスポット像の位置を用いて、ステップＳ４から移行した場合と同様の演算を行って算出してもよい。

また、上記の実施形態、変形例に説明したすべての構成要素は、本発明の技術的思想の範囲で適宜組み合わせて実施することができる。

本発明の実施形態に係る偏心測定装置の概略構成を示す模式的な構成図である。 本発明の実施形態に係る偏心測定装置の制御ユニットの機能構成を示す機能ブロック図である。 本発明の実施形態に係る偏心測定方法の測定フローを示すフローチャートである。 偏心量と光線の関係を２次元で示した概念図である。 本発明の実施形態の変形例に係る偏心測定装置の移動機構の構成を図１から変形させ、変形させた箇所を、図１における左側面図および下面図として示す図である。

符号の説明

１ 被検レンズ
１ａ 被検面
２ 保持台（被検レンズ保持台）
３ スピンドル（回転機構）
４ レーザーダイオード（光源）
６ 移動レンズ群
６ａ レンズ枠
７ 固定レンズ群
８ａ スライダ
８ｂ ガイド部
９ 駆動部
１０ カメラ（撮像部）
１０ａ 撮像面
１１、１１Ａ 制御ユニット
１２ モニタ
２０ 測定光学系
２１ 位置決め部材
２４ 押圧部材（押圧手段）
２５ シリンダ（押圧手段）
４０、４０Ａ 移動機構
５０、５０Ａ 偏心測定装置
６１、６１Ａ 測定制御部
６２ 記憶部（測定基準点測定部）
６３ 演算処理部（測定基準点測定部、偏心量算出部）
Ｌ 光軸
Ｍ 測定基準軸
Ｐ 測定基準点

Claims (4)

1. 被検レンズを測定基準軸上で、回転可能に保持する被検レンズ保持台と、
   前記被検レンズ保持台を、前記測定基準軸を中心として回転させる回転機構と、
   測定光を発生する光源と、
   移動レンズ群および固定レンズ群からなり、前記測定光を被検レンズの被検面に照射するとともに、前記被検面からの反射光によるスポット像を形成する測定光学系と、
   前記移動レンズ群を前記測定基準軸に沿う方向に移動させる移動機構と、
   前記測定光学系によって形成された前記スポット像を撮像する撮像部と、
   前記回転機構によって前記被検レンズが回転されたときに、前記撮像部から前記スポット像を取得し、該スポット像の描く回転軌跡の回転中心を算出し、回転時の前記移動レンズ群の移動位置の情報とともに測定基準点の位置情報として記憶する測定基準点測定部と、
   前記測定基準点測定部に前記測定基準点の位置情報が記憶されている場合に、前記撮像部から取得されたスポット像の位置と、該スポット像の取得時の前記移動レンズ群の移動位置に対応する前記測定基準点の位置情報とから前記被検面の偏心量を算出する偏心量算出部とを備えることを特徴とする偏心測定装置。
2. 前記移動機構は、
   前記移動レンズ群を前記測定基準軸に直交する方向に位置決めする位置決め部材と、
   前記移動レンズ群を前記位置決め部材に押圧して固定する押圧手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載の偏心測定装置。
3. 偏心測定を行うために前記スポット像を撮像した際、前記移動機構から前記移動レンズ群の移動位置を取得し、該移動位置に対応する前記測定基準点の位置情報が前記測定基準点測定部に記憶されているかどうかを判定し、
   前記測定基準点の位置情報が記憶されている場合には、
   前記偏心量算出部によって偏心量を算出させ、
   前記測定基準点の位置情報が記録されていない場合には、
   前記回転機構によって前記被検レンズを前記測定基準軸回りに回転させ、前記撮像部によって前記スポット像の描く回転軌跡を撮像し、前記測定基準点測定部によって、前記測定基準点の位置情報を記憶してから、前記偏心量算出部によって偏心量を算出させるようにした測定制御部を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の偏心測定装置。
4. 被検レンズを測定基準軸上で、回転可能に保持し、光源から出射された測定光を測定光学系を通して前記被検レンズの被検面に照射し、該被検面での反射光によるスポット像を、移動レンズ群および固定レンズ群を有する前記測定光学系を介して撮像して、撮像面における前記スポット像の位置を取得して、前記被検面の偏心量を測定する偏心測定方法であって、
   前記移動レンズ群を光軸に沿う方向に移動させて、前記測定光学系を介して前記スポット像を撮像し、前記撮像面での前記スポット像の位置を取得し、
   前記移動レンズ群の移動位置に対応して、前記被検面に偏心がない場合にスポット像が形成される位置である測定基準点の位置情報が記録されているかどうかを判定し、
   前記測定基準点の位置情報が記録されている場合には、
   前記撮像面における前記スポット像の位置と前記測定基準点の位置とから、前記被検面の偏心量を算出し、
   前記測定基準点の位置情報が記録されていない場合には、
   前記被検レンズを前記測定基準軸回りに回転させて、前記スポット像の描く回転軌跡を撮像し、前記撮像面上での前記回転軌跡の回転中心を算出して、算出された前記回転中心の位置を前記移動レンズ群の移動位置での測定基準点として記録するとともに、前記回転軌跡から前記被検面の偏心量を算出することを特徴とする偏心測定方法。

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