(57)【要約】【課題】反射防止コートを施した反射率の低いレンズ面の測定であっても、測定光束反射像を比較的容易に探し出すことができ、画像視野の中に測定光束を入れるレンズ位置の調整及びオートコリメーション状態にするピント調整を迅速に行う。【解決手段】レンズ偏芯測定装置において、（Ａ）上記イメージセンサから反射測定像の画像データを取得するステップ、（Ｂ）上記画像データを二値化処理により、複数段の輝度帯のいずれに属するかを判定し、輝度帯別画素データ群に分けるステップ、（Ｃ）上記各輝度帯別画素データ群に基づいて閉曲線からなる境界線画像を取得するステップ、及び、（Ｄ）上記（Ｃ）のステップで得た上記境界線画像と、上記（Ａ）のステップで得た画像データとを重ねて表示するステップを実行する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検レンズを回転させるレンズ保持回転機構と、
上記被検レンズに対して測定像光束を投光する投光光学系と、
上記投光光学系のピント位置を調節するピント調節機構と、
上記被検レンズ表面で反射した反射測定像光束を入射させるイメージセンサと、
上記ピント調節機構でオートコリメーション状態とされた被検レンズを上記レンズ保持回転機構により回転させたとき、上記イメージセンサで撮像した反射測定像の振れが最小となるようにレンズ保持回転機構上のレンズ位置を調整する光軸芯出し機構と、
上記光軸芯出しがなされた被検レンズを回転させたときの外径振れ量を検出して偏芯量を測定する偏芯量測定器と、を備えたレンズ偏芯測定装置において、
（Ａ）上記イメージセンサから反射測定像の画像データを取得するステップ、
（Ｂ）上記画像データを二値化処理により、複数段の輝度帯のいずれに属するかを判定し、輝度帯別画素データ群に分けるステップ、
（Ｃ）上記各輝度帯別画素データ群に基づいて閉曲線からなる境界線画像を取得するステップ、及び、
（Ｄ）上記（Ｃ）のステップで得た上記境界線画像と、上記（Ａ）のステップで得た画像データとを重ねて表示するステップ、
を有することを特徴とするレンズ偏芯測定装置のピント調整方法。
【請求項２】
請求項１記載のレンズ偏芯測定装置のピント調整方法において、上記（Ｂ）ステップと（Ｃ）ステップとの間に、上記輝度帯毎に、輝度帯別画素データ群について膨張処理及び収縮処理を施して、近接した複数の輝度帯別画素データ群を結合して一つの輝度帯別画素データ群とする（Ｂ１）ステップを含むレンズ偏芯測定装置のピント調整方法。
【請求項３】
請求項２記載のレンズ偏芯測定装置のピント調整方法において、上記（Ｂ１）ステップと（Ｃ）ステップとの間に、上記輝度帯毎に、一つの輝度帯別画素データ群とならかなった輝度帯別画素データ群を分離する（Ｂ２）ステップを含むレンズ偏芯測定装置のピント調整方法。
【請求項４】
請求項３記載のレンズ偏芯測定装置のピント調整方法において、上記（Ｃ）ステップの前に、所定画素数未満の輝度帯別画素データ群を排除する（Ｂ３）ステップを含むレンズ偏芯測定装置のピント測定方法。
【請求項５】
請求項４記載のレンズ偏芯測定装置のピント調整方法において、上記（Ｃ）ステップの前に、上記輝度帯別画素データ群毎に穴埋め処理をする（Ｂ４）ステップを含むレンズ偏芯測定装置のピント測定方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項記載のレンズ偏芯測定装置のピント調整方法において、上記（Ａ）乃至（Ｄ）ステップは、上記イメージセンサから画像データが出力される毎に実行するレンズ偏芯測定機のピント調整方法。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項記載のレンズ偏芯測定装置のピント調整方法において、上記各ステップは、上記被検レンズを回転させながら実行するレンズ偏芯測定装置のピント調整方法。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項記載のレンズ偏芯測定装置のピント調整方法において、上記測定像は十字線スリットを透過した十字線光束であるレンズ偏芯測定機のピント調整方法。
