JP3410902B2 - レンズ面偏心測定方法およびレンズ面偏心測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はレンズ面偏心測定
方法およびレンズ面偏心測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】２枚以上のレンズで構成されるレンズ系
における各レンズ面の偏心の測定に関しては従来から、
特開平２−９９８４１号公報や特開平３−１０７７３９
号公報記載の技術が知られている。しかし、これら公報
に記載された技術では偏心測定の対象となる「被検レン
ズ面」は球面であり、被検レンズ面の曲率中心位置から
偏心を求めている。

【０００３】レンズ系中に非球面が含まれる場合、被検
レンズ面が非球面であると、被検レンズ面の偏心は近軸
曲率中心の位置のみでは完全に特定できず、非球面軸の
傾きをも知る必要があり、上記公報記載の技術では非球
面の偏心を測定することが困難であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この発明は上述した事
情に鑑み、２枚以上のレンズで構成されて非球面を含む
レンズ系における所望の被検レンズ面の偏心量と偏心方
向とを測定するレンズ面偏心測定方法の実現を課題とす
る。

【０００５】この発明の別の課題は、上記方法を実現す
るためのレンズ面偏心測定装置の実現にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明の「レンズ面偏
心測定方法」は、１以上の非球面を含む３以上のレンズ
面を有する被検レンズ系における所望の被検レンズ面の
偏心量と偏心方向を求める方法である。

【０００７】この発明における「被検レンズ系」は２枚
以上のレンズにより構成される。従って、レンズ系に含
まれるレンズ面の最小数は、２枚のレンズを接合した場
合の３面である。そして、被検レンズ系の有するレンズ
面中に少なくとも１面の非球面が含まれるのである。

【０００８】「被検レンズ系」は、鏡筒に対して組付け
られてレンズユニット（例えばズームレンズ等）を構成
している場合もあるし、例えば上記ズームレンズを構成
するために、鏡筒に途中まで組付けられ「ズームレンズ
系の一部をなすレンズ系」であってもよい。

【０００９】請求項１記載の発明は、以下の如き特徴を
有している。被検レンズ系の基準光軸方向から、所望の
被検レンズ面に集束性もしくは発散性の照射光束を照射
する。上記被検レンズ面からの反射光束を、基準光軸に
実質的に光軸を合致させた結像光学系により、被検レン
ズ面の曲率中心、または近軸曲率中心及び非球面軸から
所定距離の位置にある非球面部分の曲率中心の各近傍位
置を物点とする像として、撮像手段の受光面上に結像さ
せる。上記各像の重心位置座標と被検レンズ系のデータ
とを用いて所定の演算を行ない、所望の被検レンズ面の
偏心量および偏心方向を求める。

【００１０】「被検レンズ面」は、被検レンズ系の有す
るレンズ面の内で偏心測定の対象となるレンズ面であ
る。被検レンズ面は所望のレンズ面であるから、被検レ
ンズ系における任意のレンズ面を被検レンズ面とするこ
とができ、勿論、被検レンズ系の有する全てのレンズ面
を被検レンズ面とすることができる。

【００１１】被検レンズ面が２以上あるときには、照射
光束の照射側から順次、各被検レンズ面の偏心量および
偏心方向を測定することができる（請求項２）。

【００１２】「基準光軸」は、被検レンズ系における設
計上の光軸を言うが、具体的には被検レンズ系を保持す
る鏡筒の中心軸と考えても良い。

【００１３】上記のように、偏心測定の対象は被検レン
ズ面の「偏心量と偏心方向」とである。ここで、これら
偏心量と偏心方向とを図４を参照して説明する。図４に
おいて、符号Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃，Ｓ₄は、被検レンズ系１に
おけるレンズ面を示す。レンズ面Ｓ₁〜Ｓ₄のそれぞれが
「被検レンズ面」であるとする。また、レンズ面Ｓ₁，
Ｓ₃は「非球面」で、レンズ面Ｓ₂，Ｓ₄は「球面」であ
るとする。直線２は「基準光軸」を示している。

【００１４】先ず、球面であるレンズ面Ｓ₂，Ｓ₄に就い
て見ると、図中、符号Ｓ₂'，Ｓ₄'はそれぞれ、レンズ面
Ｓ₂，Ｓ₄の「曲率中心」を示す。レンズ面Ｓ₂，Ｓ₄は球
面であるので、この場合の偏心量は、曲率中心Ｓ₂’
Ｓ₄’の基準光軸２からの「ずれ量」、即ち図中の距
離：σ₂，σ₄により一義的に定まる。即ち、レンズ面Ｓ
₂，Ｓ₄に就いては、σ₂，σ₄が「偏心量」である。

