(57)【要約】【課題】偏心測定装置において、複数の被検面を同時並行的に測定する場合に、偏心量の検出感度を被検面ごとに個別に変えることができるようにする。【解決手段】偏心測定装置５０は、検査光束の光路を分岐する光路分岐部５と、移動レンズ６Ａ、６Ｂ、６Ｃと、検査光束ＬＡ、ＬＢ、ＬＣを合成する検査光束合成部と、検査光束ＬＡ、ＬＢ、ＬＣを被検レンズ１に向けて集光する固定レンズ７とを有する検査光束照射光学系と、被検面１ａ、１ｂ、１ｃでの反射光束Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃの光路を分岐する反射光束分岐部と、各反射光束を共通の像面上にそれぞれ結像させる反射像取得光学系と、共通の像面に撮像面が配置されたカメラ１３と、反射像取得光学系の光学倍率を反射光束の光路ごとに変更する変倍部１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃと、カメラ１３で取得された反射像の回転軌跡から被検面１ａ、１ｂ、１ｃの偏心量を算出する演算処理部とを備える。【選択図】図１
2010249543.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、複数の被検面を有する被検レンズを回転可能に保持する回転保持部とを有し、前記回転保持部により回転された前記被検レンズに前記光源で発生された検査光束を照射し、前記検査光束の反射光束による反射像の回転軌跡を取得して、前記複数の被検面の偏心量を測定する偏心測定装置であって、
前記光源からの前記検査光束の光路を複数の光路に分岐する検査光束分岐部と、
該検査光束分岐部で分岐された前記複数の光路上でそれぞれ光軸に沿う方向に移動可能に設けられた複数の移動レンズと、該複数の移動レンズをそれぞれ透過した前記各検査光束の光路を、同一の光軸上を進むように合成する検査光束合成部と、該検査光束合成部によって合成された前記各検査光束を、前記回転保持部に保持された前記被検レンズに向けて集光する固定レンズとを有する検査光束照射光学系と、
前記複数の被検面での各反射光束の光路を複数の光路に分岐する反射光束分岐部と、
該反射光束分岐部によって光路分岐された前記複数の被検面ごとの反射光束による反射像を、共通の像面上にそれぞれ結像させる反射像取得光学系と、
該反射像取得光学系における前記共通の像面に撮像面が配置された撮像部と、
前記検査光束照射光学系および前記反射像取得光学系の少なくともいずれかの光学倍率を前記検査光束または前記反射光束の光路ごとに変更する変倍機構と、
該変倍機構による倍率変更情報を取得し該倍率変更情報に基づいて、前記撮像部で取得された前記各反射像の回転軌跡から前記複数の被検面の偏心量を算出する演算処理部とを備えることを特徴とする偏心測定装置。
【請求項２】
前記反射像取得光学系は、
倍率変更可能な結像光学系を備え、
前記変倍機構は、
前記結像光学系の光学倍率を変更し、変更された光学倍率の情報を前記倍率変更情報として、前記演算処理部に送出する結像倍率変更機構からなることを特徴とする請求項１に記載の偏心測定装置。
【請求項３】
前記反射像取得光学系は、
焦点位置調整可能に設けられた結像光学系を備え、
前記変倍機構は、
前記検査光束照射光学系の前記各移動レンズを光軸に沿う方向に移動させて前記固定レンズを透過した各検査光束の集光位置を、前記複数の被検面の光学的な各球心位置から前記光軸に沿う方向にずらし、前記各集光位置のずらし量の情報を前記倍率変更情報として、前記演算処理部に送出する集光位置調整機構からなることを特徴とする請求項１に記載の偏心測定装置。
【請求項４】
前記被検レンズの光学データから、前記検査光束を前記複数の被検面の光学的な各球心位置に向けて集光した場合の前記各反射像の回転軌跡の回転半径を算出し、これらの回転半径を予め決められた一定範囲内の大きさに変更する、前記検査光束照射光学系および前記反射像取得光学系の少なくともいずれかの光学倍率をそれぞれ算出し、該光学倍率に応じて、前記変倍機構の変倍動作を制御する変倍機構制御部を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の偏心測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズの偏心量を測定する偏心測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レンズの偏心測定装置は、被検面に対して、偏心のない状態での被検面の球心位置に集光する検査光束を照射し、その反射光束による反射像を取得し、被検面を光軸回りに回転させたときに反射像が描く回転軌跡の回転半径を測定光学系の光学倍率で換算して、偏心量を測定していた。偏心のない状態での被検面の球心位置に集光する検査光束の各光線は、被検面に垂直入射するため、その反射像は測定光学系によって像面でスポット状に結像される。
例えば、組レンズなど、被検レンズが複数の被検面を有する場合には、同様の偏心量測定を各被検面ごとに行う必要があるが、複数の被検面に同時に検査光束を照射し、それぞれの反射像を同時並行的に取得して、偏心量の測定効率を向上する偏心測定装置が提案されている。
このような偏心測定装置として、特許文献１には、光源から出射された光線を分岐し被検レンズの複数の被検面に同時に照射し、各被検面の反射像を1つの撮像素子に取り込むことにより、各被検面の偏心量を同時に測定するレンズ偏芯測定装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１５４１７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような従来の偏心測定装置には、以下のような問題があった。
特許文献１に記載の技術では、各被検面の偏心量を求める際には、検査光束の各光線を被検面に垂直入射させているので、被検面における反射倍率は、被検面の曲率半径によらず等倍となり一定している。このため各被検面の偏心検出感度は互いに等しくなっている。
したがって、同時並行的に測定する被検面の偏心量に大きな差があると、偏心量の小さい方の被検面の測定精度が低下してしまうという問題がある。このため、偏心量が小さい方の被検面の偏心量を正確に測定するには、検出感度を変えて再測定する必要が生じるため、測定効率が悪化してしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、複数の被検面を同時並行的に測定する場合に、偏心量の検出感度を被検面ごとに個別に変えることができる偏心測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、光源と、複数の被検面を有する被検レンズを回転可能に保持する回転保持部とを有し、前記回転保持部により回転された前記被検レンズに前記光源で発生された検査光束を照射し、前記検査光束の反射光束による反射像の回転軌跡を取得して、前記複数の被検面の偏心量を測定する偏心測定装置であって、前記光源からの前記検査光束の光路を複数の光路に分岐する検査光束分岐部と、該検査光束分岐部で分岐された前記複数の光路上でそれぞれ光軸に沿う方向に移動可能に設けられた複数の移動レンズと、該複数の移動レンズをそれぞれ透過した前記各検査光束の光路を、同一の光軸上を進むように合成する検査光束合成部と、該検査光束合成部によって合成された前記各検査光束を、前記回転保持部に保持された前記被検レンズに向けて集光する固定レンズとを有する検査光束照射光学系と、前記複数の被検面での各反射光束の光路を複数の光路に分岐する反射光束分岐部と、該反射光束分岐部によって光路分岐された前記複数の被検面ごとの反射光束による反射像を、共通の像面上にそれぞれ結像させる反射像取得光学系と、該反射像取得光学系における前記共通の像面に撮像面が配置された撮像部と、前記検査光束照射光学系および前記反射像取得光学系の少なくともいずれかの光学倍率を前記検査光束または前記反射光束の光路ごとに変更する変倍