JP3167870B2 - 非球面レンズの偏心測定装置およびその偏心測定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、非球面レンズの偏心測
定装置およびその偏心測定方法に関し、非球面レンズの
光軸に対する偏心を簡単な構成で容易に測定することが
でき、さらに非球面レンズとレンズ枠との高精度な取り
付けまたは調芯に容易に適用することのできるものに関
する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、非球面レンズは非球面軸の偏
心を測定して作製精度を検査する必要があり、またレン
ズ枠に取り付ける際にもこの非球面軸の偏心を測定して
取り付け精度の確認や調芯が行なわれている。この種の
非球面レンズの偏心測定としては、例えば、特開平１−
２９６１３２号および特開平３−３７５４４号に記載さ
れている。これらは、検査する非球面レンズ（被検レン
ズ）をほぼ光軸回りに回転させる保持回転部に保持させ
た状態で、その近軸領域にレーザビームを回転軸方向か
ら照射し、この近軸領域で反射される反射光を結像させ
ることによってスポット状の反射像を得てその重心位置
から被検レンズの近軸曲率中心を回転軸上にほぼ一致さ
せる。この後、被検レンズを回転させこの回転によって
生じる非球面領域の変位を検出し、この変位量を演算す
ることによって非球面レンズの偏心を測定している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の非球面レンズの偏心測定装置およびその偏心
測定方法にあっては、被検レンズの形状に合わせて非球
面領域の変位を測定する変位計を移動させ、被検レンズ
面の法線方向に位置するようにその都度セッティングを
行なわなければならず、この変位計の設定は複雑かつ困
難であるという問題があった。また、この変位計で得ら
れた変位データおよび反射像の重心位置データから非球
面レンズの偏心を求めるためには複雑な演算を行わなけ
ればならないという問題もあった。

【０００４】この問題を解消するため鋭意研究を重ねた
結果、非球面レンズの近軸領域と非球面領域とでは曲率
中心が異なることに着目し、被検レンズで反射される反
射光を結像させ、また光軸と同心のピンホールを通過さ
せることによってスポット状の反射像およびリング状の
反射像を得ることができた。すなわち、スポット状反射
像は被検レンズ被検面の近軸領域からの反射光により得
られ、リング状反射像は被検レンズ被検面の非球面領域
から得られるものであることから、このスポット状反射
像およびリング状反射像のそれぞれの重心位置を検知す
ることによって非球面レンズの偏心を高精度に測定する
ことができた。しかしながら、この偏心測定において
は、スポット状反射像およびリング状反射像を同一の検
知面上で得ていることやピンホールによる回折の影響や
迷光等の影響があることから、これらの重心位置を正確
に検知することはできたがより高精度な測定が求められ
た。また、反射光の結像位置付近で得られるスポット状
反射像とともに非球面領域からの反射光も投射されるた
め、非球面軸が偏心している場合には検知する重心位置
の検知精度がその影響により低くなる場合があるという
課題があった。

【０００５】そこで、本発明は、リング状反射像および
スポット状反射像を異なる検知面で得られるようにする
ことにより、リング状反射像およびスポット状反射像の
重心位置をより正確に検知できるようにして、簡単な構
成によって容易で高精度な非球面レンズの偏心測定を実
現することを目的とする。さらに、請求項２または３記
載の発明は、リング状反射像およびスポット状反射像を
より鮮明に得られるようにすることにより、これら反射
像の重心位置の検知精度を向上させて、測定精度をさら
に向上させることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的達成のため、請
求項１記載の偏心測定装置に係る発明は、被検レンズを
保持する保持手段と、光を出射する光源と、保持された
被検レンズと光軸が略一致するよう配置され光源からの
光を該被検レンズに収束して該光軸方向から照射すると
ともに該被検面で反射される反射光を結像させる光学系
と、被検レンズの被検面で反射された反射光が結像され
る前に該反射光を２つの光路に分離する分離手段と、分
離された一方の反射光の結像位置近傍に位置し該反射光
の光軸と略同心の円形開口を有する整形部材と、分離さ
れた一方の反射光の進行方向に対して整形部材の後方に
位置する検知面を有し該検知面に投射される該整形部材
の円形開口を通過することによりリング状に整形された
反射像の重心位置を検知する第１の重心検知手段と、分
離された他方の反射光の略結像位置に位置する検知面を
有し該検知面に投射されるスポット状の反射像の重心位
置を検知する第２の重心検知手段と、前記重心検知手段
が検知した前記反射像の重心位置を演算して被検レンズ
の偏心を算出する演算処理手段と、を備えたことを特徴
とするものである。

【０００７】請求項２記載の偏心測定装置に係る発明
は、前記分離手段および第２の重心検知手段の間に、前
記他方の反射光の光軸と略同心の円形開口を有する絞り
部材を配設したことを特徴とするものである。