【００１５】基準光軸２と曲率中心Ｓ₂’とを含む平面
が基準光軸２に直交する面内でどの方向に向いているか
がレンズ面Ｓ₂の「偏心方向」を与え、曲率中心Ｓ₄’と
基準光軸２とを含む平面が基準光軸２に直交する面内で
どの方向に向いているかがレンズ面Ｓ₄の「偏心方向」
を与える。

【００１６】次に、非球面であるレンズ面Ｓ₁，Ｓ₃の場
合を説明する。周知の如く、非球面は一般に、非球面軸
に合致させてＹ軸を取り、Ｙ軸に直交させてｈ軸を取る
とき、 Ｙ＝ｆ(ｈ)＝(ｈ²／Ｒ)／［１＋√｛１−(Ｋ＋１)(ｈ²
／Ｒ²)｝＋Ａｈ²＋Ｂｈ⁴＋Ｃｈ⁶＋．．． で表わされる曲線をＹ軸の回りに回転させて得られる曲
面であり、Ｒ，Ｋ，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，．．により特定さ
れる。非球面軸は従って非球面における回転対称軸であ
る。上記「Ｒ」は非球面における非球面軸近傍の曲率半
径即ち「近軸曲率半径」であり、この近軸曲率半径を持
つ非球面部分を「近軸球面部分」、その曲率中心を「近
軸曲率中心」と言う。非球面形状と上記Ｙ，ｈ座標軸の
関係を説明図として図５に示す。図５において、符号
Ｓ’が近軸曲率中心を示す。

【００１７】図４に戻ると、図中における符号Ｓ₁'，Ｓ
₃'はそれぞれ、レンズ面Ｓ₁，Ｓ₃の近軸曲率中心を示
し、直線Ｓ₁''，直線Ｓ₃''がそれぞれ、レンズ面Ｓ₁，
Ｓ₃の非球面軸を示す。

【００１８】非球面であるレンズ面Ｓ₁の偏心量は、近
軸曲率中心Ｓ₁’と基準光軸２とのずれ量：σ₁と、非球
面軸Ｓ₁''と基準光軸２との成す角：ε₁とにより定ま
る。同様にレンズ面Ｓ₃の偏心量は図中の距離：σ₃、
角：ε₃とにより定まる。上記σ₁，σ₃を「シフト偏心
量」、ε₁，ε₃を「ティルト偏心量」と呼ぶ。

【００１９】上記説明は、被検レンズ面の面数が４面以
外の場合に容易に一般化される。従って、被検レンズ面
が球面であるときには、偏心量は「曲率中心と基準光軸
とのずれ量」であり、被検レンズ面が非球面であるとき
には「シフト偏心量とティルト偏心量」の２つの量で偏
心量が定まる。

【００２０】偏心方向は被検レンズ面が非球面の場合
も、近軸曲率中心と基準光路とを含む面が基準光軸に直
交する平面内でどの方向を向くかにより定められる。こ
の発明のレンズ面偏心測定装置は、上記請求項１記載の
方法を実施するための装置、即ち「１以上の非球面を含
む３以上のレンズ面を有する被検レンズ系における１以
上の所望の被検レンズ面の偏心量と偏心方向を求める装
置」であって、保持手段と、照明用光源と、照射用光学
系と、結像光学系と、重心位置検出手段と、演算手段と
を有する。

【００２１】「保持手段」は、被検レンズ系の基準光軸
を中心軸に実質的に合致させて、被検レンズ系を保持す
る手段である。「照明用光源」は照明用の光を放射する
光源であり、ＬＤやＬＥＤ、さらにはガスレーザや固体
レーザ等の各種レーザ光源を好適に用いることができ
る。

【００２２】「照射用光学系」は、保持手段の中心軸に
光軸を合致させ、照明用光源からの光束を集束性もしく
は発散性の照射光束として、被検レンズ系に照射する光
学系である。従って、照射光束は「被検レンズ系の基準
光軸方向」から照射されることになる。「結像光学系」
は、保持手段の中心軸と実質的に合致した光軸を持ち、
所望の被検レンズ面からの反射光束を結像させる光学系
である。結像光学系は、上記照射用光学系と、光学系の
一部を共用することができる。

【００２３】「重心位置検出手段」は、結像光学系によ
る結像状態に基づき、所望の被検レンズ面からの反射光
の結像の重心位置を検出する手段である。「演算手段」
は、重心位置検出手段による検出結果と、被検レンズの
データとに基づき、所定の演算により各被検レンズ面の
偏心量と偏心方向とを演算する手段であり、具体的に
は、パーソナルコンピュータやマイクロコンピュータ、
あるいは専用のＣＰＵを用いることができる。