機構と、該変倍機構による倍率変更情報を取得し該倍率変更情報に基づいて、前記撮像部で取得された前記各反射像の回転軌跡から前記複数の被検面の偏心量を算出する演算処理部とを備える構成とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の偏心測定装置において、前記反射像取得光学系は、倍率変更可能な結像光学系を備え、前記変倍機構は、前記結像光学系の光学倍率を変更し、変更された光学倍率の情報を前記倍率変更情報として、前記演算処理部に送出する結像倍率変更機構からなる構成とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明では、請求項１に記載の偏心測定装置において、前記反射像取得光学系は、焦点位置調整可能に設けられた結像光学系を備え、前記変倍機構は、前記検査光束照射光学系の前記各移動レンズを光軸に沿う方向に移動させて前記固定レンズを透過した各検査光束の集光位置を、前記複数の被検面の光学的な各球心位置から前記光軸に沿う方向にずらし、前記各集光位置のずらし量の情報を前記倍率変更情報として、前記演算処理部に送出する集光位置調整機構からなる構成とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明では、請求項１〜３のいずれかに記載の偏心測定装置において、前記被検レンズの光学データから、前記検査光束を前記複数の被検面の光学的な各球心位置に向けて集光した場合の前記各反射像の回転軌跡の回転半径を算出し、これらの回転半径を予め決められた一定範囲内の大きさに変更する、前記検査光束照射光学系および前記反射像取得光学系の少なくともいずれかの光学倍率をそれぞれ算出し、該光学倍率に応じて、前記変倍機構の変倍動作を制御する変倍機構制御部を備える構成とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の偏心測定装置によれば、変倍機構によって被検面での各反射像の回転軌跡の回転半径をそれぞれ変倍することができるので、複数の被検面を同時並行的に測定する場合に、偏心量の検出感度を各被検面ごとに個別に変えることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る偏心測定装置の模式的な概略構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る偏心測定装置の制御ユニットの機能ブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の変形例に係る偏心測定装置の模式的な概略構成図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る偏心測定装置の模式的な概略構成図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る偏心測定装置の制御ユニットの機能ブロック図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る偏心測定装置の動作の模式的な原理説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
【００１３】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る偏心測定装置について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る偏心測定装置の模式的な概略構成図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る偏心測定装置の制御ユニットの機能ブロック図である。
【００１４】
本実施形態の偏心測定装置５０は、図１に示すように、複数の被検面を備えた光学素子である被検レンズ１などの光学素子の反射偏心測定を行うものである。
被検レンズ１の被検面の枚数や形状は、特に限定されないが、以下では、一例として、レンズ１Ａ、１Ｂとが貼り合わされて、凸面からなる被検面１ａ、凹面からなる被検面１ｂ、および平面からなる被検面１ｃがこの順に設けられ、略円筒状のレンズ枠２に、配置もしくは固定されている場合の例で説明する。
レンズ枠２の外周面には、レンズ枠２の中心軸の位置出しを行うための基準面２ａが設けられている。また、レンズ枠２の被検面１ｃが配置された側の端面には、レンズ枠２の中心軸に沿う方向の位置決めを行う位置決め面２ｂが設けられている。レンズ枠２の内周面には、被検レンズ１をレンズ枠２の中心軸と同軸に取り付けるための不図示のレンズ取付部が設けられている。
被検レンズ１の被検面１ａ、１ｂ、１ｃは、一般には、それぞれレンズ１Ａ、１Ｂの製作誤差や貼り付け誤差、あるいはレンズ枠２に対する配置誤差などによって、レンズ枠２の中心軸に対して、ある程度偏心しており偏心量もそれぞれ異なる。
【００１５】
偏心測定装置５０の概略構成は、スピンドル３（回転保持部）、光源４、光路分岐部５（検査光束分岐部）、移動レンズ６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、ミラー８、ビームスプリッタ９Ｂ、９Ｃ、固定レンズ７、変倍部１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、チョッパー１５、ビームスプリッタ１２Ａ、１２Ｂ、ミラー１１、カメラ１３（撮像部）、および制御ユニット１４Ａを備える。
制御ユニット１４Ａには、偏心測定に必要な操作入力や偏心測定に用いる情報の入力を行うため、例えばキーボード、マウス等からなる操作部１４ｂと、カメラ１３によって取得された映像や偏心測定結果などを表示するモニタ１４ａとが電気的に接続されている。
【００１６】
スピンドル３は、レンズ枠２を位置決めして保持する保持台部３ａを、一定の回転軸線Ｏ回りに回転させるものである。レンズ枠２は、位置決め面２ｂが保持台部３ａ上に密着され、レンズ枠２の径方向の位置は、例えば、適宜のチャック機構などを用いて、基準面２ａから決まるレンズ枠２の中心軸が保持台部３ａの回転軸線Ｏと一致するように保持されている。
本実施形態のスピンドル３は、制御ユニット１４Ａに電気的に接続され、制御ユニット１４Ａからの制御信号に基づいて、回転速度、回転量などの回転動作が制御されるようになっている。
【００１７】
光源４は、偏心測定を行うため、被検レンズ１の被検面に照射する検査光束を発生するもので、本実施形態では発散光を発生するレーザーダイオードを採用している。光源４の発振波長は、例えば、適宜の可視波長域の波長を採用することができるが、後述するカメラ１３で撮像可能な波長であれば、可視波長域に限定されるものではない。
【００１８】
光路分岐部５は、光源４からの検査光束の光路を複数の光路に分岐するもので、本実施形態では、光源４の光軸上に、ビームスプリッタ５Ａ、５Ｂ、５Ｃがこの順に配列されてなる。
ビームスプリッタ５Ａは、光源４からの検査光束のうちの一部を検査光束ＬＡとして側方（図１の左側）に反射させるとともに、検査光束のうちの他を透過させるビームスプリッタ面５ａを備えている。
ビームスプリッタ５Ｂは、ビームスプリッタ５Ａを透過した検査光束のうちの一部を検査光束ＬＢとして、検査光束ＬＡと略同方向に反射させるとともに、ビームスプリッタ５Ａを透過した検査光束のうちの他を透過させるビームスプリッタ面５ｂを備えている。
ビームスプリッタ５Ｃは、ビームスプリッタ５Ｂを透過した検査光束のうちの一部を検査光束ＬＣとして、検査光束ＬＡと略同方向に反射させるとともに、ビームスプリッタ５Ｂを透過した検査光束のうちの他を透過させるビームスプリッタ面５ｃを備えている。
【００１９】
移動レンズ６Ａは、検査光束ＬＡの光路上で、検査光束ＬＡが進む光軸に沿う方向に移動可能に設けられた、全体として正の屈折力を有するレンズ群である。これにより、検査光束ＬＡの光軸に沿う方向の集光位置を変化させることができるようになっている。
