JPH07174663A - レンズ系の偏心測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 装置周辺の大気の揺らぎの影響を除去し、高
精度なレンズ系の偏心測定が可能なレンズ系の偏心測定
装置を得る。 【構成】 １は光源で、２はビームスプリッターであ
る。３は第１の光学系で、４は中心部に円形の開口部を
有する第２の光学系である。５は被測定レンズ系取付部
で、６は被測定レンズ系である。７は観察手段である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、基準軸に対してのレン
ズの傾きおよび横ズレを測定するレンズの偏心測定装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】レンズの偏心測定装置としては、例えば
特開平４−１８１１４０号公報に開示されているような
装置がある。図１４に基づき、このレンズの偏心測定装
置について説明する。図１４において、投光光学系１０
１は、光軸１０２上に順次配設された光源ランプ１０
３，コンデンサーレンズ１０４，チャート１０５，ビー
ムスプリッター１０６および結像レンズ１０７から構成
されている。

【０００３】光源ランプ１０３から射出した光束は、コ
ンデンサーレンズ１０４にてチャート１０５上で集束し
てチャート１０５を照射する。このチャート１０５から
出た光束は、ビームスプリッター１０６を射出して結像
レンズ１０７に入射して集束され、被測定レンズ系１０
８の被測定面１０８ａに入射する。

【０００４】ここで、点像１０９の位置が被測定面１０
８ａの球心に集束するように、レール１１０およびレー
ル移動機構１１１を動作させて部品装着部１１２を光軸
１０２の方向に移動させるか、またはラックピニオン機
構１１３のピニオンギア１１４を、つまみ１１５を回転
させることによって回転させ、ラックギア１１６と一体
として結像レンズ装着部１１７をレール１１８上で光軸
１０２方向に移動させることによって照準光源１１９と
結像レンズ１０７の間隔ａを変え、点像１０９の位置を
光軸１０２方向に移動させる。その際の移動量は、指示
針１２０が指し示す目盛り板１２１の目盛りによって把
握できる。

【０００５】点像１０９の結像位置が被測定面１０８ａ
の球心の位置と一致すると、反射光束は入射光路を逆行
し、ビームスプリッター１０６にて反射して刷りガラス
１２２に達する。刷りガラス１２２の結像面はチャート
１０５と光学的に共役な位置に配置されているため、刷
りガラス１２２上で反射光束は集束し、スリット像１２
３が観察される。この状態で、ホルダー１２４を回転さ
せると、被測定面１０８ａがホルダー１２４に対して偏
心していると、チャート像１２３は刷りガラス１２２上
で回転する。この回転半径を接眼レンズ１２５を介して
読みとる。このときのチャート像６３の刷りガラス１２
２での回転半径ｒ，結像レンズ１０７の倍率β，被測定
面での反射時の倍率２より、被測定面の球心の、ホルダ
ーの回転軸からの離間量δが以下の式で計算できる。 δ＝ｒ／２β

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、前記従来技
術におけるレンズ系の偏心測定装置においては、次のよ
うな欠点があった。

【０００７】通常このような装置は、レンズ加工・組立
を行っている生産現場で使用する場合が多いが、その場
合測定装置の近傍に熱源や振動源があることが多く、測
定機周辺の空気に揺らぎを生ずる場合が少なくない。そ
の結果、被測定面からの反射光束が空気の揺らぎの影響
を受け、図１４における刷りガラス１２２上でのチャー
ト像１２３の位置が変化してしまうという欠点があっ
た。測定の際には、この揺らぎによって結像面でのチャ
ート像の回転半径が変化することになるため、測定誤差
が増大することになる。

【０００８】因って、本発明は前記従来技術における欠
点に鑑みて開発されたもので、環境空気の揺らぎの影響
を除去可能なレンズ系の偏心測定装置を提供するもので
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段および作用】本発明は、被
測定レンズ系内の予め計算された位置に指標像を投影
し、前記被測定レンズ系内の被測定面による反射像の基
準軸からのふれ量を観察光学系にて測定し、計算により
前記被測定レンズ系内の各レンズの偏心量を求めるレン
ズ系の偏心測定装置において、光源と、ビームスプリッ
ターと、前記光源からの光束を集束させる第１の光学系
と、前記第１の光学系から射出した光束をそのままの状
態で透過させる透過部と光束に正の屈折を与える屈折部
とから成る第２の光学系と、回転機構を有する被測定レ
ンズ系取付部とを前記光源より順次光軸上へ配置し、さ
らに前記ビームスプリッターの反射光路上へ前記被測定
レンズ系内部の被測定面からの反射光束の結像位置を観
察する観察手段を有し、なおかつ前記被測定レンズ系内
部の被測定面の面頂の位置と、前記第２の光学系の透過
部を透過した光束の集束点、ないしは前記第２の光学系
の屈折部を透過した光束の集束点とを一致させる様に配
置したものである。

