(57)【要約】【課題】偏心測定機において、焦点距離が異なる複数種類の被検体の偏心測定を効率的に行うことができる簡素な構成の装置を提供する。【解決手段】偏心測定機１００は、ビーム光源１と、被検レンズ６を着脱可能に保持するレンズ保持部５と、被検レンズ６を介した光の光像を像面に形成する結像レンズ７と、結像レンズ７の像面の光像を観察するためのＣＣＤカメラ８と、ビーム光源１とレンズ保持部５との間に配置され、ビーム光源１からのレーザ光Ｌ０を、光軸Ｏ上の一定範囲内に、分散して集光させる円錐レンズ２とを備え、被検レンズ６が外された状態で、ＣＣＤカメラ８によって、レーザ光Ｌ０による基準画像を観察し、被検レンズ６が保持された状態で、ＣＣＤカメラ８によって、レーザ光Ｌ１による光像を観察し、基準画像に対するこの光像の相対位置を比較することで被検レンズ６の偏心測定を行えるようにした。【選択図】図１
2009229144.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学素子を被検体として偏心を測定する偏心測定機であって、
光ビームを発生するビーム光源と、
前記被検体を前記光ビームの光路上に着脱可能に保持する被検体保持部と、
該被検体保持部に前記被検体が保持されたときに該被検体を介した光の光像を像面に形成する観察光学系と、
該観察光学系の像面の光像を観察するための観察手段と、
前記ビーム光源と前記被検体保持部との間に配置され、前記ビーム光源からの前記光ビームを、該光ビームの光軸上の一定範囲内に、分散して集光させる集光光学系とを備え、
前記被検体保持部から前記被検体が外された状態で、前記観察手段によって、前記光ビームによる基準画像を観察し、前記被検体保持部に前記被検体が保持された状態で、前記観察手段によって、前記被検体を介した前記光ビームによる光像を観察し、前記基準画像に対する前記被検体を介した前記光ビームによる光像の相対位置を比較することで前記被検体の偏心測定を行えるようにしたことを特徴とする偏心測定機。
【請求項２】
前記観察手段は、前記観察光学系の像面を撮像する撮像部を備え、
前記被検体保持部から前記被検体が外された状態で、前記撮像部によって撮像された前記光ビームによる基準画像から、前記撮像部上での偏心測定の基準位置を算出する基準位置算出手段と、
前記被検体保持部に前記被検体が保持された状態で、前記撮像部によって撮像された前記光ビームによる光像の位置と、前記基準位置算出手段で算出された前記基準位置とから、前記被検体の偏心量を算出する偏心量算出手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載の偏心測定機。
【請求項３】
前記観察手段は、
前記観察光学系の像面を撮像する撮像部と、
前記被検体保持部から前記被検体が外された状態で、前記撮像部によって撮像される前記光ビームによる基準画像と、前記被検体保持部に前記被検体が保持された状態で、前記撮像部によって撮像される前記光ビームによる光像とを比較可能に表示する表示部とを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の偏心測定機。
【請求項４】
前記集光光学系は、前記ビーム光源からの前記光ビームを、前記光軸上の一定範囲内に、連続的に分散して集光させ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機。
【請求項５】
前記集光光学系によって各集光位置に集光されるビームスポットの光量が、前記各集光位置で略同一となるように前記光ビームの光量規制を行う光量規制手段を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の偏心測定機。
【請求項６】
前記集光光学系は、円錐レンズからなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の偏心測定機。
【請求項７】
前記被検体保持部の前記光ビームの光軸に対する傾きを調整する傾き調整機構と、
前記被検体保持部側から前記ビーム光源側に進む光を、前記集光光学系と前記被検体保持部との間で、前記光軸の側方に分岐するビームスプリッタと、
該ビームスプリッタによって前記光軸の側方に分岐された光を入射方向に沿う逆方向に反射する再帰性反射部材とを備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の偏心測定機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子を被検体として偏心を測定する偏心測定機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レンズや曲面ミラーなどの光学素子を被検体とする偏心測定機が種々提案されている。
このような偏心測定機として、例えば、特許文献１には、被検レンズに検査光束を入射させ、反射光学系を用いることでこの検査光束が被検レンズを同一光路で往復透過するようにして被検レンズの透過偏心量を検出するレンズの透過偏心測定装置が記載されている。
また、特許文献２には、載置台に保持された被検レンズに向かって、そのレンズ面の曲率中心位置に集光する測定光を入射させて、その反射光の傾きを検出することで、偏芯量を測定するレンズ偏芯測定装置が記載されている。
すなわち、特許文献２のレンズ偏芯測定装置は、反射偏心測定方式を採用している。
【特許文献１】特開２００１−２７５８０号公報
【特許文献２】特開２００５−２２１４７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のような従来の偏心測定機では、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、検査光束が同一光路を通るようにして被検レンズを往復透過させるために、反射光学系のピント調整を行う必要がある。特に、被検レンズの焦点距離が変わると、反射光学系を交換するか、光軸方向に移動してピント調整を行う必要がある。したがって、被検レンズの種々の焦点距離に対応して汎用的な測定を可能にするためには、反射光学系を光軸方向に移動可能に保持する必要がある。
反射光学系の移動範囲は大きいほど偏心測定機の汎用性が増大するが、移動範囲が大きくなるほど、移動の直進性に係る走り精度が悪くなり、例えば、数百ミリメートル程度の移動範囲の場合、移動に伴って発生する装置の光軸ずれは、偏心測定で許容できない大きさとなってしまう。このため、特許文献１では、被検レンズを回転させながら偏心量を測定することで、被検レンズの回転中心軸を基準とした偏心測定を行っている。
また、特許文献２に記載の技術では、被検レンズに向かって、そのレンズ面の曲率中心位置に集光する測定光を入射させるため、被検レンズのレンズ面の曲率半径が変わると、集光用の集光レンズを交換したり、集光レンズを光軸方向に移動したりする必要がある。このため、汎用的な測定を行うには、特許文献１と同様、集光レンズを光軸方向に移動可能に保持する必要があり、やはり装置の光軸がずれる問題が発生するので、被検レンズの回転機構を設けている。
このように、特許文献１、２いずれにおいても、汎用的な測定を行うために何らかの光学系を光軸方向に移動可能に保持する必要があるため装置の光軸が安定せず、被検レンズを回転させて偏心測定を行っている。そのため測定に手間がかかってしまうという問題がある。
また、被検レンズの回転機構を設けるため、装置が複雑になってしまうという問題がある。
光学系を移動するたびに装置の光軸調整を行うことも考えられるが、測定の効率が悪くなってしまうという問題がある。
【０００４】
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、焦点距離が異なる複数種類の被検体の偏心測定を効率的に行うことができる簡素な構成の偏心測定機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】
【０００５】
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、光学素子を被検体として偏心を測定する偏心測定機であって、光ビームを発生するビーム光源と、前記被検体を前記光ビームの光路上に着脱可能に保持する被検体保持部と、該被検体保持部に前記被検体が保持されたときに該被検体を介した光の光像を像面に形成する観察光学系と、該観察光学系の像面の光像を観察するための観察手段と、前記ビーム光源と前記被検体保持部との間に配置され、前記ビーム光源からの前記光ビームを、該光ビームの光軸上の一定範囲内に、分散して集光させる集光光学系とを備え、前記被検体保持部から前記被検体が外された状態で、前記観察手段によって、前記光ビームによる基準画像を観察し、前記被検体保持部に前記被検体が保持された状態で、前記観察手段によって、前記被検体を介した前記光ビームによる光像を観察し、前記基準画像に対する前記被検体を介した前記光ビームによる光像の相対位置を比較することで前記被検体の偏心測定を行えるようにした構成とする。
