JP5853167B2 - Lens measuring apparatus, lens measuring method and lens manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、デジタルスチルカメラ等に使用するレンズの測定装置、レンズ測定方法及びレンズ製造方法に関するものである。 The present invention relates to a lens measuring device, a lens measuring method, and a lens manufacturing method used for a digital still camera or the like.
近年、デジタルスチルカメラなどの、光学レンズを使用した画像撮影装置において、小型軽量化が進んでいる。また、撮影倍率を変化させる目的で複数のレンズを駆動するレンズ鏡筒の小型化に伴い、光学レンズ自体の小型化も進んでいる。 In recent years, an image photographing apparatus using an optical lens such as a digital still camera has been reduced in size and weight. In addition, with the downsizing of the lens barrel that drives a plurality of lenses for the purpose of changing the photographing magnification, the miniaturization of the optical lens itself is also progressing.
また、レンズ自体やレンズ鏡筒の小型化が進む一方で、CCDに代表される撮像素子の集積度も年々上がり、高画質化も求められている。 In addition, the lens itself and the lens barrel are becoming smaller in size, and the degree of integration of image pickup devices represented by CCDs has been increasing year by year, and high image quality has been demanded.
このような状況において、近年、レンズに代表される光学系部品の部品精度が厳しく求められるようなっている。 Under such circumstances, in recent years, the precision of parts of optical system parts typified by lenses has been strictly demanded.
従来、レンズ厚さを簡易に測定するためには、例えば図7に示すような測定器が用いられる。図7に示す測定器は、レンズ7に当接する一対の測定子を備えている。一方の測定子は本体に固定されており、他方の測定子はマイクロメータに連結され且つ一方の測定子との間隔が変化するように移動可能に構成されている。つまり、一対の測定子でレンズ7を挟むことによって、レンズ7の厚さをマイクロメータで測定することができるようになっている。
Conventionally, in order to easily measure the lens thickness, for example, a measuring instrument as shown in FIG. 7 is used. The measuring instrument shown in FIG. 7 includes a pair of measuring elements that contact the
また、3次元形状測定機も、レンズ形状の測定に用いられる。3次元形状測定機によれば、レンズ厚さ等のレンズ形状を精度良く測定することができる。
しかしながら、図7に示す測定機では、簡便にレンズの厚さを測定することはできるが、レンズの厚さを精度良く測定することが難しい。すなわち、該測定機では、レンズの凹凸形状に応じてレンズの最も厚い部分又は最も薄い部分に測定子を接触させることによって、レンズの厚さを測定する必要がある。ところが、レンズのどの部分が最も厚いのか又は薄いのかを予め知ることは難しく、何度も測定を繰り返しながら、当該部分を探すことになる。 However, with the measuring instrument shown in FIG. 7, it is possible to easily measure the thickness of the lens, but it is difficult to accurately measure the thickness of the lens. That is, in the measuring machine, it is necessary to measure the thickness of the lens by bringing the measuring element into contact with the thickest part or the thinnest part of the lens according to the uneven shape of the lens. However, it is difficult to know in advance which part of the lens is thickest or thin, and this part is searched while repeating measurement.
また、測定子の軸に対してレンズ自体が傾いた状態で測定すると、幾何学的に測定誤差が発生する。つまり、レンズの保持自体も難しいため、測定者の個人誤差が発生し、レンズ厚みを精度良く測定することが難しい。 Further, if measurement is performed in a state where the lens itself is inclined with respect to the axis of the measuring element, a measurement error occurs geometrically. That is, since it is difficult to hold the lens itself, an individual error of the measurer occurs, and it is difficult to accurately measure the lens thickness.
一方、3次元形状測定機を用いれば、レンズの形状を精度よく測定することができるが、3次元形状測定機は高価であり、比較的装置の規模が大きく、さらに測定時間も長くかかることから、効率的にレンズ形状を測定して管理したいという要望には合致しない。 On the other hand, if a three-dimensional shape measuring machine is used, the shape of the lens can be measured with high accuracy, but the three-dimensional shape measuring machine is expensive, the scale of the device is relatively large, and the measurement time is also long. It does not meet the desire to efficiently measure and manage the lens shape.
また、レンズの焦点位置から光学的に測定する手段も存在するが、これも3次元形状測定機と同様に比較的装置の規模が大きく、また測定時間も長くかかることから、効率的にレンズ形状を測定して管理したいという要望には合致しない。 In addition, there is a means for optical measurement from the focal position of the lens, but this is also relatively large in scale as with a three-dimensional shape measuring machine and takes a long measurement time. It does not meet the desire to measure and manage.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、レンズの形状を精度よく且つ効率的に計測することにある。 The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to accurately and efficiently measure the shape of a lens.