【００２４】上記「重心位置検出手段」は、単一の撮像
手段および、この撮像手段の受光面上に結像した像の重
心を検出する単一の画像処理装置と、照射用光学系によ
る集束性もしくは発散性の照射光束の集光点位置を基準
光軸方向に変位・調整する集光点位置調整手段とにより
構成されることができる（請求項４）。

【００２５】また、上記「重心位置検出手段」を、結像
光学系の像側光路を複数に分割する光路分割手段と、分
割された個々の光路上に１つずつ、所定の位置に設けら
れた撮像手段と、各撮像手段の受光面上に結像した像の
重心を検出する画像処理手段とにより構成することもで
きる（請求項５）。

【００２６】前述のように、被検レンズ系の基準光軸は
「被検レンズ系を保持する鏡筒の中心軸」と考えても良
く、保持手段は、その中心軸を基準光軸と実質的に合致
させて保持するので、上記請求項３〜５記載の発明で測
定される偏心量は、実際には保持手段の中心軸に対する
偏心量であり、もし、被検レンズ系の「設計上の光軸と
しての基準光軸」が、保持手段の中心軸と合致しない場
合には、測定される偏心量には誤差が含まれることにな
る。

【００２７】このような場合には、演算手段が「重心位
置検出手段による検出結果と、被検レンズのデータとに
基づき、所定の演算により求めた各被検レンズ面の偏心
量の最小２乗平均により、最適基準光軸を求め、この最
適基準光軸に基づき、偏心量を求める演算機能を有す
る」ようにすることにより、被検レンズ系の設計上の光
軸により近い「最適基準光軸」を基準として、より正確
な偏心量を測定することができる（請求項６）。

【００２８】なお、前述の如く演算手段における演算に
は、被検レンズ系のデータ（各レンズ面の曲率半径や非
球面形状、面間隔、レンズ材質の屈折率等）が用いられ
るから、このようなデータ（設計上の値）が既知である
ことが前提であり、また、偏心量は微小量である。

【００２９】

【発明の実施の形態】図１は請求項３，４記載の発明の
実施の１形態を示している。被検レンズ系１は複数のレ
ンズを有する。被検レンズ系は、レンズ系として構成さ
れる途上において、全レンズの内の一部のレンズ（複数
のレンズ）を組付けた、組付け途上にあるレンズ系（組
付け中のレンズ系）でもよいし、既に組付けが終了した
レンズ系（完成レンズ系）でもよい。

【００３０】「組付け中のレンズ系」を被検レンズ系と
してレンズ面偏心測定を行なう場合には、測定結果に基
づき各レンズの組付けを調整することができる。また
「完成レンズ系」を被検レンズ系として、全レンズ面の
偏心測定を行なえば、完成レンズ系が実際に製品として
の規格に適合しているか否かを知ることができる。

【００３１】被検レンズ系１は「保持手段」の保持部３
Ａに保持される。保持手段は保持部３Ａと調整機構３Ｂ
とにより構成される。調整機構３Ｂは、図面に直交する
平面内で互いに直交する２方向に移動可能なステージ
と、保持部３Ａの中心軸（保持手段の中心軸）の向きを
調整する傾斜機構とを組み合わせて構成されている。

【００３２】保持部３Ａは、被検レンズ系１の基準光軸
（ここでは鏡筒の中心軸であるとする）を前記中心軸に
合致させて保持する。

【００３３】「照明用光源」であるレーザ光源４から放
射された照射光束は、顕微鏡の対物レンズと同様に作用
するレンズ５で絞られた後に発散性の光束となり、偏光
ビームスプリッタ６と１／４波長板７とを透過し、レン
ズ８により平行光束に戻され、ミラー９，１０により折
り返され、レンズ１１により集束性の光束となって被検
レンズ系１を照射する。従って、レンズ５、偏光ビーム
スプリッタ６、１／４波長板７、レンズ８、ミラー９，
１０およびレンズ１１は「照射用光学系」を構成する。
勿論、レンズ５，８，１１は「光軸合わせ」されてい
る。

【００３４】保持手段の調整機構３Ｂにより保持部３Ａ
の態位を調整することにより、保持部の中心軸をレンズ
１１の光軸と合致させる。この状態で上記照射を行なえ
ば、照射光束は、被検レンズ系１の基準光軸方向から照
射されることになる。

【００３５】レンズ１１は、ステッピングモータ１４に
より移動されるステージ１２に搭載され、光軸方向へ移
動可能になっている。また、ステージ１２の基準位置は
原点センサ１３により検出されるようになっている。従
って、レンズ１１の位置は、原点センサ１３により設定
される「原点位置」と、ステッピングモータに印加され
るパルスの「極性とパルス数」とにより決定される。