同様に、移動レンズ６Ｂ（６Ｃ）は、検査光束ＬＢ（ＬＣ）の光路上で、検査光束ＬＢ（ＬＣ）が進む光軸に沿う方向に移動可能に設けられた、全体として正の屈折力を有するレンズ群である。これにより、検査光束ＬＢ（ＬＣ）の光軸に沿う方向の集光位置を変化させることができるようになっている。
したがって、検査光束ＬＡ、ＬＢ、ＬＣの集光位置は、移動レンズ６Ａ、６Ｂ、６Ｃを個別に移動させることで、個別に変化させることができる。
【００２０】
なお、移動レンズ６Ａ、６Ｂ、６Ｃは、検査光束ＬＡ、ＬＢ、ＬＣの集光位置をそれぞれ変更できれば、各レンズ群の一部が移動可能に設けられた構成としてもよい。
また、移動レンズ６Ａ、６Ｂ、６Ｃは、それぞれ単レンズからなる構成としてもよい。
【００２１】
ミラー８は、移動レンズ６Ａによって集光された検査光束ＬＡの光路上に配置され、検査光束ＬＡの光軸を反射し、反射された光軸がスピンドル３の回転軸線Ｏと同軸となるようにするものである。
ビームスプリッタ９Ｂは、移動レンズ６Ｂによって集光された検査光束ＬＢの光路上に配置され、検査光束ＬＢの光軸を反射し、反射後の光軸がスピンドル３の回転軸線Ｏと同軸となるようにするとともに、ミラー８で反射された検査光束ＬＡを透過させるビームスプリッタ面９ｂを備えるものである。
ビームスプリッタ９Ｃは、移動レンズ６Ｃによって集光された検査光束ＬＣの光路上に配置され、検査光束ＬＣの光軸を反射し、反射後の光軸がスピンドル３の回転軸線Ｏと同軸となるようにするとともに、ビームスプリッタ９Ｂを透過した検査光束ＬＡおよびビームスプリッタ９Ｂで反射された検査光束ＬＢを透過させるビームスプリッタ面９ｃを備えるものである。
【００２２】
このように、ミラー８、ビームスプリッタ９Ｂ、９Ｃは、複数の移動レンズ６Ａ、６Ｂ、６Ｃをそれぞれ透過した検査光束ＬＡ、ＬＢ、ＬＣの光路を、同一の光軸上を進むように合成する検査光束合成部を構成している。
【００２３】
固定レンズ７は、レンズ光軸がミラー８、ビームスプリッタ９Ｂ、９Ｃによって合成された検査光束ＬＡ、ＬＢ、ＬＣの光軸と同軸に合わせて配置され、スピンドル３にレンズ枠２を介して保持された被検レンズ１に向けて集光する単レンズまたはレンズ群である。
【００２４】
以上に説明した移動レンズ６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、ミラー８、ビームスプリッタ９Ｂ、９Ｃ、および固定レンズ７は、検査光束照射光学系を構成している。
また、本実施形態のミラー８、およびビームスプリッタ９Ｂ、９Ｃは、被検レンズ１の被検面１ａ、１ｂ、１ｃでのそれぞれの反射光束Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃが、固定レンズ７によって集光されると、それぞれの一部が、検査光束ＬＡ、ＬＢ、ＬＣの光路を逆方向に進んで、それぞれ移動レンズ６Ａ、６Ｂ、６Ｃに入射するため、複数の被検面での各反射光束の光路を複数の光路に分岐する反射光束分岐部を構成している。
【００２５】
変倍部１０Ａは、移動レンズ６Ａに入射して、ビームスプリッタ５Ａを透過した反射光束Ｌａによる被検面１ａの反射像を一定の像面に結像させるものである。本実施形態では、一例として、光学倍率の異なる結像レンズＡ１、Ａ２が、それぞれを光軸に直交する方向に移動可能に保持する切替手段１０ａに保持されてなる。
変倍部１０Ａの切替手段１０ａは、結像レンズＡ１、Ａ２のいずれかを、ビームスプリッタ５Ａを挟んで移動レンズ６Ａと対向する位置で、移動レンズ６Ａの光軸と同軸となる位置（以下、進出位置と称する）に選択的に切り替えて配置できるようになっている。
切替手段１０ａの具体的構成は、例えば、ターレット機構やスライド機構などの切替移動機構を採用することができる。
本実施形態の切替手段１０ａは、制御ユニット１４Ａと電気的に接続され、制御ユニット１４Ａからの制御信号に基づいて、切替手段１０ａに保持された結像レンズのいずれかを進出位置に移動させる切替動作を行うとともに、進出位置に移動されている結像レンズの光学倍率によって変更された反射像の倍率変更情報を制御ユニット１４Ａに送出できるようになっている。
【００２６】
また、変倍部１０Ｂ（１０Ｃ）は、移動レンズ６Ｂ（６Ｃ）に入射して、ビームスプリッタ５Ｂ（５Ｃ）を透過した反射光束Ｌｂ（Ｌｃ）による被検面１ｂ（１ｃ）の反射像を変倍部１０Ａと共通の像面に結像させるものである。
変倍部１０Ｂ（１０Ｃ）の構成は、それぞれ、互いに光学倍率が異なる結像レンズＢ１、Ｂ２（Ｃ１、Ｃ２）および切替手段１０ａからなる。
変倍部１０Ｂ（１０Ｃ）の配置位置は、結像レンズＢ１、Ｂ２（Ｃ１、Ｃ２）のいずれかを、ビームスプリッタ５Ｂ（５Ｃ）を挟んで移動レンズ６Ｂ（６Ｃ）と対向する位置で、移動レンズ６Ｂ（６Ｃ）の光軸と同軸となる進出位置に選択的に切り替えて配置できるようになっている。
【００２７】
なお、変倍部１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃが、それぞれ、２つの結像レンズを備えるとしたのは、一例であって、３つ以上の結像レンズを備えていてもよい。
【００２８】
チョッパー１５は、変倍部１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃを透過して、共通の像面に向けて集光される反射光束Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃのいずれか１つが共通の像面に導かれるように、互いに透過と遮光とのタイミングを切り替えるものである。例えば、反射光束Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃの透過および遮光を行う回転シャッターなどの機構を採用することができる。
チョッパー１５は、複数の透過開口を有する１つの機構で構成されていてもよいが、以下では、反射光束Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃの各光路上にそれぞれ独立に設けられ、制御ユニット１４Ａの制御信号によって透過および遮光のタイミングがずらされる場合の例で説明する。
【００２９】
ビームスプリッタ１２Ａは、変倍部１０Ａによって集光され、チョッパー１５を透過した反射光束Ｌａの光路上に配置され、反射光束Ｌａを反射して、反射光束Ｌａの一部を一定の像面に導くビームスプリッタ面１２ａを備えるものである。
ビームスプリッタ１２Ｂは、変倍部１０Ｂによって集光され、チョッパー１５を透過した反射光束Ｌｂの光路上に配置され、反射光束Ｌｂの一部をビームスプリッタ１２Ａを介して一定の像面に導くビームスプリッタ面１２ｂを備えるものである。
ミラー１１は、変倍部１０Ｃによって集光され、チョッパー１５を透過した反射光束Ｌｃの光路上に配置され、反射光束Ｌｃの一部をビームスプリッタ１２Ａ、１２Ｂを介して一定の像面に導くものである。
本実施形態のビームスプリッタ面１２ａ、１２ｂ、ミラー１１の位置関係は、それぞれ、変倍部１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃによって、移動レンズ６Ａ、６Ｂ、６Ｃの光軸上に配置された結像レンズの光軸が反射された後、同軸となるように配置されている。
【００３０】
このような構成により、変倍部１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、ビームスプリッタ１２Ａ、１２Ｂ、およびミラー１１は、反射光束分岐部によって光路分岐された複数の被検面ごとの反射光束による反射像を、共通の像面上にそれぞれ結像させる反射像取得光学系を構成している。
【００３１】
カメラ１３は、ビームスプリッタ面１２ａ、１２ｂ、ミラー１１でそれぞれ反射された反射光束Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃの共通の像面に配置された撮像面を有し、これらの反射光束による反射像を撮像するものである。