【００１０】図１〜図３は本発明を示し、図１は概念
図、図２はレンズ系４の正面図、図３は観察手段７の測
定時に観察される像の説明図である。図１において、１
は光源であり、２はビームスプリッターである。３は光
源１からの光束を集束させる第１の光学系である。４は
第２の光学系であり、図２のごとく中心部に円形の開口
部（透過部）４ａを有する。５は被測定レンズ系取付部
であり、回転機構８と被測定レンズ系受け部１４とから
なる。６は被測定面６ａを有する被測定レンズ系であ
る。７は被測定レンズ面６ａからの反射光束によるスポ
ット像の位置を観察するための観察手段である。１５は
装置の光軸である。

【００１１】また図３において、９は観察手段７によっ
て観察される画面であり、１０は前記第１の光学系３に
よって被測定面６ａの面頂に集束した光束が、被測定面
６ａの面頂にて反射して観察手段７にて集束したスポッ
ト像であり、また１１は被測定面６ａの球心に集束した
光束が、被測定面６ａにて反射して観察手段７にて集束
したスポット像である。１２および１３はそれぞれ、図
１で示されているレンズ系の偏心測定装置が設置されて
いる環境下の大気の揺らぎによって移動した、スポット
像１０および１１の位置である。

【００１２】以下、本発明の作用を説明する。図１にお
いて、光源１から射出した光束は、ビームスプリッター
２を透過して第１の光学系３にて集束光となり、第２の
光学系４に入射する。ここで、第２の光学系４の中心の
開口部（透過部）４ａに入射した光束は、光束の状態が
何等変化すること無く第２の光学系４を透過する。ま
た、第１の光学系１０３を射出し、第２の光学系１０４
の開口部４ａでない部分（屈折部）４ｂに入射した光束
は、第２の光学系４にて集束される。各々の光束は集束
・発散しながら、被測定レンズ系６の被測定面６ａに入
射する。各々の光束は、被測定面６ａへの入射角が異な
るため、各々の光束が被測定面６ａで反射して生ずる２
種類の反射光束が被測定面６ａ上にて発生する。この２
種類の反射光束は入射時の光路を逆行し、ビームスプリ
ッター２で反射して観察手段７に入射する。

【００１３】ここで、観察手段７によって、観察手段７
上での反射光束の集束状態を観察しながら、回転機構８
により被測定レンズ６および被測定レンズ系受け部１４
を一体として回転させつつ、被測定レンズ系取付部５を
光軸１５方向に移動させる。そして、観察手段７におい
て静止したスポットが観察される位置で被測定レンズ系
取付部５の光軸方向の位置を固定する。これは、第２の
光学系４の開口部４ａを透過した光束が、被測定レンズ
系６の被測定面６ａにて集束し、ここで反射した光束に
よるスポット像である。

【００１４】次に、回転機構８を動作させたまま、第２
の光学系の位置を光軸１５方向に移動しながら、観察手
段７を用いて観察手段７上でのスポットの集束状態を観
察する。この動作を行っても第２の光学系４の開口部４
ａを透過した光束の集束状態は何等変化しないため、ス
ポットの状態は変化しない。しかしながら、第２の光学
系４の開口部４ａでない部分４ｂを透過した光束におい
ては、被測定面６ａに入射することによって生ずる反射
光束の状態が変化する。そして、この光束が被測定面６
ａの球心に集束するような条件にて被測定面６ａに入射
すると、観察手段７においては回転するスポットが観察
される。このスポットの回転半径は、回転軸に対する被
測定面６ａの球心の離間量に比例した量となる。

