JP7045194B2 - レンズ測定装置およびレンズ測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、レンズ形状を測定するレンズ測定装置およびレンズ測定方法に関する。

従来、高い形状精度を要求されるレンズでは、その表面形状を接触式の形状測定装置によって測定することが行われている。例えば、特許文献１には、直線移動式の形状測定機によってレンズの表面の倣い測定を行うことにより、レンズの断面形状を測定することが記載されている。

近年、広角レンズなどの非球面レンズには、基準とする球面からのずれ量が大きいレンズが存在しており、このようなレンズの表面形状を高精度に測定することが困難になっている。なお、ここで説明するずれ量とは、球面の曲率中心から見たときの球面とレンズの実表面の変位である。

例えば、図１７に示すように、レンズＬの有効角度領域Ｒ１が、基準球面Ｓの曲率中心Ｃを中心とする約９０度の範囲（光軸Ａｏに対して±４５度の範囲）である場合、この有効角度領域Ｒ１では、基準球面Ｓからの最大ずれ量Δｄ１が比較的小さい。このため、接触子４０１は、徐々に異なる部位でレンズＬの表面に接触するものの、その部位は比較的狭い範囲に留まる。このため、レンズＬを問題なく倣い測定することができる。

しかし、図１７に示すように、レンズＬの有効角度領域Ｒ２が、曲率中心Ｃを中心とする約１４０度の範囲（光軸Ａｏに対して±７０度の範囲）である場合、この有効角度領域Ｒ２では、基準球面Ｓからの最大ずれ量Δｄ２が比較的大きい。このため、接触子４０１は、徐々に異なる部位でレンズＬの表面に接触することで、接触子４０１のうちの広い範囲に亘る部位が、レンズＬの表面に接触する。例えば、接触子４０１において、レンズＬの頂点付近に接触する部位と、レンズＬの有効角度領域Ｒ２の縁に接触する部位とは大きく異なる。このため、接触子４０１の真球度が測定精度に大きく影響を及ぼし、測定精度が低下してしまう。

上述の問題を解決する方法として、特許文献２に記載された形状測定方法が存在する。この形状測定方法では、レンズを回転台に載置した後、レンズの片側半分の表面に沿ってスタイラスを傾斜させる。そして、傾斜したスタイラスを用いてレンズの片側半分の表面を測定した後、回転台を１８０度回転させ、レンズの残りの片側半分の表面を同様に測定する。得られた２回分の測定データは、互いに座標系が異なるため、繋ぎ処理を実施することにより、レンズの断面形状を示すデータとなる。このような形状測定方法によれば、スタイラスの接触子は、従来の倣い測定よりも狭い範囲でレンズの表面に接触する。

特開２０１０－１６４５３２号公報 国際公開２０１３／１２１１９６号

しかし、特許文献２に記載された形状測定方法では、スタイラスをレンズの片側半分の表面に沿って傾斜させるため、装置構成およびその制御が複雑化する。また、座標系が異なる２つの測定データを繋ぎ処理する必要があるため、データ処理が煩雑となる。

本発明の目的は、レンズ形状を高精度かつ簡単に測定することができるレンズ測定装置およびレンズ測定方法を提供することにある。

本発明のレンズ測定装置は、回転軸周りに回転するテーブルと、測定対象であるレンズを保持し、前記レンズの光軸が前記回転軸に直交するように前記テーブルに載置されるレンズ保持具と、前記レンズの表面のうちのレンズ測定面に接触する接触子と、前記テーブルの回転角度を検出する角度センサと、前記接触子の変位を検出する変位検出部と、前記テーブルの回転角度ごとの前記接触子の変位量に基づき、前記レンズ測定面の座標情報を、前記回転軸を原点とする極座標として算出し、算出した前記極座標を直交座標に変換するデータ処理部と、を備えることを特徴とする。

本発明において、レンズ測定面は、レンズの表面において測定者が任意に設定可能な領域であり、例えば、凸状または凹状の非球面であってもよいし、球面（凸面または凹面）であってもよい。また、レンズを保持したレンズ保持具がテーブルに載置されたとき、レンズ測定面は、テーブルの回転方向に沿って配置されることが好ましい。

本発明において、レンズが配置されたテーブルが所定角度回転すると、接触子は、レンズ測定面に接触しながら滑動し、レンズ測定面の形状に従って変位する。すなわち、接触子は、テーブルの回転方向に沿ってレンズ測定面を倣い走査する。

前述の倣い走査の間、接触子はレンズ測定面に対してほぼ一定の角度で接触する。
例えばレンズ測定面が球面である場合、接触子はレンズ測定面に対して一定の角度で接触し、接触子の同一の部位がレンズ測定面に接触する。
また、レンズ測定面が非球面である場合、球面からの非球面のずれ量の分に応じて、レンズ測定面に対する接触子の角度が変化するが、レンズ測定面に接触する接触子の部位は、従来の倣い走査に比べて十分に狭い範囲に留まる。
なお、レンズ測定面とテーブルの回転方向との配置関係に多少のずれが含まれている場合であっても、レンズ測定面に接触する接触子の部位は、従来の倣い測定に比べて十分に狭い範囲に留まる。
よって、本発明によれば、接触子の真球度が測定精度に及ぼす影響を抑制し、高精度な測定を行うことができる。

また、前述の倣い走査を実施する構成として、従来の真円度測定機を利用することができ、複雑な装置構成やその制御を必要としない。また、データ処理部は、レンズ測定面の極座標を連続的な測定データとして取得することができ、従来のような座標系の異なる測定データをつなげる処理は不要である。また、データ処理部は、極座標から直交座標へ既知の公式を利用した座標変換によって、レンズ測定面の輪郭情報を簡単に取得できる。
従って、本発明によれば、レンズ形状を高精度かつ簡単に測定することができるレンズ測定装置が提供される。