カメラ１３は、制御ユニット１４Ａに電気的に接続され、撮像した映像信号を制御ユニット１４Ａに送出できるようになっている。
【００３２】
制御ユニット１４Ａの機能ブロック構成は、図２に示すように、信号変換部３０、記憶部３１、測定制御部３３、演算処理部３２、および表示制御部３４からなる。
【００３３】
信号変換部３０は、カメラ１３から送出される映像信号を輝度データに変換し、適宜タイミングの画像フレームごとに２次元の画像データとして記憶部３１に記憶するとともに、表示制御部３４に送出するものである。
【００３４】
記憶部３１は、信号変換部３０から送出された２次元の画像データを記憶するとともに、操作部１４ｂ等によって入力された偏心測定に用いる情報を記憶するものである。
【００３５】
測定制御部３３は、操作部１４ｂ、スピンドル３、各チョッパー１５、および各切替手段１０ａに電気的に接続され、操作部１４ｂから入力された操作入力に基づいて偏心測定装置５０の偏心測定動作を制御するものである。
また、測定制御部３３は、操作部１４ｂから入力され、記憶部３１に記憶された被検レンズ１の光学データに基づいて、進出位置に移動する結像レンズを選択し、それらの結像レンズが進出位置に移動するように変倍部１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの各切替手段１０ａを駆動する。各切替手段１０ａからは、進出位置に移動された結像レンズの情報あるいは進出位置に移動された結像レンズの倍率の情報を、倍率変更情報として測定制御部３３に送出し、測定制御部３３は、これらの倍率変更情報を演算処理部３２に送出できるようになっている。以下では、倍率変更情報は進出位置に移動された結像レンズを特定する情報であるとして説明する。
【００３６】
演算処理部３２は、測定制御部３３から送出された変倍部１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃによる倍率変更情報を取得し、この倍率変更情報に基づいて、カメラ１３で取得された反射光束Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃによる各反射像の回転軌跡から被検面１ａ、１ｂ、１ｃの偏心量を算出するものである。
【００３７】
このような構成において、変倍部１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは、反射像取得光学系の光学倍率を反射光束の光路ごとに変更する変倍機構を構成している。
また、変倍部１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは、反射像取得光学系が倍率変更可能な結像光学系を備え、結像光学系の光学倍率を変更し、変更された光学倍率の情報を倍率変更情報として、演算処理部に送出する結像倍率変更機構からなる場合の例となっている。
【００３８】
表示制御部３４は、信号変換部３０から送出される画像データを、例えば、ＮＴＳＣ信号などに変換しモニタ１４ａに送出して、モニタ１４ａにカメラ１３が取得した反射像およびその回転軌跡を表示したり、演算処理部３２によって算出される各被検面の偏心量をモニタ１４ａに表示させたりするものである。
【００３９】
制御ユニット１４Ａの装置構成は、上記各機能を専用のハードウェアを用いて実現してもよいが、本実施形態では、ＣＰＵ、メモリ、入出力インターフェース、外部記憶装置などからなるコンピュータで構成され、このコンピュータにより適宜の制御プログラム、演算プログラムを実行することでこれらの機能を実現している。
【００４０】
次に、偏心測定装置５０の動作について説明する。
まず、偏心測定装置５０における光路について簡単に説明する。
光源４で発生された発散光束は、ビームスプリッタ５Ａ、５Ｂ、５Ｃを順次透過して進む。そして、ビームスプリッタ５Ａのビームスプリッタ面５ａで反射された光束が検査光束ＬＡとして移動レンズ６Ａに入射し、ビームスプリッタ５Ａを透過してビームスプリッタ５Ｂのビームスプリッタ面５ｂで反射された光束が検査光束ＬＢとして移動レンズ６Ｂに入射し、ビームスプリッタ５Ａ、５Ｂを透過してビームスプリッタ５Ｃのビームスプリッタ面５ｃで反射された光束が検査光束ＬＣとして移動レンズ６Ｃに入射する。
移動レンズ６Ａ、６Ｂ、６Ｃの位置は、固定レンズ７を介した検査光束ＬＡ、ＬＢ、ＬＣの集光位置が、光軸に沿う方向においてそれぞれ被検面１ａ、１ｂ、１ｃの光学的な球心位置となる位置に設定される。
【００４１】
ここで、「光学的な球心位置」とは、被検面１ａのように検査光束の入射側の最外面にある被検面はその球心位置を表し、被検面１ｂ、１ｃのように検査光束の入射側に空気以外の光学媒質および屈折面がある場合には、これらを介して入射方向から見た見かけ上の球心位置を表すものとする。
このような移動レンズ６Ａ、６Ｂ、６Ｃの配置位置は、ミラー８、ビームスプリッタ９Ｂ、９Ｃ、固定レンズ７、被検レンズ１の各光学面の曲率半径、屈折率、面間距離などの光学データに基づいて予め算出しておく。
【００４２】
移動レンズ６Ａ、６Ｂ、６Ｃを透過した検査光束ＬＡ、ＬＢ、ＬＣは、ミラー８、およびビームスプリッタ９Ｂ、９Ｃで構成される検査光束合成部によって、スピンドル３の回転軸線Ｏ上に合成されて、固定レンズ７を軸上光束として透過し、固定レンズ７によってそれぞれ被検面１ａ、１ｂ、１ｃの光学的な各球心位置に向かって集光される。
このため、検査光束ＬＡ、ＬＢ、ＬＣの各光線は、被検面１ａ、１ｂ、１ｃに偏心がなければ、それぞれ被検面１ａ、１ｂ、１ｃに垂直入射する光線（入射角が０°）となるため、それぞれの反射光束Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃは光路を逆進する。被検面に偏心がある場合には、偏心量に応じて入射方向とわずかに異なる方向に反射されて、固定レンズ７で集光され、検査光束合成部を入射方向と逆方向に進んでいく。
【００４３】
反射光束Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃは、その一部が、それぞれミラー８、ビームスプリッタ面９ｂ、９ｃで反射され、移動レンズ６Ａ、６Ｂ、６Ｃに入射して集光され、さらに、それらの一部がそれぞれビームスプリッタ５Ａ、５Ｂ、５Ｃを透過して、被検面１ａ、１ｂ、１ｃの光学的な各球心位置と共役な像面に実像が形成される。すなわち、それぞれスポット状の反射像ＦＡ、ＦＢ、ＦＣが形成される。
この状態で、操作部１４ｂから操作入力を行って、測定制御部３３を介してスピンドル３を回転させると、被検面１ａ、１ｂ、１ｃの偏心量に応じて、これら反射像ＦＡ、ＦＢ、ＦＣが、回転軸線Ｏと同軸に設けられた固定レンズ７および移動レンズ６Ａ、６Ｂ、６Ｃの光軸に対して回転することになる。
【００４４】
像形成後の反射光束Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃは、それぞれ切替手段１０ａによって光軸上にそれぞれ配置された結像レンズ、図１の例では結像レンズＡ１、Ｂ１、Ｃ１を透過し、ビームスプリッタ１２Ａ、１２Ｂ、ミラー１１によって、それぞれの一部が反射されて、カメラ１３の撮像面上に像を結ぶ。
その際、チョッパー１５は、測定制御部３３によってタイミング制御され、カメラ１３の撮像面には、反射光束Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃのうちのいずれかの像が交替で到達し、それぞれスポット像Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃを形成する。
【００４５】
次に、偏心測定装置５０における偏心測定について説明する。
制御ユニット１４Ａは、スピンドル３を回転させつつ、カメラ１３による撮像を行う。これにより、検査光束照射光学系によって被検レンズ１に照射された光束による反射像ＦＡ、ＦＢ、ＦＣが、反射像取得光学系によって形成され、スピンドル３の回転中、被検面１ａ、１ｂ、１ｃの偏心量の大きさに応じて、例えば、光軸回りに回転半径ｒＡ、ｒＢ、ｒＣの円軌跡を描いて回転する。