本発明に係るレンズ測定装置は、測定台と、X軸ステージ及びY軸ステージを有し、レンズをXY軸の平面内において移動させるレンズ移動部と、前記測定台に対して固定して設置された第1位置測定手段であって、前記レンズの移動に伴って前記平面と交差するZ軸方向に進退自在として前記レンズの一方の面との当接を維持する測定子を有し、当該当接点のZ軸方向の位置を測定する第1位置測定手段と、前記測定台に対して固定して設置された第2位置測定手段であって、前記レンズの移動に伴って前記平面と交差するZ軸方向に進退自在として前記レンズの他方の面との当接を維持する測定子を有し、当該当接点のZ軸方向の位置を測定する第2位置測定手段と、前記レンズ移動部による前記レンズのX軸方向及びY軸方向における移動量並びに前記第1及び第2位置測定手段の測定結果に基づいて、前記レンズの形状を求めるレンズ形状算出部と、を備え、前記第1及び前記第2位置測定手段は、前記X軸ステージ及び前記Y軸ステージの駆動により前記レンズがXY軸の平面内を移動させられることだけで、任意のXY座標の点のZ軸方向の位置を測定し、前記レンズの両方の面上の点のX軸方向、Y軸方向及びZ軸方向の位置を同時に取得するものとする。 A lens measuring apparatus according to the present invention includes a measuring table, an X-axis stage and a Y-axis stage, and is fixedly installed with respect to the measuring table, a lens moving unit that moves the lens in the plane of the XY axes. A first position measuring means having a measuring element that is capable of moving back and forth in the Z-axis direction intersecting the plane as the lens moves and maintains contact with one surface of the lens. A first position measuring means for measuring the position of the contact in the Z-axis direction; and a second position measuring means fixedly installed on the measuring table, and intersects the plane as the lens moves. A second position measuring means for measuring the position of the contact point in the Z-axis direction, having a measuring element that maintains contact with the other surface of the lens so as to be movable back and forth in the Z-axis direction; In the X-axis direction and the Y-axis direction of the lens A lens shape calculation unit that obtains the shape of the lens based on the amount of movement and the measurement results of the first and second position measuring means, and the first and second position measuring means include the X-axis stage and The position of an arbitrary XY coordinate point in the Z-axis direction is measured only by moving the lens in the plane of the XY axis by driving the Y-axis stage, and the X of the point on both surfaces of the lens is measured. Assume that the positions in the axial direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction are acquired simultaneously .
また、本発明に係るレンズ測定方法は、X軸ステージ及びY軸ステージを有するレンズ移動部によって、レンズをXY軸の平面内において移動させるレンズ移動工程と、前記レンズの移動に伴って前記平面と交差するZ軸方向に進退自在として前記レンズの一方の面との当接を維持する測定子を有し、測定台に対して固定して設置された第1位置測定手段の該測定子を、前記レンズ移動工程における前記X軸ステージ及び前記Y軸ステージの駆動により前記レンズをXY軸の平面内で移動させることだけで前記Z軸方向に進退させて、該測定子と該レンズの一方の面との当接点であって、前記レンズのX軸方向及びY軸方向における移動量に対応した任意のXY座標の点のZ軸方向の位置を測定する第1位置測定工程と、前記レンズの移動に伴って前記平面と交差するZ軸方向に進退自在として前記レンズの他方の面との当接を維持する測定子を有し、前記測定台に対して固定して設置された第2位置測定手段の該測定子を、前記レンズ移動工程における前記X軸ステージ及び前記Y軸ステージの駆動により前記レンズをXY軸の平面内で移動させることだけで前記Z軸方向に進退させて、該測定子と該レンズの他方の面との当接点であって、前記レンズのX軸方向及びY軸方向における移動量に対応した任意のXY座標の点のZ軸方向の位置を測定する第2位置測定工程と、前記レンズ移動工程によるレンズの移動量並びに前記第1及び第2位置測定工程の測定結果に基づいて前記レンズの形状を求めるレンズ形状算出工程とを含み、前記第1位置測定工程と前記第2位置測定工程とは、同時に行われ、前記レンズの両方の面上の点のX軸方向、Y軸方向及びZ軸方向の位置を同時に取得するものとする。 The lens measuring method according to the present invention includes a lens moving step of moving the lens in the plane of the XY axis by a lens moving unit having an X axis stage and a Y axis stage, and the plane as the lens moves. The measuring element of the first position measuring means, which has a measuring element that maintains contact with one surface of the lens so as to be movable back and forth in the intersecting Z-axis direction, and is fixed to the measuring table, By driving the X-axis stage and the Y-axis stage in the lens moving step, the lens is moved forward and backward in the Z-axis direction only by moving in the plane of the XY axis, and the measuring element and one surface of the lens A first position measuring step of measuring a position in the Z-axis direction of an arbitrary XY coordinate point corresponding to a movement amount of the lens in the X-axis direction and the Y-axis direction; and movement of the lens In Accordingly, a second position measuring means is provided which has a measuring element which can move forward and backward in the Z-axis direction intersecting the plane and maintains contact with the other surface of the lens, and is fixed to the measuring table. The probe is moved forward and backward in the Z-axis direction only by moving the lens in the plane of the XY axis by driving the X-axis stage and the Y-axis stage in the lens moving step. A second position measuring step of measuring a position in the Z-axis direction of an arbitrary XY coordinate point corresponding to the movement amount of the lens in the X-axis direction and the Y-axis direction, which is a contact point with the other surface of the lens; And a lens shape calculation step for obtaining the shape of the lens based on the amount of movement of the lens by the lens movement step and the measurement results of the first and second position measurement steps, the first position measurement step and the first 2-position measuring worker And is performed at the same time, it is assumed that the acquired X-axis direction of a point on the surface of both of the lens, the position of the Y-axis and Z-axis directions at the same time.