【００１５】この状態において、観察手段７では図３に
示す２つのスポット像１０および１１が観察される。ス
ポット像１０は第２の光学系４の開口部４ａを通過し、
被測定面６ａの面頂にて集束した光束の反射像であり、
スポット像１１は第２の光学系４の開口部４ａ以外の部
分４ｂを通過して、被測定面６ａの球心にて集束した光
束による反射像である。

【００１６】ここで、装置が空気の揺らぎの影響を受け
た場合を考える。空気の揺らぎの影響によって、被測定
面６ａからの反射光束の進行方向は変化し、観察手段７
上での集束位置も変化する。ところが、２種類のスポッ
トを形成する反射光束の光路は、装置上でほとんど同じ
パスを通って観察手段７に入射するため、観察手段上で
の２つのスポットの位置の揺らぎは同じ方向に生ずるこ
ととなる。図３において、スポット１０は位置１２へ、
スポット１１は位置１３へ移動するが、その移動量はほ
とんど等しく、従って、位置１２に対する位置１３の相
対的な位置関係はほとんど変化しない。

【００１７】従って、面頂からのスポットの位置１２を
基準とし、それに対する球心からの反射像の位置１３を
測定すれば、空気のゆらぎの影響を除去し、高精度にス
ポット位置を測定できる。このスポット位置より被測定
面６ａの偏心が高精度に計算可能となる。

【００１８】

【実施例１】図４〜図８は本実施例を示し、図４は概略
構成図、図５はレンズ２５の正面図、図６は光束４０が
被測定面６ａの面頂で集束する状態の説明図、図７は光
束４１が被測定面６ａの球心位置６ｂにて集束するよう
な条件で被測定面６ａに入射する状態の説明図、図８は
ＣＣＤカメラ３２で測定時に観察される画像の説明図で
ある。

【００１９】図４において、２１は光源であるレーザー
ダイオードである。２２は偏光ビームスプリッターであ
る。２３はレーザーダイオード２１から射出した光束を
平行光束とするコリメーターレンズである。偏光ビーム
スプリッター２２は、その反射面に対して入射したＰ偏
光のほとんどを透過し、Ｓ偏光のほとんどを反射する性
質を有する。レーザーダイオード２１は、その射出レー
ザー光束が偏光ビームスプリッター２２の反射面にＰ偏
光となって入射するような方向に配置されている。２４
は１／４波長板である。

【００２０】２５は１／４波長板２４から射出した光束
を集束するためのレンズ系であり、図５ごとくレンズ２
５はドーナツ状の形状を有し、中心部が入射光束に全く
屈折作用を与えない開口部２５ａとなっている。開口部
２５ａ以外の部分２５ｂは正の屈折力を有する。２６は
レンズ系であり、正の屈折力を有する。２７は被測定レ
ンズ系取付部であり、モーター２８にて回転されるスピ
ンドル２９で、被測定レンズ受け部３０が支持されてい
る。被測定レンズ受け部３０のレンズ受け面はスピンド
ル２９の回転軸と同軸加工されている。そして、レーザ
ーダイオード２１，コリメーターレンズ２３，偏光ビー
ムスプリッター２２，１／４波長板２４，レンズ２５，
レンズ系２６および被測定レンズ系取付部２７は、装置
の光軸３９上に順次配設されている。なお、４０はレン
ズ系２５の開口部２５ａを通過してきた光束で、４１は
レンズ系１２５の開口部２５ａ以外の部分２５ｂを透過
してきた光束である。

【００２１】３１は偏光ビームスプリッター２２側から
入射する光束を集束させるための結像レンズである。３
２はＣＣＤカメラであり、３３は撮影レンズである。撮
影レンズ３３はレーザーダイオード２１の発光点と光学
的に共役な位置にある仮想面３４を物体面とし、ＣＣＤ
カメラ３２のＣＣＤ面を像面とするように配置されてい
る。３５はＣＣＤカメラ３２の出力信号を保存するため
のイメージメモリであり、ＣＣＤカメラ３２からの出力
信号の４画面を保存する機能を有する。３６は画像処理
装置であり、２値化・２つの輝点の重心検出の機能を有
する。３７はコンピューターであり、画像処理装置３６
の重心検出結果より、被測定面６ａの偏心量を計算す
る。３８はＣＣＤカメラの出力映像信号を表示するモニ
ターテレビである。