【請求項９】
請求項１乃至８記載のレンズ偏芯測定装置のピント調整方法において、上記（Ｂ）ステップにおける上記複数段の輝度帯は、所定輝度以上の高輝度帯と、所定輝度未満の低輝度領域において複数段に分割された低輝度帯とからなるレンズ偏芯測定装置のピント調整方法。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか一項記載のピント調整方法を実施するレンズ偏芯測定装置であって、
上記（Ａ）、（Ｂ）、（Ｂ１）乃至（Ｂ４）、（Ｃ）、及び（Ｄ）ステップを実行する画像処理装置と、
上記（Ｄ）ステップにおいて重ねられた上記境界線画像データ及び上記（Ａ）のステップで得た画像データを重ね合わせたものを表示するモニターと、を備えたことを特徴とするレンズ偏芯測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検レンズに測定光を照射し、被検レンズからの反射光束を検出してレンズの偏心量を測定するレンズ偏心測定装置において、反射光束に迅速にピント合わせするピント調整方法及びレンズ偏芯測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レンズ偏芯測定装置には、一般的に十字線からなる測定光束を被検レンズに照射しながら、被検レンズを外径基準で回転させ、該被検レンズを透過もしくは反射させた集光点（十字線反射光束（像、輝線））の描く円の広がり角度を計測し偏芯量とするタイプと、透過もしくは反射した集光点の描く円の広がりが小さくなるように被検レンズの回転中心を変化させて、あたかも停止しているかの光軸芯出し状態とし、この光軸芯出し状態でのレンズの外径振れ幅を計測し偏芯量とするタイプが知られている。本発明は、後者のタイプに関するものであり、光軸芯出しのためのピント調整方法およびレンズ偏芯測定装置に関する。
【０００３】
従来、光軸芯出しは、測定光の集光点がレンズ面の見かけの曲率中心に一致するオートコリメーション状態となるように投光光学系のピントを調整し、被検レンズを基準軸回りに回転させて十字線反射光束像の動きを観測し、この回転半径がゼロとなるよう被検レンズの位置を調整する。
【０００４】
ピント調整は、撮像光学系及びイメージセンサによって撮像されディスプレイに表示された画像視野（観察視野）内に現れる十字線反射光束像のフォーカス状態を見ながら行われる。このとき、基準軸に対する被検レンズ面のみかけの曲率中心の偏芯量（レンズそのものの偏芯量とレンズホルダーへのレンズの置き方によるズレ量が合わさったもの）がある程度小さく、かつ、被検レンズ面の反射率が低下していなければ、あらかじめ計算された曲率中心位置近くに投光光源のピントを合わせることにより、比較的容易に十字線反射光束像を見ることができ、ピントを調整することができる。基準軸とは、測定上の回転対称軸であり、被検レンズそのものを回転させる場合にはその回転軸であり、また被検レンズを固定して投光光学系との間に設けられたイメージローテーターを回転させる場合にはその光学対称軸となる。撮像光学系は、この基準軸を中心とした画像視野範囲を観測するように設定されている。
【０００５】
また、ピント調整を行うための手段として、ＣＣＤ画像視野から大きく外れた被検レンズからの反射光を穴付き凹面ミラー等で再度反射し、この二次反射像を用いてピント調整を行う方法も提案されている（特許文献１）。