また、本発明に係るレンズ製造方法は、レンズを作製するレンズ作製工程と、前記レンズ作製工程によって作製したレンズの形状を測定するレンズ形状測定工程とを含み、前記レンズ形状測定工程は、X軸ステージ及びY軸ステージを有するレンズ移動部によりレンズをXY軸の平面内において移動させるレンズ移動工程と、前記レンズの移動に伴って前記平面と交差するZ軸方向に進退自在として前記レンズの一方の面との当接を維持する測定子を有し、測定台に対して固定して設置された第1位置測定手段の該測定子を、前記レンズ移動工程における前記X軸ステージ及び前記Y軸ステージの駆動により前記レンズをXY軸の平面内で移動させることだけで前記Z軸方向に進退させて、該測定子と該レンズの一方の面との当接点であって、前記レンズのX軸方向及びY軸方向における移動量に対応した任意のXY座標の点のZ軸方向の位置を測定する第1位置測定工程と、前記レンズの移動に伴って前記平面と交差するZ軸方向に進退自在として前記レンズの他方の面との当接を維持する測定子を有し、前記測定台に対して固定して設置された第2位置測定手段の該測定子を、前記レンズ移動工程における前記X軸ステージ及び前記Y軸ステージの駆動により前記レンズをXY軸の平面内で移動させることだけで前記Z軸方向に進退させて、該測定子と該レンズの他方の面との当接点であって、前記レンズのX軸方向及びY軸方向における移動量に対応した任意のXY座標の点のZ軸方向の位置を測定する第2位置測定工程と、前記レンズ移動工程によるレンズの移動量並びに前記第1及び第2位置測定工程の測定結果に基づいて前記レンズの形状を求めるレンズ形状算出工程とを有し、前記第1位置測定工程と前記第2位置測定工程とは、同時に行われ、前記レンズの両方の面上の点のX軸方向、Y軸方向及びZ軸方向の位置を同時に取得するものとする。 The lens manufacturing method according to the present invention includes a lens manufacturing step of manufacturing a lens, a lens shape measurement step of measuring the shape of the lens produced by the lens manufacturing process, the lens shape measuring step, X-axis A lens moving step of moving the lens in the plane of the XY axis by a lens moving unit having a stage and a Y-axis stage; and one of the lenses that can move forward and backward in the Z-axis direction intersecting the plane as the lens moves The X-axis stage and the Y-axis stage in the lens moving process include a measuring element that maintains contact with the surface, and the measuring element of the first position measuring means that is fixedly installed with respect to the measuring table. The contact point between the measuring element and one surface of the lens by moving the lens in the XY-axis plane by driving A first position measuring step of measuring a position in the Z-axis direction of an arbitrary XY coordinate point corresponding to the movement amount of the lens in the X-axis direction and the Y-axis direction, and intersecting the plane as the lens moves A measuring element that maintains contact with the other surface of the lens so that it can advance and retreat in the Z-axis direction, and the measuring element of the second position measuring means that is fixedly installed with respect to the measuring table, By moving the X-axis stage and the Y-axis stage in the lens moving step, the lens is moved forward and backward in the Z-axis direction only by moving in the plane of the XY axis, and the other surface of the measuring element and the lens A second position measuring step of measuring a position in the Z-axis direction of an arbitrary XY coordinate point corresponding to the amount of movement of the lens in the X-axis direction and the Y-axis direction; and the lens moving step The amount of lens movement caused by A lens shape calculation step for obtaining the shape of the lens based on the measurement results of the first and second position measurement steps, and the first position measurement step and the second position measurement step are performed simultaneously, The positions of the points on both surfaces of the lens in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction are acquired simultaneously .
本発明に係るレンズ測定装置によれば、レンズの姿勢を維持したまま、該レンズを移動させると共に、両レンズ面上の任意の点の位置を測定することができるため、両レンズ面の形状を測定することができる。それと共に、2つの位置測定手段により両レンズ面の形状をそれぞれ測定することによって、レンズを保持し直す必要がなく、レンズの形状を精度良く測定することができる。 According to the lens measuring device of the present invention, the lens can be moved while maintaining the posture of the lens, and the position of an arbitrary point on both lens surfaces can be measured. Can be measured. At the same time, by measuring the shape of both lens surfaces by two position measuring means, it is not necessary to hold the lens again, and the shape of the lens can be measured with high accuracy.
また、本発明に係るレンズ測定方法によれば、レンズの姿勢を維持したまま、該レンズを移動させると共に、両レンズ面上の任意の点の位置を測定することができるため、両レンズ面の形状を測定することができる。それと共に、2つの位置測定工程により両レンズ面の形状をそれぞれ測定することによって、レンズを保持し直す必要がなく、レンズの形状を精度良く測定することができる。 Further, according to the lens measurement method of the present invention, it is possible to move the lens while maintaining the posture of the lens and measure the position of any point on both lens surfaces. The shape can be measured. At the same time, by measuring the shape of both lens surfaces by two position measurement steps, it is not necessary to hold the lens again, and the shape of the lens can be measured with high accuracy.