本発明のレンズ測定装置において、前記レンズ保持具は、前記レンズ測定面のうち所定領域の曲率中心が前記回転軸に一致するように、前記テーブルに載置されていることが好ましい。
このような構成によれば、レンズ測定面をテーブル回転方向に沿って好適に配置することができる。これにより、レンズに接触する接触子の部位をより小さな範囲に抑えることができる。なお、曲率中心を定めるレンズ測定面の所定領域は、特に限定されないが、例えばレンズ測定面のうち光軸に交わる領域である。

本発明のレンズ測定装置は、前記接触子を前記回転軸に沿って前記レンズ測定面に接触するように移動させる移動機構と、前記移動機構による前記接触子の移動情報に基づき、前記レンズの光軸が前記回転軸に直交した状態になるように前記レンズの姿勢を調整するための粗調整量を算出する調整量算出部と、を備えることが好ましい。

このような構成において、接触子が回転軸に沿ってレンズ測定面に接触するとは、連続的な接触であってもよいし、断続的な接触であってもよい。すなわち、レンズ測定面を回転軸に沿って倣い測定してもよいし、多点測定してもよい。
調整量算出部は、移動機構による接触子の移動情報により、現在のレンズ測定面の姿勢を求めることができるため、レンズの光軸が回転軸に直交した状態になるようにレンズの姿勢を調整するための粗調整量を算出することができる。そして、粗調整量に基づいてレンズの姿勢を調整することより、後にレンズの姿勢をより精密に調整したり、レンズ測定面をより正確に測定したりすることができる。
なお、一般に、移動機構による接触子の移動情報は、接触子の変位量に比べて精度が低いため、ここでのレンズの姿勢は粗く求められる。よって、粗調整量とは、粗く求められたレンズの姿勢を調整するための情報である。

本発明のレンズ測定装置において、前記調整量算出部は、前記回転軸に沿った方向において異なる位置で得られる複数の前記直交座標に基づいて、前記レンズの光軸が前記回転軸に直交した状態になるように前記レンズの姿勢を調整するための微調整量を算出することが好ましい。

このような構成では、調整量算出部は、レンズ測定面の直交座標とレンズの設計値とを比較する等によって、レンズの姿勢を調整するための微調整量を、粗調整量よりも精密に算出することができる。この微調整量に基づいてレンズの姿勢を調整することにより、レンズ測定面をより正確に測定することができる。

本発明のレンズ測定方法は、回転軸周りに回転するテーブルと、前記テーブルに載置された測定対象に接触する接触子と、前記テーブルの回転角度を検出する角度センサと、前記接触子の変位を検出する検出器と、を備えるレンズ測定装置を用いて、前記測定対象としてのレンズを当該レンズの光軸が前記回転軸に直交するように、前記テーブルに配置するレンズ配置工程と、前記レンズが配置された前記テーブルを所定角度回転させることにより、前記接触子が前記レンズの表面の所定領域であるレンズ測定面に接触する倣い走査工程と、前記テーブルの回転角度ごとの前記接触子の変位量に基づき、前記レンズ測定面の座標情報を、前記回転軸を原点とする極座標として算出する座標算出工程と、算出した前記極座標を直交座標に変換する座標変換工程と、を含むことを特徴とする。
このような方法によれば、前述のレンズ測定装置と同様、レンズ形状を高精度かつ簡単に測定することができる。

本発明のレンズ測定方法において、前記レンズ配置工程は、前記レンズ測定面のうち所定領域の曲率中心が前記回転軸に一致するように、前記レンズを配置することが好ましい。
このような方法によれば、レンズ測定面をテーブル回転方向に沿って好適に配置することができる。これにより、レンズに接触する接触子の部位をより小さな範囲に抑えることができる。

本発明のレンズ測定方法において、前記レンズ配置工程の後かつ前記倣い走査工程の前に、前記接触子を前記回転軸に沿って前記レンズ測定面に接触するように移動させる移動工程と、前記移動機構による前記接触子の移動情報に基づき、前記レンズの光軸が前記回転軸に直交した状態になるように前記レンズの姿勢を調整するための粗調整量を算出する粗調整量算出工程と、前記粗調整量に従って前記レンズの姿勢を調整する粗調整工程と、を含むことが好ましい。
このような方法によれば、前述のレンズ測定装置と同様、後の微調整工程をより精密に実施したり、レンズ測定面をより正確に測定したりすることができる。

本発明のレンズ測定方法において、前記粗調整量算出工程の後かつ前記倣い走査工程の前に、前記回転軸に沿った方向において互いに異なる位置で、前記レンズ測定面を事前に測定する事前測定工程と、前記事前測定工程によって得られた複数の前記直交座標に基づいて、前記レンズの光軸が前記回転軸に直交した状態になるように前記レンズの姿勢を調整するための微調整量を算出する微調整量算出工程と、前記微調整量に従って、前記レンズの姿勢を調整する微調整工程と、を含むことが好ましい。
このような方法によれば、前述のレンズ測定装置と同様、レンズ測定面をより正確に測定することができる。