【００３６】このように、レンズ１１を、その光軸方向
へ変位させることにより、集束性の照射光束の集光点位
置を基準光軸方向へ変位させることができる。

【００３７】被検レンズ系１のレンズ面で反射された光
束は、対物レンズ１１、ミラー１０，９、レンズ８、１
／４波長板７と逆進し、偏光ビームスプリッタ６により
反射され、さらにミラー１５で反射されたのち、レチク
ル１６、顕微鏡対物レンズ１７およびフィールドレンズ
１８を介してＣＣＤカメラ１９に到る。

【００３８】レチクル１６は、レンズ１１による照射光
束の集光点位置と略共役な位置（レンズ８の焦点位置）
に配備されている。上記レンズ１１、ミラー１０，９、
レンズ８、１／４波長板７、偏光ビームスプリッタ６、
ミラー１５およびレチクル１６は「結像光学系」を構成
する。

【００３９】レチクル１６は結像光学系の光軸に略直交
するように配備されており、レチクル１６上の結像状態
は、顕微鏡対物レンズ１７とフィールドレンズ１８とに
より拡大されてＣＣＤカメラ１９の受光面上に結像され
る。レチクル１６と顕微鏡対物レンズ１７、フィールド
レンズ１８およびＣＣＤカメラ１９は、請求項４記載の
発明における単一の「撮像手段」を構成する。ＣＣＤカ
メラ１９の受光面は「撮像手段の受光面」である。

【００４０】ＣＣＤカメラ１９の出力は画像処理装置２
０に送られ、画像処理装置２０は、ＣＣＤカメラ１９の
受光面上の結像の重心を検出する。画像処理装置２０へ
の入力状態はモニタ２１により観察される。

【００４１】図１において符号２２で示すコンピュータ
は「演算手段」であり、画像処理装置２０からの入力を
受けて「偏心量と偏心方向の演算」を行なう。コンピュ
ータ２２はまた、原点センサ１３とステッピングモータ
１４とを制御する。

【００４２】従って、前述のステージ１２、原点センサ
１３とステッピングモータ１４およびコンピュータ２２
は、請求項４記載の発明における「集光点位置調整手
段」を構成し、この集光点位置調整手段と、上記「撮像
手段」と画像処理装置２０（および所望によりモニタ２
１）とは、請求項４記載の発明における「重心位置検出
手段」を構成する。

【００４３】以下、説明の具体性のため、被検レンズ系
１は、「所望の被検レンズ面」として、図４に示したレ
ンズ面Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃，Ｓ₄を含むものとし、これら被検
レンズ面の偏心量と偏心方向とを上記順序で測定する場
合を説明する（請求項２）。また、被検レンズ面Ｓ
₁は、以下の説明で「被検レンズ系における第１面」で
あるとする。

【００４４】上記の如く、先ず最初に被検レンズ面Ｓ₁
の偏心量と偏心方向が測定される。

【００４５】測定は以下の手順で行なわれる。図１に示
すように、被検レンズ系１を「保持手段」の保持部３Ａ
に保持させ、調整機構３Ｂにより被検レンズ系１の保持
態位を調整して、基準光軸（さしあたっては被検レンズ
系の鏡筒の中心軸）を照射用光学系の光軸と合致させ
る。これにより基準光軸はまた結像光学系の光軸と合致
する。レンズ１１は原点位置にある。

【００４６】コンピュータ２２には、被検レンズ系１に
関するデータが予め、或いは測定に際して入力されてい
る。コンピュータ２２にはまた測定に必要な手順と演算
とを定めたプログラムが記憶されている。

【００４７】被検レンズ系１を保持手段に適正に保持さ
せて測定準備が整ったら、レーザ光源４を発光させる。
発せられた光束は照射用光学系により集束性の照射光束
となって被検レンズ系１に照射される。コンピュータ２
２はステッピングモータ１４を制御してレンズ１１を光
軸方向へ変位させ、照射光束の集光点位置が、被検レン
ズ面Ｓ₁の設計上の近軸曲率中心（図１における点Ｓ₁’
であるが、設計上の位置であるので、基準光軸２上に想
定される）に合致するようにレンズ１１の位置を定め
る。この位置設定のために、コンピュータ２２は、被検
レンズ系のデータに基づき、レンズ１１の変位量を演算
する。

【００４８】被検レンズ面Ｓ₁により反射された照射光
束は、結像光学系の作用によりレチクル１６上に結像
し、結像の状態はＣＣＤカメラ１９の受光面上に拡大さ
れて結像される。ＣＣＤカメラ１９の受光面上の結像状
態は「中央にスポット状部分」を持つ。このスポット状
部分は、被検レンズ面Ｓ₁による反射光束の「発散の起
点」を物点とする（結像光学系と顕微鏡対物レンズ１７
とフィールドレンズ１８とによる）像である。

