JP2005114705A - レンズの偏心測定装置及びレンズの偏心測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 測定時に被検レンズを回転させることなく、被検レンズの偏心量を測定することのできるレンズの偏心測定装置及び測定方法を提供する。また、被検レンズの外径を測定し、外径から算出される中心軸と非球面の非球面軸又は球面の曲率中心との相対的な関係を求める。
【解決手段】 外形形状が真円である被検レンズを搭載し、固有座標系を有する柱状の被検レンズ支持手段と、固有座標系を特定するための固有座標特定手段と、被検レンズ上の任意の点の位置座標を測定する３次元位置座標測定手段と、３次元位置座標測定手段によって測定された位置座標を被検レンズ支持手段の固有座標系に変換し、変換後の位置座標に基づいて被検レンズの偏心量を算出する演算手段と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、金型加工誤差や成型誤差などに起因する光学レンズの偏心量を測定する装置及び方法に関し、特に、両面又は片面が非球面であるレンズの偏心量を測定する偏心測定装置及び偏心測定方法に関する。

従来のレンズの偏心測定装置においては、被検レンズを搭載した支持台をその回転軸を中心として回転させつつ、振れ検出装置によって被検レンズの振れを測定していた。

特開平４−２６８４３３号公報 特開平７−２２９８１２号公報

上述のような回転式の偏心測定装置においては、被検レンズを回転させるための高精度な回転機構を必要とするため、装置が大型化せざるを得なかった。また、回転によって、被検レンズにガタや振れを生じやすくなるため、測定誤差が発生しやすかった。また、回転物の振れ量を連続的に検出するための振れ検出装置は、かなりの高分解能を有する必要があった。さらに、被検レンズを回転させて測定するため被検レンズの外径を測定することはできなかった。

上記問題点を解決するために、本発明の偏心測定装置においては、外形形状が真円である被検レンズを搭載し、固有座標系を有する柱状の被検レンズ支持手段と、固有座標系を特定するための固有座標特定手段と、被検レンズ上の任意の点の位置座標を測定する３次元位置座標測定手段と、３次元位置座標測定手段によって測定された位置座標を被検レンズ支持手段の固有座標系に変換し、変換後の位置座標に基づいて被検レンズの偏心量を算出する演算手段と、を備えることを特徴としている。

本発明の偏心測定方法は、固有座標特定手段によって特定される固有座標系を有する柱状の被検レンズ支持手段に搭載された外形形状が真円の被検レンズ上の任意の点の位置座標を測定する３次元位置座標測定ステップと、３次元位置座標測定ステップにおいて測定した位置座標を被検レンズ支持手段の固有座標系に変換し、変換後の位置座標に基づいて被検レンズの偏心量を算出する演算ステップと、を備えることを特徴としている。

上記固有座標特定手段は、被検レンズ支持手段の側面上において一直線上に位置しないように配置された３個の球体から構成されることが好ましい。

上記固有座標特定手段は、被検レンズ支持手段の側面上に配置された２個の球体と、側面において２個の球体の曲率中心を結ぶ線と垂直でなく交差する平面と、から構成することもできる。

上記固有座標特定手段は、被検レンズ支持手段の側面において互いに交差するように設けられた二つの平面と、側面において二つの平面の交線上にのらないように配置された１個の球体と、から構成するとよい。

上記固有座標特定手段は、被検レンズ支持手段の側面において互いに交差するように設けられた第一平面及び第二平面と、側面において二つの平面の交線と垂直でなく交差する第三平面と、から構成されることが好ましい。

上記被検レンズ支持手段は、所定の距離を置いて第三平面と平行に配置された第四平面を有し、被検レンズの位置座標は、第一平面、第二平面及び第三平面から構成される固有座標特定手段、並びに、第一平面、第二平面及び第四平面から構成される固有座標特定手段によって特定される二通りの固有座標系に変換することができる。

上記固有座標特定部は同一外径の３個の球体を有し３個の球体を被検レンズを囲むようにして枠体状部材の内部に配置し、３個の球体の少なくとも一つを被検レンズに押しつけることにより、３個の球体及び被検レンズを互いに固定することが好ましい。

上記固有座標特定手段は、被検レンズの側面に押し当てられる２個の球体と、交差する２つの面と、から構成され、２つの面には被検レンズの側面が同時に押し当てられるとよい。このとき、２個の球体及び交差する２つの面を被検レンズを囲むようにして枠体状部材の内部に配置し、２個の球体を被検レンズに押しつけることにより、２個の球体、被検レンズ及び交差する２つの面を互いに固定することが好ましい。

上記固有座標特定手段は被検レンズ支持手段の側面上に配置された球体及び円筒部材から構成され、球体の曲率中心は円筒の中心軸上にないことが好ましい。

上記固有座標特定手段は、被検レンズ支持手段の側面の一つを含む平面と、側面とは別個の側面上に配置された円筒部材と、から構成され、円筒部材の中心軸は平面に直交しないで交差するものとすることができる。

