JPH053537B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は、レンズの各面の偏芯量を測定する装
置に関し、特に、レンズに当てた光ビームの反射
によりレンズ各面の偏芯量を測定するものであ
る。

従来技術 レンズの各面の偏芯量を光学的に測定する装置
として、第９図〜第１２図に示すものが知られて
いる。

第９図において、１はレーザー発振器、２はハ
ーフミラー、３は被検レンズで、該レンズ３の２
つのレンズ面３ａ，３ｂの偏芯量を測定するもの
である。４は被検レンズ３の保持枠、５は被検レ
ンズ３の位置決め用の軸方向の基準面５ａと、半
径方向の基準面５ｂとを有するステージ、６は、
その表面に測定用の基準点Ｐが設けられている評
価スクリーンである。

そして、レーザー発振器１から出射されたレー
ザービームは、位置決め用基準面５ｂの中心を通
り、５ａの面と直角になるように配置されてお
り、このレーザービームの被検レンズ３のレンズ
面への入射角0゜での反射光が、ハーフミラー２に
よつて反射され、この反射ビームが評価スクリー
ン６の基準点Ｐに、このスクリーンが直角に入射
するように配置されている。

以上の構成を有する偏芯測定機において、被検
レンズ３の２つのレンズ面３ａ，３ｂが、いずれ
も保持枠４の基準軸線に対して無偏芯の場合は、
第１０図ａに示すように被検レンズ３の２つのレ
ンズ面３ａ，３ｂによる反射ビームは、各々ハー
フミラー２で１部反射され、前記評価スクリーン
の基準点Ｐを、両者が一致した状態で照射する。

そして、２つのレンズ面３ａ，３ｂが偏芯して
いる場合は、第１０図ｂに示すように、２つの光
束は、その偏芯量に応じて前記基準点Ｐよりずれ
た位置を照射する。

したがつて、前記基準点からの照射ビームの方
位のずれ量を観察するか、他の手段により計測す
れば、各レンズ面の偏芯の程度を知ることができ
る。

このような装置の特徴としては、各レンズ面の
偏芯の程度が同時に観察又は測定できるので操作
性が良く、安価にできるという利点がある反面、
照射ビームがどのレンズ面による反射ビームかと
いうことがきわめて困難であるという欠点を有す
る。

したがつて、被検レンズ３の設計データが既知
であつたとしても、その偏芯量の絶対値を知るこ
とはできないのである。

第１１図は、他の従来技術を示すものである。
１１はランプ、１２はコンデンサーレンズ、１３
はターゲツト、１４はハーフミラー、１５は被検
レンズ、１６は被検レンズ１５の保持枠、１７は
被検レンズ１５の位置決め用基準面１７ａ，１７
ｂを有するステージ、１８は基準点Ｐが設けられ
ている評価スクリーンである。

光軸配置については、第９図と同様であつて、
ランプ１１からの光はコンデンサーレンズ１２に
より集束され、位置決め用基準面１７ｂの中心を
通り、位置決め用基準面１７ａと直角になるよう
に配置されているが、ランプ１１、コンデンサー
レンズ１２、ターゲツト１３、ハーフミラー１
４、及び評価スクリーン１８は、１体となつて図
面の上下方向に連続的に移動できる機構を備えた
移動部１９を有している。

そこで、第１１図に於ける作用を簡単に説明す
ると、ランプ１０から発せられた照明光は、コン
デンサーレンズ１２により集光され、ターゲツト
１３を照明し、ターゲツト１３の被検レンズ１５
の各面１５ａ，１５ｂによる反射像がハーフミラ
ー１４により評価スクリーン１８に結像するよう
に、前記移動部１９を操作するのである。

すると、第１２図に示すように、被検レンズ１
５のいずれか一方のレンズの反射面が保持枠の基
準面１７ｂに対して無偏芯の場合は、第１２図ａ
に示すようにターゲツト像は評価スクリーン１８
の基準点Ｐに結像するが、どちらかのレンズの反
射面が保持枠の基準面１７ｂに対して偏芯してい
る場合は、第１２図ｂに示すように評価スクリー
ン１８の基準点Ｐからずれた状態で結像する。