変倍部１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの光学倍率をそれぞれＭＡ、ＭＢ、ＭＣとすると、結像レンズＡ１、Ｂ１、Ｃ１が進出位置にある場合、ＭＡ＝ＭＡ１、ＭＢ＝ＭＢ１、ＭＣ＝ＭＣ１である。これにより、反射像ＦＡ、ＦＢ、ＦＣの回転半径ｒＡ、ｒＢ、ｒＣは、それぞれＭＡ、ＭＢ、ＭＣ倍の回転半径に変換される。このため、カメラ１３の撮像面上には、円を描いて回転するスポット像Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃが形成される。
【００４６】
これらのスポット像Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃは、チョッパー１５によって、一定のタイミングで順次交替に撮像されるので、カメラ１３から信号変換部３０によって取得された画像データを、適宜並べ替えることで、スポット像Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃごとの、回転軌跡を容易に取得することができる。このため、スポット像Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃの回転軌跡に重なりが生じても、複雑な画像処理などを行うことなく、容易に軌跡が分離されるので、それぞれの回転半径が容易かつ正確に算出される。
スポット像Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃは、制御ユニット１４Ａの信号変換部３０、表示制御部３４を通して、モニタ１４ａ上に表示される（図１参照）。
【００４７】
演算処理部３２は、スポット像Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃの回転軌跡を画像処理によって取得し、例えば円フィッティング等の演算処理を行って、スポット像Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃの回転半径ＲＡ、ＲＢ、ＲＣを算出する。なお、図１に示す例では、スポット像Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃの回転軌跡の中心Ｏａ、Ｏｂ、Ｏｃは近接しているため、互いに重なるように描かれているが、演算処理で算出される各中心位置が一致することを意味するわけではない。
そして、演算処理部３２は、次式（１）〜（３）によって、反射像ＦＡ、ＦＢ、ＦＣの回転半径ｒＡ、ｒＢ、ｒＣを算出する。
【００４８】
ｒＡ＝ＲＡ／ＭＡ                                                ・・・（１）
ｒＢ＝ＲＢ／ＭＢ                                                ・・・（２）
ｒＣ＝ＲＣ／ＭＣ                                                ・・・（３）
【００４９】
ここで、演算処理部３２は、変倍部１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃからの倍率変更情報によって進出位置にそれぞれ結像レンズＡ１、Ｂ１、Ｃ１が配置されていることを特定し、記憶部３１に記憶された結像レンズＡ１、Ｂ１、Ｃ１の光学倍率の情報から、上記式（１）〜（３）において、ＭＡ＝ＭＡ１、ＭＢ＝ＭＢ１、ＭＣ＝ＭＣ１を代入した計算を行う。
【００５０】
次に、演算処理部３２は、上記式（１）から算出された回転半径ｒＡを、反射光束Ｌａが透過した固定レンズ７および移動レンズ６Ａを含む光学系の光路長、および光学倍率から被検面１ａの偏心量εＡを算出する。
また、演算処理部３２は、上記式（２）から算出された回転半径ｒＢを、反射光束Ｌｂが透過した固定レンズ７および移動レンズ６Ｂを含む光学系の光路長、および光学倍率から被検面１ｂの見かけ上の偏心量εＢ’を算出する。そして、見かけ上の偏心量εＢ’、偏心量εＡ、および被検レンズ１の光学データから、被検面１ｂの偏心量εＢを算出する。
また、演算処理部３２は、上記式（３）から算出された回転半径ｒＣを、反射光束Ｌｃが透過した固定レンズ７および移動レンズ６Ｃを含む光学系の光路長、および光学倍率から被検面１ｃの見かけ上の偏心量εＣ’を算出する。そして、見かけ上の偏心量εＣ’、偏心量εＡ、εＢ、および被検レンズ１の光学データから、被検面１ｃの偏心量εｃを算出する。
演算処理部３２は、このようにして算出された偏心量εＡ、εＢ、εｃの数値データを表示制御部３４に送出し、表示制御部３４を介して、モニタ１４ａに表示させる。
これにより、被検面１ａ、１ｂ、１ｃに関する偏心量の測定が終了する。
このようにして、偏心測定装置５０によれば、隣接する３面の被検面を有する被検レンズ１の被検面ごとの偏心量を同時並行的に測定することができる。
【００５１】
本実施形態では、変倍部１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの光学倍率ＭＡ、ＭＢ、ＭＣは、被検面１ａ、１ｂ、１ｃがある一定の偏心量εを有すると仮定した場合に、それぞれの回転半径ＭＡ・ｒＡ、ＭＢ・ｒＢ、ＭＣ・ｒＣの差が最小となり、かつ、最大の回転半径が、カメラ１３の撮像面の範囲にちょうど収まるように設定する。
この設定は、操作部１４ｂから入力された被検レンズ１の情報や、上記偏心量εの設定条件に基づいて、演算処理部３２によって演算され、この演算結果に基づいて、測定制御部３３が自動的に設定することが好ましい。この場合、演算処理部３２および測定制御部３３を含む制御ユニット１４Ａは、被検レンズの光学データから、検査光束を複数の被検面の光学的な各球心位置に向けて集光した場合の各反射像の回転軌跡の回転半径を算出し、これらの回転半径を予め決められた一定範囲内の大きさに変更する、反射像取得光学系の光学倍率をそれぞれ算出し、光学倍率に応じて、変倍機構の変倍動作を制御する変倍機構制御部を構成している。
【００５２】
このように設定することで、変倍部１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの光学倍率の切替範囲において、偏心量εに対する検出感度を最大化するとともに、各被検面の間での見かけ上の偏心量の検出感度の差を最小化することができる。
このため、変倍部１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃに種々の光学倍率の結像レンズを備え、光学倍率ＭＡ、ＭＢ、ＭＣの切替範囲を十分広くとることで、被検レンズ１のレンズ構成により、見かけ上の偏心量のバラツキが大きくなる場合であっても、各被検面の偏心量の検出感度のバラツキが少ない状態で、同時並行的に偏心量測定を行うことができる。
【００５３】
なお、実際の測定に当たっては、被検面の最大の偏心量が、上記の偏心量εを上回る場合や下回る場合がある。このような場合、測定者は、モニタ１４ａに表示された回転軌跡の大きさを見ながら、必要に応じて、操作部１４ｂから各変倍部の光学倍率を切り替える操作入力を行い、偏心量の検出感度を調整することもできる。
【００５４】
以上に説明したように、偏心測定装置５０によれば、変倍機構によって被検面での各反射像の回転軌跡の回転半径をそれぞれ変倍することができるので、複数の被検面を同時並行的に測定する場合に、偏心量の検出感度を各被検面ごとに個別に変えることができる。
【００５５】
次に、本実施形態の変形例について説明する。
図３は、本発明の第１の実施形態の変形例に係る偏心測定装置の模式的な概略構成図である。
【００５６】
