JPH0781931B2

JPH0781931B2 - レンズ系の偏心測定装置と方法

Info

Publication number: JPH0781931B2
Application number: JP1244642A
Authority: JP
Inventors: 友浩米沢; 金保大川
Original assignee: Olympus Optic Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1989-09-20
Filing date: 1989-09-20
Publication date: 1995-09-06
Anticipated expiration: 2010-09-06
Also published as: JPH03107739A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、レンズ系の偏心測定装置の光学系に係り、特
に被測定レンズ系がズームレンズのようにエレメント数
が多く、かつ内部移動部分を有するレンズ系の偏心測定
装置の光学系に関する。

〔従来の技術〕

従来一般的なレンズ系の偏心測定方法としては、オート
コリメーション法が採られている。

このオートコリメーション法について第９（ａ）にて説
明する。

第９図（ａ）は、一般に用いられているオートコリメー
ション法の光学系の光路図である。

図に示すようにレンズ系を構成する各レンズ面S₁，S₂，
S₃，S₄のうち測定しようとする面例えば面S₁の見かけ上
の曲率中心は、被測定面と観察系との間に存在する別の
面によって指標I₁を投影し、面S₁による等倍の反射像I₂
をＡと同じ位置に生じさせる方式である。

上記の場合において測定基準Ｂに関して全ての面に偏心
がなければ、この基準Ｂ上に指標I₁の反射像I₂が形成さ
れるが、もしいずれかの面に偏心が存在すれば、基準軸
Ｂと直交し図面の紙面と直交するＸ方向に△Ｘ、あるい
は紙面と平行なＹ方向に△Ｙだけ振れた位置に反射像I₂
が形成されることになる。この振れ量△Ｘおよび△Ｙ
（以下略して△とする）は、個々の面の偏向心量εに比
例するので各面について、その見かけ上の曲率中心位置
に投影した指標像I₁のような振れ量Δの測定値を得れ
ば、計算によってこの測定基準軸Ｂに対する各面の偏心
量を求めることができる。

上記オートコリメーション方式を応用した技術として
は、例えば、先に本出願人が提案した特願昭63-253231
号がある。この先願により開示されたものは、イメージ
ローテーターを応用したレンズ静止法の技術である。

上記先願技術を第９図（ｂ）にて説明する第９図（ｂ）
は、偏心測定装置の光学系を示した説明図である。

図に示すように測定軸Ｚ上に光源Ｓ、コンデンサーレン
ズＣ、ビームスプリッターＨ、コリメーターレンズＫ
が、また観察軸Ｚ′の軸上に拡大鏡Ｅが、また基準軸設
定用にミラーＭ、コリメーターレンズＫ′、イメージロ
ーテーターＲ、ビームスプリッターＨ′が光軸Ｚ″上に
配設されている。

上記方法は、基準軸Ｚに沿って、光源Ｓ、コンデンサー
レンズＣ、コリメーターレンズＫにより指標Ｉを被測定
レンズ系Ｌの各レンズ面S₁，S₂，S₃…の予め定められた
曲率中心位置に順次投影し、この指標を被測定レンズ系
Ｌの該当レンズ面で反射させて、ビームスプリッター
Ｈ′を介して反射像I₂を形成させると共に、光源Ｓより
出射した光束の一部をビームスプリッターＨ′によって
基準軸設定用光学系に導き、コリメータレンズＫ′によ
って平行光としたのちミラーＭで反射させ、逆の経路で
光源Ｓの方向に戻し、その戻ってきた光束をビームスプ
リッターＨによって観察軸Ｚ′の方向に屈折させ、結像
面Ｆ上に反射像Ｉ′₂を結像させる。続いてイメージロ
ーデーターＲを回転させると、反射像Ｉ′₂は、結像面
Ｆ上で回転するが、拡大鏡Ｅを用いて反射像Ｉ′₂の回
転中心の位置と反射像I₂の位置を比較して、その振れ量
ΔX,ΔＹを求めることができる。

上記方式（方法）によれば測定軸Ｚ上に配設されたコリ
メーターレンズ系Ｋのアライメントずれを完全に補正す
ることができ、また測定用コリメーターレンズ系Ｋの移
動に対して、ミラーＭ、コリメーターレンズ系Ｋ′、イ
メージローテーターＲの調整は不用となり、作業効率の
よい高速度の測定を行なうことができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術においては、被測定レンズ系の被測定面か
らの反射像の振れ量を測定し、その値から各面の偏心量
を計算するとき、光軸近傍での光束の結像関係を基に計
算するために被測定レンズの装着基準軸と光軸とのずれ
量が大きい場合には、測定誤差が大きくなるという問題
があった。

本発明は、上記問題点に鑑みて創作されたものであっ
て、第９図（ｂ）に示す構成を改良することにより、上
記従来の問題点を解決したレンズ系の偏心測定装置とそ
の測定方法を提供することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段および作用〕

本発明の基本構成を第１図に基づいて説明する。

第１図は、本発明に係わる偏心測定装置１のレンズ系の
基本構成を示す概略説明図である。

図に示すように偏心測定装置は、光源２と、測定用光学
系を構成するビームスプリッター３、測定用コリメータ
ーレンズ系４および結像面５と基準軸設定用光学系を構
成するビームスプリッター６、イメージローテーター
７、基準軸設定用コリメーターレンズ系８、ミラー９お
よび被測定レンズ系取り付け台10より構成されている。

上記構成においては、光源２、ビームスプリッター３、
ビームスプリッター６、ミラー９は固定されている。

上記構成において被測定レンズ系11の被測定面の球心の
位置に光源２の像を投影するように測定用コリメーター
レンズ系４を調整し、被測定面からの反射像を上記ビー
ムスプリッター３に入射し90°屈折して結像面５に投影
されるよう構成されている。