【００２２】以下、本実施例の作用を説明する。レーザ
ーダイオード２１を出たレーザー光束は、コリメーター
レンズ２３で平行光束となり、偏光ビームスプリッター
２２に入射する。ここで入射光束は、偏光ビームスプリ
ッター２２の反射面に対してＰ偏光となるようになって
いるので、入射光束はそのほとんどが偏光ビームスプリ
ッター２２を射出し、１／４波長板２４に入射する。入
射した光束はＰ偏光状態であるが、１／４波長板２４に
よって位相変調を受け、１／４波長板２４射出時には円
偏光となる。１／４波長板２４を射出した光束はレンズ
系２５に入射する。ここで光束は中心の開口部２５ａを
そのままの状態で通過する部分と、その周辺部分２５ｂ
を通過してレンズ系２５の正の屈折力の影響を受ける部
分とに分れる。中心の開口部２５ａを通過する部分は平
行光束のまま伝搬し、レンズ系２５の屈折力の影響を受
けた部分は集束光束となる。

【００２３】レンズ系２５を透過した光束はレンズ系２
６に入射する。レンズ系２５ａの中心の開口部２５ａを
通過した平行光束はレンズ系２６に入射し、レンズ系２
６射出後、レンズ系２６の焦点位置で集束する。また、
レンズ系２５の屈折力の影響を受けた光束におけるレン
ズ系２６から射出した後の集束点は、入射時の光束４１
の集束点がレンズ系２６の焦点位置に対してどこに位置
しているか、すなわちレンズ系２５とレンズ系２６との
距離によって異なってくる。

【００２４】レンズ系２６から射出した光束は、被測定
レンズ６の被測定面６ａに入射する。入射角の異なる光
束が２種類入射するので、被測定面６ａにおいては反射
角の異なる２種類の反射光束が発生する。被測定面６ａ
で発生した反射光束は入射時の光路を逆行し、レンズ系
２６および２５を透過し、１／４波長板２４に達する。
ここで光束の位相は位相変調を受け、円偏光からＳ偏光
へと変化する。Ｓ偏光状態となった光束は偏光ビームス
プリッター２２に達する。ここで光束の位相は位相変調
を受け、円偏光からＳ偏光へと変化する。Ｓ偏光状態と
なった光束は偏光ビームスプリッター２２に達する。こ
こで偏光ビームスプリッター２２の反射膜の特性より、
入射した光束のほとんどは反射し、結像レンズ３１の側
に入射する。反射光は撮影レンズ３３によって集束さ
れ、ＣＣＤカメラ３２のＣＣＤ面に達する。モニターテ
レビ３８では反射光による像が観察される。

【００２５】この状態で、まずモーター２８によってス
ピンドル２９，被測定レンズ受け部３０および被測定レ
ンズ６を回転させながら、被測定レンズ取付部２７を被
測定レンズ６と一体として光軸３９方向に移動させる。
このとき、モニターテレビ３８上で、視野の中心付近で
静止しているスポット像が観察されるように被測定レン
ズ取付部２７の位置を調整する。このスポットは図６に
示すように、被測定面６ａの面頂にて集束した光束の反
射光が仮想面３３上で集束したものである。モタニーテ
レビ３８の画面においては、図８で示すスポット４３の
ように中心付近に静止して観察されるスポット像とな
る。

【００２６】次に、レンズ系２５の位置を光軸３９方向
に移動させ、モニターテレビ３８上で回転するスポット
が集光するようにする。このとき、レンズ系２５の開口
部２５ａを通過した光束は平行光であり、レンズ系２５
が光軸方向に移動しても何等影響を受けないので、前述
のスポット像４３はそのまま集束したままであり、モニ
ターテレビ３８上においても変化しない。 これに対し
て、レンズ系２５の周辺の部分２５ｂを通過してレンズ
系２５の屈折力の影響を受けた光束は、集束光束とな
る。この光束がレンズ系２６を透過した際にどのような
光束となるかは、レンズ系２５とレンズ系２６との焦点
位置の間隔によって決まる。

【００２７】被測定レンズ受け部２７の光軸３９方向の
位置を調整して、図７に示すように、被測定面６ａの球
心位置６ｂに光束４１が集束すると、いわゆるオートコ
リメーション法による偏心測定の条件をみたすこととな
り、被測定面６ａに光束がほぼ垂直射入するようにな
る。このとき、被測定面６ａで発生する反射光束は入射
時の光路を逆行し、偏光ビームスプリッター２３で反射
して、入射光束の殆どは仮想面３４の方向に反射する。