【００４９】画像処理装置２０は、上記スポット状部分
の中心座標を「結像の重心位置」として求める。図２
（ａ）はこの状態を示す。図２（ａ）において、点Ｐ₁
は、上記スポット状部分の中心位置であり、この中心位
置Ｐ₁の座標：ｒ₁，φ₁を求めるのである。図２（ａ）
のおける座標系の原点Ｏは、ＣＣＤカメラ１９の受光面
上における結像光学系光軸の位置で予め測定により決定
されている。

【００５０】被検レンズ面Ｓ₁の近軸曲率中心Ｓ₁’が基
準光軸上に位置していれば、座標：ｒ₁＝０で、φ₁も当
然にゼロである。座標：ｒ₁が有限であれば、φ₁も有限
となり、このときのφ₁により「偏心方向」が決定され
る。

【００５１】座標：ｒ₁が０でないとき、近軸曲率中心
Ｓ₁’は基準光軸２上にない。このとき上記スポット状
部分の物点は、被検レンズ面Ｓ₁に依る反射光束の発散
の起点であり、設計上の近軸曲率中心位置から「現実の
近軸曲率中心位置と基準光軸２とのずれ量：σ₁の２
倍」だけ基準光軸２から離れている。

【００５２】従って、結像光学系と顕微鏡対物レンズ１
７およびフィールドレンズ１８との合成系の結像倍率を
ｍ（測定装置における定数として定まる）とすれば、ｒ
₁＝ｍ・２σ₁である。コンピュータ２２は演算：ｒ₁／
２ｍを行なって、シフト偏心量：σ₁を算出する。

【００５３】コンピュータ２２は続いてステッピングモ
ータ１４を制御してレンズ１１を変位させ、照射光束の
集光点位置を基準光軸方向にΔＲ₁だけ変位させる。被
検レンズ面Ｓ₁に偏心が無ければ、このときＣＣＤカメ
ラ１９の受光面における結像の重心位置は結像光学系の
光軸位置（図２（ａ）の原点Ｏ）と合致し、このときの
結像光束の物点は、被検レンズ面Ｓ₁の非球面形状：ｆ₁
(ｈ)において、関係式： ΔＲ₁＝｛ｈ₁／ｆ₁'(ｈ₁)｝
＋ｆ₁(ｈ₁)−Ｒ₁ を満足する距離：ｈ₁だけ、非球面軸Ｓ₁''から離れた非
球面部分の曲率中心である。「Ｒ₁」は被検レンズ面Ｓ₁
の近軸曲率半径、ｆ₁'(ｈ₁)は非球面式：ｆ₁(ｈ)の微分
係数である。変位量：ΔＲ₁はコンピュータ２２が被検
レンズ系のデータに基づき算出する。

【００５４】この曲率中心が基準光軸からずれている
と、ＣＣＤカメラ１９の受光面上の結像の重心位置は図
２（ｂ）のＰ₁’の如きものとなり、座標：ｒ₁，Δ
ｒ₁’とφ₁’により座標：ｒ₁’が定まる。このとき、
上記非球面部分の曲率中心の基準光軸２からのずれ量
は、ｒ₁'／２ｍである。

【００５５】そこで、コンピュータ２２は演算： Ｕ₁＝（ｒ₁／２ｍ）−（ｒ₁'／２ｍ）， ε₁＝ｓｉｎ~¹(Ｕ₁／ΔＲ₁） を実行し、これにより被検レンズ面Ｓ₁に対するシフト
偏心量：σ₁とティルト偏心量：ε₁、偏心方向：φ₁が
決定される。

【００５６】続いて、被検レンズ面Ｓ₂の偏心測定が行
なわれる。被検レンズ面Ｓ₂は「球面」であるので、曲
率中心Ｓ₂’の偏心量：σ₂と偏心方向：φ₂を求めるの
みで良い。被検レンズ面Ｓ₂の偏心を測定するため、コ
ンピュータ２２はステッピングモータ１４を制御してレ
ンズ１１を変位させ、照射光束の集光点位置を、曲率中
心Ｓ₂’の設計上の位置（基準光軸２上の位置）に移動
させる。

【００５７】このために、被検レンズ系１のデータを用
いる光線追跡により、照射光束が曲率中心Ｓ₂’の設計
上の位置に集光するときのレンズ１１の位置がコンピュ
ータ２２で計算され、計算されたレンズ１１の位置を実
現するように、コンピュータ２２がステッピングモータ
１４を制御する。