したがつて、移動部１９を被検レンズの面数だ
け操作して結像位置を探すことにより、どのレン
ズ面が偏芯しているのか知ることができる。すな
わち、被検レンズの反射面毎に移動部の位置が異
ることになるので、被検レンズ１５の設計データ
が既知である場合には、どの面による反射像かを
容易に判定できるので、この設計データを用いて
各面の偏芯量の絶対値を計算により知ることがで
きるのである。

しかしながら、この装置においては、次のよう
な欠点を有する。

(イ) 移動部を被検面の数だけ操作しなければなら
ないので、操作性が良くない。

(ロ) 各被検面について、その被検面の像と、その
被検面による空中像の２つの像が形成され、こ
の区別がつき難く、解析しにくい（これも操作
性の良くない原因の１つである）。

(ハ) 移動部の移動ガタ等により、測定精度が悪
く、このために所定位置で一担装置を固定し、
被検物を回転してターゲツト像の振れを読む方
法を採用しているが、この場合、装置が複雑化
し、偏芯方位の測定については精度が上らな
い。

したがつて、これら従来技術の欠点を解消する
と共に、従来技術の特徴を活かすべく測定器の開
発が望まれていたのである。

発明の目的 本発明は、前記問題点に鑑み、安価で操作性が
良く、測定精度の高いレンズの偏芯測定機を提供
することを目的とするものである。

発明の概要 レーザービームと被検レンズの間に回転可能な
平行面透明板を挿入することにより、レンズの面
の反射光からレンズ面の偏芯量を測定するもので
あつて、第１図は、その概要を示す図である。

図において、２１はレーザー発振器、２２はビ
ーム走査板、２３はハーフミラー、２４はレンズ
面２４ａ，２４ｂを有する被検レンズ、２５は被
検レンズ２４の保持枠、２６は被検レンズ２４の
位置決め用基準面２６ａ，２６ｂを有するステー
ジ、２７は基準点Ｐが設けられている評価スクリ
ーンである。

したがつて、この装置は従来技術を示す第９図
において、レーザー発振器とハーフミラー２の間
にビーム走査板２２を追加配置した構成となつて
おり、他は第９図のものと同じ条件である。

今、ビーム走査板２２を厚さｔ、屈折率n₀の平
行平面透明板とし、平行平面の法線がレーザー光
軸に対しΔだけ傾けて配置し、これがレーザー光
軸を回転軸として回転できるものとする。そし
て、この時のビーム走査板２２からの出射光Ｓ
は、入射軸に常に平行で、この入射軸のまわりを
円状に回転する時、この回転半径をｒとすれば、 の式で表わされる。これは、評価スクリーン２７
上でも同様である。

第２図は、ビーム走査板２２の回転による評価
スクリーン上のレーザービームの反射光像を示す
もので、第２図ａの場合は、被検レンズのレンズ
面から反射する２つのレーザービームの反射光像
は、その軌跡が同心円となり、その回転中心は前
記基準点Ｐに一致しており、このことは、２つの
レンズ面が２面共に無偏芯であることを示してお
り、第２図ｂの場合は、いずれも２つのレンズ面
からの反射光像の軌跡が前記基準点Ｐから外れて
おり、両方とも偏芯していることを示している。