さらに、本発明に係るレンズ製造方法によれば、レンズの姿勢を維持したまま、該レンズを移動させると共に、両レンズ面上の任意の点の位置を測定することができるため、両レンズ面の形状を測定することができる。それと共に、2つの位置測定工程により両レンズ面の形状をそれぞれ測定することによって、レンズを保持し直す必要がなく、レンズの形状を精度良く測定することができる。その結果、作製されたレンズの形状を精度良く且つ効率的に測定することができ、レンズの生産性を向上させることができる。 Furthermore, according to the lens manufacturing method according to the present invention, the lens can be moved while maintaining the posture of the lens, and the position of any point on both lens surfaces can be measured. The shape can be measured. At the same time, by measuring the shape of both lens surfaces by two position measurement steps, it is not necessary to hold the lens again, and the shape of the lens can be measured with high accuracy. As a result, the shape of the manufactured lens can be measured accurately and efficiently, and the productivity of the lens can be improved.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
《発明の実施形態1》
本発明の実施形態に係るレンズ測定装置1は、図1〜3に示すように、測定台2と、測定台2上に配設されたステージ3と、測定台2上に配設された第1位置測定機4と、測定台2上において第1位置測定機4と対向して配設された第2位置測定機5と、これらステージ3、第1位置測定機4及び第2位置測定機5等を制御する制御装置10とを備えている。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
ステージ3は、測定台2上に固定された第1のステージ基部31と、X軸ステージ32と、X軸ステージ32上に固定された第2のステージ基部33と、Y軸ステージ34と、被測定対象となるレンズ7を保持するレンズ保持部6とを有している。このステージ3がレンズ移動部の一例である。
The
X軸ステージ32は、ステージ基部31上に配設された平板状のステージであって、測定台2の表面(ステージ3等が配設されている面)に対して平行な所定のX軸に沿って移動可能に構成されている。
The
第2のステージ基部33は、直方体状に形成されていて、X軸ステージ32上に固定されている。すなわち、第2のステージ基部33は、X軸ステージ32がX軸に沿って移動するときには、該X軸ステージ32と一体となってX軸に沿って移動する。
The
また、Y軸ステージ34は、第2のステージ基部33の側面のうちX軸方向の一方側を向く面に取り付けられた平板状のステージであって、X軸及び測定台2の表面に対して直交するY軸に沿って移動可能に構成されている。すなわち、Y軸ステージ34は、X軸ステージ32がX軸に沿って移動するときには、該X軸ステージ32及び第2のステージ基部33と一体となってX軸に沿って移動する。
The Y-
これらX軸ステージ32及びY軸ステージ34は、それぞれパルスモータ32a,34aによって駆動される。詳しくは、X軸ステージ32及びY軸ステージ34は、制御装置10からのパルス信号に応じて、それぞれX軸及びY軸に沿って移動する。制御装置10は、送信したパルス信号のパルス数によって、X軸ステージ32及びY軸ステージ34の移動量を認識することができる。
These
レンズ保持部6は、Y軸ステージ34における、X軸方向の一方側を向く面に取り付けられている。
The
第1位置測定機4は、第1測定装置41と、測定台2上に固定され、該第1測定装置41を設置するための設置台42とを有している。この第1位置測定機4が第1位置測定手段の一例である。
The first
第1測定装置41は、装置本体41aと、装置本体41aから進退自在に設けられた測定子41bとを有するリニアゲージであって、測定子41bの変位量を測定することができる。そして、第1測定装置41は、測定子41bがX軸及びY軸と直交するZ軸方向に進退自在となる姿勢で設置台42に取り付けられている。この第1測定装置41は、測定子41bのZ軸方向への変位量を測定するように構成されている。
The
また、第2位置測定機5は、第2測定装置51と、測定台2上に固定され、該第2測定装置51を設置するための設置台52とを有している。第2位置測定機5は、レンズ保持部6を挟んで、第1位置測定機4と対向する位置に設けられている。この第2位置測定機5が第2位置測定手段の一例である。
The second
第2測定装置51は、第1測定装置41と同様に、装置本体51aと、装置本体51aから進退自在に設けられた測定子51bとを有するリニアゲージであって、測定子51bがZ軸方向に進退自在となる姿勢で設置台52に取り付けられている。
Similar to the
さらに詳しくは、第1測定装置41の測定子41bと第2測定装置51の測定子51bとは、Z軸方向に延びる略同一直線上を進退するように構成されている。
More specifically, the measuring
制御装置10は、マイクロコンピュータを備えており、パルスモータ32a,34a並びに第1及び第2測定装置41,51と、ドライバ(図示省略)等を介して直接的又は間接的に信号の授受可能に接続されている。この制御装置10は、パルスモータ32a,34aのドライバへ制御信号を送信して、X軸ステージ32及びY軸ステージ34を移動させる。また、制御装置10は、第1及び第2測定装置41,51からの出力が入力され、第1及び第2測定装置41,51の測定子41b,51bの変位量を取得すると共に記憶する。そして、制御装置10は、詳しくは後述するが、X軸及びY軸ステージ32,34の移動量並びに第1及び第2測定装置41,51からの変位量に基づいて、レンズ7の形状を算出するレンズ形状算出部の一例である。
The
このように構成されたレンズ測定装置1によるレンズ形状の測定方法について、以下に説明する。
A method for measuring the lens shape by the
レンズ保持部6にレンズ7を保持しているときには、図4に示すように、第1測定装置41の測定子41bの先端がレンズ7の一方のレンズ面71に、第2測定装置51の測定子51bの先端がレンズ7の他方のレンズ面72に付勢された状態で当接しており、測定子41bと測定子51bとでレンズ7を挟持した状態となる。
When the
そして、レンズ保持部6に保持されたレンズ7は、X軸ステージ32及びY軸ステージ34の駆動によってX軸及びY軸方向に移動可能である一方で、第1及び第2位置測定機4,5は測定台2に対して固定的に設置されているため、X軸ステージ32及びY軸ステージ34を駆動することによって、その移動量に応じて、レンズ7を第1及び第2位置測定機4,5に対して相対的にX及びY軸方向へ移動させることができる。そして、第1及び第2位置測定機4,5の測定子41b,51bは、Z軸方向に進退自在であって且つレンズ7のレンズ面71,72に対して付勢されているため、レンズ7の移動に伴ってZ軸方向に進退し、レンズ面71,72との当接状態を維持する。その結果、X軸ステージ32及びY軸ステージ34を駆動するだけで、両レンズ面71,72上の、X軸ステージ32及びY軸ステージ34の移動量に対応した任意のXY座標の点のZ軸方向位置を第1及び第2位置測定機4,5で測定することができる。
The
すなわち、レンズ7をX軸及びY軸方向に移動させつつ、測定子41b,51bのZ軸方向への変位量を測定していくことによって、レンズ面71,72上の各点のXYZ座標系における位置座標を取得することができる。
