(57)【要約】【課題】複数の被検レンズ面の偏心量測定を簡単かつ高精度に行うことが難しい。【解決手段】光軸方向に配列された複数の被検レンズ面５−１，５−２の偏心量を測定するための偏心測定装置において、光源２と、この光源からの光束を各被検レンズ面に導くとともに、各被検レンズ面で反射した光束を結像させる光学系１，４ａ，４ｂと、被検レンズ面で反射した光束により形成された像の基準位置からの変位量を測定するための観察手段３とを有し、該光学系は、複数の光学素子４ａ，４ｂを有し、該複数の光学素子により、該光源からの光束を各被検レンズ面に導くように分割するとともに各被検レンズ面で反射した各分割光束を観察手段に同時に結像させる。【選択図】図１
2004205442.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸方向に配列された複数の被検レンズ面の偏心量を測定するための偏心測定装置であって、
光源と、
この光源からの光束を前記各被検レンズ面に導くとともに、前記各被検レンズ面で反射した光束を結像させる光学系と、
前記被検レンズ面で反射した光束により形成された像の基準位置からの変位量を測定するための観察手段とを有し、
前記光学系は、複数の光学素子を有し、該複数の光学素子により、前記光源からの光束を前記各被検レンズ面に導くように分割するとともに前記各被検レンズ面で反射した各分割光束を前記観察手段に同時に結像させることを特徴とする偏心測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮影レンズなどのレンズ面の偏心量を測定するための偏心測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レンズ面の偏心量を測定する偏心測定装置としては、オートコリメーション法を用いた装置が知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００３】
図４（ａ），（ｂ）は、オートコリメーション法を用いたレンズ系偏心測定装置の原理を説明するための図である。図４（ａ）において、レーザスポット１０２（または目盛り付き白色光源）から射出された光束は、偏光ビームスプリッタ１０６および１／４波長板１０７を透過し、コリメータレンズ１０１にて一旦アフォーカル光に変換された後、補助対物レンズ１０４により、被検レンズ１０５の第１の被検レンズ面１０５−１の曲率中心１０５−ａめがけて導かれて集光し、集光点を通過した後、発散する。
【０００４】
被検レンズ１０５の第１の被検レンズ面１０５−１に入射した光束は、第１の被検レンズ面１０５−１で垂直反射して復路を辿り、その後、偏光ビームスプリッタ１０６により検出部１０３へ導かれ、検出部１０３上の受光面で結像する。検出部１０３では、第１の被検レンズ面１０５−１で反射した光束により形成された像の基準位置（偏心がない場合の像位置）に対するずれ量を測定する。これにより、第１の被検レンズ面１０５−１の偏心量を求めることができる。
【０００５】
これを、図４（ｂ）に示すように、被検レンズ５の第２の被検レンズ面１０５−２についても行うことにより、被検レンズ５の２つのレンズ面が有する偏心量を求めることができる。図４（ｂ）において、１０５−ｂは第２の被検レンズ面１０５−２の見かけ上の曲率中心であり、この曲率中心１０５−ｂをめがけて光束を導くため、図４（ａ）の場合に対して、補助対物レンズ１０４を光軸方向に移動させている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−２７３２６７号公報
【特許文献２】
特開平５−２９６８８０号公報
【特許文献３】
特開平５−３３２８７８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の偏心測定装置では以下のような課題がある。
【０００８】
まず、第１の課題について述べる。図４で示した偏心測定装置は、被検レンズ１０５の光軸方向と補助対物レンズ１０４を含む測定系の光軸Ｌの方向とを略一致させた後、図４（ａ）の状態と図４（ｂ）の状態との間で補助対物レンズ１０４だけを精度良く直線移動させることで、第１の被検レンズ面１０５−１および第２の被検レンズ面１０５−２の見かけ上の曲率中心１０５−ａ，１０５−ｂに向けて光束を導き、測定を行う。このため、第１の被検レンズ面１０５−１と第２の被検レンズ面１０５−２の偏心量測定を別個に行わなければならず、測定に手間がかかる。しかも、被検レンズ面ごとに対物補助レンズ１０４を光軸上で正確に移動させなければならないため、被検レンズ面の数が多い場合等には、測定誤差が累積するおそれがある。このため、光軸上を正確に移動したか検証する為に測定終了時に該対物補助レンズを逆移動させ最初の測定原点復帰するか否かを確認する必要がある。