【００２８】仮想面３４の方向に反射した光束は、結像
レンズ３１によって仮想面３４にて集束し、スポット像
を形成する。このスポット像を撮影レンズ３３にてＣＣ
Ｄカメラ３２のＣＣＤ面に投影する。このとき、被測定
レンズ６はモーター２８によって回転されている。も
し、被測定面の球心が回転軸上にない場合は、被測定レ
ンズ６を回転させると、回転軸に対する面の傾きが変化
することとなる。それにともない、光束の被測定面６へ
の入射角が変化することとなる。従って、反射光束の射
出角が変化し、仮想面３４上でのスポットの位置は図８
におけるスポット像４４のように円運動をするようにな
る。

【００２９】測定の際には、ＣＣＤカメラ３２にて、光
束４０の被測定面６ａの面頂での反射光による動かない
スポット像４３と、光束４１の被測定面６ａでの反射光
束によるスポット像４４とを、モーター２８によるスピ
ンドル２９の回転の回転角９０度毎に４回、イメージメ
モリ３５に取り込む。イメージメモリ３５に取り込まれ
た画像には、２つのスポット像が記録されているが、画
像処理装置３６にてこの画像情報を読みだし、ノイズ除
去の為に適切なスレッシュホールドレベルで２値化を行
った後に、スポット像４３の位置と、スポット像４４の
位置とを測定する。

【００３０】このときの２つのスポットの光の位置は、
装置周辺の大気のゆらぎの影響を受けているが、２つの
スポット像を形成する反射光束の光路が殆ど同一である
ため、揺らぎによるスポットの移動量は殆ど同一であ
る。そのため、偏心量を表すスポット４４の回転半径を
測定する場合には、スポット４３の位置を基準としてス
ポットト４４の位置を測定し、この測定を４回行ってス
ポット４４の回転半径を求め、これより被測定面６ａの
回転軸に対する偏心量をコンピュータ３７にて計算させ
ることができる。

【００３１】画像処理装置３６にて測定した、ＣＣＤカ
メラ３２のＣＣＤ面上でのスポット４４の回転半径を
ｒ、撮影レンズ３３の倍率をβ１、レンズ系１２６・１
２５，結像レンズ１３１による倍率をβ２とすると、被
測定面６ａの反射時の倍率は２であるため、被測定面６
ａの球心の横ズレ量δは次の式で与えられる。 δ＝ｒ／２β₁ ・β₂

【００３２】本実施例によれば、光束４０の集束点はレ
ンズ系２６から常に一定の位置（レンズ系２６の焦点位
置）にあるので、最初に被測定面６ａの面頂位置をレン
ズ系２６の焦点位置に一致させれば、レンズ系２５を移
動させても常に被測定面６ａの面頂での反射光は仮想面
３４上で集束したままであるので、測定の際のセッティ
ングが容易である。

【００３３】尚、本実施例においては、レンズ系２６と
して正の屈折力を有するレンズ系を配置しているが、被
測定面６ａの曲率半径に応じ、負の屈折力を有するレン
ズ系を配してもかまわない。また、本実施例のレンズ系
の偏心測定装置は、単レンズのみならず、組み上がりレ
ンズの偏心測定にも応用可能である。その場合、被測定
レンズ系の第１面の面頂に、レンズ系２５の開口部２５
ａから射出した光束を集束させ、その反射光束によるス
ポット像を観察しながら、被測定レンズ系内部の各面の
見かけ球心位置にレーザー光束を集束させてその反射像
を観察すれば、被測定レンズ系内部の大気の揺らぎは無
視できるほど小さいと見なせるのて、測定中に受ける測
定装置の光路中の大気の揺らぎの影響を除去することが
できる。

【００３４】

【実施例２】図９〜図１１は本実施例を示し、図９は概
略構成図、図１０はレンズ系５５の斜視図、図１１は顕
微鏡の画像の説明図である。本実施例では、前記実施例
１と同一な構成部分に同一番号を付してその説明を省略
する。