本発明によれば、レンズ形状を高精度かつ簡単に測定することができるレンズ測定装置およびレンズ測定方法が提供される。

本発明の一実施形態に係るレンズ測定装置を示す斜視図。 前記実施形態のレンズ測定装置の構成を示すブロック図。 前記実施形態のテーブル、レンズ保持具、検出器を示す模式図。 前記実施形態のレベル出し動作の第１段階を示すフローチャート。 前記実施形態のレベル出し動作の第１段階におけるレンズおよび接触子の関係を示す模式図。 前記実施形態のレベル出し動作の第１段階におけるレンズを示す模式図。 前記実施形態のレベル出し動作の第２段階を示すフローチャート。 前記実施形態のレベル出し動作の第２段階におけるレンズを示す模式図。 前記実施形態のレンズ測定動作を示すフローチャート。 前記実施形態のレンズ測定動作におけるレンズおよび接触子の関係を示す模式図。 前記実施形態のレンズ測定動作におけるレンズおよび接触子の関係を示す模式図。 前記実施形態のレンズ測定動作におけるレンズおよび接触子の関係を示す模式図。 前記実施形態のレンズ測定動作におけるレンズに対する接触子の相対的な移動を示す模式図。 前記実施形態のテーブルのＸＹ座標およびレンズの測定点の例を示す図。 前記実施形態のテーブルのＸＹ座標およびレンズの測定点の他の例を示す図。 前記実施形態のテーブルのＸＹ座標およびレンズの測定点の他の例を示す図。 従来のレンズ測定方法を説明するための模式図。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
〔レンズ測定装置〕
図１に示すように、レンズ測定装置１は、測定装置本体１０と、測定装置本体１０の駆動を制御するとともに、測定装置本体１０で得られた測定データを取り込み処理する制御装置６０とを備えている。

測定装置本体１０は、既存の真円度測定機を利用して構成可能である。
具体的には、測定装置本体１０は、ベース１１と、このベース１１の上面１１０に設けられたテーブル２０と、テーブル２０に隣接して設けられた検出器移動機構３０と、検出器移動機構３０に支持された検出器４０とを備えている。

テーブル２０は、テーブル２０内に設置された回転駆動機構２５（図２参照）によって回転駆動される。テーブル２０の回転軸Ｃｒは、ベース１１の上面１１０に対する垂直方向（Ｚ軸方向）に沿って配置される。テーブル２０内には、テーブル２０の回転角度θを読み取る角度センサ２６（図２参照）が設けられている。

テーブル２０は、ベース１１に回転可能に設置された円筒状の本体２１と、本体２１の上面に設置された円盤状の載置板２２と、本体２１に対する載置板２２の配置および傾斜を調整可能な調整機構２３とを有する。調整機構２３は、回転軸Ｃｒに対する直交面（ＸＹ平面）方向に載置板２２を移動可能な機構と、ＸＹ平面に対して載置板２２を傾斜させる機構とを有しており、各機構はモータによって駆動される。

検出器移動機構３０は、本発明の移動機構であり、ベース１１の上面１１０であってテーブル２０のＸ軸＋方向に隣接した部位に設置されている。検出器移動機構３０は、ベース１１の上面１１０からＺ軸方向に延びたコラム３１と、コラム３１に装着されたスライダ３２と、スライダ３２に装着されてＸ軸方向に延びたアーム３３とを備えている。アーム３３のＸ軸－方向の先端には、スタイラス４１を有する検出器４０が取り付けられている。

アーム３３は、スライダ３２に内蔵された図示しないＸ軸駆動機構により、スライダ３２に対してＸ軸方向に移動可能である。スライダ３２は、図示しないＺ軸駆動機構により、コラム３１に対してＺ軸方向に移動可能である。これにより、検出器移動機構３０は、テーブル２０に対する検出器４０のＸ軸位置およびＺ軸位置をぞれぞれ調整可能である。

検出器４０は、スタイラス４１と、スタイラス４１の変位を検出する変位検出部４２とを有する。スタイラス４１は、例えばＸ軸－方向およびＺ軸－方向に向かって延びており、スタイラス４１の先端には、測定対象であるレンズＬに接触可能な球状の接触子４３が形成されている。

検出器４０は、スタイラス４１がＸ軸方向に変位可能であるように構成されている。変位検出部４２は、スタイラス４１がＸ方向に変位したとき、その変位量Δｒに比例した信号を出力する。

測定装置本体１０は、測定対象であるレンズＬを保持するレンズ保持具５０をさらに備えている。
レンズ保持具５０は、既存のレンズホルダを利用して構成可能であり、レンズＬを着脱可能に保持する。図３に示すように、レンズ保持具５０は、レンズＬを保持した状態で載置板２２に載置される。本実施形態では、レンズ保持具５０は、レンズＬの縁を把持する把持部５１と、把持部５１が設けられたＬ字型のブロック体５２とを有する。
レンズ保持具５０は、レンズＬの光軸Ａｏがテーブル２０の回転軸Ｃｒに直交するように、レンズＬを保持することが好ましい。

図２に示すように、制御装置６０は、既存のパーソナルコンピュータ等により構成され、所定の制御用ソフトウェアを実行することにより、移動制御部６１、角度検出部６２、接触位置検出部６３、データ処理部６４、調整量算出部６５として機能する。これらは共同して、以下に説明するレベル出し動作およびレンズ測定動作を実行する。また、制御装置６０は、測定対象であるレンズＬの設計値などが記憶された記憶部６６を有する。

また、制御装置６０は、キーボード等の操作部６７と、ディスプレイ等の表示部６８を有し、これらを介して作業者Ｐは、測定装置本体１０の操作および情報読み取りが可能である。
なお、本実施形態では、制御装置６０が測定装置本体１０と別体とされているが、制御装置６０は測定装置本体１０に組み込まれていてもよい。