本変形例の偏心測定装置５１は、図３に示すように、上記第１の実施形態の偏心測定装置５０からチョッパー１５を削除し、制御ユニット１４Ａに代えて制御ユニット１４Ｂを備えるとともに、カメラ１３に対する反射光束Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃの入射位置を変更したものである。以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００５７】
制御ユニット１４Ｂは、チョッパー１５を削除したことにより、上記第１の実施形態の制御ユニット１４Ａにおいてチョッパー１５の制御機能を削除したものであり、その他は、制御ユニット１４Ａと同様の機能構成および装置構成を有する。
カメラ１３に対する反射光束Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃの入射位置は、撮像面を、互いに重ならない矩形領域ＧＡ、ＧＢ、ＧＣに分割し、これら各矩形領域ＧＡ、ＧＢ、ＧＣの中心に、それぞれ反射像取得光学系の光軸が入射するように設定している。
例えば、変倍部１０Ａによる光路と変倍部１０Ｂによる光路とが、図３の紙面内で並列され、変倍部１０Ｂによる光路と変倍部１０Ｃによる光路とが、図３の紙面奥行き方向に重なる位置に並列され、これにより、モニタ１４ａの画面を４分割する矩形領域の３つに撮像面の矩形領域ＧＡ、ＧＢ、ＧＣの画像が表示されるようにした配置を挙げることができる。
【００５８】
本変形例によれば、スポット像Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃの回転軌跡を、互いに位置が異なる中心Ｏａ、Ｏｂ、Ｏｃを中心とした矩形領域ＧＡ、ＧＢ、ＧＣ内の回転軌跡として取得することができる。このため、信号変換部３０によって取得され記憶部３１に記憶された画像を、演算処理部３２によって矩形領域ＧＡ、ＧＢ、ＧＣごとにマスクして画像処理することで、各スポット像Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃの回転軌跡を取得し、それぞれの回転半径を算出することができる。
したがって、チョッパー１５を用いることなく上記第１の実施形態と同様な偏心量測定を行うことができる。
本変形例によれば、チョッパー１５を用いないため、偏心測定装置５１の装置構成や制御ユニット１４Ｂの制御機能を簡素化することができる。
【００５９】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る偏心測定装置５２について説明する。
図４は、本発明の第２の実施形態に係る偏心測定装置の模式的な概略構成図である。図５は、本発明の第２の実施形態に係る偏心測定装置の制御ユニットの機能ブロック図である。図６は、本発明の第２の実施形態に係る偏心測定装置の動作の模式的な原理説明図である。
【００６０】
上記第１の実施形態の偏心測定装置５０は、変倍機構が反射像取得光学系の結像光学系の光学倍率を変更するものであるのに対して、図４、５に示す本実施形態の偏心測定装置５２は、変倍機構が検査光束照射光学系の光学倍率を変更するものである。このように検査光束照射光学系の倍率を変えることで、検査光束の集光位置を変え、反射像の回転軌跡の回転半径を変倍するものである。
偏心測定装置５２は、上記第１の実施形態と同様に、被検レンズ１の３面の被検面を同時並行的に偏心測定する構成とすることもできるが、図示を簡略化するために、以下では、被検レンズとして、被検レンズ１からレンズ１Ｂを削除し、２面の被検面１ａ、１ｂを有するレンズ１Ａの偏心量測定を行う場合の例で説明する。
【００６１】
偏心測定装置５２の概略構成は、スピンドル３（回転保持部）、光源４、光路分岐部１６（検査光束分岐部）、移動レンズ６Ａ、６Ｂ、集光位置調整機構１７Ａ、１７Ｂ、ビームスプリッタ２２Ａ、９Ｂ、固定レンズ７、ビームスプリッタ２０、ミラー８、フォーカスレンズ１９Ａ、集光レンズ１８Ａ、ビームスプリッタ２１、チョッパー１５、カメラ１３（撮像部）、フォーカスレンズ１９Ｂ、集光レンズ１８Ｂ、ミラー２４、および制御ユニット１４Ｃを備える。
制御ユニット１４Ｃには、上記第１の実施形態の制御ユニット１４Ａと同様の操作部１４ｂと、モニタ１４ａとが電気的に接続されている。
以下、上記第１の実施形態の偏心測定装置５０と異なる点を中心に説明する。
【００６２】
光路分岐部１６は、光源４からの検査光束の光路を複数の光路に分岐するもので、本実施形態では、光源４の光軸上に配置されたビームスプリッタ１６Ａと、ビームスプリッタ１６Ａの側方に配置されたミラー１６Ｂとからなる。
ビームスプリッタ１６Ａは、光源４からの検査光束のうちの一部を検査光束ＬＡとして透過させ、検査光束のうちの他を側方（図４の下側）に反射させるビームスプリッタ面１６ａを備えている。
ミラー１６Ｂは、ビームスプリッタ１６Ａのビームスプリッタ面１６ａによって反射された検査光束を検査光束ＬＢとして、検査光束ＬＡと略同方向に反射させるものである。
【００６３】
移動レンズ６Ａは、集光位置調整機構１７Ａによって、検査光束ＬＡの光路上で検査光束ＬＡが進む光軸に沿って移動可能に保持され、これにより、検査光束ＬＡの光軸に沿う方向の集光位置を変化させることができるようになっている。
同様に、移動レンズ６Ｂは、集光位置調整機構１７Ｂによって、検査光束ＬＢの光路上で検査光束ＬＢが進む光軸に沿う方向に移動可能に保持され、これにより、検査光束ＬＢの光軸に沿う方向の集光位置を変化させることができるようになっている。
したがって、検査光束ＬＡ、ＬＢの集光位置は、移動レンズ６Ａ、６Ｂを個別に移動させることで、個別に変化させることができる。
【００６４】
集光位置調整機構１７Ａ（１７Ｂ）は、検査光束ＬＡ（ＬＢ）の集光位置を変化させるため、例えば適宜のエンコーダを有するステッピングモータなどを駆動源として、移動レンズ６Ａ（６Ｂ）のうち少なくとも１つのレンズを光軸に沿って移動させるレンズ移動機構である。
また、集光位置調整機構１７Ａ（１７Ｂ）は、図５に示すように、制御ユニット１４Ｃに電気的に接続され、制御ユニット１４Ｃからの制御信号によって、移動動作が制御されるとともに、集光位置調整機構１７Ａ（１７Ｂ）のエンコーダ等の位置検出手段によって、移動レンズ６Ａ（６Ｂ）の位置情報を制御ユニット１４Ｃに送出するものである。
【００６５】
ビームスプリッタ２２Ａは、移動レンズ６Ａによって集光された検査光束ＬＡの光路上に配置され、検査光束ＬＡの光軸を反射するとともに、反射された光軸がスピンドル３の回転軸線Ｏと同軸となるようにするビームスプリッタ面２２ａを備えるものである。
ビームスプリッタ９Ｂは、上記第１の実施形態と同様のものが、ビームスプリッタ２２Ａと固定レンズ７との間に配置されている。
【００６６】
このように、ビームスプリッタ２２Ａ、９Ｂは、複数の移動レンズ６Ａ、６Ｂをそれぞれ透過した検査光束ＬＡ、ＬＢの光路を、同一の光軸上を進むように合成する検査光束合成部を構成している。
【００６７】
固定レンズ７は、上記第１の実施形態と同様の構成を有し、そのレンズ光軸がビームスプリッタ２２Ａ、９Ｂによって合成された検査光束ＬＡ、ＬＢの光軸と同軸に合わせて配置され、検査光束ＬＡ、ＬＢを、スピンドル３にレンズ枠２を介して保持されたレンズ１Ａに向けて集光できるようになっている。
【００６８】
以上に説明した移動レンズ６Ａ、６Ｂ、ビームスプリッタ２２Ａ、９Ｂ、および固定レンズ７は、検査光束照射光学系を構成している。
また、本実施形態のビームスプリッタ２２Ａ、９Ｂは、レンズ１Ａの被検面１ａ、１ｂでのそれぞれの反射光束Ｌａ、Ｌｂが固定レンズ７によって集光されると、それぞれの一部が検査光束ＬＡ、ＬＢの光路を逆方向に進んで透過するようになっている。
【００６９】
ビームスプリッタ２０は、固定レンズ７によって集光され、ビームスプリッタ９Ｂ、２２Ａを透過した反射光束Ｌｂの光路上に配置され、反射光束Ｌｂの一部を側方（図４の右側）に反射するビームスプリッタ面２０ａを備えるものである。
ミラー８は、固定レンズ７によって集光され、ビームスプリッタ９Ｂ、２２Ａを透過した反射光束Ｌａの光路上に配置され、反射光束Ｌａの一部をビームスプリッタ２０で反射された反射光束Ｌｂと略同方向に反射するものである。