【０００８】請求項３記載の偏心測定装置に係る発明
は、前記分離手段および第１の重心検知手段の間に、前
記一方の反射光の光軸付近を遮光する遮光手段を配設し
たことを特徴とするものである。また、請求項４記載の
偏心測定方法に係る発明は、上記請求項１〜３のいずれ
かに記載の非球面レンズ偏心測定装置を用い、前記第１
の重心検知手段の検知面に投射するリング状反射像の重
心位置から前記光学系の光軸に対する非球面軸の偏心を
測定し、また前記第２の重心検知手段の検知面に投射す
るスポット状反射像の重心位置から光学系の光軸に対す
る近軸曲率中心の偏心を測定する非球面レンズ偏心測定
方法であって、前記被検レンズを前記保持手段に保持さ
せた後に該被検レンズに前記光学系による光源からの収
束光を照射し、該被検面で反射された反射光を該光学系
が結像させる前に前記分離手段により２つの光路に分離
し、前記リング状反射像は、分離した一方の反射光が通
過する前記円形開口を有する整形部材の前記結像位置と
の相対的位置関係を光軸方向に調整することにより整形
して前記第１の重心検知手段の検知面に投射し、また、
前記スポット状反射像は、分離した他方の反射光を略結
像位置に位置する前記第２の重心検知手段の検知面に結
像させ投射することを特徴としている。

【０００９】請求項５記載の偏心測定方法に係る発明
は、前記非球面レンズの偏心を測定する前に、前記第２
の重心検知手段により前記スポット状反射像の重心位置
を検知し、該重心位置と光学系の光軸とを一致させるこ
とを特徴としている。

【００１０】

【作用】請求項１記載の偏心測定装置に係る発明では、
保持手段に保持された被検レンズに光学系により収束さ
れた光源からの収束光がその光軸方向から照射され、こ
の被検レンズの被検面で反射される反射光が再度光学系
を通ることによって結像位置に向けて収束されつつ分離
手段により２つの光路に分離される。そして、分離され
た一方の反射光がその結像位置近傍に位置する整形部材
の円形開口を通過することによって整形されて第１の重
心検知手段の検知面にリング状の反射像が投射され、こ
のリング状反射像から第１の重心検知手段によりその重
心位置が検知される。また、分離した他方の反射光がそ
の略結像位置に位置する第２の重心検知手段の検知面に
結像されてスポット状の反射像が投射され、このスポッ
ト状反射像から第２の重心検知手段によりその重心位置
が検知される。このとき、第１の重心検知手段の検知面
に投射されるリング状反射像は被検レンズの非球面領域
で反射された反射光のみに整形されたものであり、第２
の重心検知手段の検知面に投射されるスポット状反射像
は主に被検レンズの略近軸領域で反射された反射光によ
るものである。そして、第１の重心検知手段により検知
されたリング状反射像の重心位置や第２の重心検知手段
により検知されたスポット状反射像の重心位置が演算処
理手段により演算されて被検レンズの近軸曲率中心およ
び非球面軸の偏心が算出される。したがって、第１の重
心検知手段が検知するリング状反射像の重心位置より光
学系の光軸に対する被検レンズの非球面軸の偏心を測定
することができ、また、第２の重心検知手段が検知する
スポット状反射像の重心位置より光学系の光軸に対する
被検レンズの近軸曲率中心の偏心を測定することができ
る。さらに、リング状反射像およびスポット状反射像は
被検レンズの被検面で反射された反射光を分離してそれ
ぞれ異なる検知面上に投射されることから同時にこれら
の重心位置を検知して被検レンズの非球面軸および近軸
曲率中心の偏心を測定することができる。

【００１１】

【００１２】請求項２記載の偏心測定装置に係る発明で
は、分離された他方の反射光が絞り部材の円形開口によ
り絞られ、被検レンズの非球面領域で反射された反射光
が除かれる。したがって、第２の重心検知手段の検知面
には被検レンズの近軸領域で反射された反射光のみが投
射される。請求項３記載の偏心測定装置に係る発明で
は、分離された一方の反射光の光軸付近が遮光手段によ
り遮光され、被検レンズの近軸領域で反射された反射光
が除かれる。したがって、第１の重心検知手段の検知面
には被検レンズの非球面領域で反射された反射光のみが
投射される。

【００１３】また、請求項４記載の偏心測定方法に係る
発明では、用いる上記請求項１から３に記載の偏心測定
装置に応じた作用が得られるとともに、第１の重心検知
手段が検知するリング状反射像は、分離した一方の反射
光が通過する円形開口を有する整形部材の結像位置との
相対的位置関係を光軸方向に調整することにより整形し
て前記第１の重心検知手段の検知面に投射するので、こ
のときにリング状反射像になるのは非球面レンズの近軸
領域と非球面領域とでは曲率中心が異なることから、ピ
ンホールの光軸方向の位置に応じて非球面領域または近
軸領域で反射された反射光を遮光することができ、被検
レンズの近軸領域で反射された反射光を遮光し非球面領
域で反射した反射光を通過させることによりリング状と
なる。したがって、整形部材の位置を光軸方向に移動さ
せるだけで反射像はリング状にすることができる。

【００１４】請求項５記載の偏心測定方法に係る発明で
は、非球面レンズの偏心を測定する前に、第２の重心検
知手段によりスポット状反射像の重心位置を検知し、こ
の重心位置と光学系の光軸とを一致させる。したがっ
て、この第２の重心検知手段が検知する重心位置のスポ
ット状反射像は、ほとんどが近軸領域からの反射光であ
ることから、被検レンズの近軸曲率中心と光学系の光軸
とを一致させることができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。図
１〜図８は本発明の発明に係る非球面レンズの偏心測定
装置およびその偏心測定方法の第１実施例を示す図であ
り、本実施例は請求項１、４、または５のいずれかに記
載の発明に対応する。