【００３５】図９において、５１は光源であるランプで
あり、５２は干渉フィルターである。５３はコンデンサ
ーレンズであり、５４はチャート板である。５５はレン
ズ系２５から射出した光束の中心部を集束させるための
レンズ系であり、図１０のように、外枠５６から内側に
向かって延びたアーム５８によってレンズ系５７が支持
される構造となっており、外枠５６とレンズ系５７との
間の空間は開口部となっている。５９はレチクルであ
り、チャート板５４と光学的に共役な位置に配置されて
いる。６０はレチクルを拡大観察するための顕微鏡であ
ル。６１はレンズ系５７から射出した光束であり、６２
はレンズ系５７と外枠５６との間の空間を透過した光束
である。

【００３６】以下、本実施例の作用を説明する。ランプ
５１から射出した光束は、干渉フィルター５２を透過す
る際に、特定の波長の光束のみ取り出されることにな
る。干渉フィルター５２を射出した光束は、コンデンサ
ーレンズ５３にてチャート板５４に集束される。チャー
ト板５４を射出した光束は、偏光ビームスプリッター２
２に入射するが、偏光ビームスプリッター２２の特性よ
り、Ｐ偏光の成分のみが透過して、１／４波長板２４に
入射する。ここで入射光は位相変調を受け、Ｐ偏光状態
から円偏光の状態となる。円偏光となった光束は、レン
ズ系２５に入射して平行光束となる。

【００３７】この平行光束はレンズ系５５に入射する。
ここで、入射光束のうち、レンズ系５７に入射した光束
は、レンズ系５７の屈折力の作用により、集束光束とな
ってレンズ系５５を射出する。この光束が６１である。
これに対して、外枠５６とレンズ系５７の間の開口部を
透過した光束は、平行光束のままレンズ系５５を射出す
る。この光束が６２である。光束６１と光束６２はそれ
ぞれレンズ系２６に入射する。レンズ系２６において、
入射した２つの光束は正の屈折力の影響を受け、平行な
状態で入射した光束６２は集束光束となってレンズ系２
６を射出する。これに対して光束６１の射出時の光束形
状は、レンズ系５５およびレンズ系２６の焦点距離・焦
点位置，レンズ系５５とレンズ系２６との間隔によって
定まる。

【００３８】測定の際は、まずモーター２８によってス
ピンドル２９，被測定レンズ受け部３０および被測定レ
ンズ６を回転させながら、被測定レンズ取付部２７を被
測定レンズ６と一体として光軸３９方向に移動させる。
このとき、被測定面６ａに入射した光束は被測定面６ａ
にて反射し、入射時の光路を逆行してレンズ系２６，レ
ンズ系５５およびコリメーターレンズ２３を透過し、１
／４波長板２４に入射する。このときの入射光束の偏光
状態は円偏光状態であるが、１／４波長板２４にて位相
変調を受け、円偏光からＳ偏光状態へと変化する。Ｓ偏
光となった光束は偏光ビームスプリッター２２に入射す
る。ここで反射膜の特性より、入射したＳ偏光は反射膜
で反射してレチクル５９の方向に進行する。

【００３９】ここで、レンズ系５５からの射出光束のう
ち、光束６２が、レンズ系２６のパワーによって集束し
た点と被測定面６ａの面頂の位置とが一致すると、被測
定面６ａの面頂で反射した光束は、入射時の光路をたど
って逆行し、レチクル５９上で集束してチャート５４の
像を形成する。このチャート像は前記実施例１のスポッ
ト像と同様に静止している像として観察される。つぎ
に、レンズ系５５の光軸方向の位置を調整する。レンズ
系５５を射出した光束のうち、レンズ系５７を射出した
光束は、一旦集束した後発散してレンズ系２６にて入射
するが、レンズ系５５の光軸方向の位置を変化させる
と、レンズ系５５とレンズ系２６との距離が変化するの
で、光束６１のレンズ系２６を射出したときの光束の角
度が変化する。そして、被測定面６ａの球心に、光束６
１がレンズ系２６を射出して集束するような状態となっ
たとき、いわゆるオートコリメーション法による偏心測
定の条件が成立することとなり、光束は被測定面６ａに
ほとんど垂直入射するようになる。