【００７０】
ミラー８で反射された反射光束Ｌａの光路上には、ミラー８で反射された光軸と同軸に配置され、この光軸に沿う方向に移動可能に設けられたフォーカスレンズ１９Ａと、フォーカスレンズ１９Ａによって集光された反射光束Ｌａをカメラ１３の撮像面が配置された一定の像面上に集光させる集光レンズ１８Ａと、チョッパー１５と、このチョッパー１５を透過した反射光束Ｌａを透過させるとともに後述のミラー２４で反射された反射光束Ｌｂを同軸上に合成するビームスプリッタ面２１ａを有するビームスプリッタ２１と、カメラ１３とが、この順に配置されている。
【００７１】
また、ビームスプリッタ２０のビームスプリッタ面２０ａで反射された反射光束Ｌｂの光路上には、ビームスプリッタ面２０ａで反射された光軸と同軸に配置され、この光軸に沿う方向に移動可能に設けられたフォーカスレンズ１９Ｂと、フォーカスレンズ１９Ｂによって集光された反射光束Ｌｂを反射光束Ｌａと共通の像面上に集光させる集光レンズ１８Ｂと、チョッパー１５と、このチョッパー１５を透過した反射光束Ｌｂをビームスプリッタ２１のビームスプリッタ面２１ａに向けて反射するミラー２４とが、この順に配置されている。
【００７２】
本実施形態のチョッパー１５は、集光レンズ１８Ａ、１８Ｂを透過して、共通の像面に向けて集光される反射光束Ｌａ、Ｌｂのいずれか１つが共通の像面に導かれるように、互いの間に透過と遮光とのタイミングを切り替えるものであり、上記第１の実施形態と同様の構成を備え、制御ユニット１４Ｃの制御信号によって透過および遮光のタイミングがずらされるものである。
【００７３】
このような構成により、フォーカスレンズ１９Ａ、１９Ｂ、集光レンズ１８Ａ、１８Ｂ、ビームスプリッタ２１、およびミラー２４は、反射光束分岐部によって光路分岐された複数の被検面ごとの反射光束による反射像を、共通の像面上にそれぞれ結像させる反射像取得光学系を構成している。
【００７４】
本実施形態のカメラ１３は、上記第１の実施形態と同様の構成からなり、制御ユニット１４Ｃに電気的に接続され、撮像した映像信号を制御ユニット１４Ｃに送出できるようになっている。また、撮像面は、ビームスプリッタ面２１ａ、ミラー２４でそれぞれ反射された反射光束Ｌａ、Ｌｂの共通の像面に配置されている。
【００７５】
制御ユニット１４Ｃの機能ブロック構成は、図５に示すように、上記第１の実施形態の制御ユニット１４Ａの測定制御部３３を、測定制御部３３Ｃに代えたものである。また、制御ユニット１４Ｃの装置構成は、制御ユニット１４Ａと同様の構成からなる。
【００７６】
測定制御部３３Ｃは、上記第１の実施形態の各切替手段１０ａに代えて、集光位置調整機構１７Ａ、１７Ｂが電気的に接続され、各切替手段１０ａに代えて集光位置調整機構１７Ａ、１７Ｂの動作を制御するようになっている点のみが測定制御部３３と異なる。
すなわち、測定制御部３３Ｃは、操作部１４ｂから入力され、記憶部３１に記憶されたレンズ１Ａの光学データに基づいて、集光位置調整機構１７Ａ、１７Ｂによって移動レンズ６Ａ、６Ｂの位置を移動し、固定レンズ７を透過した検査光束ＬＡ、ＬＢの集光位置を、それぞれ被検面１ａ、１ｂの光学的な各球心位置から光軸に沿う方向にずらすことができるようになっている。
また、集光位置調整機構１７Ａ、１７Ｂは、移動レンズ６Ａ、６Ｂの移動位置の情報を、倍率変更情報として測定制御部３３Ｃに送出し、測定制御部３３Ｃは、これらの倍率変更情報を演算処理部３２に送出できるようになっている。
【００７７】
このような構成において、集光位置調整機構１７Ａ、１７Ｂは、検査光束照射光学系の光学倍率を検査光束の光路ごとに変更する変倍機構を構成している。
【００７８】
次に、偏心測定装置５２の動作について上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
図６は、本発明の第２の実施形態に係る偏心測定装置の動作の模式的な原理説明図である。
【００７９】
まず、偏心測定装置５２における光路について簡単に説明する。
光源４で発生された発散光束は、光路分岐部１６によって、ビームスプリッタ１６Ａを透過し、移動レンズ６Ａに入射する検査光束ＬＡと、ビームスプリッタ１６Ａのビームスプリッタ面１６ａ、ミラー１６Ｂで反射され移動レンズ６Ｂに入射する検査光束ＬＢとに分岐される。
移動レンズ６Ａ、６Ｂの位置は、固定レンズ７を介した検査光束ＬＡ、ＬＢの集光位置が、光軸に沿う方向においてそれぞれ被検面１ａ、１ｂの光学的な球心位置を中心として適宜のずらし量（ずらし量＝０も含む）だけずらされる位置に移動される。
これは、移動レンズ６Ａ、６Ｂを移動することによって、移動レンズ６Ａおよび固定レンズ７、また移動レンズ６Ｂおよび固定レンズ７からなる各検査光束照射光学系の各光学倍率を検査光束の光路ごとに変更したことに相当する。
【００８０】
移動レンズ６Ａ、６Ｂを透過した検査光束ＬＡ、ＬＢは、ビームスプリッタ２２Ａ、９Ｂで構成される検査光束合成部によってスピンドル３の回転軸線Ｏ上に合成され、固定レンズ７を軸上光束として透過し、それぞれ被検面１ａ、１ｂに照射される。
このとき、検査光束ＬＡ、ＬＢの各光線は、集光位置が光学的な球心位置であり、かつ被検面１ａ、１ｂに偏心がなければ、それぞれ被検面１ａ、１ｂに垂直入射する光線（入射角が０°）となるため、それぞれの反射光束Ｌａ、Ｌｂは光路を逆進する。このような反射光束は被検面の光学的な球心位置から発する光束と同等である。
【００８１】
一方、集光位置が光学的な球心位置からずらされていて、かつ被検面１ａ、１ｂに偏心がない場合、検査光束ＬＡ、ＬＢの各光線は、ずらし量に応じてそれぞれ被検面１ａ、１ｂに斜め入射する光線となる。この場合、例えば、図６に破線で示すように、反射光束Ｌａ、Ｌｂは、固定レンズ７とレンズ１Ａとの間の光路上で、それぞれ実像である反射像ＦＡ、ＦＢを形成した後に発散して固定レンズ７側に向かう光束となる。
【００８２】
固定レンズ７に入射した反射光束Ｌａ、Ｌｂは、固定レンズ７によって集光され、ビームスプリッタ９Ｂ、２２Ａを透過して、ビームスプリッタ２０、ミラー８に到達する。
ビームスプリッタ２０では、反射光束Ｌｂの一部がビームスプリッタ面２０ａで反射され、フォーカスレンズ１９Ｂ、集光レンズ１８Ｂ、チョッパー１５を順次透過して集光され、ミラー２４によって反射された後、ビームスプリッタ面２１ａで、カメラ１３側に反射される。
測定者は、フォーカスレンズ１９Ｂを光軸に沿って移動させて、固定レンズ７、フォーカスレンズ１９Ｂ、および集光レンズ１８Ｂを含む光学系の焦点位置を、反射像ＦＢ（図６参照）にフォーカスするように合わせることによって、被検面１ｂの反射像ＦＢを、集光レンズ１８Ｂを介してカメラ１３の撮像面上にスポット像Ｓｂとして結像させることができる。
【００８３】
また、ミラー８では、ビームスプリッタ２０を透過した反射光束Ｌａが反射され、フォーカスレンズ１９Ａ、集光レンズ１８Ａ、チョッパー１５、ビームスプリッタ２１を順次透過してカメラ１３側に集光される。
測定者は、フォーカスレンズ１９Ａを光軸に沿って移動させて、固定レンズ７、フォーカスレンズ１９Ａ、および集光レンズ１８Ａを含む光学系の焦点位置を、反射像ＦＡ（図６参照）にフォーカスするように合わせることによって、被検面１ａの反射像ＦＡを、集光レンズ１８Ａを介してカメラ１３の撮像面上にスポット像Ｓａとして結像させることができる。
【００８４】
被検面１ａ、１ｂに偏心がある場合は、偏心量に応じて、反射像ＦＡ、ＦＢが光軸に直交する面上で回転軸線Ｏから離間した位置に形成され、スピンドル３の回転とともに円状の回転軌跡を描く。
これらの回転軌跡の回転半径は、検査光束ＬＡ、ＬＢを被検面１ａ、１ｂの光学的な球心位置に向けて集光した場合に比べて、検査光束照射光学系の光学倍率が変化しているため、回転半径の大きさが変化する。反射像ＦＡ、ＦＢが光学的な球心位置よりも像側に形成される場合、回転半径は拡大されることになる。したがって、図６に示すように、レンズ１Ａと固定レンズ７との間の光路上に形成された反射像ＦＡ、ＦＢの回転半径は、上記第１の実施形態と同様の偏心量εＡ、εＢを有する場合でも、回転半径ｒＡ、ｒＢに比べて増大されている。