That is, by moving the
尚、XYZ座標の0点(基準点)は任意に設定すればよい。Z軸方向については、レンズ保持部6がレンズ7を保持しておらず、測定子41b,51bの先端同士が当接し合っている状態における両測定子41b,51bの先端のZ軸方向位置を0とする。この場合において、各軸の正負の方向も任意に設定すればよい。本実施形態では、X軸方向については、X軸ステージ32が第1及び第2位置測定機4,5から離れていく方向を正、X軸ステージ32が第1及び第2位置測定機4,5へ近付く方向を負としている。Y軸方向については、Y軸ステージ34が測定台2から離れていく方向(即ち、上方)を正、Y軸ステージ34が測定台2へ近付く方向(即ち、下方)を負としている。Z軸方向については、第2位置測定機5側を正、第1位置測定機4側を負としている。
The 0 point (reference point) of the XYZ coordinates may be set arbitrarily. With respect to the Z-axis direction, the Z-axis direction position of the tips of both the measuring
−レンズ厚み測定−
以下に、レンズ7の厚み測定について説明する。ここで、レンズの厚さとは、レンズの両側面それぞれの球面中心を結ぶ線上のレンズの幅をいう。
-Lens thickness measurement-
Below, the thickness measurement of the
本実施形態では、レンズ7は球面レンズであり、レンズ7の両レンズ面の中心座標C1,C2と半径R1,R2とからレンズ7の厚さTを算出する。詳しくは、図5,6に示す。レンズ7において一方のレンズ面71の中心座標C1及び半径R1と他方のレンズ面72の中心座標C2及び半径R2がわかれば、幾何学的関係からレンズの厚さTを算出することができる。
In the present embodiment, the
例えば、図5に示すように、レンズ7の両レンズ面71,72が凹面である場合には、第1レンズ面71の中心座標C1(a1,b1,c1)と第2レンズ面72の中心座標C2(a2,b2,c2)との距離Lと、第1レンズ面71の半径R1と、第2レンズ面72の半径R2とから、レンズ7の厚さTは、
T=L−R1−R2 ・・・(1)
で表される。
For example, as shown in FIG. 5, when both lens surfaces 71 and 72 of the
T = L−R1−R2 (1)
It is represented by
また、図6に示すように、レンズ7の両レンズ面71,72が凸面である場合には、レンズ7の厚さTは、
T=−L+R1+R2 ・・・(2)
で表される。
As shown in FIG. 6, when both lens surfaces 71 and 72 of the
T = −L + R1 + R2 (2)
It is represented by
このような幾何学的関係からレンズ7の厚さTを求めるべく、本実施形態では、レンズ7の両レンズ面71,72の中心座標C1,C2と半径R1,R2とを、両レンズ面71,72における各4点の座標を測定することによって算出している。つまり、球の方程式は、XYZ座標系において球の中心座標を(a,b,c)と、半径をRとすると、
(x−a)2+(y−b)2+(z−c)2=R2 ・・・(3)
と表されるため、測定された4つの座標を式(3)に代入して、4つの連立方程式を解くことによって、a,b,c,Rを算出している。
In this embodiment, in order to obtain the thickness T of the
(X−a) 2 + (y−b) 2 + (z−c) 2 = R 2 (3)
Therefore, a, b, c, and R are calculated by substituting the measured four coordinates into the equation (3) and solving the four simultaneous equations.
算出したレンズ面71,72の中心座標C1,C2からレンズ面71,72の中心間距離Lを算出する。 A distance L between the centers of the lens surfaces 71 and 72 is calculated from the calculated center coordinates C1 and C2 of the lens surfaces 71 and 72.
こうして算出された半径R1,R2と中心間距離Lから、レンズ7の厚さTを算出することができる。
The thickness T of the
このように、レンズ測定装置1は、レンズ7をXYZ座標における姿勢を維持したまま移動させながら、レンズ7を移動させた移動量と、移動させた位置での第1位置測定機4及び第2位置測定機5の測定値から、レンズ7の両レンズ面71,72上の任意の各4点の座標を求めることによって、レンズ7の厚さTを算出することができる。
As described above, the
尚、本実施形態では、第1位置測定手段及び第2位置測定手段として、接触式の第1位置測定機4及び第2位置測定機5を用いたが、他の手段、例えば非接触形状測定機等の測定手段を用いてもよい。
In the present embodiment, the contact-type first
《発明の実施形態2》
続いて、実施形態2に係るレンズの製造方法について説明する。
<<
Next, a method for manufacturing a lens according to
実施形態2に係るレンズの製造方法は、まず、レンズ作製ステップにおいてレンズ7を作製し、その後、レンズ形状計測ステップにおいて前記レンズ形状測定方法によってレンズ7の形状を測定し、レンズ7の製造完了とする。すなわち、前記レンズ測定装置1は、レンズの製造ラインの一部に組み込まれる。
In the lens manufacturing method according to the second embodiment, first, the
レンズ作製ステップは、周知のレンズ作製方法が採用される。例えば、ガラスレンズの場合、レンズ原料からレンズ素材が形成されるまでの材料加工工程と、レンズ素材を研磨等してレンズとして仕上げるレンズ加工工程とを有している。 A known lens manufacturing method is employed for the lens manufacturing step. For example, in the case of a glass lens, it has a material processing step from the lens raw material until the lens material is formed, and a lens processing step of polishing the lens material to finish it as a lens.
材料加工工程は、レンズ原料を調合する調合工程、調合されたレンズ原料を熔解し、冷却してガラス材料にする溶解・冷却工程と、ガラス材料を研削及びプレスによってレンズ形状に成型する成型工程、レンズ形状に成型されたガラスの熱的ひずみを取り除く調製工程とを有している。 The material processing process includes a compounding process for preparing lens materials, a melting / cooling process for melting the prepared lens materials and cooling them to glass materials, and a molding process for molding glass materials into lens shapes by grinding and pressing, And a preparation step for removing the thermal distortion of the glass molded into a lens shape.