また上記した測定用コリメーターレンズ系４から出射し
た光束をビームスプリッター６にて２分岐した他方の光
束は90°屈折して光軸Ｂ′上の点で結像するよう構成し
ている。即ち光軸Ｂ′上の点で結像するよう構成してい
る。即ち光軸Ｂ′上にはビームスプリッター６よりの光
束を入射するイメージローテータ７と、更にイメージロ
ーテータ７を透過した光束を入射するコリメーターレン
ズ系８と、コリメーターレンズ系８にて調整された平行
光束を反射させるミラー９とを順次配設構成されてい
る。上記構成よりなる偏心測定装置は、被測定レンズ系
11の被測定面の球心の位置に光源２の像を投影するコリ
メーターレンズ４を調整し、被測定面からの反射像も結
像面５に投影する。

またビームスプリッター６によって、測定用コリメータ
ーレンズ系４から出射した光束の一部は、光軸Ｂ′方向
に反射し、基準軸設定用コリメーターレンズ８に入射
し、平行光束に調整されてミラー９に入射する。ミラー
９に入射した平行光束は、反射し、今透過してきた光路
を戻る。即ち基準軸設定用コリメーターレンズ８、イメ
ージローテータ７を透過しビームスプリッター６、測定
用コリメーターレンズ４を介してビームスプリッタ３に
て屈折し結像面５に結像される。

上記において基準軸設定用コリメーターレンズ８を往復
して戻ってきた光束は、イメージローテータ７に入射
し、、イメージローテータ７を回転すると、結像面５に
おいても同様に回転する。その回転中心の座標を求めた
後被測定レンズ系11の被測定面からの反射像の結像面５
上での位置を測定しておき、両者の座標の差から被測定
レンズ11の被測定面の偏心の影響による反射像の振れ量
を求め、これにより被測定レンズ系11の被測定面の偏心
を求めることができる。

しかし上記の状態では、取付基準軸と光軸とのずれ量が
大きい場合は、それに応じた大きな測定誤差が含まれて
いる。

従って被測定レンズ系11の各々の被測定面の偏心量を測
定したのち、最小二乗法を用いて、被測定レンズ系11の
各面の偏心量の二乗平均が最も最小になる最適光軸を求
め、その最適光軸と測定の取付基準軸が、最も接近する
ように被測定レンズ系取りつけ台10の位置を調整し、再
び被測定レンズ系11の各々の被測定面の反射像の振れ量
（偏心量）を測定することにより、測定誤差を軽減させ
ることができる。

〔実施例〕

本発明を実施例に基づいて説明する。

（第１実施例）第２図は、本発明の第１実施例の装置全体を示す正面よ
り一部断面を示す平面図。

第３図は、第２図に示す被測定部材を装着して測定する
取付台を拡大して示す斜視図、第４図は、第２図に用い
られた各コリメータレンズ系を示す平面図。である。

図に示すように符号21は、配設された各装置などの振動
を防止するために、構成された防振台である。

防振台21の右端には、被測定レンズ系25を投影するため
の赤外半導体レーザー22が装着されている。この赤外半
導体レーザー22の照明光束の出射側には、光束を集光す
るコンデンサーレンズ23を配設している。24は、偏光ビ
ームスプリッターであり、半導体レーザーの偏光特性を
用いて被測定レンズ系25からの反射像を指標像拡大用の
顕微鏡対物レンズ26を交換するための電動レボルバー2
7、測定用CCDカメラ28から成る観察光学系方向に反射す
る作用をする。

上記顕微鏡対物レンズ26の下方位置には、上記した偏光
ビームスプリッター24が配設されている。この偏光ビー
ムスプリッター24の出射光束側には、偏光ビームスプリ
ッター24より出射した直線偏光の光束を円偏光にするた
めの1/4波長板30が配設されている。

1/4波長板30の出射側には、測定用コリメーターレンズ
（第１群）31aが固定配設されている。更にコリメータ
ーレンズ31aの出射側には測定用コリメーターレンズ
（第２群）31bが配設されている。この測定用コリメー
ターレンズ31bは、防振台21の光軸方向にかつ測定用コ
リメーターレンズ系31bの下方位置に配設されたレール3
2上をレール台34の側壁に装着したモーター33により移
動可能に構成されている。

測定用コリメーターレンズ31bの出射方向側には、測定
コリメーターレンズ31cと31d（第３群）が光軸方向に並
列配設している。即ち測定用コリメーターレンズ31c
は、正のパワーを有し、測定用コリメーターレンズ31d
は、負のパワーを有しており、側壁に設けたモーター35
と連動構成されて、光軸上を挿入出可能（切り換え）に
構成されている。

上記測定用コリメーターレンズ31cまたは、測定用コリ
メーターレンズ31dのいずれかの出射光束方向側には、
光束を２分岐するビームスプリッター36が配設されてい
る。即ちビームスプリッター36に入射した光束の一部を
被測定レンズ系25方向（基準軸37）に直進出射する光束
と、反射ミラー41方向（基準軸38）に屈折して出射する
光束とに分岐されるよう構成されている。

上記ブームスプリッター36にて屈折分岐した一部の光束
の出射方向には、ミラー41よりの反射光束を遮断するシ
ャッター39がモーター42によって開閉可能に構成されて
いる。

また上記ビームスプリッター36にて直進して被測定レン
ズ系25に入射した反射光束を遮断するシャッター43が側
壁に設けられたモーター44により開閉可能に構成されて
いる。

上記基準軸38上のシャッター39の出射側にはコリメータ
ーレンズ、ミラー41などのアライメントを一定に保つた
めにモーター47にて回転駆動構成されたペチャンプリズ
ム45が配設されている。またペチャンプリズム45の出射
側には基準軸設定用コリメーターレンズ46a,46bが基準
軸38方向（光軸方向）に並列配設して、基準軸38上を挿
入出可能（切り換え）に構成されている。一方コリメー
ターレンズ46aおよび46bのいずれの光軸（基準軸38）上
にも基準設定用コリメーターレンズ46cが基準軸上に設
けられたレール50上をレール台の側壁に装着したモータ
ー51により移動可能に構成されている。即ちペチャンプ
リズム45は、基準軸設定用コリメーターレンズ46a,46b,
46cおよびミラー41のアライメントを一定に保つために
設けられている。