上記固有座標特定手段は、互いの中心軸が交差しないように被検レンズ支持手段の側面上に配置された二つの円筒部材から構成されるとよい。

上記固有座標特定手段は、互いの中心軸が交差するように被検レンズ支持手段の側面上に配置された二つの円筒部材から構成されることが好ましい。

本発明によると、測定時に被検レンズを回転させることなく、被検レンズの偏心量を測定することのできるレンズの偏心測定装置及び測定方法を提供することができる。また、被検レンズを回転させることがないため、外径を測定でき、その外径から算出される中心軸と非球面の非球面軸又は球面の曲率中心との相対的な位置関係を求めることができる。

以下、本発明に係る実施形態を図面を参照しつつ詳しく説明する。
＜第１実施形態＞ （図１）
第１実施形態に係る偏心測定装置は、外形形状が半径Ｒの真円である被検レンズ５０を搭載可能な外形形状が六面体（四角柱）の剛体からなる被検レンズ支持台（被検レンズ支持手段）１０及び３次元位置座標測定装置（３次元位置座標測定手段）（不図示）を備える。被検レンズ支持台１０上に固定した被検レンズ５０は、３次元位置座標測定装置によって、その表面の位置座標を測定可能である。この位置座標は、３次元位置座標測定装置の直交座標系（装置座標系）によって規定される。

被検レンズ支持台１０の上面１１の中央部から底面１２の中央部にかけては、被検レンズ５０を搭載するための貫通穴部（被検レンズ収容部）１３が設けられている。被検レンズ５０は、その偏心測定の際には、貫通穴部１３内に固定される。

被検レンズ支持台１０の側面１４には、その長手方向に沿って２個の硬性の球体２０、２１が接着固定されている。側面１４と隣り合う側面１５には、球体２２が接着固定されている。球体２０、２１、２２（固有座標特定手段）はともに真球であって、そのおよそ半分の体積が被検レンズ支持台１０の内部に入るように配置されている。

このように配置された球体２０、２１、２２を用いて、被検レンズ支持台１０固有の固有座標系（ＸＹＺ座標系。以下これを支持座標系と呼ぶ。）を特定することができる。この座標系は、被検レンズ支持台１０を反転させて被検レンズ５０の表面又は裏面の座標位置を測定する場合のいずれの場合においても測定することができる。よって、演算手段（不図示）を用いて、この支持座標系における位置関係を求め、比較することにより、被検レンズ５０の表面と裏面との相対的な位置関係を算出することが可能となる。また、支持座標系の特定においては、球体２０、２１、２２を被検レンズ５０に接触させる必要がないため、球体２０、２１、２２を被検レンズ５０に押し当て、または、固定することによって被検レンズ５０に傷を付けるおそれがない。さらに、被検レンズ５０の裏面を測定するために反転する場合においても、被検レンズ５０を支持した被検レンズ支持台１０を反転させれば済むため、被検レンズ５０に傷を付けるおそれがない。なお、球体２０、２１、２２は、一直線上に位置しなければ、上述のような側面１４に２個、側面１５に１個という配置でなくてもかまわない。

支持座標系は以下のように定める。まず、３次元位置座標測定装置によって、球体２０、２１、２２それぞれについて、表面上の少なくとも任意の４点以上の位置座標を測定する。この４点以上の座標によって、装置座標系における球体２０、２１、２２の曲率中心２０ａ、２１ａ、２２ａを求めることができる。こうして求めた曲率中心のうち、曲率中心２０ａ及び２１ａを通る線を支持座標系のＸ軸とする。次に、曲率中心２２ａからこのＸ軸へ下ろした垂線をＹ軸とする。さらに、これらＸ軸及びＹ軸の交点を原点Ｏとし、その原点ＯをとおりＸ軸及びＹ軸に垂直な直線をＺ軸とする。このように支持座標系を規定すると、装置座標系における位置座標を求めれば、演算手段を用いて座標変換することによって、支持座標系における位置座標を算出することができる。

被検レンズ５０の表面の座標位置は以下のように測定する。まず、３次元位置座標測定装置によって、被検レンズ５０表面の任意の点の装置座標系における位置座標を測定する。この測定結果について、装置座標系から支持座標系への座標変換を施すことによって、支持座標系における位置座標を算出することができる。なお、位置座標の測定の間、被検レンズ支持台１０は固定手段（不図示）によって、３次元位置座標測定装置に対して固定されている。

次に、被検レンズ５０の裏面の座標位置を測定する。底面１２が上面となり上面１１が底面となるように被検レンズ支持台１０を反転する。この状態で、表面の測定と同様に被検レンズ５０裏面の任意の点の位置座標を求め、装置座標系から支持座標系への座標変換を施すことによって、支持座標系における位置座標を算出する。なお、位置座標の測定の間、被検レンズ支持台１０は固定手段によって装置に固定されている。

以上のように測定した被検レンズ５０の表面及び裏面上の任意の点の位置座標によって、表面及び裏面それぞれについて、演算手段を用いて非球面側では非球面軸を、球面側では曲率中心を算出することができる。こうして求めた非球面軸及び曲率中心（又は非球面軸）を演算手段を用いて比較、演算することによって、これらの相対的な位置関係（偏心量）を求めることができる。この比較にあたっては、被検レンズ５０表面測定時の支持座標系と、被検レンズ５０裏面測定時の支持座標系との相対関係をあらかじめ求めて、これを適用して比較することとしている。