また、レンズ加工工程は、プレスガラスの表面の粗さ及び面形状を徐々に研削及び研磨していく研削・研磨工程と、レンズ外周を光軸に対して偏心のないように加工する心取工程と、レンズ表面にコーティングを行うコーティング工程とを有している。 The lens processing process includes grinding and polishing processes that gradually grind and polish the surface roughness and surface shape of the pressed glass, and a centering process that processes the lens outer periphery so that it is not decentered with respect to the optical axis. And a coating process for coating the lens surface.
こうてして作製されたレンズの形状を、レンズ形状測定ステップにおいて、実施形態1に係るレンズ形状測定方法により測定する。そして、レンズの厚さ等のレンズ形状が所定の許容誤差に入っているか否かを判定し、許容誤差内に入っているものをレンズの完成品とする。 The shape of the lens thus manufactured is measured by the lens shape measurement method according to the first embodiment in the lens shape measurement step. Then, it is determined whether or not the lens shape such as the lens thickness is within a predetermined allowable error, and a lens that is within the allowable error is defined as a completed lens.
したがって、本実施形態2によれば、作製されたレンズの形状を正確且つ容易に測定することができる。その結果、製造されるレンズの精度を向上させることができると共に、該レンズの形状を迅速に測定することができるため、レンズの生産性を向上させることができる。 Therefore, according to the second embodiment, the shape of the manufactured lens can be measured accurately and easily. As a result, the accuracy of the manufactured lens can be improved, and the shape of the lens can be measured quickly, so that the productivity of the lens can be improved.
《その他の実施形態》
本発明は、前記実施形態について、以下のような構成としてもよい。
<< Other Embodiments >>
The present invention may be configured as follows with respect to the embodiment.
すなわち、前記実施形態では、ステージ3をX軸及びY軸方向に移動させているが、これに限られるものではない。例えば、Z軸方向に対して直角以外の角度で交差する面内で移動させてもよい。この場合、ステージ3の移動量は、レンズのXY座標だけでなく、Z座標にも影響を与えるため、第1及び第2位置測定機による測定結果をステージ3の移動量に応じて補正する必要がある。
That is, in the embodiment, the
またレンズ7を、X軸及びY軸方向だけではなくZ軸方向にも移動可能なように、ステージ3にZ軸ステージ(図示ぜず)を設けても良い。この場合、ステージ3の移動量は、レンズのXY座標だけでなく、Z座標にも影響を与えるため、第1及び第2位置測定機による測定結果をステージ3の移動量に応じて補正する必要がある。
Further, a Z-axis stage (not shown) may be provided on the
さらに、前記実施形態では、レンズ面71,72の中心座標及び半径を、4つの測定点の座標を式(3)に代入することで求めているが、これに限られるものではない。最小二乗法等の公知の方法によって、レンズ面71,72の形状を算出又は近似して、中心座標及び半径を求めてもよい。尚、中心座標及び半径に限られず、レンズ面71,72の全体形状等についても他の公知の方法によって算出及び近似してもよい。 Furthermore, in the above-described embodiment, the center coordinates and radii of the lens surfaces 71 and 72 are obtained by substituting the coordinates of the four measurement points into Expression (3), but the present invention is not limited to this. The center coordinates and the radius may be obtained by calculating or approximating the shapes of the lens surfaces 71 and 72 by a known method such as a least square method. In addition, it is not restricted to a center coordinate and a radius, You may calculate and approximate the whole shape of the lens surfaces 71 and 72 by another well-known method.
尚、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。 In addition, the above embodiment is an essentially preferable illustration, Comprising: It does not intend restrict | limiting the range of this invention, its application thing, or its use.
本発明に係るレンズ測定装置、レンズ測定方法及びレンズ製造方法では、高精度かつ効率的にレンズの厚さ等の形状を測定することが可能となり、デジタルカメラを代表とするレンズを用いた光学機器の高精度化および低コストによる精度管理が可能となり、光学レンズを用いた光学機器全般に対する用途に適用できる。 In the lens measuring device, the lens measuring method, and the lens manufacturing method according to the present invention, it is possible to measure the shape such as the lens thickness with high accuracy and efficiency, and an optical apparatus using a lens represented by a digital camera. Therefore, it is possible to control the accuracy with high accuracy and low cost, and it can be applied to general optical equipment using an optical lens.