【特許文献１】特開平６-１７４５８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のピント調整方法では、特に十字線光束が画像視野範囲外に入射しているときに画像視野範囲の中に十字線光束を入れるレンズ位置の調整、あるいは表示された画像中から十字線反射光束像を見つけ出す調整が困難であった。特に被検レンズが小型で、反射防止コートを施した反射率の低いレンズの場合には、この困難が著しい。これらの困難は、測定を行うレンズの製品単価の上昇につながる。
【０００７】
また、芯出し精度を高めるために、観測光学系の拡大倍率を大きくし、観測視野を狭くした場合、反射像が観測視野から外れる確率が高まる。さらに、計算されたみかけの曲率中心位置近くへの調整も機械的な誤差や操作による誤差から、実際のピント位置に至っていない可能性もあり、この場合には、反射像がＣＣＤ画像視野内に入っていたとしても認識しにくい。このため、従来は、観測光学系の拡大倍率を小さくし、視野を広げるための操作（対物レンズの変更）や、時間を掛けてピント位置出しの試行錯誤（ピント方向へのＺ方向の操作とＣＣＤ画像視野のＸＹ方向の移動）をおこなう必要があり、反射率の低いレンズ面の測定では、さらにピント調整の難しさを増してしまう。以上の困難さは、測定を行うレンズの製品単価の上昇につながっていた。
【０００８】
さらに、特許文献１に示された方法は、ピント調整のためだけの余分な調整機構が必要となり、測定装置の小型化、低コスト化が困難であった。
【０００９】
本発明は、以上の問題意識に基づき、反射防止コートを施した反射率の低いレンズ面の測定であっても、測定光束反射像を比較的容易に探し出すことができ、画像視野の中に測定光束を入れるレンズ位置の調整及びオートコリメーション状態にするピント調整を迅速に行うことができるピント調整方法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】
【００１０】
上記目的を達成する本発明は、被検レンズを回転させるレンズ保持回転機構と、上記被検レンズに対して測定像光束を投光する投光光学系と、上記投光光学系のピント位置を調節するピント調節機構と、上記被検レンズ表面で反射した反射測定像光束を入射させるイメージセンサと、上記ピント調節機構でオートコリメーション状態とされた被検レンズを上記レンズ保持回転機構により回転させたとき、上記イメージセンサで撮像した反射測定像の振れが最小となるようにレンズ保持回転機構上のレンズ位置を調整する光軸芯出し機構と、上記光軸芯出しがなされた被検レンズを回転させたときの外径振れ量を検出して偏芯量を測定する偏芯量測定器と、を備えたレンズ偏芯測定装置において、
（Ａ）上記イメージセンサから反射測定像の画像データを取得するステップ、
（Ｂ）上記画像データを二値化処理により、複数段の輝度帯のいずれに属するかを判定し、輝度帯別画素データ群に分けるステップ、
（Ｃ）上記各輝度帯別画素データ群に基づいて閉曲線からなる境界線画像を取得するステップ、及び、
（Ｄ）上記（Ｃ）のステップで得た上記境界線画像と、上記（Ａ）のステップで得た画像データとを重ねて表示するステップ、
を有することに特徴を有する。
【００１１】
実際的には、上記（Ｂ）ステップと（Ｃ）ステップとの間に、上記輝度帯毎に、輝度帯別画素データ群について膨張処理及び収縮処理を施して、近接した複数の輝度帯別画素データ群を結合して一つの輝度帯別画素データ群とする（Ｂ１）ステップを含む。
上記（Ｂ１）ステップと（Ｃ）ステップとの間に、上記輝度帯毎に、一つの輝度帯別画素データ群とならかなった輝度帯別画素データ群を分離する（Ｂ２）ステップを含む。
上記（Ｃ）ステップの前に、所定画素数未満の輝度帯別画素データ群を排除する（Ｂ３）ステップを含む。
さらに上記（Ｃ）ステップの前に、上記輝度帯別画素データ群毎に穴埋め処理をする（Ｂ４）ステップを含む。