【００１６】まず、本実施例により偏心測定する非球面
レンズを説明する。図１において、10は一面側に非球面
11を、他面側に球面12を作製した非球面レンズであり、
非球面レンズ10は非球面11を被検面として偏心測定する
被検レンズである。この非球面レンズ10は、球面12を基
準に取り付けられるものであり、非球面11の近軸曲率中
心13および球面12の曲率中心14を通る軸がレンズ光軸15
に、非球面11の近軸曲率中心13および球面12の頂点11ａ
を通る軸が非球面軸16になり、非球面11は非球面軸16に
対して軸対称となる。そして、非球面レンズ10の偏心と
いうのは、レンズ光軸15に対して非球面軸16が挟角θで
傾くことをいい、本発明は非球面軸16の偏心量εおよび
偏心方向θを測定する。

【００１７】次に、本実施例の偏心測定装置の構成を説
明する。図２において、21は非球面レンズ10を保持する
レンズ受け（保持手段）であり、レンズ受け21は非球面
レンズ10（以下、被検レンズ10ともいう）の球面12を真
空吸着して保持固定する。22は光学系であり、光学系22
は光源23から出射された光をハーフミラー24で偏向して
レンズ25、26を通過させることによって収束しレンズ受
け21が保持する被検レンズ10に光軸22ａ方向から照射す
る。この被検レンズ10の非球面11（以下、被検面11とも
いう）で反射された反射光は、再度レンズ25、26を逆方
向に通過することによって結像位置Ａで結像するように
収束される。この光学系22は、光軸22ａがレンズ受け21
の略中心を通るよう設定されており、この光軸22ａはレ
ンズ受け21が保持する被検レンズ10のレンズ光軸15と正
確ではないがほぼ一致する。

【００１８】ここで、前記結像位置Ａは、レンズ26によ
る収束光の収束位置Ｄ（図３に示すレンズ26の焦点位
置）とほぼ共役な関係となるレンズ25の収束位置であ
る。また、このレンズ26の収束位置Ｄは、図３に示すよ
うに、光源23からの光を収束するレンズ26の焦点距離を
ｆ１、このレンズ26から被検レンズ10までの距離をＺ、
被検レンズ10の近軸曲率半径をＲ０とし、これらの関係
が以下の式で表されるときに被検面11の近軸曲率中心13
と一致する。但し、これは両凸レンズの場合であり、被
検レンズ10がメニスカスレンズ、あるいは両凹レンズの
場合には式中の符号が変わる。

【００１９】 Ｚ＝ｆ１−Ｒ０ ・・・（１） 31はピンホール（円形開口）31ａを有するスライド部材
（整形部材）であり、このスライド部材31は前記結像位
置Ａ近傍に配置されており、ピンホール31ａの中心を光
軸22ａと同心にするよう略一致させつつ移動させ、結像
位置Ａとの光軸22ａ方向の相対的位置関係を調整するこ
とができる。また、32はビームスプリッタであり、スプ
リッタ32はハーフミラー24とスライド部材31との間に介
装されており、ハーフミラー24を透過する反射光の一部
を結像位置Ａで結像可能に透過するとともに他の反射光
を結像位置Ｂで結像可能に略９０゜偏向する。すなわ
ち、ビームスプリッタ32は、被検レンズ10の被検面11で
反射された反射光を２つの光路に分離する分離手段を構
成している。なお、前記結像位置Ｂは、スプリッタ32に
より偏向されているが結像位置Ａと同様に前記収束位置
Ｄとほぼ共役な関係となっている。また、スライド部材
31と結像位置Ａとの光軸22ａ方向に対する相対的位置関
係の調整は、レンズ受け21や光学系22を光軸22ａ方向に
移動させる機構で行なってもよい。

【００２０】33、34はＣＣＤカメラであり、ＣＣＤカメ
ラ33はスプリッタ32を透過した反射光の進行方向に対し
てスライド部材31の後方で撮像面33ａが略垂直になるよ
う配置されており、撮像面31ａに投射された反射光の反
射像を撮像する。また、ＣＣＤカメラ34はスプリッタ32
により偏向された他方の反射光と撮像面34ａが略垂直
に、かつ、前記結像位置Ｂに位置するように配置されて
おり、撮像面34ａに投射された反射光の反射像を撮像す
る。

【００２１】35は画像処理装置であり、画像処理装置35
にはＣＣＤカメラ33、34のそれぞれの撮像面33ａ、34ａ
における光学系22の光軸22ａ位置を設定されており、こ
の画像処理装置35はＣＣＤカメラ33、34の撮像データを
処理してそれぞれの反射像の重心位置を検知するととも
に、撮像面33ａ、34ａ上に投射された反射像やその重。
心位置をモニタ36に表示させる。また、この画像処理装
置35は、それぞれの反射像の重心位置のデータを演算処
理して非球面11の光軸22ａに対する偏心を算出すること
ができ、光軸22ａに対する近軸曲率中心13や非球面軸16
の偏心量εや偏心方向θを算出してモニタ36に表示させ
る。すなわち、画像処理装置35は、演算処理手段を構成
し、ＣＣＤカメラ33とともに第１の重心検知手段を、ま
たＣＣＤカメラ34とともに第２の重心検知手段を構成し
ており、ＣＣＤカメラ33、34の撮像面33ａ、34ｂが第
１、第２の重心検知手段の検知面となる。なお、画像処
理装置35は、モニタ36に前記反射像や重心位置を表示す
る際、光学系22の光軸22ａの位置を零点とするＸＹチャ
ート上に表示させ、これらの位置を確認できるようにし
てもよい。