1 レンズ測定装置
3 ステージ(レンズ移動部)
4 第1位置測定機(第1位置測定手段)
5 第2位置測定機(第2位置測定手段)
6 レンズ保持部
7 レンズ
71 レンズ面(一方のレンズ面)
72 レンズ面(他方のレンズ面)
10 制御装置(レンズ形状算出部)
1
4 1st position measuring machine (1st position measuring means)
5 Second position measuring machine (second position measuring means)
6
72 Lens surface (the other lens surface)
10 Control device (lens shape calculation unit)
Claims (6)
X軸ステージ及びY軸ステージを有し、レンズをXY軸の平面内において移動させるレンズ移動部と、
前記測定台に対して固定して設置された第1位置測定手段であって、前記レンズの移動に伴って前記平面と交差するZ軸方向に進退自在として前記レンズの一方の面との当接を維持する測定子を有し、当該当接点のZ軸方向の位置を測定する第1位置測定手段と、
前記測定台に対して固定して設置された第2位置測定手段であって、前記レンズの移動に伴って前記平面と交差するZ軸方向に進退自在として前記レンズの他方の面との当接を維持する測定子を有し、当該当接点のZ軸方向の位置を測定する第2位置測定手段と、
前記レンズ移動部による前記レンズのX軸方向及びY軸方向における移動量並びに前記第1及び第2位置測定手段の測定結果に基づいて、前記レンズの形状を求めるレンズ形状算出部と、を備え、
前記第1及び前記第2位置測定手段は、前記X軸ステージ及び前記Y軸ステージの駆動により前記レンズがXY軸の平面内を移動させられることだけで、前記レンズの一方の面と他方の面の両面上の、前記X軸方向及び前記Y軸方向における移動量に対応した任意のXY座標の点のZ軸方向の位置を測定し、前記レンズの両方の面上の点のX軸方向、Y軸方向及びZ軸方向の位置を同時に取得し、
前記レンズ形状算出部は、
前記レンズの各面における複数の点のX軸方向、Y軸方向及びZ軸方向の位置に基づいて前記レンズの各面の球面中心をそれぞれ求め、
求めた前記レンズの両方の面の球面中心を結ぶ直線上の前記レンズの幅であるレンズ厚さを算出するレンズ測定装置。 A measuring table;
A lens moving unit that has an X-axis stage and a Y-axis stage and moves the lens in the plane of the XY axis;
1st position measurement means installed fixedly with respect to the said measuring stand, Comprising: It contact | abuts with one surface of the said lens so that it can advance / retreat to the Z-axis direction which cross | intersects the said plane with the movement of the said lens First position measuring means for measuring the position of the contact point in the Z-axis direction,
A second position measuring means fixedly installed on the measuring table, wherein the second position measuring means is brought into contact with the other surface of the lens so as to advance and retract in the Z-axis direction intersecting the plane as the lens moves. Second position measuring means for measuring the position of the contact point in the Z-axis direction,
A lens shape calculation unit that obtains the shape of the lens based on the amount of movement of the lens in the X-axis direction and the Y-axis direction by the lens moving unit and the measurement results of the first and second position measuring means,
The first and second position measuring means are configured such that the lens is moved in the plane of the XY axis by driving the X-axis stage and the Y-axis stage, so that one surface and the other surface of the lens are moved. Measuring the position in the Z-axis direction of an arbitrary XY coordinate point corresponding to the amount of movement in the X-axis direction and the Y-axis direction on both surfaces of the lens, and the X-axis direction of the points on both surfaces of the lens; Acquire the position in the Y-axis direction and the Z-axis direction at the same time ,
The lens shape calculation unit
Determining the spherical center of each surface of the lens based on the positions of the plurality of points on each surface of the lens in the X-axis direction, Y-axis direction, and Z-axis direction,
A lens measuring device that calculates a lens thickness that is a width of the lens on a straight line connecting the spherical centers of both surfaces of the obtained lens.
ことを特徴とする請求項1に記載のレンズ測定装置。 The first and second position measuring means are arranged on a substantially straight line.
The lens measuring device according to claim 1.
前記レンズの移動に伴って前記平面と交差するZ軸方向に進退自在として前記レンズの一方の面との当接を維持する測定子を有し、測定台に対して固定して設置された第1位置測定手段の該測定子を、前記レンズ移動工程における前記X軸ステージ及び前記Y軸ステージの駆動により前記レンズをXY軸の平面内で移動させることだけで前記Z軸方向に進退させて、該測定子と該レンズの一方の面との当接点であって、前記レンズのX軸方向及びY軸方向における移動量に対応した任意のXY座標の点のZ軸方向の位置を測定する第1位置測定工程と、
前記レンズの移動に伴って前記平面と交差するZ軸方向に進退自在として前記レンズの他方の面との当接を維持する測定子を有し、前記測定台に対して固定して設置された第2位置測定手段の該測定子を、前記レンズ移動工程における前記X軸ステージ及び前記Y軸ステージの駆動により前記レンズをXY軸の平面内で移動させることだけで前記Z軸方向に進退させて、該測定子と該レンズの他方の面との当接点であって、前記レンズのX軸方向及びY軸方向における移動量に対応した任意のXY座標の点のZ軸方向の位置を測定する第2位置測定工程と、
前記レンズ移動工程によるレンズの移動量並びに前記第1及び第2位置測定工程の測定結果に基づいて前記レンズの形状を求めるレンズ形状算出工程とを含み、
前記第1位置測定工程と前記第2位置測定工程とは、同時に行われ、前記レンズの両方の面上の点のX軸方向、Y軸方向及びZ軸方向の位置を同時に取得し、
前記レンズ形状算出工程は、
前記レンズの各面における複数の点のX軸方向、Y軸方向及びZ軸方向の位置に基づいて前記レンズの各面の球面中心をそれぞれ求め、
求めた前記レンズの両方の面の球面中心を結ぶ直線上の前記レンズの幅であるレンズ厚さを算出するレンズ測定方法。 A lens moving step of moving the lens in the plane of the XY axes by a lens moving unit having an X axis stage and a Y axis stage;
A measuring element is provided that is fixed to a measuring table and has a measuring element that can move forward and backward in the Z-axis direction intersecting the plane as the lens moves and maintains contact with one surface of the lens. The probe of the one-position measuring means is moved forward and backward in the Z-axis direction only by moving the lens in the plane of the XY axis by driving the X-axis stage and the Y-axis stage in the lens moving step. A position where an arbitrary XY coordinate point corresponding to the amount of movement of the lens in the X-axis direction and the Y-axis direction, which is a contact point between the measuring element and one surface of the lens, is measured. A one-position measurement process;
It has a measuring element that maintains its contact with the other surface of the lens so that it can advance and retract in the Z-axis direction intersecting the plane as the lens moves, and is fixedly installed with respect to the measuring table. The probe of the second position measuring means is moved forward and backward in the Z-axis direction only by moving the lens in the plane of the XY axis by driving the X-axis stage and the Y-axis stage in the lens moving step. The position in the Z-axis direction of an arbitrary XY coordinate point corresponding to the amount of movement of the lens in the X-axis direction and the Y-axis direction, which is a contact point between the probe and the other surface of the lens, is measured. A second position measuring step;
A lens shape calculating step for obtaining the shape of the lens based on the amount of movement of the lens by the lens moving step and the measurement results of the first and second position measuring steps,
The first position measurement step and the second position measurement step are performed at the same time, and simultaneously acquire the positions of the points on both surfaces of the lens in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction ,
The lens shape calculation step includes
Determining the spherical center of each surface of the lens based on the positions of the plurality of points on each surface of the lens in the X-axis direction, Y-axis direction, and Z-axis direction,
A lens measurement method for calculating a lens thickness which is a width of the lens on a straight line connecting the spherical centers of both surfaces of the obtained lens.