【０００９】
次に、第２の課題について説明する。図５に示すように、補助対物レンズ１０４を含む測定系の光軸を略一致させただけでは、補助対物レンズ１０４の光軸Ｌ１と被検レンズ１０５の光軸Ｌ２とが相対的に傾いている場合に、補助対物レンズ１０４を測定光学系の光軸Ｌ１の方向にＡ位置，Ｂ位置，Ｃ位置と移動させることにより、測定系で測定する偏心量が変化してしまう。このため、従来の偏心測定装置では、被検レンズ１０５のみを回転させることで位置関係の相対的な傾き成分を顕在化させ、この傾き成分を補正しなければならなかった。
【００１０】
すなわち、被検レンズ１０５が偏心のない状態で被検レンズ１０５の光軸Ｌ２上に被検レンズ面の見かけ上の曲率中心Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３が並んでいたとしても、被検レンズ１０５の光軸Ｌ２が補助対物レンズ１０４を含む測定光学系の光軸Ｌ１に対してδ０傾いていると、Ａ位置，Ｂ位置，Ｃ位置での測定毎に曲率中心Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３が測定光学系の光軸Ｌ１に対して角度δ１，δ２，δ３をなす線上の位置として変化して見える。したがって、この変化が偏心によるものか傾きによるものかは光軸Ｌ２を回転してみなければ判別がつかない。
【００１１】
次に第３の課題について説明する。被検レンズ１０５を保持している鏡筒構造が宙吊り構造等で取り付けガタなどがある場合では、鏡筒を動かせば偏心量が変化してしまう可能性があるので本来の使用時の姿勢で測定しなければならない。すなわち、上述の第２課題のための解決策が新たに第３の課題を生じさせてしまう。
【００１２】
そして第４の課題として、従来の偏心測定装置では、被検レンズ５を精度良く回転させるための受け冶具と、補助対物レンズ１０４を精度良く光軸方向にスライドさせるための保持駆動冶具とがセットで必要となるが、このような精度の良い受け治具および保持駆動治具を用いても被検レンズ１０５の見かけ上の曲率中心が補助対物レンズ１０４の集光点のスライド範囲を大きく超えてしまい、検査できない場合がある。このような被検レンズの偏心量が測定不能な事態となることを極力避けるために、従来の偏心測定装置では補助対物レンズ１０４のスライド幅を大きくするなどの対策をとっているが、この対策では装置が大型化してしまい、扱いづらくなる場合がある。
【００１３】
また、偏心量の測定途中で補助対物レンズを交換するなどして対応する装置も考案されているが、交換時の補助対物レンズの光軸合わせに手間がかかったり、精度管理上での課題が残ったりする。
【００１４】
そこで、本発明は、簡単な操作で被検レンズ面の高精度な偏心量測定を行うことができ、さらには小型化を実現した偏心測定光学系を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明では、光軸方向に配列された複数の被検レンズ面の偏心量を測定するための偏心測定装置において、光源と、この光源からの光束を各被検レンズ面に導くとともに、各被検レンズ面で反射した光束を結像させる光学系と、被検レンズ面で反射した光束により形成された像の基準位置からの変位量を測定するための観察手段とを有し、該光学系は、複数の光学素子を有し、該複数の光学素子により、該光源からの光束を各被検レンズ面に導くように分割するとともに各被検レンズ面で反射した各分割光束を観察手段に同時に結像させるようにしている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態である偏心測定装置の概略構成図を示したものである。この偏心測定装置は、オートコリメーション法を用いてレンズ系の偏心を測定するものである。図１において、２は目盛り付きチャート情報を含む白色光を射出する光源であり、６は偏光ビームスプリッタである。
【００１７】
１は主コリメータレンズ、４ａ，４ｂは光軸Ｌの方向に移動可能な補助対物レンズであり、単レンズもしくは貼り合せレンズにより構成されている。また、レンズ面に回折格子構造を設けてもよい。これら主コリメータレンズ１および補助対物レンズ４ａ，４ｂにより測定光学系が構成される。
５は偏心測定対象である被検レンズである。さらに、３は検出部（観察手段）である。
【００１８】