また基準軸設定用コリメーターレンズ46a,46b,46cは、
ミラー41からの反射像をCCDカメラ28側に結像させるた
めのものである。上記基準軸設定用コリメーターレンズ
46a,46bは第１群で、そのうち基準軸設定用コリメータ
ーレンズ46aは正のパワーを有し、基準軸設定用コリメ
ーターレンズ46bは、負のパワーを有していて、上記し
たように並列に配設したモーター49により切り換え可能
に構成されている。

また上記基準設定用コリメーターレンズ46cは、第２群
で基準軸38上をモーター51にて軸上を移動するよう構成
されている。

上記基準設定用コリメーターレンズ第１群46a,46bは、
それぞれ測定用コリメーターレンズ第３群31cおよび31d
と等しいレンズ群を、また基準軸設定用コリメーターレ
ンズ第２群46cは、測定用コリメーターレンズ31bと等し
いレンズ群を用いられている。

上記ビームスプリッター36によって２分割された光束の
うち直進した出射光束側に配設されたシャッター43の近
傍に配設された被測定レンズ系25を着脱自在に装着した
取付け台52防振台21にが装着されている。この取付け台
52の構成を第３図にて説明する。

矩形状のベース52aの長手方向の側壁面には、ベース52a
を矢印にて示すＡ方向（Ｘ方向）に移動させるモーター
52bとこのモーター52bと連結したピニオンギヤーなどを
内装したギヤーボックス52cとベース52aの長手方向に伸
延したラックギヤー52dが装着されている。

ベース52aの上面上には、正方形状のベース52eが図に示
すように軸受52fにより矢印に示すＢ方向（Ｙ方向）に
移動可能に保持装着されている。またベース52eの上記
Ｙ方向の側端面には、モーター52gとピニオンギヤを内
装したギヤボックス52hおよびＹ方向の端面に沿って配
設したラックギヤｉなどを備えて移動するよう構成され
ている。

ベース52eの後端部上面上には、図に示すように軸受け5
2Kにより保持装着された正方形状のベース52jが矢印に
て示すＣ方向（上下方向）に移動可能に構成されてい
る。

このベース52jの上記した上下方向の側端面には、モー
ター52lとモーター52lと連結したピニオンギヤを内装し
たギヤボックス52mおよび上下方向の側端面に沿って配
設したラックギヤ52nなどにより移動するよう構成され
ている。

上記ベース52jの先端端面には、正方体形状のベース52o
が固設されている。ベース52oの先端側面に左右方向に
凹形の半円形成面を形成し、その半円形の中芯面上の左
右方向に向けて蟻溝が形成されている。

上記ベース52oの上記凹形の半円形成面と対応した曲率
の凸形の半円形成面を形成し、その半円形の中芯面上に
上記蟻溝内に押入し左右方向に摺動する蟻を装着構成し
たベース52pが装着構成されている。

また上記蟻溝と蟻には、ピニオンギヤとラックギヤーを
配設してあり、ベース52Oの側壁面に配設したモーター5
2rと連結構成したピニオンギヤを内装したギヤーボック
ス52qなどにより、ベース52Pを図に示す矢印方向Ｄの移
動可能に構成されている。

上記ベース52pの先端側面には、正方体形状のベース52s
が摺動可能に装着されている。

ベース52pの先端側面に上下方向に凹形の半円形成面を
成形し、その半円形の中芯面上の上下方向に向けて蟻溝
が形成されている。

上記ベース52pの上記凹形の半円形成面と対応した曲率
の凸形の半円形成面を形成し、その半円形の中芯面上
に、上記蟻溝内に挿入し上下方向に摺動するよう蟻を装
着構成した正方体形状のベース52Sが装着構成されてい
る。

上記ベースｐの上端面中央には、上記ベース52sを図に
て示す矢印Ｅ方向に摺動するためのモーター52uと、モ
ーター52uと連結構成したピニオンギヤを内装したギヤ
ボックス52tなどにより摺動するように構成されてい
る。

上記したベース52sの正面（先端面）中央には、被測定
レンズ系25を装着脱自在に構成されたマウント52vが構
成されている。

上記構成による被測定レンズの取付台52は、モーター52
bの駆動によりベース52aを矢印Ａ方向に、またモーター
52gの駆動によりベース52eを矢印Ｂ方向に、またモータ
ー52lの駆動によりベース52jを矢印Ｃ方向に、それぞれ
シフト可能に構成されている。更にモーター52rの駆動
によりベース52oを矢印Ｄ方向に、またモーター52uの駆
動によりベース52sを矢印Ｅ方向に、それぞれ移動可能
に構成されている。

第２図に示す符号53は、測定用CCDカメラ28にて得られ
た画像を処理するための画像処理装置で、加算処理機能
と重心処理機能を有している。また上記測定用CCDカメ
ラ28によって得られた画像を監視するためのモニターテ
レビ54を配設している。

上記画像処理装置53にて得られた被測定レンズ系25から
の反射像の中心位置の情報と、ミラー41からの反射像の
回転の中芯位置の情報より被測定面からの反射像の振れ
量と方位を求め測定面の偏芯量の計算を行なうマイクロ
コンピューター55を配設している。

上記マイクロコンピューター55と接続構成した装置は、
装置各部のモーターや光源22およびCCDカメラ28などの
電源56が配設構成されている。

また上記マイクロコンピューター55内には、被測定レン
ズ系25の偏芯量などの情報を磁気ディスクに記録し、ま
た被測定レンズ系25の曲率半径、面間隔、屈折率などの
情報を磁気ディスクから読み出すための磁気ディスクド
ライブ57が構成されている。