ことを特徴とする請求項3に記載のレンズ測定方法。 The first and second position measuring means are arranged on a substantially straight line.
The lens measurement method according to claim 3 .
前記レンズ作製工程によって作製したレンズの形状を測定するレンズ形状測定工程とを含み、
前記レンズ形状測定工程は、
X軸ステージ及びY軸ステージを有するレンズ移動部によりレンズをXY軸の平面内において移動させるレンズ移動工程と、
前記レンズの移動に伴って前記平面と交差するZ軸方向に進退自在として前記レンズの一方の面との当接を維持する測定子を有し、測定台に対して固定して設置された第1位置測定手段の該測定子を、前記レンズ移動工程における前記X軸ステージ及び前記Y軸ステージの駆動により前記レンズをXY軸の平面内で移動させることだけで前記Z軸方向に進退させて、該測定子と該レンズの一方の面との当接点であって、前記レンズのX軸方向及びY軸方向における移動量に対応した任意のXY座標の点のZ軸方向の位置を測定する第1位置測定工程と、
前記レンズの移動に伴って前記平面と交差するZ軸方向に進退自在として前記レンズの他方の面との当接を維持する測定子を有し、前記測定台に対して固定して設置された第2位置測定手段の該測定子を、前記レンズ移動工程における前記X軸ステージ及び前記Y軸ステージの駆動により前記レンズをXY軸の平面内で移動させることだけで前記Z軸方向に進退させて、該測定子と該レンズの他方の面との当接点であって、前記レンズのX軸方向及びY軸方向における移動量に対応した任意のXY座標の点のZ軸方向の位置を測定する第2位置測定工程と、
前記レンズ移動工程によるレンズの移動量並びに前記第1及び第2位置測定工程の測定結果に基づいて前記レンズの形状を求めるレンズ形状算出工程とを有し、
前記第1位置測定工程と前記第2位置測定工程とは、同時に行われ、前記レンズの両方の面上の点のX軸方向、Y軸方向及びZ軸方向の位置を同時に取得し、
前記レンズ形状算出工程は、
前記レンズの各面における複数の点のX軸方向、Y軸方向及びZ軸方向の位置に基づいて前記レンズの各面の球面中心をそれぞれ求め、
求めた前記レンズの両方の面の球面中心を結ぶ直線上の前記レンズの幅であるレンズ厚さを算出するレンズ製造方法。 A lens manufacturing process for manufacturing a lens;
Including a lens shape measurement step for measuring the shape of the lens produced by the lens production step,
The lens shape measuring step includes
A lens moving step of moving the lens in the plane of the XY axes by a lens moving unit having an X axis stage and a Y axis stage;
A measuring element is provided that is fixed to a measuring table and has a measuring element that can move forward and backward in the Z-axis direction intersecting the plane as the lens moves and maintains contact with one surface of the lens. The probe of the one-position measuring means is moved forward and backward in the Z-axis direction only by moving the lens in the plane of the XY axis by driving the X-axis stage and the Y-axis stage in the lens moving step. A position where an arbitrary XY coordinate point corresponding to the amount of movement of the lens in the X-axis direction and the Y-axis direction, which is a contact point between the measuring element and one surface of the lens, is measured. A one-position measurement process;
It has a measuring element that maintains its contact with the other surface of the lens so that it can advance and retract in the Z-axis direction intersecting the plane as the lens moves, and is fixedly installed with respect to the measuring table. The probe of the second position measuring means is moved forward and backward in the Z-axis direction only by moving the lens in the plane of the XY axis by driving the X-axis stage and the Y-axis stage in the lens moving step. The position in the Z-axis direction of an arbitrary XY coordinate point corresponding to the amount of movement of the lens in the X-axis direction and the Y-axis direction, which is a contact point between the probe and the other surface of the lens, is measured. A second position measuring step;
A lens shape calculation step for obtaining the shape of the lens based on the amount of movement of the lens by the lens movement step and the measurement results of the first and second position measurement steps;
The first position measurement step and the second position measurement step are performed at the same time, and simultaneously acquire the positions of the points on both surfaces of the lens in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction ,
The lens shape calculation step includes
Determining the spherical center of each surface of the lens based on the positions of the plurality of points on each surface of the lens in the X-axis direction, Y-axis direction, and Z-axis direction,
The lens manufacturing method which calculates the lens thickness which is the width | variety of the said lens on the straight line which connects the spherical-surface center of both surfaces of the calculated | required said lens .
ことを特徴とする請求項5に記載のレンズ製造方法。 The first and second position measuring means are arranged on a substantially straight line.
The lens manufacturing method according to claim 5 .
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