この発明によれば、ビーム光源で発生された光ビームは、集光光学系によって光ビームの光軸の一定範囲内に分散して集光される。このため、物体側焦点面が集光光学系の集光位置のいずれかに一致するように、被検体が被検体保持部に保持されると、光ビームは、分散された集光位置から発散して被検体に入射し、被検体を介した光が、観察光学系によって像面に結像され、光像を観察手段によって観察することができる。
一方、被検体保持部から被検体が外されている場合には、光ビームは、分散された集光位置から発散して観察光学系に入射し、観察手段によって、観察光学系の物体面の位置における光像、すなわち、集光光学系の形状に応じて光軸と所定の位置関係にある光ビームの一部の光の光像が基準画像として観察される。このため、基準画像から観察手段上の光軸の位置が分かる。
このため、被検体を被検体保持部に保持した時の光像の位置と観察手段上の光軸の位置との差を求めて、被検体と観察光学系とで構成される光学系の光学倍率によって換算することで偏心量を求めたり、偏心量が許容範囲内にあるかどうか判定したりする偏心測定を行うことができる。
観察手段としては、例えば、観察光学系の像面に撮像面が配置された撮像カメラなどの撮像部や、観察光学系の像面の画像を肉眼で観察するためのスクリーンなどの例を挙げることができる。
なお、「被検体を介した」光とは、被検体を透過した光または被検体で反射された光を意味する。
また、「偏心測定」は、偏心量を算出する偏心測定や、偏心量の大きさを比較して偏心量の合否を判定する偏心測定を含むものとする。
【０００６】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の偏心測定機において、前記観察手段は、前記観察光学系の像面を撮像する撮像部を備え、前記被検体保持部から前記被検体が外された状態で、前記撮像部によって撮像された前記光ビームによる基準画像から、前記撮像部上での偏心測定の基準位置を算出する基準位置算出手段と、前記被検体保持部に前記被検体が保持された状態で、前記撮像部によって撮像された前記光ビームによる光像の位置と、前記基準位置算出手段で算出された前記基準位置とから、前記被検体の偏心量を算出する偏心量算出手段とを備える構成とする。
この発明によれば、被検体保持部から被検体を外した状態で、撮像部により基準画像を撮像する。そして、基準位置算出手段によって、この基準画像から、撮像部上での偏心測定の基準位置、すなわち、撮像面上での光ビームの光軸の位置を算出する。そして、偏心量算出手段によって、被検体保持部に被検体が保持された状態で、撮像部によって撮像された光ビームによる光像の位置と、基準位置算出手段で算出された前記基準位置とから、被検体の偏心量を算出することができる。
【０００７】
請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の偏心測定機において、前記観察手段は、前記観察光学系の像面を撮像する撮像部と、前記被検体保持部から前記被検体が外された状態で、前記撮像部によって撮像される前記光ビームによる基準画像と、前記被検体保持部に前記被検体が保持された状態で、前記撮像部によって撮像される前記光ビームによる光像とを比較可能に表示する表示部とを備える構成とする。
この発明によれば、被検体保持部から被検体を外した状態で、撮像部により基準画像を撮像する。表示部では、この基準画像と、被検体保持部に前記被検体が保持された状態で、撮像部によって撮像される光ビームによる光像とを比較可能に表示するので、表示部に表示された画像情報によって偏心測定を行うことができる。
【０００８】
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機において、前記集光光学系は、前記ビーム光源からの前記光ビームを、前記光軸上の一定範囲内に、連続的に分散して集光させる構成とする。
この発明によれば、光ビームが集光光学系によって、光軸上の一定範囲内に連続的に分散して集光されるので、被検体保持部における被検体の光軸上の保持位置を一定にした状態で、一定範囲内に物体側焦点を有する種々の被検体の偏心測定を行うことができる。このため、被検体の焦点距離に応じて被検体保持部の光軸上の位置を移動させなくてもよいため、位置合わせなどの測定の手間を省くことができるとともに、被検体保持部が移動しないため、高精度の偏心測定を行うことができる。
【０００９】
請求項５に記載の発明では、請求項１〜４のいずれかに記載の偏心測定機において、前記集光光学系によって各集光位置に集光されるビームスポットの光量が、前記各集光位置で略同一となるように前記光ビームの光量規制を行う光量規制手段を備える構成とする。
この発明によれば、光量規制手段によって、集光光学系の各集光位置に集光されるビームスポットの光量が略同一となり、撮像部によって撮像される光の光量が集光位置によらず略同一となる。そのため、被検体を変えるごとに、撮像面上での光量を調整するために、ビーム光源の光量や撮像部の撮像条件の設定などを行わなくてもよいので、効率的な偏心測定を行うことができる。
【００１０】
請求項６に記載の発明では、請求項１〜５のいずれかに記載の偏心測定機において、前記集光光学系は、円錐レンズからなる構成とする。
この発明によれば、集光光学系が円錐レンズからなるため、基準画像が光軸を中心にした同心円上に形成される。そのため、基準画像から光軸の位置を算出することが容易となる。
【００１１】
請求項７に記載の発明では、請求項１〜６のいずれかに記載の偏心測定機において、前記被検体保持部の前記光ビームの光軸に対する傾きを調整する傾き調整機構と、前記被検体保持部側から前記ビーム光源側に進む光を、前記集光光学系と前記被検体保持部との間で、前記光軸の側方に分岐するビームスプリッタと、該ビームスプリッタによって前記光軸の側方に分岐された光を入射方向に沿う逆方向に反射する再帰性反射部材とを備える構成とする。
この発明によれば、ビームスプリッタと再帰性反射部材とを備えるため、例えば、被検体保持部にハーフミラーを構成する基準平面板を配置すると、ビーム光源から基準平面板に入射する光ビームは、基準平面板を透過して撮像部に撮像される光ビームと、基準平面板で反射される光ビームとに分岐される。
このうち、基準平面板で反射された光ビームは、ビームスプリッタによって反射されて再帰性反射部材に到達し、再帰性反射部材によって、入射方向と同方向に反射され、ビームスプリッタを介して基準平面板に再入射する。この再入射光の一部は、基準平面板を透過して撮像部で撮像される。
このため、被検体保持部の保持面の位置が、光軸に直交する面に対して傾いていると、撮像部で基準画像の二重像が撮像される。傾き調整機構によって、この二重像が互いに重なり合うように被検体保持部の位置を調整することで、被検体保持部の保持面の傾きを光軸に直交する方向に合わせることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の偏心測定機によれば、光ビームの光軸上の一定範囲内に、分散して集光させる集光光学系を備えるため、焦点距離が異なる複数種類の被検体を偏心測定する場合にも被検体保持部に保持された被検体とビーム光源との位置関係を変更することなく偏心測定を行うことができるので、被検体を焦点距離が異なる複数種類の被検体の偏心測定を効率的に行うことができ、かつ装置構成を簡素な構成とすることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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。
【００１４】
［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機について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る偏心測定機の概略構成を示す模式的な正面図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る偏心測定機の制御ユニットの機能構成を示す機能ブロック図である。図３は、本発明の第１の実施形態に係る偏心測定機において被検体が外された場合の光線について説明する模式的な光線説明図である。