【００５８】この状態が実現されると、ＣＣＤカメラの
受光面上における結像の重心位置の結像光学系光軸から
の距離：ｒ₂とその偏角としての偏心方向：φ₂が求ま
る。

【００５９】被検レンズ面Ｓ₂の偏心量：σ₂は、倍率：
ｍ₂を用いて「ｒ₂／ｍ₂」で与えられる。倍率ｍ₂は「被
検レンズ面Ｓ₂とＣＣＤカメラ１９の受光面との間にあ
るレンズの合成系」による倍率であり、先に被検レンズ
面Ｓ₁のシフト変位量を求めたときの倍率：ｍとは異な
る。

【００６０】即ち、被検レンズ面Ｓ₁は、照射光束の入
射側から見て第１面であるので、被検レンズ面Ｓ₁によ
る反射光束の結像は、被検レンズ系のレンズ面の屈折の
影響を受けない。しかるに、被検レンズ面Ｓ₂による反
射光束は、被検レンズ面Ｓ₂よりも入射側にある屈折面
Ｓ₁により屈折され、被検レンズ系１から射出するの
で、被検レンズ面Ｓ₂よりも照射光束の入射側にある
「被検レンズ系部分」が反射光束の結像倍率：ｍ₂に影
響するのである。倍率：ｍ₂も、コンピュータ２２が被
検レンズ系１のデータに基づき算出する。

【００６１】次に、被検レンズ面Ｓ₃の偏心の測定が行
なわれる。被検レンズ面Ｓ₃は非球面であるので、シフ
ト偏心量とティルト偏心量と偏心方向の測定が行なわれ
る。偏心測定の手順は、被検レンズ面Ｓ₁の偏心測定の
手順と同様である。即ち、まず照射光束が、近軸曲率中
心Ｓ₃'の設計上の位置に集光するようにレンズ１１の位
置を調整する（レンズ１１の変位量は、被検レンズ系１
のデータに基づきコンピュータ２２が算出する）。そし
て、ＣＣＤカメラ１９上の結像の重心位置の座標：ｒ₃
と偏角：φ₃が画像処理装置２０により求められる。

【００６２】倍率：ｍ₃（被検レンズ面Ｓ₃とＣＣＤカメ
ラ１９の受光面との間にあるレンズによる合成系の結像
倍率でコンピュータ２２が算出する）により、シフト偏
心量：σ₃＝ｒ₃／ｍ₃が求められ、これにより、シフト
偏心量：σ₃と偏心方向：φ₃が知られる。

【００６３】続いて、被検レンズ面Ｓ₃の非球面形状：
ｆ₃(ｈ)において、関係式： ΔＲ₃＝｛ｈ₃／ｆ₃’（ｈ₃）｝＋ｆ₃（ｈ₃）−Ｒ₃ を満足する距離：ｈ₃だけ、非球面軸Ｓ₃''から離れた非
球面部分の曲率中心（の設計上の位置）に照射光束の集
光位置を変位させる。このときの、集光位置の変位量は
ΔＲ₃であり、この変位を実現するためのレンズ１１の
変位量は、被検レンズ系１のデータからコンピュータ２
２により計算される。

【００６４】このときのＣＣＤカメラ１９の受光面上の
スポット像の重心位置をｒ₃’とすると、上記非球面部
分の曲率中心の基準光軸２からのずれ量は「ｒ₃’／２
ｍ₃」である。

【００６５】コンピュータ２２は演算： Ｕ₃＝（ｒ₃／２ｍ₃）−（ｒ₃’／２ｍ₃）， ε₃＝ｓｉｎ~¹(Ｕ₃／ΔＲ₃） を行ない、ティルト偏心量：ε₃を算出する。

【００６６】最後に被検レンズ面Ｓ₄の偏心測定が行な
われる。被検レンズ面Ｓ₄は球面であるので、測定の手
順は被検レンズ面Ｓ₂の偏心測定の場合と同様であり、
ＣＣＤカメラ１９の受光面上の結像の重心位置：ｒ₄か
ら偏心量：σ₄を求めるときの倍率：ｍ₄は、被検レンズ
面Ｓ₄とＣＣＤカメラ１９の受光面の間にあるレンズの
合成系による結像倍率（コンピュータ２２が算出するこ
とは言うまでもない）であり、偏心量：σ₄＝ｒ₄／ｍ₄
により偏心方向は重心位置の偏角：φ₄により決定され
る。このようにして、被検レンズ面Ｓ₁〜Ｓ₄に対する偏
心測定が完了する。上の説明では、被検レンズ面Ｓ₁〜
Ｓ₄の個々に対し、画像処理装置によりｒ_i（ｉ＝１〜
４）等が決定されるたびに演算：ｒ_i／ｍ_i等を行なった
が、演算に必要なｒ_i等の測定を全ての被検レンズ面に
対して行なったのち、ｒ_i等に対する演算を一括して行
なうようにしてもよい。