このような移動レンズ６Ａ、６Ｂの集光位置のずらし量に応じた回転半径の変倍率は、移動レンズ６Ａ、６Ｂ、ビームスプリッタ２２Ａ、９Ｂ、固定レンズ７、およびレンズ１Ａの曲率半径、屈折率、面間距離などの光学データに基づいて演算処理部３２によって算出することができる。
反射像ＦＡ、ＦＢの回転軌跡は、カメラ１３の撮像面上では、スポット像Ｓａ、Ｓｂの回転軌跡となり、第１の実施形態と同様にして、モニタ１４ａに表示される。
【００８５】
次に、偏心測定装置５２における偏心測定について説明する。
制御ユニット１４Ｃは、上記第１の実施形態の制御ユニット１４Ａと同様にして、カメラ１３によりスポット像Ｓａ、Ｓｂを撮像し、演算処理部３２によって、スポット像Ｓａ、Ｓｂの回転軌跡の回転半径ＲＡ’、ＲＢ’を算出する。
次に、演算処理部３２は、予め算出され記憶部３１に記憶されている反射像ＦＡとスポット像Ｓａとの間の光学系の倍率ｍＡ、および反射像ＦＢとスポット像Ｓｂとの間の光学系の倍率ｍＢに基づいて、反射像ＦＡ、ＦＢの回転半径ｒＡ’、ｒＢ’を算出する。
次に、演算処理部３２は、記憶部３１に記憶された、被検面１ａ、１ｂ、固定レンズ７、移動レンズ６Ａ、６Ｂ等の光学データ、および集光位置調整機構１７Ａ、１７Ｂから倍率変更情報として取得された移動レンズ６Ａ、６Ｂの位置の情報に基づいて、回転半径ｒＡ’から被検面１ａの偏心量εＡを算出する。
次に、演算処理部３２は同様の情報に加えて、このように計算された偏心量εＡの値に基づいて、回転半径ｒＢ’から被検面１ｂの偏心量εＢを算出する。
次に、演算処理部３２は、このようにして算出された偏心量εＡ、εＢの数値データを表示制御部３４に送出し、表示制御部３４を介して、モニタ１４ａに表示させる。
これにより、被検面１ａ、１ｂに関する偏心量の測定が終了する。
このようにして、偏心測定装置５２によれば、隣接する２面の被検面を有するレンズ１Ａの被検面ごとの偏心量を同時並行的に測定することができる。
【００８６】
本実施形態では、検査光束ＬＡ、ＬＢの集光位置は、被検面１ａ、１ｂがある一定の偏心量εを有すると仮定した場合に、それぞれのスポット像Ｓａ、Ｓｂの回転半径ＲＡ’、ＲＢ’が、一定の大きさ、好ましくは等しい大きさになるようにし、かつ大きい方の回転半径がカメラ１３の撮像面の範囲にちょうど収まるように設定する。
この設定は、操作部１４ｂから入力されたレンズ１Ａの情報や、上記偏心量εの設定条件に基づいて、演算処理部３２によって演算され、この演算結果に基づいて、測定制御部３３Ｃが自動的に設定することが好ましい。この場合、演算処理部３２および測定制御部３３Ｃを含む制御ユニット１４Ｃは、被検レンズの光学データから、検査光束を複数の被検面の光学的な各球心位置に向けて集光した場合の各反射像の回転軌跡の回転半径を算出し、これらの回転半径を予め決められた一定範囲内の大きさに変更する、検査光束照射光学系の光学倍率をそれぞれ算出し、光学倍率に応じて、変倍機構の変倍動作を制御する変倍機構制御部を構成している。
【００８７】
このように設定することで、偏心量εに対する検出感度を最大化するとともに、各被検面の間での見かけ上の偏心量の検出感度の差を一定範囲以下に低減することができる。
このため、レンズ１Ａのレンズ構成により、見かけ上の偏心量のバラツキが大きくなる場合であっても、各被検面の偏心量の検出感度のバラツキが少ない状態で、同時並行的に偏心量測定を行うことができる。
【００８８】
なお、実際の測定に当たっては、被検面の最大の偏心量が、上記の偏心量εを上回る場合や下回る場合がある。このような場合、測定者は、モニタ１４ａに表示された回転軌跡の大きさを見ながら、必要に応じて、操作部１４ｂから集光位置調整機構１７Ａ、１７Ｂによって、移動レンズ６Ａ、６Ｂの位置を変更する操作入力を行い、偏心量の検出感度を調整することもできる。
また、本実施形態における偏心量の検出感度は、移動レンズ６Ａ、６Ｂの移動量に応じて連続的かつ無段階的に変化させることができる。
【００８９】
以上に説明したように、偏心測定装置５２によれば、変倍機構によって被検面での各反射像の回転軌跡の回転半径をそれぞれ変倍することができるので、複数の被検面を同時並行的に測定する場合に、偏心量の検出感度を各被検面ごとに個別に変えることができる。
【００９０】
なお、上記の説明では、一例として、３つの被検面を有する被検レンズ１に対応して検査光束照射光学系および反射光束取得光学系が３系統設けられた場合、また、２つの被検面を有するレンズ１Ａに対応して検査光束照射光学系および反射光束取得光学系が２系統設けられた場合の例で説明したが、被検面の数がさらに多い場合でもすべての被測定面を同時並行的に測定できるように、検査光束照射光学系、および反射光束取得光学系の系統を４系統以上に増やしてもよい。
ただし、被検面の面数と、検査光束照射光学系および反射光束取得光学系の系統数は、必ずしも合致させる必要はない。例えば、被検面が３面以上ある場合に偏心測定装置５０の構成を採用しても、上記に測定を隣接する３面の被検面ごとに行うことによって、１面ごとに被検面の偏心測定を行う場合に比べて、迅速な偏心量測定を行うことができる。
【００９１】
また、上記第１の実施形態の説明では、変倍部１０Ａ等では、それぞれ光学倍率の異なるそれぞれ２つの結像レンズＡ１、Ａ２等を備える場合の例で説明したが、これは一例であって、各変倍部の備える結像レンズの数は必要に応じて設定すればよく２つには限定されない。
【００９２】
また、上記第１の実施形態の説明では、結像倍率変更機構が、光学倍率の異なる結像レンズを切り替えて段階的に光学倍率を切り替える場合の例で説明したが、連続的に倍率と切り替える機構を採用してもよい。
【００９３】
また、上記の各実施形態に説明したすべての構成要素は、本発明の技術的思想の範囲で適宜組み合わせて実施することができる。
例えば、偏心測定装置５２の反射像取得光学系に、その光学倍率を変更する結像倍率変更機構を追加してもよい。
【符号の説明】
【００９４】
１  被検レンズ
１Ａ  レンズ（被検レンズ）
１ａ、１ｂ、１ｃ  被検面
３  スピンドル（回転保持部）
４  光源
５  光路分岐部（検査光束分岐部）
６Ａ、６Ｂ、６Ｃ  移動レンズ
７  固定レンズ
８、１１、２４  ミラー
９Ｂ、９Ｃ、１２Ａ、１２Ｂ、２０、２１  ビームスプリッタ
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ  変倍部
１０ａ  切替手段
１３  カメラ（撮像部）
１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ  制御ユニット
１４ａ  モニタ
１４ｂ  操作部
１５  チョッパー
１６  光路分岐部
１７Ａ、１７Ｂ  集光位置調整機構
１８Ａ、１８Ｂ  集光レンズ
１９Ａ、１９Ｂ  フォーカスレンズ
３１  記憶部
３２  演算処理部
３３、３３Ｃ  測定制御部
５０、５１、５２  偏心測定装置
Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｃ１、Ｃ２  結像レンズ
ＦＡ、ＦＢ、ＦＣ  反射像
ＬＡ、ＬＢ、ＬＣ  検査光束
Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ  反射光束
ＭＡ、ＭＢ、ＭＣ  光学倍率
ＲＡ、ＲＢ、ＲＣ、ＲＡ’、ＲＢ’  回転半径
ｒＡ、ｒＢ、ｒＣ、ｒＡ’、ｒＢ’  回転半径（反射像の回転半径）
Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ  スポット像
Ｏ  回転軸線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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