【００１２】
本発明のレンズ偏芯測定装置のピント調整方法において、実際的には、（Ａ）乃至（Ｄ）ステップは、上記イメージセンサから画像データが出力される毎に実行する。さらに上記各ステップは、上記被検レンズを回転させながら実行することが好ましい。
【００１３】
好ましい実施形態では、上記測定像は十字線スリットを透過した十字線光束とする。さらに、上記（Ｂ）ステップにおける上記複数段の輝度帯は、所定輝度以上の高輝度帯と、所定輝度未満の低輝度領域において複数段に分割された低輝度帯とからなる。
【００１４】
別の観点からなる本発明のピント調整方法を実施するレンズ偏芯測定装置は、上記（Ａ）、（Ｂ）、（Ｂ１）乃至（Ｂ４）、（Ｃ）、及び（Ｄ）ステップを実行する画像処理装置と、上記（Ｄ）ステップにおいて重ねられた上記境界線画像データ及び上記（Ａ）のステップで得た画像データを重ね合わせたものを表示するモニターと、を備えたことに特徴を有する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、レンズの偏芯測定装置において、イメージセンサで撮像した画像内において反射測定像を迅速に見つけ出し、ピント調整を迅速かつ容易に行うことができる。従って、レンズの偏芯測定を容易にして作業能率を高め、コスト低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、本発明を適用するレンズ偏心測定装置１００の装置構成例を示している。このレンズ偏心測定装置１００は、被検レンズＬを載置し回転させるスピンドルモータ１１のスピンドル軸上に、対物レンズ１２、ハーフミラー（ビームスプリッタ）１３、及びイメージセンサとしてのＣＣＤカメラ１４を順に備えている。このスピンドル軸は、レンズ偏心測定装置１００の基準軸Ｏ１と一致させてある。ＣＣＤカメラ１４は撮像光学系を構成するＣＣＴＶレンズ１４ａを有する。ハーフミラー１３のハーフミラー面１３ａは、基準軸Ｏ１及び基準軸Ｏ１と直交する投光光軸Ｏ２に対してそれぞれ４５゜をなし、投光光軸Ｏ２上には投光光学系１５が位置している。投光光学系１５は、ハーフミラー１３側から順に、球面アクロマティックレンズ１６、十字線チャート１７及び照準光源１８が位置している。ピント調節は、投光光学系１５の位置を操作することによって行うことができる。スピンドルモータ１１は、図２に示すように、被検レンズＬを載置し基準軸Ｏ１を中心に回転するレンズホルダ１１ａを有している。レンズホルダ１１ａ上の被検レンズＬの基準軸Ｏ１と直交する方向の位置は、マイクロメータヘッド１９によって調整される。
【００１７】
以上のレンズ偏心測定装置１００は、照準光源１８から照射され十字線チャート１７を透過した十字線測定光束が、球面アクロマティックレンズ１６、ハーフミラー面１３ａ及び対物レンズ１２を介して被検レンズＬに照射される。十字線チャート１７は、例えば遮光板に十字形状にスリットが形成されたものであって、このスリットを透過した光束が十字線測定光束となる。この十字線測定光束は、図２に模式的に示すように、被検レンズＬの表面Ｌ１で反射し、対物レンズ１２及びハーフミラー面１３ａを通ってＣＣＤカメラ１４により、十字線反射光束像として撮像される。光軸芯出しは、スピンドルモータ１１のレンズホルダ１１ａを回転させて被検レンズＬを回転させたとき、ＣＣＤカメラ１４によって撮像された十字線反射光束像の描く円の広がりが最小になるように、マイクロメータヘッド１９によって被検レンズＬの基準軸Ｏ１に直交する方向の位置を変化させることで行う。そして、対物レンズ１２による十字線測定光束のピント位置を対物レンズ１２の曲率中心に一致させるとオートコリメーション状態となり、明瞭な十字線反射光束像をＣＣＤカメラ１４で撮像することができる。
【００１８】