【００６７】図４に示されているように、被検レンズ面
Ｓ₃は、照射光束の照射される側に向かって凹面であ
り、その近軸曲率中心Ｓ₃’は、被検レンズ面Ｓ₃への照
射光束の入射側にある。従って、この場合、被検レンズ
面Ｓ₃への照射光束は発散性の光束である。このことか
ら、偏心測定の対象となる全ての被検レンズ面が、照射
光束の入射側に凹面を向けているような場合には、照射
光学系から、上に説明した場合のような集束性の照射光
束ではなく、発散性の照射光束を照射するようにするこ
とも可能であることが容易に理解されるであろう。

【００６８】図３は、請求項５記載の発明の実施の１形
態を説明するための図である。繁雑を避けるため、混同
の虞れがないと思われるものに就いては、図１における
と同一の符号を付してある。

【００６９】この実施の形態においては、「重心位置検
出手段」が、結像光学系の像側光路を複数に分割する光
路分割手段として半透鏡１５’，１５Ａ，１５Ｂ，１５
Ｃ，．．と、分割された個々の光路上に１つずつ、所定
の位置に設けられた撮像手段１６Ａ，１６Ｂ，１６
Ｃ，．．と、各撮像手段の受光面上に結像した像の重心
を検出する画像処理手段２０，２１により構成される。

【００７０】レチクル１６、顕微鏡対物レンズ１７、フ
ィールドレンズ１８、ＣＣＤカメラ１９は上記撮像手段
１６Ａ，１６Ｂ，．．とともに一つの撮像手段を構成す
る。個々の撮像手段１６Ａ，１６Ｂ，．．はそれぞれが
レチクル、顕微鏡対物レンズ、フィールドレンズ、ＣＣ
Ｄカメラにより構成され、各撮像手段のＣＣＤカメラの
出力は、図示されない「入力切り換え手段」を介して画
像処理装置２０に入力できるようになっている。このよ
うにする場合のほか、各撮像手段に個別的に画像処理装
置を配備し、各画像処理装置の出力がコンピュータ２２
に入力されるようにしてもよい。

【００７１】各撮像手段は、被検レンズ系からの反射光
束において、前記曲率中心や近軸曲率中心、さらには近
軸曲率中心からΔＲ_iだけ離れた位置を物点とするスポ
ット状の結像が得られる位置（予め被検レンズ系１のデ
ータにより算出・決定されている）に受光面を有してい
る。即ち、撮像手段は、被検レンズ面が球面である場合
に一つ、被検レンズ面が非球面である場合に２つ必要で
あり、図４に示したような場合には全部で６個必要にな
る。この場合、レンズ１１を光軸方向へ移動させる必要
はない。

【００７２】この実施の形態では、各撮像手段の出力に
より前記ｒ_i，ｒ_i’φ_iを決定し、これらに基づき前述
の演算を行なうことで、全被検レンズ面に対する偏心測
定を行なうことができる。前述の実施の形態と異なり、
被検レンズ面に対しレンズ１１を変位させて偏心データ
を順次に求める必要がないので、偏心測定を能率的に行
なうことができる。

【００７３】上に説明した各実施の形態において、被検
レンズ系の基準光軸を被検レンズ系１の鏡筒の中心軸と
考え、これを保持手段の中心軸に合致させて測定を行な
ったが、被検レンズ系の基準光軸は本来的には設計上の
光軸であり、必ずしも鏡筒の中心軸と合致するとは限ら
ない。

【００７４】このような場合、本来の基準光軸と鏡筒の
中心軸（保持手段の中心軸）とのずれに応じ、測定偏心
量に誤差が生じることになる。この誤差を有効に軽減さ
せるには請求項６記載の発明のように、「演算手段」
が、重心位置検出手段による検出結果と、被検レンズの
データとに基づき、所定の演算により、上記各形態の如
くして求めた各被検レンズ面の偏心量の最小２乗平均に
より「最適基準光軸」を求め、この最適基準光軸に基づ
き、偏心量を求める演算機能を有するようにすればよ
い。

【００７５】即ち、例えば、前述の偏心量：σ₁ないし
σ₄に基づき、Σ（σ_i−δ）²を最小にするようなδ₀を
求め、σ_i等の代わりに（σｉ−δ₀）を用いて演算をや
りなおすのである。このようにして、精度良く偏心測定
を行なうことができる。

【００７６】また保持手段に回転機構を設け、保持した
被検レンズ系を保持手段の中心軸の回りに回転し、この
ときの撮像手段の受光面上におけるスポット状の像の中
心の回転半径として前記ｒ_i等を求めるようにしてもよ
い。