〔レベル出し動作〕
次に、レンズ測定装置１を用いたレンズ測定方法について説明する。
本実施形態のレンズ測定方法では、レンズＬのレベル出し動作を行った後、レンズ測定動作を行う。レベル出し動作とは、テーブル２０の回転軸Ｃｒに対してレンズＬの光軸Ａｏを直交に配置させるための動作である。

レベル出し動作の第１段階について、図４のフローチャートを参照して説明する。なお、本実施形態において、レンズ測定面Ｌｍは、レンズＬの凸状の非球面である。

まず、作業者Ｐなどが、レンズＬを保持したレンズ保持具５０をテーブル２０の上面に載置する（処理Ｓ１１；レンズ配置工程）。このとき、図５に示すように、レンズ測定面Ｌｍが検出器４０側（Ｘ軸＋側）を向くようにレンズＬを配置する。

また、処理Ｓ１１では、図５に示すように、レンズＬの光軸ＡｏがＸ軸方向に略一致することが好ましい。また、回転軸Ｃｒ方向から見たとき、レンズ測定面Ｌｍのうち光軸Ａｏに交わる領域の曲率中心Ｃｃが回転軸Ｃｒに略一致することが好ましい。このようなレンズＬの配置によれば、レンズ測定面Ｌｍは、テーブル２０の回転方向に沿って好適に配置される。なお、図５では、回転軸Ｃｒ方向から見たとき、レンズ測定面Ｌｍのうち光軸Ａｏに交わる領域の曲率半径を半径とし、曲率中心Ｃｃを中心とする円を、レンズ測定面Ｌｍの近似円ＶＣとして仮想線（一点鎖線）で示している。

処理Ｓ１１の後、検出器４０は、レンズ測定面ＬｍをＺ軸方向に倣い測定する（処理Ｓ１２；移動工程）。具体的には、移動制御部６１が、検出器移動機構３０を介して検出器４０をＺ軸方向およびＸ軸方向に移動制御することにより、スタイラス４１は、Ｚ軸方向に沿ってレンズ測定面Ｌｍに接触しながら滑動する。言い換えると、スタイラス４１は、レンズ測定面Ｌｍの表面形状に追従しながらＺ軸方向に移動する（図６の矢印Ｍ１参照）。また、調整量算出部６５は、検出器移動機構３０に設けられたスケール等から、検出器４０の追従移動情報を取得することにより、接触子４３の走査線によるレンズ測定面Ｌｍの輪郭情報（ＸＺ断面情報）を算出する。
なお、図６では、処理Ｓ１２におけるレンズＬを実線で示し、光軸Ａｏが回転軸Ｃｒに直交した理想姿勢のレンズＬｉを仮想線（二点鎖線）で示しており、説明のためにレンズＬｉに対するレンズＬの傾き（レンズＬの光軸Ａｏが回転軸Ｃｒに直交した状態からのずれ）を実際よりも大きく示している。

調整量算出部６５は、処理Ｓ１２によって得られたレンズ測定面Ｌｍの輪郭情報と、記憶部６６に記憶されているレンズＬの設計値とを比較することにより、テーブル２０に載置されたレンズＬの姿勢（光軸Ａｏの状態）を解析し、レンズＬの姿勢が収束条件を満たすか否かを判断する（処理Ｓ１３）。なお、収束条件とは、レンズＬの姿勢が理想姿勢に許容誤差範囲内で調整されるための条件であり、例えばレベル出し動作の第２段階を実施するために十分な程度に設定されている。
レンズＬの姿勢が収束条件を満たすと判断した場合（処理Ｓ１３；Ｙｅｓ）、レベル出し動作の第１段階を終了する。
一方、レンズＬの姿勢が収束条件を満たさないと判断した場合（処理Ｓ１３；Ｎｏ）、レンズＬの姿勢を調整するための粗調整量を算出する（処理Ｓ１４；粗調整量算出工程）。
なお、一般に、スタイラス４１の追従移動量は、スタイラス４１の変位量Δｒに比べて精度が低いため、処理Ｓ１３では、レンズＬの姿勢は粗く求められる。よって、粗調整量とは、粗く求められたレンズＬの姿勢を調整するための情報である。

移動制御部６１は、処理Ｓ１４によって算出された粗調整量に基づいて、調整機構２３を制御し、テーブル２０の載置板２２の姿勢を調整する（処理Ｓ１５；粗調整工程）。あるいは、作業者Ｐが、処理Ｓ１３によって算出された粗調整量を表示部６８で確認し、調整機構２３を手作業で操作してもよい。これにより、レンズＬの光軸Ａｏが回転軸Ｃｒに直交するように粗調整される。言い換えると、レンズＬの光軸Ａｏは、回転軸Ｃｒの直交面に対して、大まかにレベル出しされる。
その後、処理Ｓ１２に戻り、レンズＬの姿勢が収束条件を満たすまで、処理Ｓ１２～Ｓ１５を繰り返す。

レベル出し動作の第１段階が終了した後、次の第２段階を開始する。レベル出し動作の第２段階について、図７のフローチャートを参照して説明する。

まず、移動制御部６１が検出器移動機構３０および回転駆動機構２５を制御することによって、検出器４０は、Ｚ軸方向における複数の任意の位置で、テーブル２０の回転方向にレンズＬを倣い測定する（処理Ｓ２１；事前測定工程）。処理Ｓ２１による倣い測定は、測定位置がＺ軸方向における複数の任意の位置であること以外、後述のレンズ測定動作（処理Ｓ３１～Ｓ３５）とほぼ同様の工程であるため、ここでの詳細な説明は省略する。
処理Ｓ２１によれば、Ｚ軸方向における複数の任意の位置におけるレンズ測定面Ｌｍの輪郭情報（ＸＹ断面情報）が取得される。