【００４０】被測定面６ａにおいては、反射光束が発生
するが、この反射光束は、さきほどの光束６２が被測定
面６ａの面積で集束・反射した場合と同様に、入射時の
光路を逆行してレチクル５９上で集束し、チャート５４
の像を形成する。この反射光束が被測定面６ａから射出
するときの射出角は、光束６１の被測定面６ａへの入射
角に等しいが、被測定面６ａの球心がスピンドル２９の
回転軸上になかった場合、スピンドル２９を回転させる
と被測定面６ａの傾き角が変化し、それに伴って入射角
・反射角が変化する。そのため、このチャート像はスピ
ンドル２９の回転に同期して、チャート５９上で回転す
ることになる。

【００４１】以上述べたように装置各部の位置調整をお
こなった後、顕微鏡６０でレチクル５９上のチャート像
を観察する。図１１のように顕微鏡６０では、レチクル
５９の目盛り５９ａと、静止したチャート像６２と、回
転するチャート像６１とが観察される。このとき、静止
したレチクル像に対して、チャート像がどの程度離れて
いるかを読みとる。大気の揺らぎによって静止したレチ
クル像と回転するチャート像双方の位置が変化するが、
両者を形成する光束のパスがほとんど同じであるため、
揺らぎの量・方向はほとんど等しい。そのため、静止し
たチャート像の位置に対する、回転するチャート像の離
間量を正確に読みとることができる。

【００４２】回転するチャート後の、回転軌跡上何点か
でその位置を読みとり、これから回転半径を求める。レ
チクル５９の目盛り５９ａの幅をｄ，回転半径をｒ，レ
ンズ系２３・５５・２６による倍率をβとすると、被測
定面６ａの反射時の倍率は２であるため、被測定面６ａ
の球心の、スピンドル２９の回転軸からの離間量δは以
下の式で求められる。 δ＝ｒｄ／２β

【００４３】本実施例によれば、レンズ系２５から射出
した光束の開口を分割するための手段として、外枠５
６，アーム５８およびレンズ５７を使用しているため、
開口分割手段の光学系が容易に製作できる。

【００４４】

【実施例３】図１２および図１３は本実施例を示し、図
１２は概略構成図、図１３は凸面のレンズ面の偏心を測
定する場合の説明図である。本実施例では、前記各実施
例における同一な構成部分に同一番号を付してその説明
を省略する。

【００４５】図１２において、７１は光源であるヘリウ
ム−ネオンレーザーである。７２はコンデンサーレンズ
である。７３はビームスプリッターであるハーフミラー
である。７４はヘリウム−ネオンレーザー光を集束させ
るためのレンズ系である。７５はレンズ系であり、その
中心部７５ａは平面加工して屈折力を有しない部分（前
記各実施例における開口部と同様にみなすことのできる
部分）としてあり、周辺部は通常のレンズと同様な正の
屈折力を有する。７６はレンズ系７５の中心部７５ａを
射出した光束である。７７はレンズ系７５の正の屈折率
を有する部分を射出した光束である。７８は光束７６の
集束点である。７９は光束７７の集束点である。

【００４６】以下、本実施例の作用を説明する。ヘリウ
ム−ネオンレーザー７１から射出したレーザー光束はコ
ンデンサーレンズ７２によって一旦集束された後発散
し、ハーフミラー７３を透過した後、レンズ系７４に入
射する。ここでレーザー光は集束される。このレーザー
光束はレンズ系７５に入射する。ここでレンズ系７５の
中心部（前記各実施例の開口部に相当する部分）７５ａ
に入射した光束は、ビーム形状を変化されることなくレ
ンズ系７５をそのまま透過し、そのまま集束点７８で集
束する光束７６となる。これに対して、レンズ系７５の
周辺部に入射した光束は、レンズ系７５の正の屈折力の
影響を受けてレンズ系７５を射出した後、集束点７８よ
りレンズ系７５側の点７９に集束する。従って、光束７
７の集束点７９は、光束７６による集束点７８よりも常
にレンズ系７５に近い側に集束することになる。

【００４７】まず、図１２のごとく、被測定レンズ６の
被測定面６ａが凹面である場合について説明する。凹面
の場合、被測定レンズ受け部３０にセットした状態で、
被測定面６ａの面頂に対して、被測定面６ａの球心はレ
ンズ系７５側に位置することとなる。被測定レンズ６を
被測定レンズ受け部３０にセットしたのち、モーター２
８によって被測定面６ａを回転させながら被測定面６ａ
の位置を光軸３９方向に調整し、モニターテレビ３８上
で静止したスポット像が観察されるようにする。このス
ポットは図１２において、集束点７８の位置に被測定面
６ａの面頂が一致し、この面頂反射光によるスポット像
である。