本実施形態における補助対物レンズ４ａ，４ｂは、測定光学系の光軸（主コリメータレンズ１の光軸）Ｌを挟むように配置され、それぞれ半円形状を有している。また、これら補助対物レンズ４ａ，４ｂはチルト光学素子であり、レンズ自身は光軸Ｌに重ならないように配置されるが、光源２からの光束を光軸Ｌ上に集光させる機能を有する。
【００１９】
これら補助対物レンズ（光学素子）４ａ，４ｂはそれぞれ、光軸Ｌと平行に延びるガイド部材に沿って移動可能なように支持されている。すなわち、各補助対物レンズ４ａ，４ｂはそれぞれが独立して光軸Ｌと平行な方向に移動可能となっている。このため、各補助対物レンズ４ａ，４ｂを、光源２からの光束を異なる被検レンズ面に垂直入射させるよう導く異なる光軸方向位置にセットすることができる。
【００２０】
光源２から射出された白色の偏光光束は、ビームスプリッタ６を透過し、このビームスプリッタ６よりも被検レンズ５を透過して主コリメータレンズ１に入射する。主コリメータレンズ１に入射した光束はアフォーカル光に変換された後、補助対物レンズ４ａ，４ｂに分割されて入射する。
【００２１】
ここで、図中右側の補助対物レンズ４ａに入射した光束は、第１の被検レンズ面５−１の見かけ上（レンズ面に偏心がないとした場合の設計上）の曲率中心５−ａめがけて集光するよう導かれ、該集光点を通過した後の発散光束は第１の被検レンズ面５−１に入射する。
【００２２】
第１の被検レンズ面５−１に入射した光束は、第１の被検レンズ面５−１にて垂直反射し、入射光路を逆行してビームスプリッタ６に入射する。このため、ビームスプリッタ６に入射した光束はここで反射して検出部３に入射する。
【００２３】
検出部３は、例えば２次元ＰＳＤセンサを用いることができ、この場合、ビームスプリッタ６で反射された光束は２次元ＰＳＤセンサの受光面上に結像する。
【００２４】
一方、図中左側の補助対物レンズ４ｂに入射した光束は、第２の被検レンズ面５−２の見かけ上の曲率中心５−ｂめがけて集光するよう導かれるが、結果的に第２の被検レンズ面５−２の曲率中心５−ｂ’をめがけるため、第２の被検レンズ面５−２に入射した光束は、第２の被検レンズ面５−２にて垂直反射し、入射光路を逆行して、ビームスプリッタ６に入射する。第２の被検レンズ面５−２で反射し、往路と復路とで２回、を透過した光束は、ビームスプリッタ６で反射して検出部３に入射する。
【００２５】
これにより、第１の被検レンズ面５−ａおよび第２の被検レンズ面５−ｂで反射した光束は、同時に検出部３の受光面上に結像する。
【００２６】
このように、光源２からの光束を被検レンズ面の曲率中心位置に集光させることにより、オートコリメーション法の条件が成立し、それぞれの被検レンズ面からの反射光は検出部３の受光面上に目盛り付きチャートを含んだ被検レンズ面の像を形成する。
【００２７】
このため、検出部３の受光面上に結像した２つの被検レンズ面５−１，５−２の像を観察し、受光面上に設けられた、被検レンズ面に偏心がない場合の像の中心軸に対応する基準軸からの離間量を測定すれば、各被検レンズ面５−１，５−２の偏心量を求めることができる。
【００２８】
補助対物レンズ４ａ，４ｂはそれぞれ、正および負のパワーのうちいずれかを有する任意のレンズと交換することができる構成であり、補助対物レンズの数（すなわち、光束の分割数）に対応した数の被検レンズ面の見かけ上の曲率中心に向けて光束を導くことができる。そして、これらの被検レンズ面で反射された光束は、往路と略同一な経路を辿って検出部３に同時に結像する。このように、それぞれの被検レンズ面からの反射光を同時に同一画面上に結像させて観察することができる構成としたことで、測定誤差が累積する心配がない。
【００２９】
なお、同一の観察画面上に同時にいくつもの像が出現することによって観察画面上でどの被検レンズ面の像かが判別しにくい場合もあり得るが、このような場合には、これら複数の像がそれぞれ離れた位置に結像するように予め補助対物レンズを少し傾けるなどの設定をしたり、光源が白色光である場合に被検レンズ面に導かれる光束毎に着色フィルタを挿入したりして、像の判別を容易にすることができる。
【００３０】
なお、上記実施形態では、補助対物レンズを２つに分割し、２つの被検レンズ面の偏心量を同時に測定する場合について説明したが、偏心量を測定すべき被検レンズ面の数に応じて補助対物レンズの分割数を変える（例えば、５分割や８分割）ことで、より多くの数の被検レンズ面の偏心量を動じに測定することができる。
【００３１】
また、上述した実施形態においては、光源２として目盛り付きチャート情報を含む光源を用いた例を示したが、本発明では、これに限られず、光源２としてレーザー等のスポット光源を用いることもできる。この場合、補助対物レンズの形状が半円もしくは扇型であるとコマ状の回折が発生してスポットが見にくくなるので、補助対物レンズ毎に円形絞りを挿入するなどの対策を行うとよい。