【００１５】
本実施形態の偏心測定機１００は、例えば、レンズなどの光学素子を被検体として、光学素子の偏心を透過偏心測定によって測定するものである。図１には、光学素子の一例として、両凸レンズからなる被検レンズ６単体を被検体とする場合の例を描いているが、光学素子の種類は、両凸レンズに限定されるものではなく、適宜の凸レンズ、凹レンズの測定が可能であり、レンズ面は、球面でも非球面でもよい。
また、光学素子単体に限定されるものでもなく、例えば、鏡筒などに組み込まれた光学素子あるいは光学素子群であってもよい。
また、被検体は、被検体の光軸方向および光軸方向に直交する方向にそれぞれ適宜の被保持面を備えている。例えば被検体が光学素子単体の場合には、光軸方向の被保持面は、レンズ有効領域外のレンズ面やレンズ面の外縁部に形成された平面部、フランジ部などで形成される。光軸方向に直交する方向の被保持面は、レンズの側面（コバ面）やレンズ外縁部に形成されフランジ部の側面に形成される。
また、例えば被検体が鏡筒などに組み込まれた場合には、被検体を他の装置に組み付ける場合の光軸方向および光軸方向に直交する方向の位置決め面によって被保持面を兼ねることが好ましい。
【００１６】
偏心測定機１００の概略構成は、図１に示すように、ビーム光源１、円錐レンズ２（集光光学系）、被検レンズ６を保持するレンズ保持部５（被検体保持部）、結像レンズ７（観察光学系）、およびＣＣＤカメラ８（観察手段、撮像部）がこの順に配置され、ＣＣＤカメラ８にケーブル８ｂを介して制御ユニット９（観察手段）が接続され、制御ユニット９には、表示部１０（観察手段）および操作部１１が、それぞれ電気的に接続されている。
【００１７】
ビーム光源１は、偏心測定用に用いる光ビームを発生するものである。光ビームは、主光線が光軸Ｏに沿って進むとして、適宜の収束ビーム、平行ビーム、発散ビームを採用することができるが、本実施形態では、一例として、レーザ光Ｌ０を発散光として発生するレーザ光源１ａと、レーザ光Ｌ０をコリメートするコリメートレンズ１ｂとから構成される。このため、レーザ光Ｌ０は、コリメートレンズ１ｂから出射されると、光軸Ｏに沿って進む平行ビームになっている。
光軸Ｏは、偏心測定機１００の偏心測定の基準軸を構成する。
レーザ光源１ａは、例えば、レーザダイオードや、レーザダイオードと光ファイバとを組み合わせた構成などを採用することができる。前者では略ガウス分布を有する発散光を得ることができ、後者では、光ファイバを通すことで略均一分布を有する発散光を得ることができる。
【００１８】
円錐レンズ２は、光学面として、平面２ａ、円錐面２ｂを備える光学素子であり、平面２ａをコリメートレンズ１ｂ側に向け、円錐面２ｂの中心軸（光軸）が、光軸Ｏに一致するように配置されている。図１において、符号Ｐ０は、円錐面２ｂの頂点を示す。
円錐レンズ２は、その光軸に沿う光が平面２ａ側から入射すると、円錐面２ｂによって、円錐レンズ２の光軸に交差する斜め方向に光線が屈折され、光軸を中心とした同じ入射光線高さ（以下、単に光線高さという）の光線が、光軸上に集光される。
本実施形態では、円錐レンズ２の光軸は光軸Ｏに一致されており、平面２ａから光軸に沿う平行光であるレーザ光Ｌ０が入射する。このため、図３に示すように、光軸Ｏを中心として半径ｒの光線高さで円錐レンズ２に入射する円環状の光線群Ｌｒは、円錐面２ｂの点Ｐｒにおいて、光軸Ｏに対して角度θで交差する方向に屈折され、光軸Ｏ上の点Ｑｒに集光され、その後、それぞれ直進し、全体としてコーン状に広がる。このため、光線高さｒが、０＜ｒ≦ｒｍａｘの各光線群Ｌｒが、光軸Ｏ上で、頂点Ｐ０から点Ｑｍａｘまでの範囲内で、集光位置が連続的にずらされた状態で集光される。この集光範囲Ｐ０Ｑｍａｘの長さをＺｆと表す。
円錐レンズ２の屈折率をｎ、円錐レンズ２の頂角の光軸を含む断面での大きさを２φ（ただし、φ＞０）とすると、スネルの法則により、角度θ、長さＺｆは、次式から求めることができる。
【００１９】
ｓｉｎ（θ＋π／２−φ）＝ｎ・ｓｉｎ（π／２−φ）                ・・・（１）
Ｚｆ＝ｒｍａｘ（１／ｔａｎθ−１／ｔａｎφ）                      ・・・（２）
【００２０】
本実施形態では、一例として、角度φを８９度５０分に設定している。このため、例えば、ｎ＝１．５２、ｒｍａｘ＝５（ｍｍ）の場合、θは５分１２秒となり、集光範囲の長さＺｆは１５８９ｍｍとなる。
【００２１】
レンズ保持部５は、被検レンズ６をレーザ光Ｌ０の光路上に着脱可能に保持するものである。
レンズ保持部５の形状は、光軸Ｏ方向に貫通した孔部５ｃを備える円筒状部材からなり、軸方向の中間部に、被検レンズ６を光軸方向に位置決めして保持する保持面５ａを備え、保持面５ａの近傍には、被検レンズ６を光軸と直交する径方向に位置決めして保持する径方向保持部５ｂが設けられている。
レンズ保持部５は、保持面５ａが光軸Ｏに直交し、保持面５ａの法線に平行な径方向保持部５ｂの保持中心軸が光軸Ｏに一致するように、ビーム光源１に対して相対的に位置決めされた状態で、不図示の支持部材に固定されている。
保持面５ａと円錐レンズ２の円錐面２ｂの頂点Ｐ０との間の距離は、距離ｙに設定されている。
レンズ保持部５の構造は、例えば、被検レンズ６を組み込むレンズ枠と同じ構造の枠を採用することができるが、被検レンズ６の被保持面を再現性よく保持することができればどのような保持構造、保持機構を採用してもよい。例えば、被検レンズ６の外径寸法に偏心測定に影響する製作誤差がある場合には、コレットチャックのような同心でチャックできる保持機構を採用することが好ましい。
【００２２】
また、保持面５ａと頂点Ｐ０との間の距離ｙは、偏心測定機１００で測定する種々の被検レンズ６を、保持面５ａに保持したときに、各被検レンズ６の物体側焦点面が、円錐レンズ２の集光範囲Ｐ０Ｑｍａｘの範囲内に配置されるような寸法とする。なお、図３は模式図のため、寸法比を誇張している（以下の光線図も同様）。
すなわち、保持面５ａから被検レンズ６の物体側焦点面までの距離をｆｈとすれば、距離ｙは、被検レンズ６が正の屈折力を有する場合はｆｈと（Ｚｆ＋ｆｈ）の間にあり、被検レンズ６が負の屈折力を有する場合はＺｆを越えない、という条件の下に、円錐レンズ２とレンズ保持部５との間に被検レンズ６を配置可能な寸法として設定される。
したがって、被検レンズ６の屈折力が正負いずれもあり得る場合には、ｙ≦Ｚｆの範囲に設定する必要がある。本実施形態では、一例として、ｙ＝Ｚｆ／２とし、屈折力の正負によらず、ｆｈ≦Ｚｆ／２の被検レンズ６の偏心測定を行うことができるようにしている。
【００２３】
結像レンズ７は、レンズ保持部５に被検レンズ６が保持されたときに被検レンズ６を介した光の光像を像面に形成する観察光学系である。結像レンズ７の光軸は、光軸Ｏに一致するように配置される。
【００２４】
ＣＣＤカメラ８は、結像レンズ７の焦点面に、撮像素子であるＣＣＤの撮像面８ａが配置され、結像レンズ７によって像面に形成された光像をＣＣＤによって光電変換して、映像信号を生成するものである。すなわち、結像レンズ７によって像面に形成された光像を観察するための観察手段となっている。
ＣＣＤカメラ８の光軸Ｏに直交する方向の位置は、後述する基準位置測定、偏心測定を行うための撮像領域が確保されれば、特に限定されない。ただし、撮像面８ａを最大限に利用して偏心測定を行うためには、光軸Ｏが撮像面８ａの中心を通るように位置合わせして配置することが好ましい。
ＣＣＤカメラ８によって、生成された映像信号は、ケーブル８ｂを介して制御ユニット９に送出される。
なお、ＣＣＤカメラ８は、撮像部の一例であって、ＣＣＤに限らず、例えばＣＭＯＳ素子など適宜の撮像素子を用いたカメラを撮像部として用いることができる。
【００２５】
なお、これらの各構成部材の位置合わせは、周知のいかなる手段によって行ってもよい。例えば、まず、円錐レンズ２、ビーム光源１の位置を固定して、結像レンズ７を光軸Ｏと同軸に配置する。そして、ＣＣＤカメラ８を結像レンズ７の焦点面に配置する。そして、レンズ保持部５上に、位置調整用の基準部材を配置し、ＣＣＤカメラ８によって取得される映像を見ながら、レンズ保持部５のチルト移動および光軸Ｏに直交する方向の平行移動を行って、レンズ保持部５の保持面５ａ、径方向保持部５ｂの保持中心の位置合わせを行う。
後述するように、偏心測定機１００では、被検レンズ６の種類が変わっても、レンズ保持部５の光軸方向の位置を移動させることなく偏心測定を行うことができるので、このような位置合わせは、組立時に１回行って置けばよい。そのため、レンズ保持部５は、位置決めが終わったら、不図示の支持部材に固定することができる。