しかも第２図ｂの場合は、２つの被検レンズ面
からの反射光像の軌跡の半径が異つているが、こ
れは、被検レンズ面の曲率半径の違いによるもの
である。

一般式として、評価スクリーン上の軌跡の半径
をr′_o、被検面数をｍとすれば、第ｎ面の被検レ
ンズ面からの反射ビームの光像の軌跡の半径は次
式で与えられる。

r′_o＝f_o（R₁，R₂…R_o，d₁，d₂…d_o，N₁， N₂…N_o-1，ｌ，ｒ） …(2) ここでR₁，R₂…R_o，d₁，d₂…d_oは、入射面番
ｎに対応する面の曲率半径及び基準面２６ａ（任
意設定できる）からの中心位置で、N₁，N₂…
N_o-1は、その面の後側の屈折率で、ｌは、評価
スクリーンの基準面２６ａから評価スクリーン２
７までの中心軸に沿つた光路長である。

(2)式において、ｌ及びｒを一定にした場合、
r′_oは被検面までのレンズ面の各曲率半径及び各
レンズ面の基準面２６ｂからの位置により決定さ
れ、一般には、r′₁，r′₂，r′₃…r′_nは全て異ること
になる。したがつて、このr′₁，r′₂，r′₃…r′_nの値
を、定められた計算値と比較することにより、評
価スクリーン２７での各照射ビームがどの被検面
からの反射光であるかを知ることができるのであ
る。

また、第ｎ面の被検面からの反射ビームの評価
スクリーン２７上での回転中心の位置は、前記基
準点Ｐを含む適当な直交座標（x_o，y_o）に対して
式 x_o＝gx_o（R₁，R₂…R_o，d₁，d₂…d_o，N₁，N₂……N_o-1，
δ_x1，δ_x2…δ_xo，δ_y1，δ_y2…δ_yo） y_o＝gy_o（R₁，R₂…R_o，d₁，d₂…d_o，N₁，N₂……N_o-1，
δ_x1，δ_x2…δ_xo，δ_y1，δ_y2…δ_yo）…(3) で表わすことができる。ここで、δ_x1，δ_x2…δ_xoは
各々ｎ面までの各レンズ面のｘ軸上での偏芯量
で、δ_y1，δ_y2…δ_yoは各々ｎ面までのｙ軸上での偏
芯量である。

(3)式において、x₁，x₂…x_n及びy₁，y₂，…y_n
の、計2m個のデータを評価スクリーン２７上で
得ることができるので、結局2m個の式が得られ
る。ここで未知数はδ_x1，δ_x2…δ_xn及びδ_y1，δ_y2…
δ_ynの、計2m個となり、これら2m個の式から各
レンズ面の偏芯量と、その偏芯方位を知ることが
できるのである。

実施例 以下、本発明の実施例につき説明する。

第３図は本発明による第１実施例を示す図であ
る。第３図に於いて３１はHe−Neレーザー発振
器、３２は細い平行光束を得るためのビームコン
バーター、３３は第１のハーフミラー、３４はビ
ームを円状に走査するためのビーム走査板で、平
行平面透明板により構成されている。３５は第２
のハーフミラー、３６は第１のテレビカメラ、３
７は第１の全反射ミラー、３８は第２の全反射ミ
ラー、３９は、第１のテレビモニター、４０は偏
光プリズム、４１は１／４波長板、４２は例えば
２枚のレンズ４２ａ及び４２ｂで構成される被検
レンズ、４３は被検レンズ４２の位置決め用基準
面４３ａ及び４３ｂを有するステージ、４４は第
２のテレビカメラ、４５は第２のテレビモニター
である。そして、ビーム走査板３４は、レーザー
光軸に対して連続的（矢印Ａ）に傾けられる機構
部と、この状態でレーザー光軸を回転軸として回
転できる（矢印Ｂ）機構部とを有している。又、
ステージ４３の配置については従来技術を示す第
９図と同様である。

次に第３図に於ける作用を説明する。まずレー
ザー発振器３１から出射したレーザービームはビ
ームコンバーター３２によりきわめて細いレーザ
ービームに変換される。そして、第１のハーフミ
ラー３３により２分され透過ビームはビーム走査
板３４を通り、第２のハーフミラー３５で反射さ
れ、第１のテレビカメラ３６に入射し、反射光
は、第１の全反射ミラー３７及び第２の全反射ミ
ラー３８で反射し、第２のハーフミラー３５を透
過し、第１のテレビカメラ３６に入射する。そし
て、これら２種のビームを第１のテレビモニター
３９に表示する。第４図はこの状態を示してい
る。即ち、固定ビームを基準点に表示し、又その
まわりを半径ｒで回転する移動ビームを、合わせ
て表示し、これを入力モニターとする。