処理Ｓ２１によれば、Ｚ軸方向において互いに異なる複数の位置で、テーブル２０の回転方向にレンズＬが倣い測定される。図８では、処理Ｓ２１による倣い測定の方向を矢印Ｍ２で例示している。これにより、Ｚ軸方向において互いに異なる位置でのレンズ測定面Ｌｍの輪郭情報が取得される。
なお、図８では、処理Ｓ２１におけるレンズＬを実線で示し、光軸Ａｏが回転軸Ｃｒに直交した理想姿勢のレンズＬｉを仮想線（二点鎖線）で示しており、説明のためにレンズＬｉに対するレンズＬの傾き（レンズＬの光軸Ａｏが回転軸Ｃｒに直交した状態からのずれ）を実際よりも大きく示している。ただし、図８中のレンズＬの傾きは、図６中のレンズＬの傾きよりも小さい。

調整量算出部６５は、処理Ｓ２１によって取得された測定データと、記憶部６６に記憶されているレンズＬの設計値とを比較することにより、テーブル２０に載置されたレンズＬの姿勢（光軸Ａｏの状態）を解析し、レンズＬの傾きが収束条件を満たすか否かを判断する（処理Ｓ２２）。なお、レベル出し動作の第２段階における収束条件は、次の測定動作を行うために十分な程度に設定されており、例えば第１段階における収束条件よりも厳しく設定されている。
レンズＬの姿勢が収束条件を満たすと判断した場合（処理Ｓ２２；Ｙｅｓ）、レベル出し動作の第２段階を終了する。
一方、レンズＬの姿勢が収束条件を満たさないと判断した場合（処理Ｓ２２；Ｎｏ）、レンズＬの姿勢を調整するための微調整量を算出する（処理Ｓ２３；微調整量算出工程）。

移動制御部６１は、処理Ｓ２３によって算出された微調整量に基づいて、調整機構２３を制御し、テーブル２０の載置板２２の傾きを調整する（処理Ｓ２４；微調整工程）。あるいは、作業者Ｐが処理Ｓ２４によって算出された微調整量を表示部６８で確認し、調整機構２３を手作業で操作してもよい。これにより、第１段階よりも精密に、レンズＬの光軸Ａｏが回転軸Ｃｒに直交するように調整される。
その後、処理Ｓ２１に戻り、レンズＬの姿勢が収束条件を満たすまで、処理Ｓ２１～Ｓ４２を繰り返す。
以上により、レンズＬの光軸Ａｏは、回転軸Ｃｒの直交面に対して十分にレベル出しされる。

〔測定動作〕
レンズ測定装置１は、レベル出し動作が終了した後、レンズ測定面Ｌｍの測定動作を行う。
レンズ測定装置１の測定動作について、図９のフローチャートを参照して説明する。なお、以下の説明では、レンズＬの光軸Ａｏを通る断面の輪郭を測定するものとする。

まず、移動制御部６１は、検出器移動機構３０を制御することにより、接触子４３を測定位置Ｐｚ，Ｐｘに位置合わせする（処理Ｓ３１）。
測定位置Ｐｚは、Ｚ軸方向におけるレンズＬの光軸Ａｏ位置に合わせた位置である（図１０参照）。測定位置ＰｚはレンズＬの設計値等に基づいて予め設定されていてもよいし、移動制御部６１が前述のレベル出し動作によって測定位置Ｐｚを検出してもよい。
一方、測定位置Ｐｘは、測定位置Ｐｚにおいて、接触子４３をレンズ測定面Ｌｍにアプローチさせ、接触子４３が所定の圧力でレンズ測定面Ｌｍに接触した位置である（図５参照）。

処理Ｓ３１の後、移動制御部６１は、回転駆動機構２５を制御することにより、図５に示す状態のテーブル２０を所定角度θｐ１だけ回転させる。これにより、接触子４３は、レンズＬの測定開始点Ｐｓに接触する（処理Ｓ３２、図１１参照）。所定角度θｐ１はレンズＬの設計値等に基づいて予め設定されていてもよいし、移動制御部６１が前述のレベル出し動作による測定データに基づいて所定角度θｐ１を設定してもよい。

処理Ｓ３２の後、移動制御部６１は、回転駆動機構２５を制御することにより、図１１に示す状態のテーブル２０を所定角度θｐ２だけ回転させる。これにより、接触子４３は、測定開始点Ｐｓから測定終了点Ｐｆまでレンズ測定面Ｌｍに接触しながら滑動し、レンズ測定面Ｌｍの形状に従って変位する（図１２参照）。すなわち、接触子４３は、レンズ測定面Ｌｍをテーブル２０の回転方向に沿って倣い走査する（処理Ｓ３３；倣い走査工程）。

なお、所定角度θｐ２は、接触子４３がレンズ測定面Ｌｍを所望の範囲だけ倣い走査するための角度である。所定角度θｐ２はレンズＬの設計値等に基づいて予め設定されていてもよいし、移動制御部６１が前述のレベル出し動作による測定データに基づいて所定角度θｐ２を設定してもよい。

処理Ｓ３３の間、スタイラス４１がレンズ測定面Ｌｍの形状に従ってＸ方向に変位し、変位検出部４２は、スタイラス４１の変位に比例した変位信号（変位量Δｒ）を出力する。
また、処理Ｓ３３の間、角度検出部６２は、角度センサ２６を介して現在のテーブル２０の回転角度θを読み取り、接触位置検出部６３は、回転角度θの任意の角度ごとに、検出器４０から出力された変位量Δｒを記録する。