ただし、支持部材との間にチルト移動ステージや平行移動ステージなどの移動機構を介して固定し、必要に応じて再調整できるようにしてもよい。
【００２６】
制御ユニット９の機能構成は、図２に示すように、画像取得部２１、演算処理部２２（基準位置算出手段、偏心量算出手段）、データ記憶部２３、測定制御部２０、および表示制御部２４からなり、ＣＣＤカメラ８、偏心測定機１００の測定に用いる操作入力を行う操作部１１、およびＣＣＤカメラ８で撮像した映像を表示画面１０ａに表示する表示部１０（観察手段）と、それぞれ電気的に接続されている。
操作部１１は、例えば、キーボード、操作ボタン、マウスなど適宜の操作入力手段を採用することができる。測定者は操作部１１からの操作入力によって、少なくとも、ＣＣＤカメラ８の画像を取得して、この画像から偏心測定の基準位置を求める基準位置算出動作と、ＣＣＤカメラ８の画像を取得して、この画像から偏心量を算出する測定開始動作とを行うよう指示する操作入力が可能になっている。
【００２７】
画像取得部２１は、測定制御部２０からの制御信号に応じて、ＣＣＤカメラ８で生成された映像信号を取得し、例えば、ノイズ除去処理などの信号処理を必要に応じて施して、ＣＣＤカメラ８のフレーム画像の各画素の輝度値で構成される画像データを取得し、この画像データを演算処理部２２に送出するものである。
なお、ＣＣＤカメラ８から送出される映像信号は、本実施形態では、常時、表示制御部２４にも送出され、表示制御部２４を介して表示部１０の表示画面１０ａに表示されるようになっている。
【００２８】
演算処理部２２は、測定制御部２０からの制御信号に基づいて、画像取得部２１から送出された画像データに画像処理を施して、ＣＣＤカメラ８の撮像面上での偏心測定の基準位置を算出したり、送出された画像データから光像の中心位置を算出して偏心量、偏心方向などを算出したり、送出された画像データに対応する画像を表示制御部２４に送出するものである。
また、本実施形態では、演算処理によって算出された基準位置や光像の位置の座標値などの数値情報や、これらの数値情報に対応する位置、範囲、大きさなどを画像取得部２１が取得した画像データに重ね合わせて表示する表示制御情報を表示制御部２４に送出できるようになっている。
【００２９】
データ記憶部２３は、演算処理部２２で行う演算処理に必要な情報を予め記憶したり、演算処理結果を必要に応じて記憶したり、演算処理結果に対応する数値情報を画像取得部２１が取得した画像データに重ね合わせて、例えば座標値などの文字情報や標識などの図形情報として表示するための表示用画像データなどを記憶するものである。
【００３０】
測定制御部２０は、操作部１１による操作入力の発生を監視し、発生した操作入力に応じて各種動作を行う制御信号を生成するものである。本実施形態では、少なくとも、画像取得部２１、および演算処理部２２に制御信号を送出できるようになっている。
操作部１１から基準位置算出動作を行う指示が入力されると、測定制御部２０は、画像取得部２１に対して、ＣＣＤカメラ８から画像データを取得しこの画像データを演算処理部２２に送出させるための制御信号を送出するとともに、演算処理部２２に対して、画像取得部２１から送出された画像データに基づいて偏心測定の基準位置を算出する演算処理を実行させるための制御信号を送出する。
また、操作部１１から測定開始動作を行う指示が入力されると、測定制御部２０は、画像取得部２１に対して、ＣＣＤカメラ８から画像データを取得しこの画像データを演算処理部２２に送出させるための制御信号を送出するとともに、演算処理部２２に対して、画像取得部２１から送出された画像データに基づいて、光像の中心位置を算出して偏心量、偏心方向を算出する演算処理を実行させる制御信号を送出する。
【００３１】
表示制御部２４は、画像取得部２１から送出される映像信号に基づく映像を表示部１０に表示させたり、画像取得部２１で取得され演算処理部２２から送出された画像データを静止画像として表示したり、演算処理部２２から送出された演算結果に関する数値情報、図形情報などを必要に応じて映像信号や静止画像に重ね合わせて、表示部１０に表示したりする制御を行うものである。
【００３２】
制御ユニット９の装置構成としては、専用のハードウェアを用いてもよいが、本実施形態では、ＣＰＵ、メモリ、外部記憶装置、入出力インターフェースなどを備えたコンピュータによって、演算用、制御用のプログラムを実行させることで実現している。
【００３３】
次に、偏心測定機１００の動作について、偏心測定の測定原理を中心に説明する。
図４は、偏心測定の基準位置測定時の表示画面、および表示画面に表示された基準画像の一例を示す模式図である。図５（ａ）は、被検体が正の屈折力を有する場合の偏心測定時の模式的な概略光路図である。図５（ｂ）は、被検体が負の屈折力を有する場合の偏心測定時の模式的な概略光路図である。図６は、偏心測定時の表示画面、および表示画面に表示された光像の画像の一例を示す模式図である。
【００３４】
まず、被検レンズ６をレンズ保持部５から外して基準位置測定を行う場合について説明する。
測定者は、レンズ保持部５から被検レンズ６を外した状態でビーム光源１を点灯し、操作部１１から、基準位置測定を指示する操作入力を行う。
レーザ光源１ａで発生された発散光は、コリメートレンズ１ｂによって平行光束とされ、レーザ光Ｌ０として、円錐レンズ２に入射される。
円錐レンズ２に対して平面２ａから入射するレーザ光Ｌ０は、図３に示すように、円錐面２ｂで光軸Ｏに対して角度θだけ傾いた方向に屈折され、光軸Ｏ上の頂点Ｐ０から点Ｑｍａｘの範囲の光線高さに応じた位置に、分散して集光され、光軸Ｏと交差した後、直進し、全体としてコーン状に広がるレーザ光Ｌ１が形成される。
【００３５】
レーザ光Ｌ１は、レンズ保持部５の孔部５ｃを通過して、結像レンズ７に入射する。レーザ光Ｌ１は、光軸Ｏに対して一定の角度θで傾斜するコーン状の光束のため、結像レンズ７の像面（本実施形態では、結像レンズ７の焦点面）に円環状の光像Ｉ１が結像される。光像Ｉ１は、結像レンズ７の像面に撮像面８ａが配置されたＣＣＤカメラ８によって、光電変換され、表示制御部２４を介して表示部１０の表示画面１０ａに表示される（図５参照）。
【００３６】
一方、操作部１１から操作入力が行われると、測定制御部２０によって、基準位置測定の指示であることが解析され、測定制御部２０から、画像取得部２１および演算処理部２２に基準位置測定動作を行うための制御信号が送出される。
画像取得部２１では、この測定制御部２０からの制御信号を受信したタイミングで、ＣＣＤカメラ８からフレーム画像の各画素の輝度値で構成される画像データを取得し、この画像データを演算処理部２２に送出する。
【００３７】
演算処理部２２では、画像取得部２１から送出された画像データから偏心測定の基準位置を算出する。
本実施形態では、光像Ｉ１は、円を描くので、例えば、画像データを二値化処理などして、軌跡形状の座標データを取得し、この座標データに基づいて、円のカーブフィッティング演算を行い、光像Ｉ１の中心Ｃの座標値を算出する。中心Ｃは、光軸Ｏと撮像面８ａとの交点となっているため、中心Ｃの座標が、偏心測定の基準位置を与える。
また、二値化処理後に抽出された円環図形の図心（重心）を求めることで中心Ｃを算出してもよい。
このように、演算処理部２２は、レンズ保持部５から被検レンズ６が外された状態で、ＣＣＤカメラ８によって撮像されたレーザ光Ｌ０による基準画像から、撮像面８ａ上での偏心測定の基準位置を算出する基準位置算出手段を構成している。
【００３８】
このように算出された基準位置の座標は、データ記憶部２３に記憶される。
また、演算処理部２２は、中心Ｃの位置が視認しやすいように、必要に応じて、中心Ｃを通る十字などのマーク３０をデータ記憶部２３に記憶された表示用画像データなどから読み込んで、図４に示すように、表示画面１０ａ上の中心Ｃと重なる位置に映像信号に重ね合わせて表示するようにしてもよい。
以上で、基準位置測定動作が終了する。
【００３９】
基準位置測定は、ビーム光源１、結像レンズ７、およびＣＣＤカメラ８の相対的な位置関係が一定であれば、偏心測定を開始する前に少なくとも１回行っておけばよい。ただし、より測定誤差を低減するためには、必要に応じて、あるいは偏心測定ごとに毎回、基準位置測定を行うことが好ましい。
【００４０】
次に、偏心測定について基準位置測定と異なる点を中心に説明する。
測定者は、レンズ保持部５に被検レンズ６を保持させた状態でビーム光源１を点灯し、操作部１１から、偏心測定を指示する操作入力を行う。