【００２２】なお、上記光学系22、ハーフミラー24、お
よびビームスプリッタ32等の光学素子は、収差（特に球
面収差）がよく補正されているものが好ましい。次に、
本実施例の偏心測定方法とともに作用を説明する。レン
ズ受け21に被検レンズ10の球面12側を真空吸着して保持
固定した後、光源23を点灯し、光源23から出射された光
をハーフミラー24によりレンズ25、26方向に偏向した
後、そのレンズ25、26により収束位置Ｄに向けて収束さ
せつつ光軸22ａ方向から被検レンズ10に照射する。この
とき、被検レンズ10に照射された収束光の少なくとも一
部は被検面11でレンズ25、26方向に反射され、その反射
光は再度レンズ25、26により結像位置Ａに向けて収束さ
れつつハーフミラー24を透過する。

【００２３】次いで、ハーフミラー24を透過した反射光
が結像位置Ａに到達する前に、その反射光をスプリッタ
32により透過および偏向して２つの光路に分離する。そ
して、スプリッタ32を透過した一方の反射光は、結像位
置Ａ近傍に位置するスライド部材31のピンホール31ａに
より整形してＣＣＤカメラ33の撮像面33ａに反射像を投
射する。このとき、スライド部材31を図４に示すように
結像位置Ａに位置させた場合、被検面11の近軸領域（ほ
ぼ球面形状の領域）で反射された図中破線で示す反射光
がピンホール31ａを通過し、また被検面11の他の領域
（非球面形状の領域、以下非球面領域という）で反射さ
れた図中一点鎖線で示す反射光はピンホール31により遮
光される。すなわち、レンズ26による収束球面波の収束
位置Ｄが被検面11の近軸曲率中心13と略一致しているこ
とから被検面11における収束球面波の曲率半径と近軸曲
率半径Ｒ０が略一致している状態なので、被検面11の近
軸領域で反射された反射光のみがピンホール31ａの位置
で光軸22ａ付近を通過することになり、また被検面11の
半径方向に徐々に曲率半径が変化していく非球面領域か
らの反射光はピンホール31ａにより遮光される（ピンホ
ール31ａを形成する外縁側が遮光する）。そのため、被
検面11の非球面領域で反射される反射光をピンホール31
ａにより遮光した場合のＣＣＤカメラ33の撮像面33ａに
投射される反射像は、図６に示すようなサークル状反射
像39となる。

【００２４】一方、スライド部材31を、図５に示すよう
に、結像位置Ａからハーフミラー24側にΔＬだけ移動さ
せた場合には、逆に、図中破線で示す被検面11の近軸領
域で反射された反射光がスライド部材31のピンホール31
ａにより遮光され、図中一点鎖線で示す被検面11の非球
面領域で反射された反射光はそのピンホール31を通過す
る。したがって、撮像面33ａに投射される反射像は、被
検レンズ10の非球面領域で反射された反射光のみに整形
された図７に示すリング状反射像40となる。なお、被検
面11の光軸22ａ付近で反射される反射光は、レンズ25、
26により屈曲されることが少なく光軸22ａ付近を直進す
るので、ピンホール31を通過してリング状反射像40の中
心にリーク像41を投射する。

【００２５】また、スプリッタ32が偏向した他方の反射
光は、略結像位置Ｂに位置するＣＣＤカメラ34の撮像面
34ａに反射像を投射する。このとき、スプリッタ32によ
り偏向された反射光は、レンズ25、26により収束されつ
つ偏向されているので撮像面34ａで結像してスポット状
の反射像（図示していない）となる。なお、この撮像面
34ａに投射されるスポット状反射像は被検面11の近軸領
域および非球面領域で反射された反射光によるものであ
り、被検面11の近軸領域で反射された反射光がスポット
状反射像を撮像面34ａに投射し、被検面11の非球面領域
で反射された反射光はその廻りにはぼけを生じさせる。
但し、画像処理装置35は画像処理条件の設定によって前
記スポット状反射像の重心位置を検知することは可能で
ある。

【００２６】このように、ＣＣＤカメラ33の撮像面33ａ
には被検レンズ10の近軸領域および非球面領域で反射さ
れた反射光によりサークル状反射像39およびリング状反
射像40を投射することができ、またＣＣＤカメラ34の撮
像面34ａには被検レンズ10の近軸領域で主に反射された
反射光により前記スポット状反射像を投射することがで
き、それぞれの重心位置を画像処理装置35で検知するこ
とができる。そして、本実施例においては、ＣＣＤカメ
ラ33の撮像面33ａにはリング状反射像40を、またＣＣＤ
カメラ34の撮像面34ａには前記スポット状反射像を投射
し、画像処理装置35によりリング状反射像40の重心位置
を検知して光軸22ａに対する被検レンズ10の非球面軸16
の偏心を、また前記スポット状反射像の重心位置を検知
して光軸22ａに対する被検レンズ10の近軸曲率中心13の
偏心を同時に測定してモニタ36に表示させることができ
る。