なお、本実施例における測定用コリメーターレンズ31お
よび基準軸設定用コリメーターレンズ46の各レンズの曲
率半径、面間隔、屈折率、分散は、各面について第４図
に示すように定義とすると、次の通りである。

r_1a＝ 903.227 d_1a＝10.0 n_1a＝1.86663 ν_1a＝40.
78 r_2a＝ −78.387 d_2a＝10.0 r_3a＝ −57.338 d_3a＝ 5.0 n_3a＝1.72123 ν_3a＝2
8.29 r_4a＝−130.256 d_2a＝10.0 r_5a＝ 203.865 d_5a＝ 7.0 n_5a＝1.86663 ν_5a＝4
0.78 r_6a＝ −81.133 d_6a＝ 3.50 n_6a＝1.72123 ν_6a＝2
8.29 r_7a＝ 327.591 d_7a＝ 1.50 r_8a＝ 44.264 d_8a＝ 5.0 n_8a＝1.86663 ν_8a＝40.
78 r_9a＝ 72.271 r_1b＝−300.918 d_1b＝ 5.91 n_1b＝1.86663 ν_1b＝4
0.78 r_2b＝1622.928 d_2b＝ 5.52 r_3b＝ 113.997 d_3b＝ 4.58 n_3b＝1.50974 ν_3b＝6
4.15 r_4b＝ 331.747 d_4b＝ 4.95 r_5b＝ 121.397 d_5b＝ 3.50 n_5b＝1.50974 ν_5a＝6
4.15 r_6b＝ 180.164 d_6b＝19.85 r_7b＝ −64.432 d_7b＝ 4.92 n_7b＝1.86663 ν_7b＝4
0.78 r_8b＝−304.864 r₁₀＝−367.18 d₉ ＝12.62 n₉ ＝1.79116 ν_1b＝4
0.95 r₁₁＝ −87.861 d₁₀＝10.62 r₁₂＝ 264.98 d₁₁＝13.94 n₁₁＝1.50974 ν₁₁＝64.
15 r₁₃＝ 131.478 d₁₂＝ 9.85 r₁₄＝ 541.775 d₁₃＝16.07 n₁₃＝1.79116 ν₁₃＝4
0.95 r₁₅＝−185.658 d₁₄＝可変 r₁₆＝ 216.988 d₁₅＝15.11 n₁₅＝1.79116 ν₁₅＝4
0.95 r₁₇＝−423.326 d₁₆＝11.21 r₁₈＝−118.584 d₁₇＝19.00 n₁₇＝1.50974 ν₁₇＝6
4.15 r₁₉＝−232.974 d₁₉＝11.37 r₂₀＝ 84.212 d₂₀＝19.02 n₂₀＝1.79116 ν₂₀＝4
0.95 r₂₁＝ 393.400 次に上記構成による被測定レンズ系25の測定方法につい
て説明する。

まず画像処理装置53と、モニターテレビ54と、電源56の
スイッチを入れて、マイクロコンピューター55に被測定
レンズ系25の各面についての曲率半径、面間隔、屈折率
の設計値を入力する。続いて測定開始の指示マイクロコ
ンピューター54を通じて与えると、まずモーター42を駆
動してイメージローテータ45に対向するシャッター39を
遮断する。

これに対し、被測定レンズ系25に対向するシャッター43
のモーター44を駆動して開放状態とする。

赤外半導体レーザー22からの光束を被測定レンズ系25の
各面の情報に基づいて、予め計算された位置に測定用コ
リメーターレンズ31および基準軸設定用コリメーターレ
ンズ46をそれぞれモーター33,35,49,51を駆動して移動
させる。

続いて電動レボルバー27を駆動させて、顕微鏡対物レン
ズ26を1Xに設定する。

この状態において、測定用CCDカメラ28にて、被測定レ
ンズ系25の被測定面からの反射像をとらえることにより
画像処理装置53にその画像情報を記憶させておく。なお
上記において、測定用CCDカメラ28にて画像を撮影する
際測定用CCDカメラ28によって得られる反射像の明るさ
が適当の明るさになるよう、測定用CCDカメラ28から送
られてくる信号を利用して電源55から赤外半導体レーザ
ー22へ供給される電流にフィドバックをかけ、赤外半導
体レーザー22への光量を調節する。

次にモーター44を駆動して、シャッター43を遮断すると
同時に、他方のモーター42を駆動してシャッター39を開
放する。またモーター47を駆動して、イメージローテー
タ45を回転させると、赤外CCDカメラ28には、ミラー41
からの反射像が円状に回転する像がとらえられる。

上記したと同様に反射像の明るさが適当になるよう赤外
半導体レーザー22の輝度を調節した上で、反射像の軌跡
の円上４点にて画像の取り込みを行なう。取り込んだ４
つのスポットの画像情報から画像処理装置53によって、
４つのスポットの重心位置が求められる。この重心位置
と先に記憶した被測定レンズ系25の被測定面からの反射
像のスポットの位置とをマイクロコンピューター55によ
って比較させて、被測定面からの反射像の振れ量を求め
られる。

更に高精度の測定を行なうために、先に求めた振れ量よ
り、被測定面からの反射像と、ミラー41からの反射像の
双方が測定用CCDカメラ28の視野に入る倍率をマイクロ
コンピューター55にて計算させ、それに応じてモーター
27を駆動し、レボルバー27を回転作動し、顕微鏡対物レ
ンズ26を高倍率と交換し、検出部光学系の倍率を高くし
た後、再度被測定レンズ系25の被測定面からの反射像お
よびミラー41からの反射像の取り込みを行ない被測定面
の振れ量を求められる。

以上の測定はマイクロコンピューター55による制御によ
り自動的に行なわれる。

以上の測定を各測定レンズ系25の各測定面について行な
い各面からの反射像の、基準軸設定用光学系により設定
される基準軸38に対する振れ量を求められる。これより
被測定レンズ系の全ての面についての偏心量を測定す
る。しかる後被測定レンズ系25の各々のレンズの偏心量
の二乗平均が最小になるような最適光軸を、マイクロコ
ンピューター55を用いて求められる。この最適光軸は、
被測定レンズ系25を装着する基準軸38と、或る角度をも
って交わるか、乃至は捩れの位置の関係にあることとな
る。