第１実施形態の偏心測定装置においては、被検レンズ５０表面又は裏面の位置座標測定中は、被検レンズ支持台１０は固定されており、従来の装置のように、被検レンズ５０の載置台をその鉛直方向軸を中心として回転させつつ、被検レンズ５０表面の振れを測定するものではない。このため、被検レンズ５０が動くことによるガタや振れといった測定誤差要因を排除することができる。

なお、以上の説明においては、被検レンズ支持台１０を六面体形状としたが、その外周面において球体２０、２１及び２２が一直線上に位置しないように配置できれば異なる外形形状であってもよく、例えば、円柱形状、角柱形状、円錐台形状、角錐台形状とすることができる。

＜第２実施形態＞ （図２）
本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態においては、第１実施形態と同じ部材については同じ参照符号を使用する。支持座標系の特定においては、固有座標特定手段として、球体２０、２１、及び、第１実施形態の球体２２に代えて側面１５を用いている。

支持座標系の設定は、まず、第１実施形態と同様に曲率中心２０ａ及び２１ａを通る線をＸ軸とする。つづいて、このＸ軸と側面１５との交点を原点Ｏとし、その原点ＯをとおりＸ軸に垂直で側面１５に含まれる直線をＹ軸とする。そして、原点ＯをとおりＸ軸及びＹ軸に垂直な直線をＺ軸とする。ここで、側面１５の面の特定はその面上の任意の３点以上を３次元位置座標測定装置で測定することによって行うことができる。もちろん、Ｙ軸は、曲率中心２１ａを通りＸ軸に垂直で側面１５に平行な直線とすることもできる。

このように支持座標系を設定することによって、第１実施形態の偏心測定装置と同様に、被検レンズ５０が動くことによるガタや振れといった測定誤差要因を排除することができる。

以上の説明においては、被検レンズ支持台１０を六面体形状としたが、その外周面において球体２０及び２１を配置でき、球体２０及び２１の曲率中心２０ａ及び２１ａを結ぶ線が平面としての側面１５と垂直でなく交差するものであれば異なる外形形状であってもよい。なお、その他の構成、作用、効果は第１実施形態と同様である。

＜第３実施形態＞ （図３）
本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態においては、第１乃至第２実施形態と同じ部材については同じ参照符号を使用する。支持座標系の特定においては、固有座標特定手段として、側面１４、側面１５、及び、側面１４に対向する側面１６に接着固定された球体２３を用いている。球体２３は真球であって、そのおよそ半分の体積が被検レンズ支持台１０の内部に入るように配置されている。

支持座標系の設定は、まず、側面１４及び側面１５の交線を支持座標系のＸ軸とする。つづいて、球体２３の曲率中心２３ａからＸ軸へ下ろした垂線をＹ軸とする。さらに、Ｘ軸及びＹ軸の交点を原点Ｏとし、その原点ＯをとおりＸ軸及びＹ軸に垂直な直線をＺ軸とする。なお、球体２３は、側面１４及び側面１５の交線上には存在していない。

このように支持座標系を設定することによって、第１、２実施形態の偏心測定装置と同様に、被検レンズ５０が動くことによるガタや振れといった測定誤差要因を排除することができる。

以上の説明においては、被検レンズ支持台１０を六面体形状としたが、その外周面において、互いに交差する二つの平面として側面１４及び１５を設け、かつ、側面１４及び１５の交線上に存在しないように球体２３を配置できれば異なる外形形状であってもよい。なお、その他の構成、作用、効果は第１、２実施形態と同様である。

＜第４実施形態＞ （図４）
本発明の第４実施形態について説明する。第４実施形態においては、第１乃至第３実施形態と同じ部材については同じ参照符号を使用する。支持座標系の特定においては、固有座標特定手段として、側面１４（第一平面）、側面１５（第二平面）、及び、側面１５に対向する側面１７（第三平面）の３面を用いている。なお、側面１７に代えて、側面１４に対向する側面１６を用いても良い。

支持座標系の設定は、まず、側面１４及び側面１５の交線を支持座標系のＸ軸とする。つづいて、Ｘ軸と側面１７との交点を原点Ｏとし、この原点Ｏを通りＸ軸に垂直な直線のうち、側面１５に平行な直線をＹ軸とする。さらに、Ｘ軸及びＹ軸の交点を原点Ｏとし、その原点ＯをとおりＸ軸及びＹ軸に垂直な直線をＺ軸とする。なお、側面１４、１５及び１７は、互いに直交していなくても良い。

このように支持座標系を設定することによって、第１乃至第３実施形態の偏心測定装置と同様に、被検レンズ５０が動くことによるガタや振れといった測定誤差要因を排除することができる。

以上の説明においては、被検レンズ支持台１０を六面体形状としたが、その外周面において、互いに交差する二つの平面としての側面１４及び側面１５を設け、２つの平面の作る交線と垂直でなく交差する平面としての側面１７を配置することができれば異なる外形形状であってもよい。なお、その他の構成、作用、効果は第１乃至第３実施形態と同様である。

＜第５実施形態＞ （図５）
本発明の第５実施形態について説明する。第５実施形態においては、第１乃至第４実施形態と同じ部材については同じ参照符号を使用する。支持座標系の特定においては、固有座標特定手段として、側面１４（第一平面）、側面１５（第二平面）、及び、上面１１（第三平面）を用いている。