【００２７】ところで、被検レンズ10の球面12側の曲率
中心14はレンズ受け21に保持させるだけで常に光学系22
の光軸22ａと一致するが、被検面11の近軸曲率中心13ま
たは非球面軸16は任意に保持させただけでは光軸22ａと
一致することはほとんどない。そのため、被検面11の近
軸曲率中心13および非球面軸16の光軸22ａに対する偏心
をそれぞれ個別に演算して算出することも可能であるが
この演算は若干複雑となることから、被検面11の近軸曲
率中心13を光学系22の光軸22ａと一致させた状態で被検
レンズ10の偏心を測定する方がよい。この被検面11の近
軸曲率中心13を光学系22の光軸22ａに一致させるのは、
画像処理装置35がモニタ36に表示する前記スポット状反
射像がほぼ被検レンズ10の近軸領域からの反射光による
ものなのでその重心位置情報に基づいてレンズ受け21に
よる被検レンズ10の保持を調整することによって容易に
行なうことができる。なお、この被検レンズ10の保持の
調整は、公知の方法でよい。

【００２８】そこで、被検レンズ10の偏心を測定する前
に、被検レンズ10の近軸曲率中心1313を光軸22ａに略一
致させる作業を行なった後、ＣＣＤカメラ33の撮像面33
ａにリング状反射像40を投射するために、図５に示すよ
うにスライド部材31をＣＣＤカメラ34の撮像面34ａにサ
ークル状反射像39を投射する位置からΔＬだけ移動させ
る。このときに、スライド部材31のピンホール31ａを通
過する反射光の被検面11における光軸22ａからの径方向
の高さである像高ｈを求めておく。なお、この像高ｈは
被検レンズ10の非球面軸16の光軸22ａに対する偏心を演
算する際に使用するものである。

【００２９】ここで、被検レンズ10の近軸曲率中心13を
光軸22ａと一致させた状態で、ＣＣＤカメラ33の撮像面
33ａに投射されるリング状反射像40の重心位置は、撮像
面33ａと交叉する光軸22ａの位置座標を零点（Ｘ０、Ｙ
０）として（Ｘ、Ｙ）で表すことができ、これらの間の
距離ｅは次式で表すことができる。

【００３０】

【数１】 また、図８に示す被検レンズ10の軸方向断面における被
検面11はＴ＝Ｆ（ｈ）で表され、被検面11の頂点11ａを
零点とする像光ｈの座標Ｐ｛ｈ、Ｆ（ｈ）｝の被検面11
に対する法線45の傾きを｛−１／ｆ（ｈ）｝としたとき
の切片Ｔ１は、被検面11の近軸曲率半径をＲ０、非球面
領域の曲率変化量をΔＲとすると、 Ｔ１＝ｈ／ｆ（ｈ）＋Ｆ（ｈ） ・・・（３） Ｔ１＝Ｒ０＋ΔＲ ・・・（４） この（３）式、（４）式から、 ΔＲ＝Ｔ１−Ｒ０＝ｈ／ｆ（ｈ）＋Ｆ（ｈ）−Ｒ０ ・・・（５） となり、偏心量εは、図５に示すように、レンズ26の焦
点距離をｆ１、レンズ25の焦点距離をｆ２、スライド部
材31と撮像面33ａの間の距離をＷとすると、 ε＝ｔａｎ^-1〔（ｅ・ｆ１）／｛２・ΔＲ・（ｆ２＋Ｗ）｝〕 ・・・（６） であることから、（６）式を（５）式を代入して、 ε＝ｔａｎ^-1〔（ｅ・ｆ１）／｛２・（ｈ／ｆ（ｈ）＋Ｆ（ｈ）−Ｒ０） ・（ｆ２＋Ｗ）｝〕 ・・・（７） とすることができる。

【００３１】また、偏心方向θについても、 θ＝ｔａｎ^-1｛（Ｙ−Ｙ０）／（Ｘ−Ｘ０）｝ ・・・（８） と、表すことができる。したがって、被検レンズ10の近
軸曲率中心13を光軸22ａに略一致させた後、スライド部
材31が結像位置ＡからΔＬだけ離隔したときの像高ｈを
求め画像処理装置35に被検レンズ10や光学系22の条件と
ともに入力することによって、その画像処理装置35によ
りＣＣＤカメラ33の撮像面33ａに投射されるリング状反
射像40の重心位置を検知して上記（７）式および（８）
式から偏心量εおよび偏心方向θを算出し被検レンズ10
の光軸22ａに対する非球面軸16の偏心を測定することが
できる。