レーザ光Ｌ１が形成されるまでの光路は、基準位置測定の場合と同様である。
レーザ光Ｌ１は、被検レンズ６を透過して、レーザ光Ｌ２として結像レンズ７に入射し、結像レンズ７によってレーザ光Ｌ３として集光され、撮像面８ａに結像される。このとき、基準位置測定とは異なり、レーザ光Ｌ１は、被検レンズ６および結像レンズ７とで構成される結像光学系によって、撮像面８ａに結像されるため、撮像面８ａと共役の関係にある物体面の光像が、この結像光学系の光学倍率に応じて変倍されて、撮像面８ａ上に形成され、ＣＣＤカメラ８によって撮像される。
【００４１】
図５（ａ）に、被検レンズ６が正の屈折力を有する場合の一例として、平凸レンズからなる凸レンズ６Ａを測定する場合の模式的な光線を示した。ただし、簡単のため、凸レンズ６Ａに偏心がない場合の光線を描いている。
正レンズの場合、物体側焦点Ａは、保持面５ａから円錐レンズ２側（物体側）に距離ｆｈＡの位置にあり、レーザ光Ｌ２としては、物体側焦点Ａを通る光線群ＬＡが、凸レンズ６Ａによって集光されて平行光であるレーザ光Ｌ２Ａが形成され、このレーザ光Ｌ２Ａが結像レンズ７によってレーザ光Ｌ３Ａ（Ｌ３）として集光されて、撮像面８ａ上にスポット状に結像される。
レーザ光Ｌ０のうち物体側焦点Ａを通らない他の光線群は、斜め方向に進んで結像レンズ７や撮像面８ａに到達しないか、または撮像面８ａに到達するとしてもぼけた光像となるため、表示画面１０ａ上で高輝度に観察されるのは、図６に示すように、光線群ＬＡによるスポット画像Ｓのみとなる。また基準位置測定における光像Ｉ１は消失している。
スポット画像Ｓは、凸レンズ６Ａの偏心量に応じて、偏心測定の基準位置である中心Ｃからずれた位置に表示される。
【００４２】
一方、操作部１１から操作入力が行われると、測定制御部２０によって、偏心測定の指示であることが解析され、測定制御部２０から、画像取得部２１および演算処理部２２に偏心測定動作を行うための制御信号が送出される。
画像取得部２１では、この測定制御部２０からの制御信号を受信したタイミングで、ＣＣＤカメラ８からフレーム画像の各画素の輝度値で構成される画像データを取得し、この画像データを演算処理部２２に送出する。
【００４３】
演算処理部２２では、画像取得部２１から送出された画像データからスポット画像Ｓの中心位置を算出する。例えば、画像データを二値化処理して高輝度部の重心位置座標を算出し、スポット画像Ｓの中心位置座標とする。
そして、この中心位置座標と、データ記憶部２３に記憶された基準位置の座標（中心Ｃの座標）とを用いて、撮像面８ａ上の距離ＣＳ、偏心方向を算出する。
距離ＣＳは、凸レンズ６Ａおよび結像レンズ７で構成される結像光学系の光学特性に基づいて、凸レンズ６Ａの偏心量εに換算する。
レンズの偏心量は一般に角度で表され、例えば、次式（３）のようにして算出される。
偏心方向は、ベクトルＣＳの方向を算出することによって求められる。
【００４４】
ε＝ａｒｃｔａｎ（δ／Ｆ）                                        ・・・（３）
【００４５】
ここで、Ｆは予めデータ記憶部２３に記憶された結像レンズ７の焦点距離、δはＣＣＤカメラ８上における距離ＣＳを表わす。
このように、本実施形態では、凸レンズ６Ａの焦点距離に関係なく偏心量εを算出することができる。
このように、演算処理部２２は、レンズ保持部５に被検レンズ６が保持された状態で、ＣＣＤカメラ８によって撮像された光像の位置と、すでに算出された基準位置とから、被検レンズ６の偏心量εを算出する偏心量算出手段を構成している。
【００４６】
偏心量εや偏心方向などの演算結果は、データ記憶部２３に記憶される。また、特に図示しないが、必要に応じて、これらの数値情報を表示制御部２４に送出し、表示制御部２４によってこれらの数値情報に対応する文字情報を、表示画面１０ａ上に重ね合わせて表示してもよい。
また、演算処理部２２は、スポット画像Ｓの中心Ｃに対する位置が視認しやすいように、必要に応じて、図６に示すように、マーク３０をデータ記憶部２３に記憶された中心Ｃと重なる位置に映像信号に重ね合わせて表示するようにしてもよい。また、合否判定を伴う偏心測定を行う場合などでは、算出された偏心量が許容範囲内にあるかどうかが直ちに分かるように、例えば、図６に示すように、偏心量の許容範囲を表示するための点Ｃを中心とする円マーク３１を表示するようにしてもよい。
以上で、偏心測定動作が終了する。
【００４７】
被検レンズ６が、凹レンズであっても、同様に偏心測定を行うことができる。図５（ｂ）に、被検レンズ６が負の屈折力を有する場合の一例として、平凹レンズからなる凹レンズ６Ｂを測定する場合の模式的な光線を示した。ただし、簡単のため、凹レンズ６Ｂに偏心がない場合の光線を描いている。
負レンズの場合、焦点距離が負の値を取るので、物体側焦点Ｂは、保持面５ａから結像レンズ７側に距離ｆｈＢの位置にあり、物体側焦点Ｂに向かって進む光線群ＬＢが、凹レンズ６Ｂによって発散されて、レーザ光Ｌ２として平行光であるレーザ光Ｌ２Ｂが形成され、このレーザ光Ｌ２Ｂが結像レンズ７によって像面にレーザ光Ｌ３Ｂ（Ｌ３）として集光されて、撮像面８ａ上にスポット状に結像される。
レーザ光Ｌ０のうち物体側焦点Ｂに向かわない他の光線群は、斜め方向に進んで結像レンズ７や撮像面８ａに到達しないか、または撮像面８ａに到達するとしてもぼけた光像となるため、表示画面１０ａ上で高輝度に観察されるのは、凸レンズ６Ａの場合とまったく同様に、光線群ＬＢによるスポット画像Ｓのみとなる（図６参照）。また基準位置測定における光像Ｉ１は消失している。
スポット画像Ｓは、凹レンズ６Ｂの偏心量に応じて、偏心測定の基準位置である中心Ｃからずれた位置に表示される。
【００４８】
以上では、凸レンズ６Ａ、凹レンズ６Ｂの焦点距離に応じて、それぞれの物体側焦点が、保持面５ａに対して、距離ｆｈＡ、ｆｈＢの場合で説明したが、レンズ保持部５に保持された被検レンズ６の物体側焦点面が、円錐レンズ２の集光範囲Ｚｆの範囲内にあれば、焦点距離が異なる場合でも、同一の相対的な位置関係を有する装置構成で偏心測定を行うことが可能となる。
本実施形態では、一例として、ｙ＝Ｚｆ／２としているため、屈折力の正負によらず、ｆｈ≦Ｚｆ／２の被検レンズ６の偏心測定を行うことができる。
簡単のため、距離ｆｈが焦点距離と等しいとすれば、本実施形態の数値例の円錐レンズ２では、焦点距離が、±７９４．５ｍｍの被検レンズ６の偏心測定が可能となる。
ただし、予め被検レンズ６の焦点距離の範囲が限定されている場合には、その範囲に応じてｙの値を決めればよく、ｙ＝Ｚｆ／２に限定されるものではない。
【００４９】
このように、偏心測定機１００によれば、光軸Ｏ上のＺｆの範囲内に、レーザ光Ｌ０を分散して集光させる円錐レンズ２を備えるため、焦点距離が異なる複数種類の被検レンズ６を偏心測定する場合にもレンズ保持部５に保持された被検レンズ６とビーム光源１との位置関係を変更することなく、偏心測定を行うことができる。そのため、被検レンズ６の焦点距離が変わるたびに、レンズ保持部５とビーム光源１との光軸方向の相対的な位置関係を調整する手間を省くことができる。その結果、焦点距離が異なる複数種類の被検レンズ６の偏心測定を効率的に行うことができる
また、レンズ保持部５とビーム光源１との相対的な位置関係を調整する光軸方向の移動を行う場合のように、走り精度などによって偏心測定の基準位置のずれが生じたりしないので、基準位置測定の回数を低減することができる。
また、偏心測定の基準位置測定を行う場合にも、被検レンズ６をレンズ保持部５から外したときの１つ画像から測定できるので、従来のように、被検レンズ６を回転させて回転軌跡を取得するといった手間がかからないため、測定時間を短縮することができる。また、偏心の方向も容易に測定することができる。
また、レンズ保持部５とビーム光源１との相対的な位置関係を調整するための移動機構を省略することができるので装置構成を簡素化することができる。
【００５０】
次に、本実施形態の変形例について説明する。
図７は、本発明の第１の実施形態の変形例にかかる偏心測定機の概略構成を示す模式的な正面図である。図８は、本発明の第１の実施形態の変形例にかかる偏心測定機の姿勢調整時の基準平板近傍の光路について説明する模式的な光路説明図である。
本変形例の偏心測定機１１０は、レンズ保持部５の保持面５ａの法線と、レンズ保持部５の径方向保持部５ｂの保持中心軸の光軸Ｏに直交する方向の位置を、光軸Ｏに合わせる調整機構を内蔵したものである。
【００５１】