支持座標系の設定は、まず、側面１４及び１５の交線を支持座標系のＸ軸とする。つづいて、Ｘ軸と上面１１との交点を原点Ｏとし、この原点Ｏを通りＸ軸に垂直な直線のうち、側面１５の面内に存在する直線をＹ軸とする。さらに、Ｘ軸及びＹ軸の交点を原点Ｏとし、その原点ＯをとおりＸ軸及びＹ軸に垂直な直線をＺ軸とする（図５（ａ））。なお、側面１４、１５及び上面１１は、互いに直交していなくても良い。

第５実施形態においては、被検レンズ５０の裏面測定のために図５（ｂ）のように被検レンズ支持台１０を反転させると、支持座標系の設定で用いていた上面１１が裏側に回ってしまうため、３次元位置座標測定装置は上面１１表面に接触できなくなり、上面１１を特定することができない。そこで、裏面測定の際には、上面１１に代えて、これに平行に対向する底面１２面（第四平面）を用いる。

上面１１と底面１２は予め定めた間隔ｄを置いて平行に配置してあるため、裏面測定時の支持座標系Ｘ’−Ｙ’−Ｚ’（原点Ｏ’）と表面測定時の支持座標系Ｘ−Ｙ−Ｚとが特定できれば、これらを互いに変換することが可能である。このため、二通りの固有座標系によって、被検レンズ５０の表面と裏面の位置座標を測定しても、同一の支持座標系内で比較することが可能となる。

このように支持座標系を設定することによって、第１乃至第３実施形態の偏心測定装置と同様に、被検レンズ５０が動くことによるガタや振れといった測定誤差要因を排除することができる。

以上の説明においては、被検レンズ支持台１０を六面体形状としたが、その外周面において、互いに交差する二つの平面としての側面１４及び側面１５を設け、二つの平面の作る交線と垂直でなく交差する平面としての上面１１を配置することができれば異なる外形形状であってもよい。なお、その他の構成、作用、効果は第１乃至第４実施形態と同様である。

＜第６実施形態＞（図６）
図６に示す第６実施形態においては、被検レンズ５０の外径を測定することができ、これに基づいて中心軸を算出することができる。さらに、この中心軸をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のいずれかに設定した座標系において、被検レンズ５０の表面及び裏面について非球面軸（又は曲率中心）を算出すると、被検レンズ５０の外径から算出した中心軸と、被検レンズ５０の表面及び裏面それぞれの非球面軸（又は曲率中心）との相対的な位置関係を求めることができる。

被検レンズ支持台（被検レンズ支持手段）９０は、横枠９１、９３、縦枠９２、９４からなる枠体状の部材であって、その内部に、外形形状が真円である被検レンズ５０、及び、外径が同一で既知の真球である３つの球体６０、６１、６２が配置される。被検レンズ支持台９０の４つの枠９１、９２、９３及び９４のうちの一つの横枠９１の中央には、ねじ７０がねじ込まれた貫通したねじ穴部９８が設けられている。被検レンズ支持台９０の内部に突出したねじ７０の先端には、球体６２を被検レンズ支持台９０の内方へ押圧するための板状の押さえ部材７１が溶融固定されている。

被検レンズ支持台９０の上面９５及び底面９６は開放されており、この両面側の外部から球体６０、６１及び６２に触れることができる。

この被検レンズ支持台９０内に被検レンズ５０、及び、被検レンズ５０を取り囲むように球体６０、６１、６２をそれぞれ配置して、被検レンズ支持台９０固有の固有座標系（ＸＹＺ座標系。以下これを支持座標系と呼ぶ。）を特定することができる。とくに、球体６０、６１、６２として同一外径の球体を選択すると、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のいずれかひとつの軸を被検レンズ５０の外径から特定される中心軸に一致させることができる。この座標系において、被検レンズ５０の表面及び裏面それぞれの非球面軸（又は曲率中心）を算出すると、被検レンズ５０の表面と裏面との相対的な位置関係を算出することができるだけでなく、被検レンズ５０の外径から算出した中心軸と、被検レンズ５０の表面及び裏面それぞれの非球面軸（又は曲率中心）との相対的な位置関係を求めることもできる。

支持座標系は以下のように定める。まず、被検レンズ支持台９０を平面台（不図示）に載置し、この内部に球体６０、６１、６２で囲むように被検レンズ５０を配置する。ここでねじ７０をねじ穴部９８に螺挿して球体６２に押さえ部材７１を押しあてることによって、球体６２を被検レンズ５０に、被検レンズ５０を球体６０及び球体６１に、球体６０及び球体６１を被検レンズ支持台９０の内壁面９７に順次押圧して固定する。つづいて、３次元位置座標測定装置によって、球体６０、６１、６２それぞれについて、表面上の少なくとも任意の４点以上の位置座標を測定する。この４点以上の座標によって、この装置の座標系（装置座標系）における球体６０、６１、６２それぞれの曲率中心６０ａ、６１ａ、６２ａを求めることができる。球体６０、６１、６２は同一外径を有する真球であり、被検レンズ５０は外形形状が真円であるため、曲率中心６０ａ、６１ａ、６２ａの位置座標から被検レンズ５０の外径を求めることができる。また、被検レンズ５０、球体６０、６１、６２の固定を、これらを平面台上に置いてから行うため、曲率中心６０ａ、６１ａ、６２ａは同一平面上に存在することになる。そこで、曲率中心６０ａ、６１ａ、６２ａを通る平面に対して垂直であって、被検レンズ５０の外径から求められる中心を通る直線をＺ軸とすると（図６（ｂ））、Ｚ軸は曲率中心６０ａ、６１ａ、６２ａから等距離にある直線となる。なお、この直線をＸ軸又はＹ軸と設定してもよい。