【００３２】なお、前記Ｆ（ｈ）は次式のように表され
る。

【００３３】

【数２】 Ｃ ＝１／Ｒ０ Ｒ０：被検面11の近軸曲率半径 ΔＲ：非球面領域の曲率変化量 ｋ ：円錐定数 ｈ ：光軸22ａからの高さ（像高） Ａ_n ：ｎ次の非球面係数 このように本実施例においては、被検レンズ10の被検面
11で反射された反射光を結像位置Ａの前でスプリッタ32
が透過および偏向して２つの光路に分離する。そして、
透過した一方の反射光をスライド部材31のピンホール31
ａが被検面11の非球面領域で反射された反射光のみに整
形してＣＣＤカメラ33の撮像面33ａにリング状反射像40
を投射しその重心位置を検知する。同時に、スプリッタ
32が偏向した反射光をＣＣＤカメラ34の撮像面34ａに結
像させて被検面11の近軸領域で反射された反射光による
前記スポット状反射像を投射しその重心位置を検知す
る。したがって、光学系22の光軸22ａに対する被検レン
ズ10の非球面軸16および近軸曲率中心13の偏心を測定す
ることができ、これらの測定を同時に行なうことができ
る。この結果、従来技術で説明した前記変位計等を用い
ることなく、簡単な構成で容易に、かつ、高精度に非球
面レンズ10の偏心を測定することができる。

【００３４】また、この測定を行なう前に、撮像面34ａ
に投射する前記スポット状反射像の重心位置に基づいて
被検レンズ10の近軸曲率中心13と光学系22の光軸22ａと
を一致させることにより、被検レンズ10のセッテイング
不良を修正することができ、撮像面33ａに投射するリン
グ状反射像40の重心位置から被検レンズ10の光軸22ａに
対する非球面軸16の偏心を高精度に、かつ、容易に測定
することができる。なお、被検レンズ10の近軸曲率中心
13と光学系22の光軸22ａとを一致させた後も前記スポッ
ト状反射像の重心位置を検知して、測定結果を補正する
こともできる。

【００３５】さらに、非球面軸16および近軸曲率中心13
の偏心は、リング状反射像40の重心位置や前記スポット
状反射像の重心位置を画像処理装置35がＣＣＤカメラ3
3、34の撮像面33ａ、34ａから検知してこれらの重心位
置情報を演算して算出するので、被検レンズ10の光軸22
ａに対する偏心を容易に、かつ、高精度に測定すること
ができる。

【００３６】また、本実施例の他の態様としては、図示
は省略しているが、例えば光学系22の光軸22ａに回転軸
が一致するモータなどの回転駆動手段をレンズ受け21に
連結して被検レンズ10を軸廻りに回転させることができ
るように構成し、前記スポット状反射像およびリング状
反射像40を回転させることによってその回転半径からそ
れぞれの重心位置の光軸22ａからのずれを高精度に検知
することもでき、また光学系22の収差をキャンセルする
ことが可能になる。

【００３７】なお、本実施例では、スライド部材31を結
像位置Ａ近傍に配置しているが、結像位置Ｂ近傍に配置
してリング状反射像40および前記スポット状反射像を投
射するＣＣＤカメラ33、34の撮像面33ａ、34ａを逆にし
てもよいことはいうまでもない。次に、図９は本発明の
発明に係る非球面レンズの偏心測定装置およびその偏心
測定方法の第２実施例を示す図であり、本実施例は請求
項１、２、４、または５のいずれかに記載の発明に対応
する。なお、本実施例では、上述第１実施例と同様な装
置の構成には同一の符号を付して本実施例における特徴
部分のみを説明する。

【００３８】まず、本実施例の偏心測定装置の構成を説
明する。図９において、51は所定径の円形開口51ａを有
するスライド部材であり、スライド部材51はＣＣＤカメ
ラ34の撮像面34ａとスプリッタ32との間に配設されてお
り、このスライド部材51はスプリッタ32が偏向した反射
光の光軸と円形開口51ａの中心が同心になるよう略一致
させたままその進行方向に移動することができ、円形開
口51ａの外縁側により反射光の光軸廻りの外側を遮光す
ることによって撮像面34ａ上に結像させる反射光を絞る
ことができる。すなわち、スライド部材51は、絞り部材
を構成する。

【００３９】次に、本実施例の偏心測定方法とともに作
用を説明する。被検レンズ10の近軸曲率中心13を光軸22
ａに略一致させる作業を行なう際に、スライド部材51を
スプリッタ32が偏向した反射光の進行方向に移動させ被
検レンズ10の非球面領域で反射された反射光を遮光して
円形開口51ａを通過する反射光を被検レンズ10の近軸領
域で反射された反射光のみに絞る。したがって、ＣＣＤ
カメラ34の撮像面34ａ上に投射される前記スポット状反
射像の廻りの被検レンズ10の非球面領域で反射された反
射光による前記ぼけがカットされ、前記スポット状反射
像を被検レンズ10の近軸領域でのみ反射された反射光に
よるぼけのない鮮明な像とすることができる。この結
果、画像処理装置35により前記スポット状反射像の重心
位置を正確に検知して被検レンズ10の近軸曲率中心13を
光軸22ａに容易に一致させることができる。なお、この
被検レンズ10の非球面領域で反射された反射光のカット
は、モニタ36を確認しながらスライド部材51を移動させ
ることによって容易に行なうことができる。