本変形例では、レンズ保持部５の保持面５ａの法線の傾きを調整する場合には、保持面５ａ上に基準平板４３を配置して行う。基準平板４３は、互いに平行な平面４３ａ、４３ｂを有するガラス板であり、測定の基準となる平面４３ａを、保持面５ａ上に保持して用いる。本実施形態では、平面４３ａには、ハーフミラーコートが施されている。このハーフミラーコートの反射透過率特性は、後述するレーザ光Ｌ１１の光量が撮像面８ａ上で十分確保されるように設定すればよく、例えば、反射率５０％、透過率５０％というような文字通りのハーフミラー特性を意味するものではない。
また、レンズ保持部５の径方向保持部５ｂの保持中心軸の光軸Ｏに直交する方向の位置を調整する場合には、特に図示しないが、保持面５ａ上に真球度の高いボールレンズを載せて調整する。
【００５２】
偏心測定機１１０の概略構成は、図７に示すように、上記第１の実施形態の偏心測定機１００に、姿勢調整機構４２（傾き調整機構）、ビームスプリッタ４０、およびコーナーキューブ４１（再帰性反射部材）を備える。
また、以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００５３】
姿勢調整機構４２は、レンズ保持部５の保持面５ａの光軸Ｏに対する角度と、径方向保持部５ｂの保持中心軸の光軸Ｏに直交する平面内での位置とが調整可能となるように、レンズ保持部５を移動可能に保持するものである。例えば、適宜のチルト移動ステージと平行移動を行うためのＸＹステージとの組合せなどを採用することができる。
【００５４】
ビームスプリッタ４０は、円錐レンズ２を透過したレーザ光Ｌ１を透過させ、レンズ保持部５上に配置された基準平板４３の平面４３ａで反射されたレーザ光Ｌ１０を反射して光軸Ｏの側方に導いて、光路を分岐させるものである。
ビームスプリッタ４０は、透過光量損失が小さい場合には、光路上に常時配置しておいてもよいが、光軸Ｏに沿う光路上に進退可能に保持しておき、基準位置測定、偏心測定の際には光路外に退避するようにしてもよい。
【００５５】
コーナーキューブ４１は、ビームスプリッタ４０によって反射されたレーザ光Ｌ１０の光路上に配置され、このレーザ光Ｌ１０を入射方向に沿う逆方向にレーザ光Ｌ１１として反射する再帰性反射部材である。
【００５６】
偏心測定機１１０では、上記第１の実施形態と同様に、基準位置測定、偏心測定を行うことができるので、レンズ保持部５の姿勢を光軸Ｏに合わせる調整の動作を中心に説明する。
まず、保持面５ａの法線Ｎ（図８参照）の傾きを光軸Ｏに合わせる傾き調整を行う。
そのため、保持面５ａ上に基準平板４３の平面４３ａを配置して、ビーム光源１を点灯する。円錐レンズ２から出射された全体としてコーン状のレーザ光Ｌ１は、ビームスプリッタ４０を透過し、基準平板４３の平面４３ａに入射する。
平面４３ａでは、レーザ光Ｌ１の一部が透過して上記第１の実施形態の基準位置測定と同様にして、撮像面８ａに到達し、撮像面８ａ上に円環状の光像を形成する。
【００５７】
一方、平面４３ａで反射されたレーザ光Ｌ１０は、ビームスプリッタ４０に戻って、反射されて、コーナーキューブ４１に入射する。コーナーキューブ４１では、レーザ光Ｌ１０が、入射方向に沿う逆方向にレーザ光Ｌ１１として反射され、ビームスプリッタ４０で反射されて、基準平板４３に再入射される。
このように、コーナーキューブ４１を用いることで、レーザ光Ｌ１０がコーナーキューブ４１に入射する限りは、ビームスプリッタ４０やコーナーキューブ４１の配置姿勢によらず、光軸Ｏに対してレーザ光Ｌ１０と同じ傾斜を有するレーザ光Ｌ１１を基準平板４３に入射させることができる。
そのため、ビームスプリッタ４０やコーナーキューブ４１の配置精度は低精度でよいため、光路上に進退可能に保持する場合でも、低精度の簡素な進退機構を用いることができる。
【００５８】
ここで、図８に示すように、保持面５ａが光軸Ｏと直交する平面に対して角度Δだけ傾斜していると、平面４３ａが角度Δだけ傾斜するため、レーザ光Ｌ１０、Ｌ１１は、いずれも、光軸Ｏに対して２・Δだけ傾斜することになる。
このため、基準平板４３を透過するレーザ光Ｌ１１は、光軸が光軸Ｏに対して２・Δ傾斜したコーン状の光束として結像レンズ７に入射し、角度ずれ２・Δに対応して、撮像面８ａ上にレーザ光Ｌ１が形成する円環状の光像Ｉ１と中心位置が異なる円環状の光像を形成する。
測定者は、表示部１０の表示画面１０ａに表示される２つの円環状の光像の画像を見ながら、姿勢調整機構４２によってレンズ保持部５の傾きを調整し、表示画面１０ａ上で、２つの光像が重なる位置で、傾き調整を終了する。
【００５９】
なお、レーザ光Ｌ１１によって形成される光像は、基準平板４３を透過するレーザ光Ｌ１に比べて、ビームスプリッタ４０における２回の反射、コーナーキューブ４１の内部反射などによって、光量損失が発生するため、平面４３ａのハーフミラーコートの反射透過率特性は、このような光量損失を補うことができるように、反射率が透過率よりも大きくなるように設定することが好ましい。
これにより、撮像面８ａ上でレーザ光Ｌ１、Ｌ１１がそれぞれ形成する光像の輝度のバランスを取ることができるため、表示画面１０ａ上での２つの光像がいずれも見やすくなり、傾き調整をより円滑かつ正確に行うことができる。
【００６０】
次に、基準平板４３に代えて、レンズ保持部５に不図示のボールレンズを保持し、ボールレンズを透過したレーザ光Ｌ１が形成する撮像面８ａ上の光像から、上記第１の実施形態の基準位置測定の場合と同様にして、基準位置を算出し、基準位置が撮像面８ａ上の光軸Ｏの位置に一致するように、姿勢調整機構４２によってレンズ保持部５を光軸Ｏに直交する方向に移動して位置調整を行う。
【００６１】
このように、偏心測定機１１０では、内蔵された姿勢調整機構４２、ビームスプリッタ４０、およびコーナーキューブ４１を用いて、必要に応じて、レンズ保持部５の姿勢や位置を調整することができる。そのため、再調整の段取りが容易となり、経時変化などによる相対位置の狂いを必要に応じて迅速に再調整を行うことができるので、効率的な偏心測定および偏心測定の測定精度の維持が容易となる。
【００６２】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係る偏心測定機について説明する。
図９は、本発明の第２の実施形態に係る偏心測定機の概略構成を示す模式的な正面図である。図１０は、本発明の第２の実施形態に係る偏心測定機に用いる光量規制手段の一例を示す模式的な平面図である。
【００６３】
本実施形態の偏心測定機１２０は、図９に示すように、上記第１の実施形態の偏心測定機１００において、ビーム光源１と円錐レンズ２との間の光路上にマスク板５０（光量規制手段）を配置したものである。
以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００６４】
マスク板５０は、図１０に示すように、例えば、黒塗装されるなどして遮光性を備える金属板の中心に、孔部５０ｂを備え、この孔部５０ｂから径方向外側に向かって一定幅で放射状に延びる複数のスリット５０ａが設けられたものである。各スリット５０ａの長さは、レーザ光Ｌ０の光束半径よりわずかに長い設定とされている。
そして、マスク板５０は、孔部５０ｂの中心が光軸Ｏに位置合わせされた状態で、光軸方向に略直交して配置される。スリット５０ａの本数は適宜選択することができるが、本実施形態では一例として４本としている。
【００６５】
次に、偏心測定機１２０の動作について説明する。
図１１（ａ）は、偏心測定の基準位置測定時の表示画面、および表示画面に表示された基準画像の一例を示す模式図である。図１１（ｂ）は、偏心測定時の表示画面、および表示画面に表示された光像の画像の一例を示す模式図である。
【００６６】
偏心測定機１２０では、レーザ光Ｌ０は、マスク板５０によって孔部５０ｂ、スリット５０ａを透過する光のみが透過し、光束断面が略十字状に整形されたレーザ光Ｌｍとして円錐レンズ２に入射される。レーザ光Ｌｍは、各スリット５０ａの配置に応じて、４方向に屈折される４つの帯状の光束となっているため、結像レンズ７によって、各帯状部分の屈折方向に応じて異なる位置に結像される。
このため、基準位置測定では、ＣＣＤカメラ８によって撮像される基準画像は、図１１（ａ）に示すように、４つの光像ｉ１が同一円周上に等ピッチで並んだ画像となる。
なお、スリット５０ａの本数を増やしていくと、増設方向に応じて、同一円周上に異なる光像ｉ１が増えていくことになる。マスク板５０がない上記第１の実施形態は、スリット５０ａが周方向に無限に存在する場合と同等である。
【００６７】
なお、上記第１の実施形態と同様に、演算結果を視認しやすくするためにマーク３０を表示させている。表示画面１０ａを見て演算結果の確認を容易に行えるようにするには、例えば、カーブフィッティングによって得られた円を、図１１（ａ）に一点鎖線で示すような円３２によって表示するようにしてもよい。