次に、曲率中心６１ａからこのＺ軸へ下ろした垂線をＸ軸（図６（ａ）、図６（ｂ））とする。さらに、これらＸ軸及びＺ軸の交点を原点Ｏとし、その原点ＯをとおりＸ軸及びＺ軸に垂直な直線をＹ軸とする。このように支持座標系を規定すると、装置座標系における位置座標を求めれば、演算手段を用いて座標変換することによって、支持座標系における位置座標を算出することができる。なお、Ｘ軸は、曲率中心６０ａ又は６２ａからこのＺ軸へ下ろした垂線としてもよい。

支持座標系における被検レンズ５０の表面の位置座標は、上述の第１〜第５実施形態と同様に、まず３次元位置座標測定装置によって、被検レンズ５０表面の任意の点の装置座標系における位置座標を測定し、この測定結果について、装置座標系から支持座標系への座標変換を施すことによって算出することができる。

被検レンズ５０の裏面の位置座標の測定は、底面９６が上側となり上面９５が底側となるように被検レンズ支持台９０を反転した状態で、表面の測定と同様に被検レンズ５０裏面の任意の点の位置座標を求め、装置座標系から支持座標系への座標変換を施すことによって算出する。

以上のように測定した被検レンズ５０の表面及び裏面上の任意の点の位置座標を用いて、上述の第１〜第５実施形態と同様に、表面及び裏面それぞれについて、演算手段を用いて非球面側では非球面軸を、球面側では曲率中心を算出することができる。こうして求めた非球面軸及び曲率中心（又は非球面軸）を演算手段を用いて比較、演算することによって、これらの相対的な位置関係（偏心量）を求めることができる。この比較にあたっては、被検レンズ５０表面測定時の支持座標系と被検レンズ５０の裏面測定時の支持座標系との相対関係をあらかじめ求めてこれを適用して比較することとしている。

さらに、第６実施形態においては、支持座標系のＺ軸と、被検レンズ５０の外周面から求められる中心軸とが一致しているため、この中心軸と、上述の演算で求めた非球面軸又は曲率中心との相対的な位置関係を容易に求めることができる。

上述の説明では、ねじ７０を横枠９１に設けたねじ穴部９８に螺挿することによって球体６０、６１、６２及び被検レンズ５０の位置を固定していたが、ねじ７０及びねじ穴部９８に代えて横枠９１に固定したバネを用いて球体６２を内方に押しつけることにより、球体６０、６１、６２及び被検レンズ５０の位置を固定することとしてもよい。
なお、その他の構成、作用、効果は第１乃至第５実施形態と同様である。

＜第７実施形態＞（図７）
図７に示す第７実施形態においては、被検レンズ５０の外径を測定することができ、これに基づいて中心軸を算出することができる。さらに、この中心軸をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のいずれかに設定した座標系において、被検レンズ５０の表面及び裏面について非球面軸（又は曲率中心）を算出すると、被検レンズ５０の外径から算出した中心軸と、被検レンズ５０の表面及び裏面それぞれの非球面軸（又は曲率中心）との相対的な位置関係を求めることができる。

被検レンズ支持台（被検レンズ支持手段）１００は、六面体の側面の一つをその鉛直方向直交断面（鉛直方向を直交する断面）がＶ字形状となるように切り欠いた部材である。被検レンズ支持台１００の上面１０１と下面１０２は平行であり、Ｖ字形状をなす２つの面１０３、１０４の交線１１０は、上面１０１及び下面１０２の両方に垂直である。

このような形状の被検レンズ支持台１００、外形形状が半径Ｒの真円である被検レンズ５０、及び、半径がそれぞれｒ１、ｒ２である真球である２つの球体８０、８１を用いて被検レンズ支持台１００固有の固有座標系（ＸＹＺ座標系。以下これを支持座標系と呼ぶ。）を特定することができる。この支持座標系では、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のいずれかひとつの軸を被検レンズ５０の外径から特定される中心軸に一致させることができる。この座標系において、被検レンズ５０の表面及び裏面それぞれの非球面軸（又は曲率中心）を算出すると、被検レンズ５０の表面と裏面との相対的な位置関係を算出することができるだけでなく、被検レンズ５０の外径から算出した中心軸と、被検レンズ５０の表面及び裏面それぞれの非球面軸（又は曲率中心）との相対的な位置関係を求めることもできる。なお、球体８０、８１の半径ｒ１、ｒ２は異なるものとしているが同一であってもよい。

支持座標系は以下のように定める。まず、被検レンズ５０の外周面５０ａに球体８０、球体８１、面１０３及び１０４を同時に押し当てる。このとき、外周面５０ａに対する球体８０及び球体８１の位置は任意に決めることができる。ここで、被検レンズ支持台１００、被検レンズ５０、球体８０及び８１を枠体状部材（不図示）内に配置して、その枠に設けた二つのねじ穴部にそれぞれねじを螺挿して、第６実施形態と同様に、球体８０及び球体８１を被検レンズ５０に押し当てることによって、被検レンズ５０、球体８０、８１、及び、被検レンズ支持台１００を固定することが好ましい。