さらに、ビーム走査板３４を通り第２のハーフ
ミラー３５を通過したビーム及び第１のハーフミ
ラー３３で反射され全反射ミラー３７，３８で反
射され、第２のハーフミラー３５で反射されたビ
ームは、共に、偏光プリズム４０及び１／４波長
板４１を通り、被検レンズ４２に入射する。この
入射ビームの状態は第４図に示すように、入力モ
ニターで表示される状態と全く同等である。

そして、これら２種類の入射ビームがレンズ４
２ａ及び４２ｂの各面で反射され、再び１／４波
長板４１を通り、偏光プリズム４０で反射され、
これが第２のテレビカメラ４４に入射し、第２の
テレビモニター４５にこの状態を表示する。第５
図はこの状態を示したものであり、各被検反射面
の偏芯に応じて、基準点からずれた位置に固定ビ
ームとそのまわりを半径r′で回転する移動ビーム
を同時に被検面数だけ表示し、これを出力モニタ
ーとしたものである。

したがつて、r′₁，r′₂，r′₃，r′₄を計算値と比較
することにより、被検面を判定し、この面に対応
する偏芯量及び偏芯方位を図中の固定ビーム座標
（x₁，y₁）（x₂，y₂）（x₃，y₃）（x₄，y₄）より計算
して求めることができるのである。

又、第４図に於けるｒの値はビーム走査板３４
の傾き角を変えることにより任意に設定すること
ができるから、第５図の各r′の値が大きすぎる場
合、又は小さすぎる場合の調整に使用することが
でき、この場合ｒを基準スケールとしてr′を判定
すれば良い。

なお、この説明では被検レンズ面数を４とした
が何面でも構わないことはもちろんである。又、
偏光プリズムと１／４波長板の代りにハーフミラ
ーを使用しても良い。

本実施例によれば、被検レンズをセツトするだ
けで、全ての面の偏芯量を短時間で測定できる。

また固定ビームの基準点からの距離及びレンズ
性能への影響度は共にその面の曲率に大体比例す
ることから、各レンズ面の許容偏芯量をモニター
上で設定できるため、レンズ偏芯の総合検査器と
しても容易に使うことができる等の効果を有す
る。

第６図は本発明による第２実施例を示す図であ
る。第６図に於て、５２はレーザーダイオード、
５３は、この光を細い平行光束に変換するための
ビームコンバータ、５４は、ビーム走査板、５５
はハーフミラー、５６は第１のテレビカメラ、５
８は被検レンズ、５９はステージ、６０は第２の
テレビカメラ、６１は画像処理部、６２はレンズ
データ入力部、６３はレンズデータ記憶部、６４
は演算部、６５はプリンターである。第１実施例
との構成上の違いは、光源をレーザーダイオード
とし、ハーフミラーを１枚減らし、テレビカメラ
位置を変更して固定ビームのテレビカメラへの入
射をやめたこと、及び表示方式をテレビモニター
から、プリンターでの偏芯量表示に変更したこと
である。

そこで、第６図に於ける作用を説明すると、ま
ずレーザーダイオード５２からの光はビームコン
バーター５３によつて、きわめて細い平行ビーム
変換され、このビームは、ビーム走査板５４を通
りハーフミラー５５で２分される。そしてこのう
ちの反射光は、第１のテレビカメラ５６に入射す
る。そして２分されたうちの透過光は被検レンズ
に入射し、被検レンズの各面による反射ビームは
再びハーフミラー５５で反射され、第２のテレビ
カメラ６０に入射する。第７図及び第８図は各々
第１のテレビカメラ５６及び第２のテレビカメラ
６０への入射ビームの状態を示すもので、これら
と第４図、第５図との違いは、これは移動ビーム
のみの表示で固定ビームは表示しないということ
である。