【００６８】
これら光像ｉ１が整列する円は、第１の実施形態の基準画像である円環状の光像Ｉ１で描かれる円と同一である。
したがって、本実施形態に基準位置測定では、これらの光像ｉ１を含む円の中心を求めることで、偏心測定の基準位置である中心Ｃを求めることができる。そこで、本実施形態の演算処理部２２では、例えば、基準画像を二値化処理して、各光像ｉ１の位置座標を算出し、それらから推定される円の中心座標を求める、といった演算処理を行う。本実施形態の例のように、光像ｉ１が円周上に一定ピッチで現れる場合には、それらの座標を平均しても中心Ｃの座標を算出することが可能である。
【００６９】
次に、偏心測定では、レンズ保持部５に被検レンズ６を配置することで、レーザ光Ｌｍは、上記第１の実施形態と同様の光路を進んで、撮像面８ａ上にスポット状に結像される。すなわち、図１１（ｂ）に示すように、スポット画像ｓが取得される。そして、このスポット画像ｓに対して、第１の実施形態と同様の演算を施すことで、同様にして偏心量εや、偏心方向が算出される。被検レンズ６が共通の場合には、スポット画像Ｓ、ｓの位置は一致する。
【００７０】
第１の実施形態におけるスポット画像Ｓと本実施形態のスポット画像ｓとの違いは、集光量の差による輝度の違いである。スポット画像Ｓ、ｓとして結像される光線は、結像レンズ７の像面と共役な位置を通過する光線群であり、被検レンズ６の焦点距離によって変化する。
例えば、図５（ａ）に示すように、凸レンズ６Ａを測定したときのスポット画像Ｓは、比較的光線高さが低い輪帯状の断面を有する光線群ＬＡが結像されたものである。また、凹レンズ６Ｂを測定したときのスポット画像Ｓは、比較的光線高さが高い輪帯状の断面を有する光線群ＬＢが結像されたものである。このため、それぞれに寄与する光量は、レーザ光Ｌ０の光量分布と光線高さによってそれぞれ異なる。
【００７１】
例えば、レーザ光Ｌ０の光量分布が径方向に略均一な場合には、光線高さが高い光線群ＬＢの光量の方が大きくなり、凹レンズ６Ｂの偏心測定時のスポット画像Ｓの輝度が高く、凸レンズ６Ａのものは輝度が低くなる。
スポット画像Ｓの輝度差が大きいと、例えば、二値化処理では、スポット画像Ｓの中心位置が算出できなかったり、算出できたとしても算出精度がばらついたりする場合がある。
また、焦点距離が異なる被検レンズ６を測定するたびに、ビーム光源１の光量や、ＣＣＤカメラ８のシャッタ速度などを調整してスポット画像Ｓの輝度を調整することも考えられるが、調整の手間がかかるため、偏心測定の効率が悪化してしまうことになる。
【００７２】
本実施形態では、マスク板５０を採用することで、レーザ光Ｌ０の光量分布を周方向に規制することができる。
例えば、レーザ光Ｌ０の光量分布が径方向に略均一な場合には、図１０に示すように、光線高さが低い輪帯６１と同幅の光線高さが高い輪帯６０とでは、いずれも、スリット５０ａを透過する光量が略等しくなるため、被検レンズ６の焦点距離の差によるスポット画像ｓの輝度変化はほとんどなくなる。
このため、演算処理を行う場合に、焦点距離が異なる被検レンズ６を測定しても二値化処理の閾値レベルを適切に設定することができる。その結果、各スポット画像ｓの座標位置を安定した精度で算出することができる。
また、焦点距離が異なる被検レンズ６を測定しても、表示画面１０ａ上で、偏心を示すスポット画像ｓの明るさがほとんど変わらないため、表示部１０上での観察が容易となる。
【００７３】
次に、本実施形態の第１変形例について説明する。
図１２は、本発明の第２の実施形態の第１変形例の光量規制手段を示す模式的な平面図である。
本変形例は、上記第２の実施形態の偏心測定機１２０において、マスク板５０に代えて、マスク板５１（光量規制手段）を備えるものである。
以下、上記第２の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００７４】
マスク板５１は、図１２に示すように、マスク板５０の各スリット５０ａを、孔部５０ｂから径方向外側に向かって周方向の開口幅が変化するスリット５１ａに代えたものである。本変形例では、各スリット５１ａは、周方向の開口幅が、孔部５０ｂ側から径方向外側に向かって一様に増大する扇形状の形状に設けられている例を図示しているが、周方向の開口幅の変化率は一定とは限らず、変化率を必要に応じて変化させてもよい。
【００７５】
図１２に示すような形状のマスク板５１によれば、上記第２の実施形態と同様な輪帯６０、６１を考えると、スリット５０ａを透過する光量は、光線高さが低い輪帯６１では相対的に小さく、同幅の光線高さが高い輪帯６０では、相対的に大きくなるため、レーザ光Ｌ０の光量分布が光束中心から径方向外側に向かって減少する場合に、マスク板５０を用いる場合に比べて、光線高さの差による透過光量のバラツキを低減することが可能となる。そのため、被検レンズ６の焦点距離の差によるスポット画像ｓの輝度変化が、マスク板５０を用いる場合に比べて低減される。
スリット５１ａの周方向の開口幅を、レーザ光Ｌ０の光量分布の低下に応じて広げるように周方向の開口幅の変化率を設定すれば、被検レンズ６の焦点距離の差によるスポット画像ｓの輝度変化をなくすことが可能となる。例えば、レーザ光Ｌ０がガウス分布を有することが分かっていれば、これに応じて、スリット５１ａの形状を設定することで、被検レンズ６の焦点距離が変わってもスポット画像ｓの輝度が一定になるようにすることができる。
【００７６】
次に、本実施形態の第２変形例について説明する。
図１３（ａ）は、本発明の第２の実施形態の第２変形例の光量規制手段を示す模式的な平面図である。図１３（ｂ）は、本発明の第２の実施形態の第２変形例の光量規制手段の作用を説明するための模式図である。
本変形例は、上記第２の実施形態の偏心測定機１２０において、マスク板５０に代えて、マスク板５２（光量規制手段）を備えるものである。
以下、上記第２の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００７７】
マスク板５２は、図１３（ａ）に示すように、マスク板５０の各スリット５０ａを、孔部５０ｂから径方向外側に向かって、半円状に湾曲するスリット５２ａに代えたものであり、全体として渦巻き状とされたものである。
本変形例では、マスク板５２によって、レーザ光Ｌ０の周方向の透過光量が光線高さに応じて規制されるため、上記第２の実施形態や第１変形例と同様に、偏心測定時にスポット画像ｓの輝度変化を低減することができる。
【００７８】
また、本変形例では、スリット５２ａが、径方向に対して湾曲して延ばされているため、スリット５２ａの開口の周方向の位置が、径方向に変化されている。
例えば、図１３（ｂ）に示すように、１つのスリット５２ａに対して上記第２の実施形態と同様な輪帯６０、６１を考えると、光線高さが低い輪帯６１では、光線高さｒ１、角度γ１の位置に、光透過域Ａ１が形成されている。また、同幅の光線高さが高い輪帯６０では、光線高さｒ２、角度γ２の位置に、光透過域Ａ２が形成されている（ただし、ｒ１＜ｒ２、γ１＜γ２）。ここで、角度γ１、γ２は、スリット５２ａの孔部５０ｂ側の接線方向を基準として図示反時計回りに測った角度である。
このように、本変形例のスリット５２ａでは、光線高さｒに応じて、光線透過域の角度位置γが、０度から９０度まで単調に増大するようになっている。
マスク板５２は、このようなスリット５２ａが９０度ピッチで４つ設けられているため、マスク板５２を透過して円錐レンズ２に向かうレーザ光Ｌｍは、光軸Ｏ回りのすべての角度位置から透過する光成分を含んでいる。
【００７９】
したがって、基準位置測定における基準画像は、図１１（ａ）に示す円３２上の至るところに光像ｉ１が現れ、図４に示す画像と、光量が異なるのみで、同様な円環状の画像が得られる。したがって、本変形例の偏心測定の基準位置は、第１の実施形態と同様にして算出することができる。
【００８０】
このように本変形例によれば、基準画像として円環状の光像が得られるため、上記第２の実施形態や第１変形例の場合において、光像ｉ１の数を無限大にしたのと同様であり、少数の光像ｉ１から偏心測定の基準位置を算出する場合に比べて計算誤差を低減することができる。
また、上記第１の実施形態の変形例のコーナーキューブ４１を用いたレンズ保持部５の傾き調整機構を偏心測定機１２０に適用する場合、表示部１０に表示される２つの画像が円環状となるため、第１の実施形態の変形例と同様に、表示画面１０ａ上の画像のずれ量が視認しやすくなり、高精度な調整が容易となる。
【００８１】