つづいて、３次元位置座標測定装置によって、球体８０、８１それぞれについて、表面上の少なくとも任意の４点以上の位置座標を測定する。この４点以上の座標によって、この装置の座標系（装置座標系）における球体８０、８１の曲率中心８０ａ、８１ａを求めることができる。

ここで、図７（ｂ）のように被検レンズ支持台１００を上から見たときの曲率中心８０ａを中心とする半径ｒ１＋Ｒの円と、同じく曲率中心８１ａを中心とする半径ｒ２＋Ｒの円との２つの交点のうち、交線１１０に近い側の点を通り、かつ、上面１０１に垂直な直線（交線１１０に平行な直線）をＺ軸とする（図７（ａ））。球体８０、８１は真球であって、被検レンズ５０は外形形状が真円であるため、曲率中心８０ａ、８１ａの位置座標から被検レンズ５０の外径を求めることができ、Ｚ軸は被検レンズ５０の外周面から求められる中心軸と一致する。なお、半径ｒ１＋Ｒの円と曲率中心８１ａを中心とする半径ｒ２＋Ｒの円との２つの交点のうち、交線１１０に近い側の点を通り、かつ、上面１０１に垂直な直線を、Ｘ軸又はＹ軸と設定してもよい。

次に、曲率中心８１ａからこのＺ軸へ下ろした垂線をＸ軸（図７（ａ）、図７（ｂ））とする。さらに、これらＸ軸及びＺ軸の交点を原点Ｏとし、その原点ＯをとおりＸ軸及びＺ軸に垂直な直線をＹ軸とする。このように支持座標系を規定すると、装置座標系における位置座標を求めれば、演算手段を用いて座標変換することによって、支持座標系における位置座標を算出することができる。なお、Ｘ軸は、曲率中心８０ａからこのＺ軸へ下ろした垂線としてもよい。

支持座標系における被検レンズ５０の表面の位置座標は、上述の第１〜第５実施形態と同様に、まず３次元位置座標測定装置によって、被検レンズ５０表面の任意の点の装置座標系における位置座標を測定し、この測定結果について、装置座標系から支持座標系への座標変換を施すことによって算出することができる。

被検レンズ５０の裏面の位置座標の測定は、下面１０２が上側となり上面１０１が底側となるように被検レンズ支持台１００を反転した状態で、表面の測定と同様に被検レンズ５０裏面の任意の点の位置座標を求め、装置座標系から支持座標系への座標変換を施すことによって算出する。

以上のように測定した被検レンズ５０の表面及び裏面上の任意の点の位置座標を用いて、上述の第１〜第５実施形態と同様に、表面及び裏面それぞれについて、演算手段を用いて非球面側では非球面軸を、球面側では曲率中心を算出することができる。こうして求めた非球面軸及び曲率中心（又は非球面軸）を演算手段を用いて比較、演算することによって、これらの相対的な位置関係（偏心量）を求めることができる。この比較にあたっては、被検レンズ５０表面測定時の支持座標系と被検レンズ５０裏面測定時の支持座標系との相対関係をあらかじめ求めてこれを適用して比較することとしている。

さらに、第７実施形態においては、支持座標系のＺ軸と、被検レンズ５０の外周面から求められる中心軸とが一致しているため、この中心軸と、上述の演算で求めた非球面軸又は曲率中心との相対的な位置関係を容易に求めることができる。
なお、その他の構成、作用、効果は第１乃至第６実施形態と同様である。

＜第８実施形態＞ （図８）
本発明の第８実施形態について説明する。第８実施形態においては、第１実施形態乃至第７実施形態と同じ部材については同じ参照符号を使用する。支持座標系の特定においては、固有座標特定手段として球体１２０及び円筒（円柱）部材１２１を用いている。

被検レンズ支持台（被検レンズ支持手段）１３０は、六面体の側面のうちの一面１３３をその水平方向直交断面がＶ字形状となるように切り欠いた部材である。この側面１３３には円筒部材１２１が押し当てられ、側面１３３に対向する側面１３４には、その中心１２０ａが軸線１２１ａ上にはない球体１２０が押し当てられている。なお側面１３３は、その水平方向直交断面がＶ字形状でなくて、単に平面であって、その平面１３３に円筒部材１２１が接着固定されているのであっても良い。

このように配置した被検レンズ支持台１３０、真球である球体１２０、及び円筒部材１２１を用いて被検レンズ支持台１３０固有の固有座標系（ＸＹＺ座標系。以下これを支持座標系と呼ぶ。）を特定することができる。この座標系において、被検レンズ５０の表面及び裏面それぞれの非球面軸（又は曲率中心）を算出すると、被検レンズ５０の表面と裏面との相対的な位置関係を算出することができる。

支持座標系の設定は以下のように行う。まず円筒部材１２１の中心軸１２１ａをＸ軸とし、球体１２０の中心１２０ａから軸線１２１ａに下ろした直線をＹ軸とする。Ｘ軸とＹ軸との交点が原点Ｏとなる。その原点ＯをとおりＸ軸及びＹ軸に垂直な直線をＺ軸とする。なお、中心軸１２１ａの特定は円筒部材１２１の外周面１２１ｂ上の任意の５点以上を３次元位置座標測定装置で測定することによって行うことができる。