ここで求めた最適光軸と、被測定レンズ系25を装着する
基準軸37とが一致するように、被測定レンズ系取りつけ
台52のモーター52b,52g,52l,52r,52uをそれぞれに駆動
してベース52a,52e,52j,52o,52sを介して被測定レンズ
系25を移動させ、しかる後各被測定面についても上記と
同様の測定を行なう。この場合における被測定レンズ系
取りつけ台52の移動および再測定においてもマイクロコ
ンピューター55からの指示に基づき実施される。

上記測定において、コリメーターレンズ31aから平行光
束が出射され、その平行光束がコリメーターレンズ31b
に入射して一旦結像する。この結像位置とコリメーター
レンズ31bの距離は、コリメーターレンズ31bに常に平行
光束が入射しているため、変化しない。ここでコリメー
ターレンズ31bの位置を光軸に沿って変化させれば、コ
リメーターレンズ31cと31bによる結像点の距離が変化す
るので、コリメーターレンズ31cから左方（コリメータ
ーレンズ31c）に出射する光束の結像点の位置が変化す
る。従って赤外半導体光源22からの光束を光軸上の任意
の点に収束させることができる。またコリメーターレン
ズ31cとコリメーターレンズ32dとをモーター35にて切り
換えて使用することについては、まず収差について考慮
すると１種類のコリメーターレンズの組み合せで、光軸
上の任意の位置に光束させることは困難であるので、最
低２種類のコリメーターレンズの組み合わせを用意する
必要性がある。上記で（コリメーターレンズ31bの光軸
方向への移動）説明した結像関係をできるだけ維持する
めには、最も左方に位置するレンズ群を切り換え、他の
２レンズ群31aと31bはそのまま使用されるのが一般であ
る。従って、コリメーターレンズ31cとコリメーターレ
ンズ31dをモーター35にて切り換えて使用する。上記コ
リメーターレンズ31cは、正のパワーを有し、コリメー
ターレンズ31dは、負のパワーを有している。

また上記イメージローテーター（ペチャンプリズム）45
をモーター47にて回動するについては、一本の光軸を有
し、この光軸に沿って光線を入射させた場合には、光軸
上に光線が出射するが、光軸外に光線を入射すると、イ
メージローテーター45の内部で反射を起し、光軸外に光
線が出射する。このために光軸外に光線を入射させた状
態で、イメージローテーター45を回動させると、出射光
線は、光軸を中心に回転することとなる。

上記性質を利用すると、コリメーターレンズに偏心が存
在し、光軸上にあるべき光線が、光軸上よりずれた場合
でも、イメージローテーター45を回動させれば、イメー
ジローテーター45からの出射光は回転中心を光軸（基準
位置）と考ええればよいことになる。

上記イメージローテーター45とミラー41との間のコリメ
ーターレンズ46a,46b,46cの移動および間隔交換につい
て説明する。

イメージローテーター45とミラー41間に介在するコリメ
ーターレンズ46a,46b,46cは、測定用コリメーターレン
ズ31a,31b,31c,31dによって収束された光束を平行光に
してミラー41に入射させ、ミラー41で反射した平行光を
再びコリメーターレンズ46a,46b,46cによって収束させ
て上記コリメーターレンズ31a,31b,31cへ入射させるよ
うになっている。

コリメーターレンズ31a,31b,31c,31dは、光軸上の任意
の点に光束を収束させるため、イメージローテーター45
とミラー41間に介在したコリメーターレンズ46a,46b,46
cも光軸上の任意の点から発散される光束を平行光にで
きる。従って上記コリメーターレンズ31b,31c,31dを使
用すれば、上記した機能を持たせることができる。

また上記測定において被測定レンズ系25を装着脱する被
測定レンズ系取付け台52の各ベース52a,52e,52j,52p,52
sを各モーター52b,52g,52l,52r,52uにて移動する手段に
ついて説明する。

各コリメーターレンズの間隔は、光軸近傍の結像関係式
を利用して決められており、また被測定レンズの被測定
面の偏心が大きすぎ、被測定面から戻ってきた光線が光
軸外を通るようになると、光軸近傍の結像の関係と、実
際の結像関係との間にずれを生じ測定誤差の原因とな
る。

本実施例においては、被測定レンズ25の各被測定面の偏
心量が最小となるような軸（最適軸）を測定結果より求
め、その軸が測定基準軸と一致するように、被測定レン
ズ系取付け台52を移動させる。この結果被測定面から反
射光束が、測定基準軸の近傍を通すようになる。この状
態で測定すれば、測定誤差を小さくすることができる。

特に、本実施例においては、測定および偏心量計算の全
工程をマイクロコンピューター55からの指示により行な
うため、測定時間の短縮化が実現できる。

また、顕微鏡対物レンズ26を、被測定レンズ系25の被測
定面の偏心量（反射像の振れ量）に応じて交換し、検出
部の倍率を変化できるようにしたことによって、より高
精度に被測定レンズ系25の被測定面の偏心量を測定する
ことができる。

また、本実施例の変形例として、顕微鏡対物レンズ26お
よび電動レボルバー27の代わりに、電動ズームレンズを
用いたり、偏光ビームスプリッター24および1/4波長板3
0の代わりに、位相差をつける作用を有する蒸着膜を蒸
着した偏光ビームスプリッターを使用することもでき
る。

（第２実施例）第５図，第６図，第７図，第８図にて本発明の第２実施
例を説明する。

第５図は、本発明の第２実施例の装置全体を示す正面よ
りの一部を断面にて示す平面図。第６図は、本実施例に
用いられた各コリメーターレンズ系を示す平面図。第７
図は、第５図に示す被測定部材を装着して測定する取付
け台を拡大にて示す斜視図。第８図は、第７図の取付け
台の変形例を示す斜視図である。