図１３は、処理Ｓ３３によりテーブル２０が回転する間、接触子４３がレンズ測定面Ｌｍに対して相対的に移動する様子を示す図である。図１３に示すように、テーブル２０の回転方向Ｍは、レンズＬの近似円ＶＣと一致しているため、テーブル２０が回転する間、接触子４３は、レンズ測定面Ｌｍに対してほぼ一定の角度で接触する。このため、接触子４３のほぼ同じ部位が、レンズ測定面Ｌｍに接触する。
なお、レンズＬが非球面であるため、レンズＬの近似円ＶＣからレンズ測定面Ｌｍまでの若干のずれ量が存在し、このずれ量の分に応じて接触子４３の角度が若干変化するが、レンズ測定面Ｌｍに接触する接触子４３の範囲は、従来の倣い測定に比べて十分に狭い範囲に留まる。

処理Ｓ３３の後、データ処理部６４は、取得された回転角度θおよび変位量Δｒに基づいて、レンズ測定面Ｌｍの座標情報を、接触子４３の走査線に沿って配置される複数の測定点の極座標として算出する（処理Ｓ３４；座標算出工程）。なお、複数の測定点の数は特に限定されない。

図１４には、回転軸Ｃｒを原点とするテーブル２０上のＸＹ座標系が示されており、処理Ｓ３４によって算出された測定点Ｐ１～Ｐ５が例示されている。
なお、本実施形態では、接触子４３が測定位置Ｐｘに位置合わせされた時点（処理Ｓ３１）において、テーブル２０上のＹ軸は、測定装置本体１０のＸ軸と略平行であり、テーブル２０上のＸ軸は、測定装置本体１０のＹ軸と略平行である。
また、図１４では、測定位置Ｐｘに位置する接触子４３（Ｐｘ）と回転軸Ｃｒとの間の距離Ｒを半径とする基準円ＶＳを仮想線（一点鎖線）で示している。

測定点Ｐ１～Ｐ５の極座標は、各測定点Ｐ１～Ｐ５の変位量Δｒに距離Ｒを加えた値がｒ値として算出され、各測定点Ｐ１～Ｐ５の回転角度θがθ値として算出される。
具体的には、測定点Ｐ１の極座標は（Ｒ＋Δｒ１，θ１）であり、測定点Ｐ２の極座標は（Ｒ＋Δｒ２，θ２）であり、測定点Ｐ３（初期位置）の極座標は（Ｒ＋Δｒ３，θ３）であり、測定点Ｐ４の極座標は（Ｒ＋Δｒ４，θ４）であり、測定点Ｐ５の極座標は（Ｒ＋Δｒ５，θ５）である。

次に、データ処理部６４は、処理Ｓ３４によって算出された各測定点Ｐ１～Ｐ５の極座標を、直交座標（ＸＹ座標）に変換する（処理Ｓ３５；座標変換工程）。この変換には、以下の式（１）が用いられる。
ｘ＝ｒｃｏｓθ
ｙ＝ｒｓｉｎθ ・・・式（１）
処理Ｓ３５によれば、各測定点Ｐ１～Ｐ５のＸＹ座標が得られる。これにより、レンズＬの光軸Ａｏを通る断面形状について、その輪郭の座標情報がＸＹ座標として求められる。
以上により、レンズ測定装置１の測定動作が終了する。

〔実施形態の効果〕
本実施形態では、接触子４３がテーブル２０の回転方向に沿ってレンズ測定面Ｌｍを倣い走査することにより、レンズＬの測定動作が行われる。この倣い走査の間、接触子４３はレンズ測定面Ｌｍに対してほぼ一定の角度で接触するため、レンズ測定面Ｌｍに接触する接触子４３の範囲は、従来の直線倣い走査と比べて、十分に狭い範囲となる。よって、接触子４３の真球度が測定精度に及ぼす影響を抑制し、高精度な測定を行うことができる。

また、本実施形態における倣い走査には、従来の真円度測定機の構成を利用することができ、複雑な装置構成やその制御を必要としない。また、データ処理部６４が極座標を直交座標に変換することによって、レンズ測定面Ｌｍの輪郭情報を簡単に取得できる。
従って、本実施形態によれば、レンズ形状を高精度かつ簡単に測定することができる。

本実施形態では、レベル出し動作の第１段階を実施しており、調整量算出部６５が算出した粗調整量に基づいてレンズＬの姿勢を調整している。これにより、後に実施するレベル出し動作の第２段階をより精密に実施することができる。

また、本実施形態では、レベル出し動作の第２段階を実施しており、調整量算出部６５が算出した微調整量に基づいてレンズＬの姿勢を調整している。これにより、後に実施するレンズ測定面Ｌｍをより正確に測定することができる。

本実施形態では、レンズ測定面Ｌｍの曲率中心Ｃｃがテーブル２０の回転軸Ｃｒに一致するようにレンズＬが配置される。このようなレンズＬの配置によれば、テーブル２０の回転方向に沿ってレンズ測定面Ｌｍを好適に配置することができる。これにより、レンズＬに接触する接触子４３の部位をより小さな範囲に抑えることができる。