このように支持座標系を設定することによって、第１乃至第７実施形態の偏心測定装置と同様に、被検レンズ５０が動くことによるガタや振れといった測定誤差要因を排除することができる。
なお、その他の構成、作用、効果は第１実施形態乃至第７実施形態と同様である。

＜第９実施形態＞ （図９）
本発明の第９実施形態について説明する。第９実施形態においては、第１実施形態乃至第８実施形態と同じ部材については同じ参照符号を使用する。支持座標系の特定においては、固有座標特定手段として平面１４０及び円筒（円柱）部材１４１を用いている。

被検レンズ支持台（被検レンズ支持手段）１５０は、六面体の側面のうちの一面１５３をその水平方向直交断面がＶ字形状となるように切り欠いた部材である。被検レンズ支持台１５０の上面１５１と下面１５２は平行である一方、平面１４０の一部を構成する側面１５４は側面１５３と直交していない。側面１５３には円筒部材１４１が押し当てられている。

このように配置した被検レンズ支持台１５０、側面１５４を含む平面１４０、及び円筒部材１４１を用いて被検レンズ支持台１５０固有の固有座標系（ＸＹＺ座標系。以下これを支持座標系と呼ぶ。）を特定することができる。この座標系において、被検レンズ５０の表面及び裏面それぞれの非球面軸（又は曲率中心）を算出すると、被検レンズ５０の表面と裏面との相対的な位置関係を算出することができる。

支持座標系の設定は以下のように行う。まず平面１４０と円筒部材１４１の中心軸１４１ａとの交点を原点Ｏとする。次に、中心軸１４１ａを平面１４０に対して射影した直線をＸ軸とする。さらに、原点Ｏを通り平面１４０に直交する直線をＹ軸とし、原点Ｏを通りＸ軸及びＹ軸に垂直な直線をＺ軸とする。なお、中心軸１４１ａの特定は円筒部材１４１の外周面１４１ｂ上の任意の５点以上を３次元位置座標測定装置で測定することによって行うことができる。

このように支持座標系を設定することによって、第１乃至第８実施形態の偏心測定装置と同様に、被検レンズ５０が動くことによるガタや振れといった測定誤差要因を排除することができる。
なお、その他の構成、作用、効果は第１実施形態乃至第８実施形態と同様である。

＜第１０実施形態＞ （図１０）
本発明の第１０実施形態について説明する。第１０実施形態においては、第１実施形態乃至第９実施形態と同じ部材については同じ参照符号を使用する。支持座標系の特定においては、固有座標特定手段として二つの円筒（円柱）部材１６０、１６１を用いている。

被検レンズ支持台（被検レンズ支持手段）１７０は、六面体の側面のうちの対向する二つの面１７３、１７４をそれぞれ水平方向直交断面がＶ字形状となるように切り欠いた部材である。被検レンズ支持台１７０の上面１７１と下面１７２は平行だが側面１７３と側面１７４は平行ではなく、かつ、側面１７３及び側面１７４それぞれに押し当てられた円筒部材１６０の中心軸１６０ａと円筒部材１６１の中心軸１６１ａは交差していない。

このように配置した被検レンズ支持台１７０、円筒部材１６０、及び円筒部材１６１を用いて被検レンズ支持台１７０固有の固有座標系（ＸＹＺ座標系。以下これを支持座標系と呼ぶ。）を特定することができる。この座標系において、被検レンズ５０の表面及び裏面それぞれの非球面軸（又は曲率中心）を算出すると、被検レンズ５０の表面と裏面との相対的な位置関係を算出することができる。

支持座標系の設定は以下のように行う。まず、上述のように交差することのない中心軸１６０ａと中心軸１６１ａの距離が最も小さくなる箇所を算出し、このときの中心軸１６０ａ上の点及び中心軸１６１ａ上の点の一方を原点Ｏとする。図１０に示す本実施形態においては、中心軸１６０ａと中心軸１６１ａの距離は、中心軸１６０ａ上の点１６０ｃと中心軸１６１ａ上の点１６１ｃとを結ぶときに最も小さくなる。本実施形態では点１６１ｃを原点Ｏとするが、点１６０ｃを原点とすることもできる。次に、点１６０ｃと点１６１ｃを結ぶ直線をＸ軸とし、中心軸１６１ａをＹ軸とする。最後に、原点Ｏを通りＸ軸及びＹ軸に垂直な直線をＺ軸とする。なお、円筒部材１６０の中心軸１６０ａ及び円筒部材１６１の中心軸１６１ａは、円筒部材１６０の外周面１６０ｂ及び円筒部材１６１の外周面１６１ｂ上の任意の５点以上をそれぞれ３次元位置座標測定装置で測定することによって求める。

このように支持座標系を設定することによって、第１乃至第９実施形態の偏心測定装置と同様に、被検レンズ５０が動くことによるガタや振れといった測定誤差要因を排除することができる。
なお、その他の構成、作用、効果は第１実施形態乃至第９実施形態と同様である。