【００４０】このように本実施例においては、上述実施
例の作用効果に加え、スプリッタ32が偏向した反射光を
スライド部材51の円形開口51ａにより絞り、被検面11の
非球面領域で反射された反射光を除いているので、画像
処理装置35に対するノイズとなる被検レンズ10の非球面
領域で反射された反射光をなくすことができ、被検レン
ズ10の近軸領域で反射された反射光によりＣＣＤカメラ
34の撮像面34ａに鮮明な前記スポット状反射像を投射す
ることができる。したがって、画像処理装置35に対する
ノイズが除去されて前記スポット状反射像の重心位置の
検知精度が向上するとともに、被検レンズ10の近軸曲率
中心13を光学系22の光軸22ａに正確に一致させることが
でき、測定精度が向上する。

【００４１】次に、図10は本発明の発明に係る非球面レ
ンズの偏心測定装置およびその偏心測定方法の第３実施
例を示す図であり、本実施例は請求項１、３〜５のいず
れかに記載の発明に対応する。なお、本実施例では、上
述第１実施例と同様な装置の構成には同一の符号を付し
て本実施例における特徴部分のみを説明する。まず、本
実施例の偏心測定装置の構成を説明する。

【００４２】図10において、52はプリズム形状のビーム
スプリッタであり、スプリッタ52は上述実施例における
スプリッタ32と同様にハーフミラー24を透過した反射光
をスプリット面52ａで透過および偏向して２つの光路に
分離する分離手段を構成している。このスプリッタ52
は、スライド部材31側の光軸22ａに対する直交面にはそ
の光軸22ａ付近を覆うマスク53が貼付されており、スプ
リット面52ａを透過した光軸22ａ付近の反射光をスライ
ド部材31のピンホール31手前（すなわち、撮像面33ａの
手前）で遮光する。なお、このマスク53は、被検レンズ
10の光軸22ａ付近で反射され光軸22ａ付近を直進する反
射光を遮光する程度の径となっている。

【００４３】次に、本実施例の偏心測定方法とともに作
用を説明する。被検レンズ10の非球面軸16の偏心を測定
する際に、被検面11の光軸22ａ付近で反射され光軸22ａ
付近を直進する反射光を、マスク53が遮光しＣＣＤカメ
ラ33の撮像面33ａ上に投射されることを防止する。すな
わち、ＣＣＤカメラ33の撮像面33ａ上に投射されるリン
グ状反射像40の内側のリーク像41等や迷光を除去する。
したがって、ＣＣＤカメラ33の撮像面33ａ上に鮮明なリ
ング状反射像40が投射され、画像処理装置35に対するノ
イズが除去される。この結果、リング状反射像40の重心
位置を正確に検知して被検レンズ10の偏心を高精度に測
定することができる。

【００４４】このように本実施例においては、上述実施
例の作用効果に加え、スプリット面52ａを透過した光軸
22ａ付近の反射光をマスク53が遮光して被検レンズ10の
非球面領域以外からの反射光を除いているので、鮮明な
リング状反射像40を撮像面33ａに投射することができ、
画像処理装置35に対するノイズが除去されてリング状反
射像40の重心位置の検知精度が向上し測定精度がさらに
向上する。

【００４５】なお、本実施例に上述第２実施例のスライ
ド部材51を併設してもよいことはいうまでもない。

【００４６】

【発明の効果】本発明によれば、被検レンズの被検面で
反射された反射光を２つの光路に分離した後、第１の重
心検知手段の検知面にリング状反射像を投射してその重
心位置を検知し、また第２の重心検知手段の検知面にス
ポット状反射像を投射してその重心位置を検知して、リ
ング状反射像の重心位置やスポット状反射像の重心位置
を演算処理手段により演算して非球面軸および近軸曲率
中心の偏心を算出するので、光学系の光軸に対する被検
レンズの非球面軸および近軸曲率中心の偏心を測定する
ことができる。さらに、リング状反射像およびスポット
状反射像は反射光を分離してそれぞれ異なる検知面上に
投射するので、同時に双方の重心位置を検知して非球面
軸および近軸曲率中心の偏心を測定することができる。
したがって、例えば、変位計などの必要のない簡単な構
成で、容易に、かつ、高精度に非球面レンズの偏心を測
定することができる。

【００４７】さらに、請求項２記載の発明によれば、分
離された他方の反射光を絞って非球面領域で反射された
反射光を除いているので、被検レンズの近軸領域の反射
光のみによるスポット状反射像を検知面に投射すること
ができ、被検レンズの非球面領域で反射された反射光に
よる影響がない。したがって、被検レンズの非球面領域
の偏心に影響されることなくスポット状反射像の重心位
置を検知することができ、測定精度がさらに向上する。

【００４８】請求項３記載の発明によれば、分離された
一方の反射光の光軸付近の反射光を遮光して被検レンズ
の近軸領域で反射された反射光を除いているので、被検
レンズの非球面領域によるリング状反射像のみを検知面
に投射することができ、被検レンズの近軸領域で反射さ
れた反射光による影響がない。したがって、リング状反
射像の重心位置の検知精度が向上し、測定精度がさらに
向上する。