〔変形例〕
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形などは本発明に含まれる。

処理Ｓ１１について説明したテーブル２０上のレンズＬの配置は、厳密な位置合わせを必要とせず、ある程度のずれを許容することができる。
例えば、図１５に示すように、レンズ測定面Ｌｍの光軸Ａｏと交わる領域の曲率中心Ｃｃが、テーブル２０の回転軸Ｃｒからずれており、レンズ測定面Ｌｍの近似円ＶＣは、距離Ｒを半径とする基準円ＶＳとは異なっていてもよい。また、測定位置Ｐｘの接触子４３（Ｐｘ）は、レンズＬの光軸Ａｏが通る表面（頂点）以外の部位に接触してもよい。
このような配置によっても、レベル出し動作およびレンズ測定動作を前記実施形態と同様に行うことができ、レンズ測定面Ｌｍに接触する接触子４３の部位は、従来の倣い測定に比べて十分に狭い範囲に留まる。このため、本発明では、一般的な真円度測定に実施されるワークの芯だしを行う必要はない。

また、変形例として、レンズ測定面Ｌｍのうち光軸Ａｏと交わる領域以外のいずれかの領域の曲率中心がテーブル２０の回転軸Ｃｒに一致するように配置されてもよい。
ただし、テーブル２０上のレンズＬの配置について、接触子４３がレンズＬをテーブル２０の回転方向に倣い走査するときのスタイラス４１の変位量Δｒが、スタイラス４１の変位可能範囲に収まることが好ましい。

そこで、図１６に示すように、測定点Ｐ１～Ｐ５の変位量Δｒが比較的大きくなる可能性がある場合、例えばレベル出し動作の処理Ｓ１２により、レンズＬの傾きだけでなく、レンズＬの配置を検出してもよい。そして、レンズＬの配置が許容範囲（変位量Δｒがスタイラス４１の変位可能範囲に収まる範囲）から外れると判定した場合、テーブル２０の載置板２２を移動させたり、テーブル２０を回転させたりすることにより、レンズＬの配置を調整してもよい。

前記実施形態では、レベル出し動作の第１段階において、検出器４０はレンズ測定面ＬｍをＺ軸方向に倣い測定しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、接触子４３がＺ軸方向に沿って断続的に接触することによって、レンズ測定面Ｌｍを多点測定してもよい。

前記実施形態では、レンズ測定動作において、レンズＬの光軸Ａｏを通る断面形状の輪郭を測定している。このため、処理Ｓ３１で接触子４３が配置される測定位置Ｐｚは、Ｚ軸方向におけるレンズＬの光軸Ａｏの位置であるが、本発明はこれに限定されない。例えば、測定位置Ｐｚは、レンズＬの測定対象となる断面形状に応じて、Ｚ方向の任意の位置に設定可能である。

前記実施形態では、処理Ｓ３１で接触子４３が配置される測定位置Ｐｘは、接触子４３をレンズ測定面Ｌｍにアプローチさせたときに、接触子４３が所定の圧力でレンズ測定面Ｌｍに接触する位置であるが、本発明はこれに限定されない。例えば、処理Ｓ１１にてレンズＬがある程度の正確さをもってテーブル２０に配置される場合、測定位置Ｐｘは、レンズＬの設計値などに基づいて予め設定された基準の位置であってもよい。

前記実施形態では、レンズ測定動作の前にレベル出し動作を行っているが、これは必須ではない。
また、レベル出し動作を行う場合、第１段階のみまたは第２段階のみを行ってもよい。例えば第１段階のみを行う場合、処理Ｓ１３におけるレンズＬの姿勢の収束条件を、次の測定動作を行うために十分な程度に設定すればよい。
また、レベル出し動作の第１段階においてレンズＬの姿勢の収束条件を設けず、一度の粗調整後に第２段階を行ってもよい。

本発明において測定対象となるレンズは、特に限定されず、凸レンズ、凹レンズおよび非球面レンズなど、様々なレンズであってもよい。
前記実施形態では、レンズ測定面Ｌｍは、凸状の非球面であるが、これに限定されず、凹状の非球面でもよいし、球面（凹面または凸面）であってもよい。
例えばレンズ測定面Ｌｍが凹状の非球面または球面（凹面）である場合、処理Ｓ１１において、前記実施形態と同様、レンズ測定面Ｌｍの光軸Ａｏを交わる領域の曲率中心Ｃｃが、回転軸Ｃｒに略一致するように配置することが好ましい。また、処理Ｓ２１および処理Ｓ３３において、接触子４３がレンズ測定面Ｌｍを倣い走査する間、接触子４３が凹状のレンズ測定面Ｌｍに過度に押しつけられないように、適宜、検出器４０をＸ軸方向に移動させてもよい。

前記実施形態では、レンズ保持具５０は、レンズＬの縁を把持するように構成されているが、レンズＬのレンズ測定面Ｌｍとは反対側の面を吸引保持するように構成されてもよい。また、本発明のレンズ保持具は、これらの構成に限定されず、既存のレンズホルダの構成を適宜利用できる。

本発明は、レンズ形状を高精度かつ簡単に測定することができるレンズ測定装置およびレンズ測定方法として利用できる。

１…レンズ測定装置、１０…測定装置本体、１１…ベース、１１０…上面、２０…テーブル、２１…本体、２２…載置板、２３…調整機構、２５…回転駆動機構、２６…角度センサ、３０…検出器移動機構（移動機構）、３１…コラム、３２…スライダ、３３…アーム、４０…検出器、４１…スタイラス、４２…変位検出部、４３…接触子、５０…レンズ保持具、５１…把持部、５２…ブロック体、６０…制御装置、６１…移動制御部、６２…角度検出部、６３…接触位置検出部、６４…データ処理部、６５…調整量算出部、６６…記憶部、６７…操作部、６８…表示部、Ａｏ…光軸、Ｃｃ…曲率中心、Ｃｒ…回転軸、Ｌ…レンズ、Ｌｍ…レンズ測定面、Ｐ１～Ｐ５…測定点、Ｐｆ…測定終了点、Ｐｓ…測定開始点、Ｐｘ…Ｘ軸方向の測定位置、Ｐｚ…Ｚ軸方向の測定位置、Ｒ…距離、ＶＣ…近似円、ＶＳ…基準円、Δｒ…変位量、θ…回転角度、θｐ１，θｐ２…所定角度。