図２には、測定光学系の光軸Ｌ回りの９０度毎に４分割された４つの扇型の補助対物レンズ４ａ〜４ｄに対して、補助対物レンズごとに円形絞りｈａ〜ｈｄが形成された例を示している。
【００３２】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態である偏心測定装置について説明する。本実施形態の偏心測定装置は第１実施形態の変形例であり、その相違点は補助対物レンズの構成にある。なお、本実施形態において、第１実施形態と共通する構成要素には第１実施形態と同符号を付す。
【００３３】
図３に示すように、本実施形態では、第１実施形態で説明した、分割された補助対物レンズ４ａ，４ｂの代わりに、測定光学系の光軸Ｌ方向に、互いに外径が異なる補助対物レンズ大４ｅおよび補助対物レンズ小４ｆを並べて配置している。補助対物レンズ大４ｅと補助対物レンズ小４ｆとは光軸Ｌ方向に移動可能であり、被検レンズ面の位置に応じて位置調節できるようになっている。
【００３４】
ここで、補助対物レンズ大４ｅは中央部近傍がくり抜かれたリング形状となっており、このくり抜かれた部分を通過した光源２からの光束が補助対物レンズ大４ｅによる屈折作用を受けずに補助対物レンズ小４ｆに入射する。
光源２からの光束のうち補助対物レンズ大４ｅのみを透過した光束は被検レンズ５における第１の被検レンズ面５−１の見かけ上の曲率中心５−ａめがけて集光するように導かれ、補助対物レンズ小４ｆを透過した光束は被検レンズ５における第２の被検レンズ面５−２の見かけ上の曲率中心５−ｂめがけて集光するように導かれる。
【００３５】
各被検レンズ面５−１，５−２で垂直反射した光束は、往路と略同一の復路を辿ってビームスプリッタ６に入射し、ここで反射されて検出部３の受光面上に同時に結像する。このため、同時に２つの被検レンズ面の偏心測定が可能となる。
【００３６】
なお、本実施形態では、補助対物レンズ大４ｅを、中央部近傍をくり抜いたリング形状とした場合について説明したが、補助対物レンズ大４ｅをリング状とせず通常のレンズとし、この補助対物レンズ大４ｅの屈折作用を受けた光束にさらに補助対物レンズ小４ｆの屈折作用を与え、被検レンズ面５−２に導くようにしてもよい。
【００３７】
この他、従来の偏心測定装置では、測定光学系の光軸と被検レンズの光軸との相対的な傾き成分を分離する方法として、測定時に被検レンズを常に回転しなければならない。これに対し、被検レンズマスター（偏心はあってもよい）を用意することで被検レンズマスターとの相対的な比較によって相対的な偏心量を測定することができる。すなわち、被検レンズを回転させる必要がない。
【００３８】
また、被検レンズマスターを使用せず被検レンズのみしかない場合でも、被検レンズ面からの全ての反射像を同時に同一画面で観察しながら被検レンズをゆっくりと回転（例えば、１８０°程度）させれば、がたつき等による偏心であれば反射像が急激に変化するので、どの被検レンズ面からの反射像が動いたのか判別できる。そして、この反射像の移動量から偏心をもつ被検レンズのがたつきの偏心量が分かる。
【００３９】
なお、上述の各実施形態における補助対物レンズとしては、被検レンズの見かけ上の曲率中心に適した焦点距離を有する光学素子を選択し、これらの光学素子を組み合わせることにより補助対物レンズのユニットを構成するようにしてもよい。
【００４０】
また、補助対物レンズの全部又は一部を交換可能な構成とすることにより、偏心測定を行うまでの段取り時間の短縮を図ったり、屈折力の強い補助対物レンズへの交換によって、補助対物レンズの移動範囲が足りなくなるということを防止でき、測定光学系および装置の大幅な小型化を図ることができる。
【００４１】
以上のように、上記各実施形態によれば、補助対物レンズを複数設けて光源からの光束を分割して複数の被検レンズ面に導き、各被検レンズ面からの反射光によって形成される像に含まれる偏心情報を同時に同一観察面で見ることができる。これにより、従来のコリメータを用いた装置の課題であった、被検レンズの回転、時間のかかる被検レンズ面毎の測定、ひとつの被検レンズ面毎にしか見られない観察画面、補助対物レンズの高精度広域移動保持機構等の課題を解決している。
【００４２】
以上説明した各実施形態は、以下に示す各発明を実施した場合の一例に過ぎず、下記の各発明は上記各実施形態に様々な変更や改良が加えられて実施されるものである。
【００４３】
〔発明１〕  光軸方向に配列された複数の被検レンズ面の偏心量を測定するための偏心測定装置であって、
光源と、