【００４９】また、請求項５記載の発明によれば、非球
面レンズの偏心を測定する前に、スポット状反射像の重
心位置に基づいて近軸曲率中心と光学系の光軸とを一致
させるので、被検レンズのセッテイング不良を修正する
ことができる。したがって、測定精度が向上するととも
に被検レンズの偏心を容易に演算して算出することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る非球面レンズの偏心測定装置およ
びその偏心測定方法を適用する非球面レンズの一例を示
す説明図である。

【図２】本発明に係る非球面レンズの偏心測定装置およ
びその偏心測定方法の第１実施例を示す概略全体構成図
である。

【図３】その非球面レンズとの位置関係を説明する説明
図である。

【図４】その反射光の円形開口による整形を説明する説
明図である。

【図５】図４と異なる位置の円形開口による整形を説明
する説明図である。

【図６】その検知面に投射される反射像の一例を示す平
面図である。

【図７】図６と異なる反射像の一例を示す平面図であ
る。

【図８】その偏心の測定を説明する図であり、非球面レ
ンズの軸方向断面におけるグラフである。

【図９】本発明に係る非球面レンズの偏心測定装置およ
びその偏心測定方法の第２実施例を示す概略全体構成図
である。

【図10】本発明に係る非球面レンズの偏心測定装置およ
びその偏心測定方法の第３実施例を示す概略全体構成図
である。

【符号の説明】

10 非球面レンズ（被検レンズ） 11 非球面（被検面） 12 球面 13 近軸曲率中心 15 レンズ光軸 16 非球面軸 21 レンズ受け（保持手段） 22 光学系 22ａ 光軸 23 光源 31 スライド部材（整形部材） 31ａ ピンホール（円形開口） 32、52 ビームスプリッタ（分離手段） 33、34 ＣＣＤカメラ（第１、第２の重心検知手段） 33ａ、34ａ 撮像面（検知面） 35 画像処理装置（演算処理手段、第１、第２の重心
検知手段） 36 モニタ 40 リング状反射像 51 絞り手段 51ａ 円形開口 53 マスク（遮光手段） Ａ、Ｂ 結像位置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−164223（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−11760（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−296132（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−37544（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−144541（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−10739（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−189905（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−332735（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01M 11/00 - 11/02 G01B 11/00 - 11/30

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被検レンズを保持する保持手段と、 光を出射する光源と、 保持された被検レンズと光軸が略一致するよう配置され
   光源からの光を該被検レンズに収束して該光軸方向から
   照射するとともに該被検面で反射される反射光を結像さ
   せる光学系と、 被検レンズの被検面で反射された反射光が結像される前
   に該反射光を２つの光路に分離する分離手段と、 分離された一方の反射光の結像位置近傍に位置し該反射
   光の光軸と略同心の円形開口を有する整形部材と、 分離された一方の反射光の進行方向に対して整形部材の
   後方に位置する検知面を有し該検知面に投射される該整
   形部材の円形開口を通過することによりリング状に整形
   された反射像の重心位置を検知する第１の重心検知手段
   と、 分離された他方の反射光の略結像位置に位置する検知面
   を有し該検知面に投射されるスポット状の反射像の重心
   位置を検知する第２の重心検知手段と、前記重心検知手段が検知した前記反射像の重心位置を演
   算して被検レンズの偏心を算出する演算処理手段と、 を
   備えたことを特徴とする非球面レンズ偏心測定装置。
2. 【請求項２】前記分離手段および第２の重心検知手段の
   間に、 前記他方の反射光の光軸と略同心の円形開口を有する絞
   り部材を配設したことを特徴とする請求項１に記載の非
   球面レンズ偏心測定装置。
3. 【請求項３】前記分離手段および第１の重心検知手段の
   間に、 前記一方の反射光の光軸付近を遮光する遮光手段を配設
   したことを特徴とする請求項１または２に記載の非球面
   レンズ偏心測定装置。
4. 【請求項４】上記請求項１〜３のいずれかに記載の非球
   面レンズ偏心測定装置を用い、前記第１の重心検知手段
   の検知面に投射するリング状反射像の重心位置から前記
   光学系の光軸に対する非球面軸の偏心を測定し、また前
   記第２の重心検知手段の検知面に投射するスポット状反
   射像の重心位置から光学系の光軸に対する近軸曲率中心
   の偏心を測定する非球面レンズ偏心測定方法であって、 前記被検レンズを前記保持手段に保持させた後に該被検
   レンズに前記光学系による光源からの収束光を照射し、
   該被検面で反射された反射光を該光学系が結像させる前
   に前記分離手段により２つの光路に分離し、 前記リング状反射像は、分離した一方の反射光が通過す
   る前記円形開口を有する整形部材の前記結像位置との相
   対的位置関係を光軸方向に調整することにより整形して
   前記第１の重心検知手段の検知面に投射し、 また、前記スポット状反射像は、分離した他方の反射光
   を略結像位置に位置する前記第２の重心検知手段の検知
   面に結像させ投射することを特徴とする非球面レンズ偏
   心測定方法。
5. 【請求項５】前記非球面レンズの偏心を測定する前に、
   前記第２の重心検知手段により前記スポット状反射像の
   重心位置を検知し、該重心位置と光学系の光軸とを一致
   させることを特徴とする請求項４記載の非球面レンズ偏
   心測定方法。