偏芯量測定器２０は、被検レンズＬを挟んで位置する発光素子２０ａと受光素子２０ｂを有する。以上のオートコリメーション状態において、発光素子２０ａから被検レンズＬに向けて基準軸Ｏ１と直交する方向から出射される偏芯量測定光を受光素子２０ｂで受光し、スピンドルモータ１１により被検レンズＬを一回転させることで、受光素子２０ｂの受光領域の変化により偏芯量を測定する。以上の原理のレンズ偏心測定装置１００は公知である。
【００１９】
本実施形態は、ＣＣＤカメラ１４によって撮像される十字線反射光束像を迅速にモニター１２０上で見出すための画像処理手順を特徴としている。この画像処理は、画像処理装置、例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）１１０により実施され、画像処理後の画像がモニター１２０に表示される。
【００２０】
ＣＣＤカメラ１４は、１秒間に約３０枚の速さで画像を取り込み、これを順に表示することにより、動画として表示している。そこで本実施形態では、１枚の画像毎に、輝度に応じた等高線表示のための画像処理をおこなって、十字線反射光束像を等高線表示する。なお、このＣＣＤカメラ１４は、１０２４画素×７６８画素サイズのモノクロ画像を、各画素画像について８ビット、２５６階調で取り込むことができるものとする。
【００２１】
以下に、画像処理の内容について、図３及び図４に示したフローチャート及び模式的に示した画像を基に、説明する。このフローチャートは、ＣＣＤカメラ１４から入力した１枚分の画像について実行する処理であって、画像を入力する毎に繰り返す。
【００２２】
（Ａ）まず、ＣＣＤカメラ１４から画像信号を入力する（Ｓ１０）。ここでは、８ビット、２５６階調にＡ／Ｄ変換された画素画像信号を１画面分入力し、メモリに書き込んだものとする。そうして、以下のＳ１２乃至Ｓ２６の処理を繰り返すループ処理を実行する。
【００２３】
（Ｂ）ループ処理に入ると、複数の輝度帯を決定する所定のしきい値以上の輝度を持つ画素画像を二値化する（Ｓ１４）。例えば、画像取得開始からｉ番目に取得された画素画像について、所定のしきい値以上の輝度を持つ場合は二値化処理して、二値化画像ｉｊとして取得する。ｉは画素の番号、ｊは輝度段階である。所定のしきい値は、例えば、輝度の低い方から２０段階（ｊ＝１〜２０）にとり、先ず、最も低い段階のしきい値以上の輝度を持つ画素画像を二値化処理して、二値化画像ｉｊとして取得する。この二値化処理を、１枚の画像を構成する画素画像について全て実行する。したがって、ｊ＝２０の場合は、そのしきい値よりも高輝度帯の全てを含む。つまり、所定輝度以上の高輝度帯と、所定輝度未満の低輝度領域を１９段階の低輝度帯に分割し、合計２０の輝度帯に分割してある。なお、輝度帯の分割数、しきい値はこの実施形態に限定されない。
【００２４】
（Ｂ１）得られた二値化画像ｉｊは、１画面分の画像の中で、ひとかたまりの二値化画像ｉｊを一つのパーツＰとすると、通常は大きなパーツ、小さなパーツが複数存在し、さらに僅かずつ離れたパーツが存在する。そこで、僅かずつ離れたパーツを所定回数（ある比率で）膨張させ、僅かに離れあったパーツ同士をぶつかりあわせて結合し、その後、所定回数（元に戻る比率）で収縮させて複数個のパーツを結合して一つのパーツに融合させる、膨張収縮処理（クローズ処理）を実行する（Ｓ１６）。この膨張収縮処理により、例えば隣接した３個のパーツｐ１、ｐ２、ｐ３が１個の大パーツＰ１に合体する。
【００２５】
（Ｂ２）次に、点在するパーツをそれぞれの単品として扱うことが出来るよう分離（切り出し）する処理を実行する（Ｓ１８）。つまり、各パーツをひとまとまりの画像データとして独立して扱えるようにする。
【００２６】
（Ｂ３）そうして、ある面積未満（画素画素数が所定数未満）のパーツを対象外として排除する処理を実行して、所定面積以上のパーツのみ残す（Ｓ２０）。