なお図中上記第１実施例と同一部材同一構成について
は、同一符号を用いその説明は省略する。

本実施例の特徴は、第２図にて示す第１実施例の構成に
おいて、顕微鏡対物レンズ26、電動レボルバー27、CCD
カメラ28の代わりに、ボジションセンサー61を配し、ま
た画像処理装置53の代わりにA/Dコンバーター62を配
し、モニターテレビ54の代わりに、XYオシロスコープ63
を配し、また測定用コリメーターレンズ31のうち、第３
群31（ｃ）および（ｄ）をそれぞれ64（ｃ）と64（ｄ）
に替え、基準軸設定用コリメーターレンズ46のうち、第
１群46（ａ）および46（ｂ）をそれぞれ65（ａ）と65
（ｂ）に替え、また被測定レンズ系取付け台52の代わり
に被測定レンズ系取付け台66を配し、加えて、絞り67お
よびモーター68を新たに配した点である。

本実施例において、ポジションセンサー61は、被測定レ
ンズ系25の被測定面からの反射像およびミラー41からの
反射像の結像位置におかれている。A/Dコンバーター62
は、ポジションセンサー61からの反射像の結像位置につ
いてのアナログ信号をデジタル信号に変換してマイクロ
コンピューター55に伝送する。Ｘ−Ｙオシロスコープ63
は、ポジションセンサー61がとらえた反射像の位置をモ
ニターするための装置である。

また、測定用コリメーターレンズ第３群64（ｃ）と基準
軸設定用コリメーターレンズ65（ａ）および測定用コリ
メーターレンズ第３群64（ｄ）と、基準軸設定用コリメ
ーターレンズ65（ｂ）は、それぞれ等しいレンズ群を使
用しており、各面の曲率半径の面間隔および屈折率・分
散は、第６図のように各面の番号を定めると、次のよう
になっている。

r_1a＝ 110.195mm d_1a＝ 9.34mm n_1a＝1.79116 ν_1a
＝40.95 r_2a＝−190.956 d_2a＝ 5.77 r_3a＝ 48.693 d_3a＝12.8 n_3a＝1.79116 ν_3a
＝40.95 r_4a＝ 177.276 d_4a＝ 3.41 r_5a＝平面 d_5a＝ 5.28mm n_5a＝1.52371 ν
_5a＝45.91 r_6a＝ 171.285 d_6a＝ 9.98 r_7a＝−326.761 d_7a＝12.5 n_7a＝1.79116 ν_7a
＝40.95 r_8a＝ 34.802 d_8a：可変 r_1b＝ 154.042 d_1b＝ 2.88 n_1b＝1.79116 ν_1b
＝40.95 r_2b＝平面 d_2b＝ 0.69 r_3b＝ 102.560 d_3b＝ 3.36 n_3b＝1.50974 ν_3b
＝64.15 r_4b＝ 50.581 d_4b＝ 0.18 r_5b＝ 34.61 d_5b＝ 4.10 n_5b＝1.50974 ν_5b
＝64.15 r_6b＝ 55.755 d_6b＝ 5.88 r_7b＝ −45.37 d_7b＝ 0.8 n_7b＝1.79116 ν
_7b＝40.95 r_8b＝平面 d_8b＝可変またr₁₀〜r₂₁，d₁₀〜d₂₀，n₁₁〜n₂₀，ν₁₁〜ν₂₀は、第
１実施例と等しい。

第７図は、レンズ系取付台66を拡大にて示した斜視図
で、矩形の平板状に形成されたベース66aの長手方向の
側壁面には、ベース66aを矢印にて示すＦ方向（Ｘ方
向）に移動させるモーター66dとこのモーター66dと連結
したピニオンギヤーを内装した四角形状のギヤーボック
ス66cが装着されている。またベース66aの長手方向に沿
った側壁には、上記ギヤーボックス66c内のピニオンギ
ヤーと咬み合い構成したラックギヤー66bを配設してベ
ース66aをＦ方向に摺動するよう構成されている。

ベース66aの上面には、ベース66aと同一形状的に形成さ
れたベース66gを載置構成している。ベース66aの長手方
向の両端面上には、Ｇ方向に延伸形成した軸受部材66e
と66fとをそれぞれ配設し、上記ベース66gの下端面の長
手方向の両端部に対応配設したそれぞれの軸受との相対
構成によりベース66gを矢印にて示すＧ方向に摺動する
ように構成されている。また図に示すようにベース66a
の右端部にＬ字状の直立片を設け、そのＬ字状の端部に
モーター66hと、そのモーターｈの先端にギヤーボック
ス66iとを連設した駆動機構を配設している。また上記
ギヤーボックス66iの中央より突出し、ベース66gの端部
中央に固設した筺形状のボール軸受66kの側壁面の中央
に穿設した通孔に挿通したボールねじ66jを配設し、モ
ーター66hの駆動によりベース66gを矢印Ｇ方向に移動す
るよう構成されている。

ベース66gの上面の右側の端部上には、図に示すように
ベース66gの矩手方向の両端縁に直立したＬ字形状の壁
面を形成したベース66lを装着するＬ字形状で直立した
取付部材が設けられている。また上記両取付部材の対応
したＬ字形状面には、ベース66lの両端面に構成された
軸受66mと66nと嵌着する軸受けを構成し、ベース66lを
図に示す矢印（上下）方向に移動可能に構成されてい
る。

上記両取付部材の上端部間には、図に示すように板形状
の保持部材が装着されている。この保持部材の中央に
は、ベース66lを上下方向に移動させるためのモーター6
6.0と、このモーター66.0の先端に四角形状のギヤーボ
ックス66Pと、更にギヤーボックス66P内のギヤーと咬み
合ったボールねじ66qとが直列に連設して、駆動手段を
構成している。

上記ボールねじ66gの先端には、上記Ｌ字形状を形成す
るようにベース66lの側壁面上にその端辺を装着した矩
形状のボールねじ受け66rを配設している。このボール
ねじ受け66rの上記ボールねじ66qの先端と固設して、モ
ーター66.0を駆動することによりベース66lを矢印Ｈ方
向（上下）に移動するよう構成している。