【００７７】

【発明の効果】以上に説明したように、この発明によれ
ば新規なレンズ面偏心測定方法および装置を実現でき
る。この発明では、３以上のレンズ面を有し、非球面を
含むレンズ系における所望の被検レンズ面の偏心測定を
簡易且つ精度良く行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のレンズ面偏心測定装置の実施の１形
態を説明するための図である。

【図２】上記実施の形態における偏心測定を説明するた
めの図である。

【図３】この発明のレンズ面偏心測定装置の実施の別形
態を説明するための図である。

【図４】被検レンズ系における被検レンズ面の偏心を説
明するための図である。

【図５】非球面形状を説明するための図である。

【符号の説明】

１ 被検レンズ系 ３Ａ，３Ｂ 保持手段 ４ 照明用光源 ５，６，７，８，９，１０，１１ 照射用光学系 ６，７，８，９，１０，１５ 結像光学系 １６，１７，１８，１９ 撮像手段 １９ 画像処理装置 ２２ 演算手段

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−99841（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−107739（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−312670（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−145537（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01M 11/00 - 11/08

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】１以上の非球面を含む３以上のレンズ面を
   有する被検レンズ系における所望の被検レンズ面の偏心
   量と偏心方向を求める方法であって、 上記被検レンズ系の基準光軸方向から、所望の被検レン
   ズ面に集束性もしくは発散性の照射光束を照射し、 上記被検レンズ面からの反射光束を、上記基準光軸に実
   質的に光軸を合致させた結像光学系により、上記被検レ
   ンズ面の曲率中心、または近軸曲率中心及び非球面軸か
   ら所定距離の位置にある非球面部分の曲率中心の各近傍
   位置を物点とする像として、撮像手段の受光面上に結像
   させ、 上記各像の重心位置座標と被検レンズ系のデータとを用
   いて所定の演算を行ない、上記所望の被検レンズ面の偏
   心量および偏心方向を求めることを特徴とするレンズ面
   偏心測定方法。
2. 【請求項２】請求項１記載のレンズ面偏心測定方法にお
   いて、 被検レンズ面が２面以上あるとき、照射光束の照射側か
   ら順次、各被検レンズ面の偏心量および偏心方向を測定
   することを特徴とするレンズ面偏心測定方法。
3. 【請求項３】１以上の非球面を含む３以上のレンズ面を
   有する被検レンズ系における１以上の所望の被検レンズ
   面の偏心量と偏心方向を求める装置であって、 被検レンズ系の基準光軸を中心軸に実質的に合致させ
   て、上記被検レンズ系を保持する保持手段と、 照明用光源と、 上記保持手段の中心軸に光軸を合致させ、上記照明用光
   源からの光束を集束性もしくは発散性の照射光束として
   被検レンズ系に照射する照射用光学系と、 上記中心軸と実質的に合致した光軸を持ち、所望の被検
   レンズ面からの反射光束を結像させる結像光学系と、 この結像光学系による結像状態に基づき、所望の被検レ
   ンズ面からの反射光の結像の重心位置を検出する重心位
   置検出手段と、 この重心位置検出手段による検出結果と、被検レンズの
   データとに基づき、所定の演算により各被検レンズ面の
   偏心量と偏心方向とを演算する演算手段とを有すること
   を特徴とするレンズ面偏心測定装置。
4. 【請求項４】請求項３記載のレンズ面偏心測定装置にお
   いて、 重心位置検出手段は、 単一の撮像手段および、この撮像手段の受光面上に結像
   した像の重心を検出する単一の画像処理装置と、 照射用光学系による集束性もしくは発散性の照射光束の
   集光点位置を基準光軸方向に変位・調整する集光点位置
   調整手段と、により構成されることを特徴とするレンズ
   面偏心測定装置。
5. 【請求項５】請求項３記載のレンズ面偏心測定装置にお
   いて、 重心位置検出手段は、 結像光学系の像側光路を複数に分割する光路分割手段
   と、 分割された個々の光路上に１つずつ、所定の位置に設け
   られた撮像手段と、 各撮像手段の受光面上に結像した像の重心を検出する画
   像処理手段と、により構成されることを特徴とするレン
   ズ面偏心測定装置。
6. 【請求項６】請求項３または４または５記載のレンズ面
   偏心測定装置において、 演算手段が、重心位置検出手段による検出結果と、被検
   レンズのデータとに基づき、所定の演算により求めた各
   被検レンズ面の偏心量の最小２乗平均により、最適基準
   光軸を求め、この最適基準光軸に基づき、偏心量を求め
   る演算機能を有することを特徴とするレンズ面偏心測定
   装置。