【００４８】つぎに、レンズ系７５の位置を光軸方向に
調整し、モニターテレビ３８上で回転するスポット像が
現れるようにする。これは、光束７７が被測定面６ａの
球心に集束するような位置関係となり（いわゆるオート
コリメーション法による偏心測定における被測定面と入
射光束の関係となり）、この光束が被測定面６ａの表面
で反射して生ずる光束によるものである。こののち、イ
メージメモリ３５にＣＣＤカメラ３２からの画像信号を
保存した上で、画像処理装置３６によって２つのスポッ
トの位置を測定する。この測定手順は前記実施例１と同
様であるのでその説明を省略する。

【００４９】次に、図１３のごとく、被測定面６ａが凸
面である場合について説明する。被測定面６ａが凸面で
ある場合は、被測定面６ａの面頂は被測定面６ａの球心
よりも常にレンズ系７５に近い側に位置することにな
る。この場合はまず、被測定面６ａの曲率半径から計算
して、被測定面６ａの球心が集束点７８に一致するよう
に被測定レンズ取付部２７の位置を光軸方向に調整す
る。ここでモーター２８にて被測定レンズ６を回転させ
ると、モニターテレビ３８上には回転するスポット像が
現れる。この状態は、いわゆるオートコリメーション法
における入射光束と被測定面の関係が、光束７６と被測
定面６ａについて成り立った状態てある。

【００５０】次に、レンズ系７５の光軸方向の位置を調
整して、モニターテレビ３８上に静止したスポット像が
現れるようにする。このスポットは、光束７７による集
束点７９が被測定面６ａの面頂と一致し、被測定面６ａ
の面頂での反射光によるスポット像がモニターテレビ３
８上に映っていることになる。以降、前記実施例１の場
合と同様に、光束７６の反射光によるスポット像の位置
と、光束７７の反射光によるスポット像の位置とを測定
し、被測定面６ａの偏心量を測定することができる。

【００５１】本実施例によれば、被測定面６ａへ光束を
入射させる光学系の構成を簡単にしたことで、測定装置
の構造を簡単にできる。

【００５２】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明に係るレンズ
系の偏心測定装置によれば、装置周辺の大気の揺らぎの
影響を除去し、高精度なレンズ系の偏心測定が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を示す概念図である。

【図２】本発明を示す正面図である。

【図３】本発明を示す説明図である。

【図４】実施例１を示す概略構成図である。

【図５】実施例１を示す正面図である。

【図６】実施例１を示す正面図である。

【図７】実施例１を示す正面図である。

【図８】実施例１を示す正面図である。

【図９】実施例２を示す概略構成図である。

【図１０】実施例２を示す斜視図である。

【図１１】実施例２を示す説明図である。

【図１２】実施例３を示す概略構成図である。

【図１３】実施例３を示す説明図である。

【図１４】従来例を示す概略正面図である。

【符号の説明】

１ 光源 ２ ビームスプリッター ３ 第１の光学系 ４ 第２の光学系 ５ 被測定レンズ系取付部 ６ 被測定レンズ系 ７ 観察手段 １５ 光軸

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定レンズ系内の予め計算された位置
   に指標像を投影し、前記被測定レンズ系内の被測定面に
   よる反射像の基準軸からのふれ量を観察光学系にて測定
   し、計算により前記被測定レンズ系内の各レンズの偏心
   量を求めるレンズ系の偏心測定装置において、光源と、
   ビームスプリッターと、前記光源からの光束を集束させ
   る第１の光学系と、前記第１の光学系から射出した光束
   をそのままの状態で透過させる透過部と光束に正の屈折
   を与える屈折部とから成る第２の光学系と、回転機構を
   有する被測定レンズ系取付部とを前記光源より順次光軸
   上へ配置し、さらに前記ビームスプリッターの反射光路
   上へ前記被測定レンズ系内部の被測定面からの反射光束
   の結像位置を観察する観察手段を有し、なおかつ前記被
   測定レンズ系内部の被測定面の面頂の位置と、前記第２
   の光学系の透過部を透過した光束の集束点、ないしは前
   記第２の光学系の屈折部を透過した光束の集束点とを一
   致させる様に配置したことを特徴とするレンズ系の偏心
   測定装置。