Claims (6)

1. 回転軸周りに回転するテーブルと、
   測定対象であるレンズを保持し、前記レンズの光軸が前記回転軸に直交するように前記テーブルに載置されるレンズ保持具と、
   前記レンズの表面のうちのレンズ測定面に接触する接触子と、
   前記テーブルの回転角度を検出する角度センサと、
   前記接触子の変位を検出する変位検出部と、
   前記テーブルの回転角度ごとの前記接触子の変位量に基づき、前記レンズ測定面の座標情報を、前記回転軸を原点とする極座標として算出し、算出した前記極座標を直交座標に変換するデータ処理部と、
   前記接触子を前記回転軸に沿って前記レンズ測定面に接触するように移動させる移動機構と、
   前記移動機構による前記接触子の移動情報に基づき、前記レンズの光軸が前記回転軸に直交した状態になるように前記レンズの姿勢を調整するための粗調整量を算出する調整量算出部と、を備えることを特徴とするレンズ測定装置。
2. 回転軸周りに回転するテーブルと、
   測定対象であるレンズを保持し、前記レンズの光軸が前記回転軸に直交するように前記テーブルに載置されるレンズ保持具と、
   前記レンズの表面のうちのレンズ測定面に接触する接触子と、
   前記テーブルの回転角度を検出する角度センサと、
   前記接触子の変位を検出する変位検出部と、
   前記テーブルの回転角度ごとの前記接触子の変位量に基づき、前記レンズ測定面の座標情報を、前記回転軸を原点とする極座標として算出し、算出した前記極座標を直交座標に変換するデータ処理部と、
   前記接触子を前記回転軸に沿って前記レンズ測定面に接触するように移動させる移動機構と、
   前記回転軸に沿った方向において異なる位置で得られる複数の前記直交座標に基づいて、前記レンズの光軸が前記回転軸に直交した状態になるように前記レンズの姿勢を調整するための微調整量を算出する調整量算出部と、を備えることを特徴とするレンズ測定装置。
3. 請求項１または請求項２に記載されたレンズ測定装置において、
   前記レンズ保持具は、前記レンズ測定面のうち所定領域の曲率中心が前記回転軸に一致するように、前記テーブルに載置されていることを特徴とするレンズ測定装置。
4. 回転軸周りに回転するテーブルと、前記テーブルに載置された測定対象に接触する接触子と、前記テーブルの回転角度を検出する角度センサと、前記接触子の変位を検出する検出器と、を備えるレンズ測定装置を用いて、
   前記測定対象としてのレンズを当該レンズの光軸が前記回転軸に直交するように、前記テーブルに配置するレンズ配置工程と、
   前記レンズが配置された前記テーブルを所定角度回転させることにより、前記接触子が前記レンズの表面の所定領域であるレンズ測定面に接触する倣い走査工程と、
   前記テーブルの回転角度ごとの前記接触子の変位量に基づき、前記レンズ測定面の座標情報を、前記回転軸を原点とする極座標として算出する座標算出工程と、
   算出した前記極座標を直交座標に変換する座標変換工程と、を含むレンズ測定方法において、
   前記レンズ配置工程の後かつ前記倣い走査工程の前に、
   前記接触子を前記回転軸に沿って前記レンズ測定面に接触するように移動させる移動工程と、
   前記移動工程における前記接触子の移動情報に基づき、前記レンズの光軸が前記回転軸に直交した状態になるように前記レンズの姿勢を調整するための粗調整量を算出する粗調整量算出工程と、
   前記粗調整量に従って前記レンズの姿勢を調整する粗調整工程と、を含むことを特徴とするレンズ測定方法。
5. 回転軸周りに回転するテーブルと、前記テーブルに載置された測定対象に接触する接触子と、前記テーブルの回転角度を検出する角度センサと、前記接触子の変位を検出する検出器と、を備えるレンズ測定装置を用いて、
   前記測定対象としてのレンズを当該レンズの光軸が前記回転軸に直交するように、前記テーブルに配置するレンズ配置工程と、
   前記レンズが配置された前記テーブルを所定角度回転させることにより、前記接触子が前記レンズの表面の所定領域であるレンズ測定面に接触する倣い走査工程と、
   前記テーブルの回転角度ごとの前記接触子の変位量に基づき、前記レンズ測定面の座標情報を、前記回転軸を原点とする極座標として算出する座標算出工程と、
   算出した前記極座標を直交座標に変換する座標変換工程と、を含むレンズ測定方法において、
   前記レンズ配置工程の後かつ前記倣い走査工程の前に、
   前記回転軸に沿った方向において互いに異なる位置で、前記レンズ測定面を事前に測定する事前測定工程と、
   前記事前測定工程によって得られた複数の前記直交座標に基づいて、前記レンズの光軸が前記回転軸に直交した状態になるように前記レンズの姿勢を調整するための微調整量を算出する微調整量算出工程と、
   前記微調整量に従って、前記レンズの姿勢を調整する微調整工程と、を含むことを特徴とするレンズ測定方法。
6. 請求項４または請求項５に記載されたレンズ測定方法において、
   前記レンズ配置工程は、前記レンズ測定面のうち所定領域の曲率中心が前記回転軸に一致するように、前記レンズを配置することを特徴とするレンズ測定方法。

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