したがつて、第２のテレビカメラの出力を画像
処理部６１で第７図及び第８図に於ける各移動ビ
ームの軌跡の半径ｒ，r′₁，r′₂，r′₃，r′₄及びこれ
らの中心座標（x₁，y₁），（x₂，y₂），（x₃，y₃），
（x₄，y₄）を測定する一方、レンズデータ入力部
６２で、被検レンズの設計データをあらかじめ入
力し、レンズデータ記憶部６３に記憶しておき、
画像処理部６１の出力としての半径ｒ，r′₁，r′₂，
r′₃，r′₄及び中心座標（x₁，y₁），（x₂，y₂），（x₃
，
y₃），（x₄，y₄）とレンズデータ記憶部６３で記憶
されているレンズデータとから演算部６４によつ
て、各面番ごとの偏芯量とその偏芯方位とを計算
により求め、これをプリンター６５で読取ること
ができるのである。

この実施例によれば、直接各面の偏芯量をプリ
ンターで表示し、読取り可能としたので測定者の
疲労が少ない。高い精度で測定できる等の効果を
有する。

なお、第１実施例との違いである、光源をレー
ザーダイオードとしたこと、ハーフミラーを一枚
減らし、テレビカメラ位置を変更して固定ビーム
のテレビカメラへの入射をやめたことの２つの項
目は、それぞれを第１実施例の構成の組合わせで
もよく、前記３つ目の項目すなわち、プリンタを
付設した点は、本発明の測定機とは、機能上無関
係であるから目的に応じて種々のプリンターや表
示形式が採用できる。

本発明によれば、従来のレンズ面の偏芯測定機
の光軸に、わずか１枚の平行平面透明板を挿入す
ることにより、極めて簡単な操作でレンズ面の偏
芯量を測定することが出来ると共に、安価で高精
度のレンズ偏芯測定機を得ることが出来る効果を
有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の概要説明図、第２図は第１図
における評価スクリーン上のレーザービームの反
射光像を示す図、第３図は本発明の第１の実施例
を示す図、第４図は第１のテレビモニターの表
示、第５図は第２テレビモニターの表示、第６図
は第２実施例を示す図、第７図は入力モニターの
表示、第８図は出力モニターの表示、第９図は従
来技術における概要説明図、第１０図は第９図に
おける評価スクリーン上のレーザービームの反射
光像を示す図、第１１図は他の従来技術、第１２
図は第１１図における評価スクリーン上のレーザ
ービームの反射光像を示す図である。 ２１……レーザー発振器、２２……ビーム走査
板（平行平面透明板）、２３……ハーフミラー、
２４……被検レンズ、２５……被検レンズ枠、２
６……ステージ、２７……評価スクリーン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 細いレーザービームを被検レンズに照射し、
   その反射ビームの方位を検出することによりレン
   ズの偏芯量を測定する装置に於て、レーザー発振
   器と被検レンズとの間に、レーザー発振器側より
   順次レーザービームを透過する平行平面板とビー
   ムスプリツターとを配置し、この平行平面板を傾
   けた状態でこれを平行平面板の２つの平行面の法
   線と異なる回転軸のまわりを回転できるように
   し、レーザー光軸に対して同心状ビーム走査し得
   るようにしたことを特徴とするレンズ偏芯測定
   機。 ２ 前記平行平面板の回転軸はレーザー光軸であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   レンズ偏芯測定機。 ３ 前記平行平面板の回転軸はレーザー光軸と平
   行な軸であることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載のレンズ偏芯測定機。 ４ 前記平行平面板は、レーザー光軸に対して傾
   き角を変えられることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項、第２項または第３項記載のレンズ偏芯
   測定機。