この光源からの光束を前記各被検レンズ面に導くとともに、前記各被検レンズ面で反射した光束を結像させる光学系と、
前記被検レンズ面で反射した光束により形成された像の基準位置からの変位量を測定するための観察手段とを有し、
前記光学系は、複数の光学素子を有し、該複数の光学素子により、前記光源からの光束を前記各被検レンズ面に導くように分割するとともに前記各被検レンズ面で反射した各分割光束を前記観察手段に同時に結像させることを特徴とする偏心測定装置。
【００４４】
本発明により、複数の被検レンズ面の偏心量を同時に測定することができる。
【００４５】
また、補助対物レンズ（光学素子）を被検レンズ面の偏心量測定ごとに移動させる必要がないため、被検レンズ面の数が多い場合でも測定誤差の累積を抑制することができる。
【００４６】
また、被検レンズを回転させずに偏心量の測定を行うことができるため、従来問題であった被検レンズを回転させることにより真の偏心量が得られなくなるといったこともない。
【００４７】
すなわち、簡単な構成で高精度に複数の被兼レンズ面の偏心量を同時に測定することができる。
【００４８】
〔発明２〕  前記複数の光学素子はそれぞれ独立に、異なる屈折力を有する光学素子に交換可能であることを特徴とする発明１に記載の偏心測定装置。
【００４９】
本発明によれば、光学素子の交換によって光束を導く位置を調整することができ、被検レンズ面の位置に合わせた光学素子の光軸方向への位置調節量を小さくすることができる。したがって、偏心測定装置のより小型化に寄与することができる。
【００５０】
〔発明３〕  前記複数の光学素子は、前記光学系の光軸に対する傾き量の調節又は該光軸と略直交する方向での位置調節が可能であることを特徴とする発明１又は２に記載の偏心測定装置。
【００５１】
これにより、観察手段の観察面上に同時に複数の被検レンズ面の像を結像させる場合でも、これら複数の像を互いに離れた位置に結像させることができ、各被検レンズ面の像を容易に識別することができる。したがって、各被検レンズ面の偏心量を容易に測定することができる。
【００５２】
〔発明４〕  前記複数の光学素子は、前記光学系の光軸を挟むように配置されていることを特徴とする発明１から３のいずれかに記載の偏心測定装置。
【００５３】
〔発明５〕  前記複数の光学素子は、互いに外径が異なり、前記光学系の光軸上に並んで配置されていることを特徴とする発明１から３のいずれかに記載の偏心測定装置。
【００５４】
〔発明６〕  前記複数の光学素子は、それぞれが単レンズもしくは貼り合せレンズであることを特徴とする発明１から５のいずれかに記載の偏心測定装置。
【００５５】
〔発明７〕  前記複数の光学素子のうち少なくとも１つは回折格子を有することを特徴とする発明１から５のいずれかに記載の偏心測定装置。
【００５６】
〔発明８〕  前記複数の光学素子のそれぞれに対して、絞りが設けられていることを特徴とする発明６に記載の偏心測定装置。
【００５７】
〔発明９〕  前記複数の光学素子のうち少なくとも１つに対して、着色フィルタが設けられていることを特徴とする発明１から８のいずれかに記載の偏心測定装置。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、簡単な構成で高精度に複数の被検レンズ面の偏心量を同時に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態である偏心測定装置の概略構成図。
【図２】上記第１実施形態の補助対物レンズに絞りを設けた場合の説明図。
【図３】本発明の第２実施形態である偏心測定装置の概略構成図。
【図４】オートコリメーション法を用いた従来の偏心測定装置を原理的に示す図。
【図５】オートコリメーション法を用いた従来の偏心測定装置における問題点を説明するための図。
【符号の説明】
１  主コリメータレンズ
２  光源
３  検出部
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ  補助対物レンズ
４ｅ  補助対物レンズ大
４ｆ  補助対物レンズ小
５−１，５−２  被検レンズ面
５−ａ  被検レンズ面５−１の見かけ上の曲率中心
５−ｂ  被検レンズ面５−２の見かけ上の曲率中心
５−ｂ’  被検レンズ面５−２の曲率中心
６  ビームスプリッタ
【図１】
2004205442.tif 000003
【図２】
2004205442.tif 000004
【図３】
2004205442.tif 000005
【図４】
2004205442.tif 000006
【図５】
2004205442.tif 000007