次に上記構成の本実施例の測定方法を説明する。

本実施例の測定方法は、上記した第１実施例とほぼ同一
である。

まずマイクロコンピューター55より、被測定レンズ系25
の各被測定面の曲率半径と、レンズ間隔と、屈折率の設
計値を入力した後、測定用コリメーターレンズ31a,31b,
64c,64dおよび基準軸設定用コリメーターレンズ65a,65
b,46cをモーター33,35,49,51を駆動してそれぞれのレン
ズ群を移動する。このとき基準軸設定光束側のシャッタ
ー39をモーター42にて閉作動する。また被測定レンズ系
25側のシャッター43をモーター44にて開作動させると、
ポジションセンサー61上には、被測定レンズ系25の被測
定面からの反射像が結像する。

この反射像をポジションセンサー61によってとらえかつ
A/Dコンバーター62によって、ポジションセンサー61か
らアナログ信号をデジタル信号に変換して、マイクロコ
ンピューター内のメモリーに記憶される。

上記において、ポジションセンサー61にて反射像をとら
える際、その明るさが適当になるようポジションセンサ
ー61からの電気信号を利用して、電源56から半導体レー
ザー22へ供給される電流にフィードバックをかけ、半導
体レーザー22の光度を調整すると共に反射像（スポット
像）の大きさを最小限とするため、ポジションセンサー
61上からスポット像が消えてしまわぬ程度に、モーター
68を駆動して絞り67を絞り込む。

次に被測定レンズ系25側のモーター44を駆動してシャッ
ター43を遮閉すると同時に基準軸設定用レンズ群側のモ
ーター42を駆動してシャッター39を開放する。

モーター47を駆動させてイメージローテーター（ペチャ
ンプリズム）45を回動させるとポジションセンサー61に
は、ミラー41からの反射像が円上に回転する像が得られ
る。

この場合も上記と同様にポジションセンサー61にとらえ
られた反射像（スポット）の明るさが適当となるよう赤
外半導体レーザー22の輝度を調整した上で、上記反射像
（スポット）の軌跡の円上４点にて画像のとりこみを行
う。

とり込んだ４点のスポットの位置情報をそれぞれA/Dコ
ンバータ62を用いてデジタル信号に変換し、その信号よ
りマイクロコンピューター55を用いて、４点のスポット
像の重心位置を求める。

この重心位置と、先に記憶した被測定レンズ系25の被測
定面からの反射像のスポットの位置とをマイクロコンピ
ューター55によって比較させ、被測定面からの反射像の
振れ量を求める。

上記した測定は、全てマイクロコンピューター55の制御
により自動的に計測される。

上記の測定方法を、被測定レンズ系25の各レンズ面につ
いて順次行なわれる。即ち各レンズ面からの反射像の基
準軸設定用光学系により設定される基準軸に対する振れ
量を求め、これにより被測定レンズ系25の全ての面につ
いての偏心量を計測する。しかる後被測定レンズ系25の
各々のレンズの偏心量の二乗平均が最小になるような最
適光軸を、マイクロコンピューター55を用いて求めるこ
とができる。この最適光軸は、被測定レンズ系25を取り
付ける基準軸37と、或る角度を以って交るか、乃至は捩
じれの位置の関係にあることとなる。

上記において求めた最適光軸と、被測定レンズ系25を取
付ける基準軸とが交わるように被測定レンズ系25をモー
ター66d,66h,66oを駆動させて被測定レンズ系25を移動
させ、しかる後再度被測定レンズ系25の各々のレンズの
測定面について同様の測定を行う。

以上の測定工程は、マイクロコンピューター55からの指
示に基づき実施される。

上記本実施例においては、被測定レンズ系25の各測定面
からの反射像およびミラー41からの反射像のそれぞれの
位置を、ポジションセンサー61で検出し、その位置信号
を処理するため、反射スポット像の位置を計算し、それ
により各被測定面に振れ量（偏心量）を求める処理が高
速に行なわれる。

また本実施例においては、測定および偏心量計算の全工
程をマイクロコンピューター55よりの指示に基づいて行
なわれるために、測定時間の短縮化ができる。上記本実
施例に用いた被測定レンズ系25を装着する被測定レンズ
系取付け台66の変形例として第８図に示す被測定レンズ
系取付け台70を説明する。

第８図は、被測定レンズ系取付け台の拡大斜視図であ
る。

矩形状でかつ平板状に形成されたベース70aの上面に同
形状に形成されたベース70bを長手方向（矢印にて示す
Ｉ方向）に移動するための軸受70cがベース70aの上面と
ベース70bの下面の長手方向２ケ所にそれぞれの対応し
た位置に構成している。またベース70aの長手方向の測
壁中央部位には、モーター70hの先端と連設したベルト7
0dを作動する筺形状のローラーボックス70iを固設され
ている。更にベース70aの上記ローラーボックス70iを装
着した左右端部即ちベース70aの長手方向のそれぞれの
端部には、一対のローラー70eと70fをベース70b方向
（直列）に並列して配設されている。またベース70bの
長手方向の側壁中央位置には、ベルト70dの一端を固定
する筺形状の固定具70gが固設されている。上記ベース7
0aに固設されたローラボックス70iと一対のローラー70e
とベース70bに固設された固定具70gとベース70aに固設
された一対のローラー70f間には、ベルト70dを展張構成
され、モーター70hの駆動によりベース70bを矢印Ｉ方向
に移動するよう構成されている。

ベース70bの上面の右端部位置には、ベース70jが載置さ
れている。またベース70aの短方向（矢印に示すｊ方
向）に伸延構成した軸受部材70kが所望の間隔を設けて
並列に配設されている。この軸受部材70kと対応したベ
ース70jの下面の長手方向の端部にも軸受部材70kを配設
して、ベース70jを矢印Ｊ方向に移動可能に構成されて
いる。ベース70bのＪ方向の側壁には、ベース70jをＪ方
向に移動するためのモーター70Pとモーター70Pの先端と
連設構成した、ベルト70lを作動する筺形状のローラー
ボックス70oが固定されている。更にベース70jの上記ロ
ーラーボックス70oを装着した左右端部、即ちベース70b
の短手方向のそれぞれの短部には、一対のローラー70n
と70mをベース70j方向（直列）に並列して配設されてい
る。またベースｊの長手方向の側壁中央位置には、ベル
ト70lの一端を固定する筺形状の固定具70gが固設されて
いる。