なお、上記の説明では、ビーム光源部が発生する光ビームが平行光の場合の例で説明した。このようにすれば、平行光の部分の距離を自由に設定できるため、光路レイアウトや構成部材の配置が容易となって好ましいが、光ビームが非平行光であっても同様に偏心測定を行うことができるので、光ビームは平行光には限定されない。
【００８２】
また、上記の説明では、偏心測定の例として、透過偏心測定を行う場合の例で説明したが、本発明は、容易に反射偏心測定を行う偏心測定機にも適用できる。例えば、ビームスプリッタを被検体と観察光学系との間に配置し、ビーム光源で発生され集光光学系を透過した光ビームをこのビームスプリッタを介して、被検体に観察光学系側から落射照明する構成とすることで、反射偏心測定を行う偏心測定機が得られる。
また、このような反射偏心測定を行う偏心測定機によれば、被検体として、レンズなどの光学素子他に、例えば、曲面ミラーなどの反射型の光学素子の偏心を測定することもできる。
【００８３】
また、上記の説明では、観察手段が、撮像部と、基準位置算出手段と、偏心量算出手段とを備え、演算処理によって偏心量を自動的に算出する場合の例で説明したが、例えば、表示部１０上におけるＧＵＩを用いたカーソル操作などを行って、測定者が画像から偏心位置を指定し、制御ユニット９は表示部１０からカーソル位置を取得して、この距離を用いて偏心量εを算出するようにしてもよい。
また、この場合に、表示部１０、制御ユニット９によって、基準画像が取得された状態で、例えばマーク３０や基準位置の座標情報などを映像に重ね合わせて表示して、偏心測定時にも、表示画面１０ａ上で偏心測定の基準位置が分かるようにしておき、偏心測定では、さらにカーソル位置の座標情報や、基準位置に対する距離情報を表示画面１０ａにリアルタイムに表示して、測定者が偏心位置や、基準位置からの距離を画像計測できるようにし、偏心量εの計算は測定者が行うようにしてもよい。このような構成によれば、表示部１０は、被検体保持部から被検体が外された状態で、撮像部によって撮像される光ビームによる基準画像と、被検体保持部に被検体が保持された状態で、撮像部によって撮像される光ビームによる光像とを比較可能に表示する表示部とを備える場合の例となっている。
【００８４】
また、上記の説明の撮像部などの観察手段に代えて、撮像面８ａの位置に、透過型または反射型のスクリーンを配置し、スクリーン上の輝点位置を測定者が計測することで、偏心量を求めるようにしてもよい。
【００８５】
また、上記の説明では、集光光学系が、円錐レンズ２の場合の例で説明したが、例えば、円錐面２ｂと同様な屈折作用が可能なフレネルレンズ型の光学素子を採用してもよい。
また、集光光学系の光学面は、光ビームを、この光ビームの光軸上の一定範囲内に、分散して集光させるものであれば、円錐面には限定されない。
例えば、円錐面が径方向にすぼんだり膨らんだりした連続的な湾曲面であってもよい。基準画像が、円環状もしくは円環上に分布する画像となるためには、この湾曲面は光軸に対して回転対称であることが好ましい。
【００８６】
また、上記の説明では、集光光学系が、ビーム光源からの光ビームを、光軸上の一定範囲内に、連続的に分散して集光させる場合の例で説明したが、被検体の焦点距離の種類が、複数の焦点距離に限定されている場合には、それぞれの焦点距離に応じた位置に離散的に集光させる集光光学系を採用してもよい。
例えば、円錐面の傾斜が異なる複数の円錐台を同軸に重ね合わせることで、集光位置が、各円錐台に対応する輪帯ごとに変化するような光学素子や、これと同等の光学素子をフレネルレンズ化した光学素子や、集光位置を適宜制御したホログラム光学素子などを採用することができる。
【００８７】
また、上記の説明では、円錐レンズ２の光軸が、ビーム光源１の光軸である光軸Ｏに一致する場合の例で説明したが、ビーム光源１が平行光源である場合には、円錐レンズ２の光軸は、ビーム光源１の光軸と平行であればよい。ただし、この場合、上記の説明における光軸Ｏは、円錐レンズ２の光軸に読み替えるものとする。
【００８８】
また、上記の第２の実施形態の説明では、光量規制手段は、マスク板５０などの独立した構成部材からなる場合の例で説明したが、円錐レンズ２の平面２ａや円錐面２ｂに、例えば、遮光膜を形成するなどして、円錐レンズ２に一体化した光量規制手段を設けてもよい。
【００８９】
また、上記の第２の実施形態の第２変形例の説明では、マスク板５２のスリット５２ａは、図１３（ａ）に示すように、開口幅が延設方向に沿って一定の形状に描いているが、これは一例であって、スリット５２ａの開口幅や湾曲形状は、必要に応じて変更することができる。
例えば、開口幅を延設方向に変化させたり、湾曲形状を半円とは異なる曲線状にしたりすることで、周方向の開口幅が径方向に沿って一定となる形状としてもよい。この場合、ビーム光源１の光量分布が均一化されている場合にスポット画像ｓの光量を均一化することができる。
【００９０】
また、上記の各実施形態、各変形例に説明したすべての構成要素は、技術的に可能であれば、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。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る偏心測定機の概略構成を示す模式的な正面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る偏心測定機の制御ユニットの機能構成を示す機能ブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る偏心測定機において被検体が外された場合の光線について説明する模式的な光線説明図である。
【図４】偏心測定の基準位置測定時の表示画面、および表示画面に表示された基準画像の一例を示す模式図である。
【図５】被検体が正の屈折力を有する場合、および負の屈折力を有する場合の偏心測定時の模式的な概略光路図である。
【図６】偏心測定時の表示画面、および表示画面に表示された光像の画像の一例を示す模式図である。
【図７】本発明の第１の実施形態の変形例にかかる偏心測定機の概略構成を示す模式的な正面図である。
【図８】本発明の第１の実施形態の変形例にかかる偏心測定機の姿勢調整時の基準平板近傍の光路について説明する模式的な光路説明図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る偏心測定機の概略構成を示す模式的な正面図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る偏心測定機に用いる光量規制手段の一例を示す模式的な平面図である。
【図１１】偏心測定の基準位置測定時、および偏心測定時の表示画面、および表示画面に表示された基準画像の一例を示す模式図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態の第１変形例の光量規制手段を示す模式的な平面図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態の第２変形例の光量規制手段を示す模式的な平面図、およびその作用を説明するための模式図である。
【符号の説明】
【００９２】
１  ビーム光源
１ａ  レーザ光源
１ｂ  コリメートレンズ
２  円錐レンズ（集光光学系）
５  レンズ保持部（被検体保持部）
５ａ  保持面
５ｂ  径方向保持部
６  被検レンズ（被検体）
６Ａ  凸レンズ（被検体）
６Ｂ  凹レンズ（被検体）
７  結像レンズ（観察光学系）
８  ＣＣＤカメラ（観察手段、撮像部）
８ａ  撮像面
９  制御ユニット（観察手段）
１０  表示部（観察手段）
２１  画像取得部
２２  演算処理部
３０  マーク
３１  円マーク
４０  ビームスプリッタ
４１  コーナーキューブ（再帰性反射部材）
４２  姿勢調整機構（傾き調整機構）
４３  基準平板
５０、５１、５２  マスク板（光量規制手段）
１００、１１０、１２０  偏心測定機
Ａ、Ｂ  物体側焦点
Ｃ  中心（偏心測定の基準位置）
Ｉ１、ｉ１  光像（基準画像）
Ｌ０、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ２Ａ、Ｌ２Ｂ、Ｌ３、Ｌ３Ａ、Ｌ３Ｂ、Ｌｍ  レーザ光（光ビーム）
ＬＡ、ＬＢ、Ｌｒ  光線群
Ｏ  光軸
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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