【００２７】
（Ｂ４）さらに、残ったパーツのそれぞれにおいて、パーツがドーナツ状であったり、虫食い状態であったりするものについて、その部分の穴埋め処理を実行する（Ｓ２２）。なお、虫食い等を判断せずに全てのパーツについて穴埋め処理を実行してもよい。
【００２８】
（Ｃ）次に、各パーツについて、境界線であるふちだけを残し、内側を消し去って閉曲線からなる輪郭線を得る処理を実行し、輪郭線画像ｉｊ’として取得する（Ｓ２４）。
【００２９】
以上の（Ｂ）、（Ｂ１）乃至（Ｂ４）、（Ｃ）ステップ（Ｓ１２乃至Ｓ２６）の処理を、輝度j＝１からj＝２０まで繰り返して（Ｓ２６）、２０段階の輪郭線画像ｉｊ’を得る。
【００３０】
（Ｄ）次に、２０段階の全ての輪郭線画像ｉｊ’を重ね合わせて、等高線画像ｉΣｊ’を作成して輝度の等高線像を生成する（Ｓ２８）。最後に、この等高線像をさらに（Ａ）ステップ（ステプＳ１０）で取得した通常画像ｉと重ね、重ね合わせたものをモニター１２０の画面に表示して、一枚分の画像処理を終了する（Ｓ３０）。その後、次の画像を取得する毎に、このフローチャートの処理を繰り返す。
【００３１】
以上の処理により、十字線反射光束像とその等高線像とが重ね合わされた動画像がモニター１２０の画面に表示されるので、作業者は、十字線像の交点位置及び十字像のボケ具合を容易に判定できる。この実施形態では、ピントが合うと等高線の間隔が狭くなる。したがって作業者は、モニター１２０上の動画像を見ながら投光光学系を調節して、ピント調整を容易に行える。また、輝度の等高線は、被検レンズに映り込んだ周辺の光にも反応するため、被検レンズＬを基準軸Ｏ１回りに回転させた状態で機能させることが望ましい。
【００３２】
これにより、おおまかなオートコリメーション反射像を見つけ出し、イメージセンサ視野範囲内への粗調整と、オートコリメーション反射像のピント調整を行い、その後、マイクロメータヘッド１９を操作して光軸芯出しを行う。
【００３３】
以上、本発明の実施形態について説明した各（Ｂ）、（Ｂ１）乃至（Ｂ４）、（Ｃ）ステップにおける画像処理、フィルタ処理は、本発明の目的または思想の範囲内で種々の公知の画像処理、フィルタ処理を利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明によるピント調整方法を実行するレンズの偏芯測定装置の光学構成を示す側面図である。
【図２】図１のレンズ偏芯測定装置のスピンドル部分の拡大模式図である。
【図３】同レンズ偏芯測定装置において、測定像の表示制御をフローチャート及び模式図で示す図である。
【図４】同レンズ偏芯測定装置において、測定像の表示制御をフローチャート及び模式図で示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１００  レンズ偏心測定装置
Ｌ  被検レンズ
１１  スピンドルモータ
１１ａ  レンズホルダ
１２  対物レンズ
１３  ハーフミラー
１３ａ  ハーフミラー面
１４  ＣＣＤカメラ
１４ａ  ＣＣＴＶレンズ
１５  投光光学系
１６  球面アクロマティックレンズ
１７  十字線チャート
１８  照準光源
１９  マイクロメータヘッド
２０  偏芯量測定器
２０ａ  発光素子
２０ｂ  受光素子
１１０  パーソナルコンピュータ（ＰＣ、画像処理装置）
１２０  モニター
【図１】
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【図２】
2008216106.tif 000004
【図３】
2008216106.tif 000005
【図４】
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