上記ベース70bに固設されたローラーボックス70oと一対
のローラー70mとベース70jに固設された固定具と、ベー
ス70bに固設された一対のローラー70n間には、ベルト70
lを展張構成され、モーター70Pの駆動によりベース70j
を矢印に示すＪ方向に移動するよう構成されている。ベ
ース70jの上面中央位置には、正立方体形状のベース70r
が配設されている。ベース70rには、図示されていない
が、ベース70rの中央位置には被測定レンズ25を装着脱
自在に構成されている。ベース70rの左右側壁面には縦
方向に移動可能に軸受70yと70zを形成している。この軸
受70yと70zと対応した位置には、ベース70jの長手方向
の両端部にそれぞれ直立して配設した支持部材に軸受70
yと70zを形成されている。

上記ベース70jの端部に直立形成した側壁の中央位置に
は、上記ベース70rを移動するモーター70xの先端と連設
した筒形状のローラーボックス70wが固設している。

またローラーボックス70wを装着した側壁の左右端部に
は一対のローラー70vと70uがベース70rの方向に並列し
て配設されている。またベース70rの中央位置には、ベ
ルト70sの一端を固定する筺形状の固定具70tが固設され
ている。

上記側壁に固設されたローラーボックス70wと一対のロ
ーラー70vとベース70rに固設された固定具70tと、側壁
に固設されたローラー70u間には、ベルト70sを展張構成
され、モーター70xの駆動によりベース70rを矢印にて示
すＫ方向に移動するように構成されている。

本実施例においてコリメーターレンズの間隔は、光軸近
傍の結像関係様式を利用して決められており、また被測
定面の偏心を求める式も光軸近傍の高速追跡を利用して
求められている。従って被測定レンズ面の偏心が大きす
ぎ、被測定面から戻ってきた光束が光軸外を通るように
なると、光軸近傍の結像の関係と実際の結像関係との間
にずれを生じ測定誤差の原因となる。

本実施例においては、各被測定面の偏心量が最小となる
ような軸（最適軸）を測定結果より求め、その軸が測定
基準軸と一致するように被測定レンズ取付け台70をＩ方
向、またはＪ方向更にはＫ方向移動させ被測定レンズ面
からの反射光束が、測定基準軸の近傍を通すようになる
ので、この状態で測定すれば、測定誤差は小さくでき
る。

〔発明の効果〕

上記構成および測定方法を有する本発明によれば、測定
用コリメーターレンズのアライメントずれを完全に補正
することができ、測定用コリメーターレンズの交換、移
動、調整に対して、基準軸設定用光学系の調整が不必要
となり、偏心量の大きな被測定レンズに対しても誤差の
少ない測定ができると共に生産性、生産効率の向上と精
密精度の向上などが図れ、品質の優れた商品が提供でき
る効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係わる偏心測定装置のレンズ系の基
本構成を示す概略説明図。第２図は、本発明の第１実施例の偏心測定装置の全体を
示す正面よりの一部断面にて示す平面図。第３図は、第２図に示す被測定レンズ系を装着して測定
する被測定レンズ系取付け台を拡大にて示す斜視図。第４図は、第２図に用いられた各コリメーターレンズ系
を示す平面図。第５図は、本発明の第２実施例の偏心測定装置の全体を
示す正面よりの一部を断面にて示す平面図。第６図は、第５図に用いられた各コリメーターレンズ系
を示す平面図。第７図は、第５図に示す被測定レンズ系を装着して測定
する被測定レンズ系取付け台を拡大にて示す斜視図。第８図は、第７図に示す被測定レンズ系取付け台の変形
例を拡大にて示す斜視図。第９図ａは、従来の偏心測定方法を示す説明図。第９図ｂは、従来の偏心測定装置の光学系を示す平面
図。１……偏心測定装置 2,22……光源 3,6,24,44……ビームスプリッター 4,31……測定用コリメーターレンズ系５……結像面 7,45……イメージローテータ 8,46……基準軸設定用コリメーターレンズ系 9,41……ミラー 10,52……被測定レンズ系取付け台 11,25……被測定レンズ系 26……対物レンズ 28……測定用CCDカメラ 53……画像処理装置 54……モニターテレビ 55……マイクロコンピューター 56……電源 57……磁気ディスクドライブ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定レンズ系の予め計算された位置に指
標像を投影し、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て、各レンズ
の偏心量を得るレンズ系の偏心測定装置において、光源
と、この光源よりの出射光束を光軸上の任意の点に収束
させる測定用コリメーターレンズ系と被測定レンズ系と
の間にあって光源からの光束の一部を分岐するビームス
プリッターと、このビームスプリッターにより分岐した
光束の光軸上に配設したイメージローテーターと、この
イメージローテーターよりの出射した光束を平行光束と
する基準設定用コリメーターレンズ系と、この基準設定
用コリメーターレンズ系より出射した平行光束を反射す
るミラーと、前記被測定レンズ系の位置を調整する機能
を有する被測定レンズ系取付台と、被測定レンズ系の各
レンズの偏心量よりそれらの偏心量の二乗平均値が小さ
くなるような最適光軸を計算し、この計算結果を基に前
記被測定レンズ系取付台の移動量の目標値を演算する演
算処理部と、を具備することを特徴とするレンズ系の偏
心測定装置。
【請求項２】請求項１記載のレンズ系の偏心測定装置を
用いて実施するレンズ系の偏心測定方法において、被測
定レンズ系の各レンズの偏心量を測定して、その偏心量
の二乗平均値が、最も小なるような最適光軸を設定し、
この最適光軸と測定装置の基準軸が最も接近するように
被測定レンズ系装着台の位置を調整し、再び被測定レン
ズ系の各レンズの反射像のふれ量を測定して、各レンズ
の偏心量を求めることを特徴とするレンズ系の偏心測定
方法。