＜第１１実施形態＞ （図１１）
本発明の第１１実施形態について説明する。第１１実施形態においては、第１実施形態乃至第１０実施形態と同じ部材については同じ参照符号を使用する。支持座標系の特定においては、固有座標特定手段として二つの円筒（円柱）部材１８０、１８１を用いている。

被検レンズ支持台（被検レンズ支持手段）１９０は、六面体の側面のうちの対向する二つの面１９３、１９４をそれぞれ水平方向直交断面がＶ字形状となるように切り欠いた部材である。被検レンズ支持台１９０の上面１９１と下面１９２は平行だが側面１９３と側面１９４は平行ではない。側面１９３及び側面１９４それぞれに押し当てられた円筒部材１８０及び円筒部材１８１の中心軸１８０ａ及び中心軸１８１ａは交差している。

このように配置した被検レンズ支持台１９０、円筒部材１８０、及び円筒部材１８１を用いて被検レンズ支持台１９０固有の固有座標系（ＸＹＺ座標系。以下これを支持座標系と呼ぶ。）を特定することができる。この座標系において、被検レンズ５０の表面及び裏面それぞれの非球面軸（又は曲率中心）を算出すると、被検レンズ５０の表面と裏面との相対的な位置関係を算出することができる。

支持座標系の設定は以下のように行う。まず、中心軸１８０ａと中心軸１８１ａの交点を原点Ｏとし、中心軸１８０ａと中心軸１８１ａの一方をＹ軸とする。図１１に示す本実施形態においては中心軸１８０ａをＹ軸としているが、中心軸１８１ａをＹ軸とすることもできる。次に、原点Ｏを通り、かつ、中心軸１８０ａ及び中心軸１８１ａに直交する直線をＸ軸とする。最後に、原点Ｏを通りＸ軸及びＹ軸に垂直な直線をＺ軸とする。なお、円筒部材１８０の中心軸１８０ａ及び円筒部材１８１の中心軸１８１ａは、円筒部材１８０の外周面１８０ｂ及び円筒部材１８１の外周面１８１ｂ上の任意の５点以上をそれぞれ３次元位置座標測定装置で測定することによって求める。

このように支持座標系を設定することによって、第１乃至第１０実施形態の偏心測定装置と同様に、被検レンズ５０が動くことによるガタや振れといった測定誤差要因を排除することができる。
なお、その他の構成、作用、効果は第１実施形態乃至第１０実施形態と同様である。

本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的または本発明の思想の範囲内において改良または変更が可能である。

本発明の第１実施形態に係る被検レンズ支持台の概略構成図である。 本発明の第２実施形態に係る被検レンズ支持台の概略構成図である。 本発明の第３実施形態に係る被検レンズ支持台の概略構成図である。 本発明の第４実施形態に係る被検レンズ支持台の概略構成図である。 本発明の第５実施形態に係る被検レンズ支持台の概略構成図であり、（ａ）は被検レンズの表面測定時の被検レンズ支持台の構成を示し、（ｂ）は被検レンズの裏面測定時の被検レンズ支持台の構成を示す。 本発明の第６実施形態に係る被検レンズ支持台内に被検レンズ及び球体が配置された状態を示す図であり、（ａ）は上からみた平面図、（ｂ）は（ａ）のＶＩＢ−ＶＩＢ線に沿う断面図である。 （ａ）は本発明の第７実施形態に係る被検レンズ支持台に被検レンズを介して球体が押しつけられている状態を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）を上から見た平面図である。 本発明の第８実施形態に係る被検レンズ支持台の概略構成図である。 （ａ）は本発明の第９実施形態に係る被検レンズ支持台の概略構成図であり、（ｂ）は（ａ）を上から見た平面図である。 本発明の第１０実施形態に係る被検レンズ支持台の概略構成図である。 本発明の第１１実施形態に係る被検レンズ支持台の概略構成図である。

符号の説明

１０ 被検レンズ支持台（被検レンズ支持手段）
１１ 上面（固有座標特定手段）
１２ 底面
１３ 貫通穴部（被検レンズ収容部）
１４ 側面（固有座標特定手段）
１５ 側面（固有座標特定手段）
１６ 側面（固有座標特定手段）
１７ 側面（固有座標特定手段）
２０ 球体
２１ 球体（固有座標特定手段）
２２ 球体（固有座標特定手段）
２３ 球体（固有座標特定手段）
２０ａ 曲率中心
２１ａ 曲率中心
２２ａ 曲率中心
２３ａ 曲率中心
５０ 被検レンズ
６０ａ 曲率中心
６１ａ 曲率中心
６２ａ 曲率中心
８０ａ 曲率中心
８１ａ 曲率中心
９０ 被検レンズ支持台（被検レンズ支持手段）
１００ 被検レンズ支持台（被検レンズ支持手段）
１０１ 上面
１０２ 下面
１１０ 交線
１２０ 球体（固有座標特定手段）
１２１ 円筒部材（固有座標特定手段）
１３０ 被検レンズ支持台（被検レンズ支持手段）
１４０ 平面（固有座標特定手段）
１４１ 円筒部材（固有座標特定手段）
１５０ 被検レンズ支持台（被検レンズ支持手段）
１６０ 円筒部材（固有座標特定手段）
１６１ 円筒部材（固有座標特定手段）
１７０ 被検レンズ支持台（被検レンズ支持手段）
１８０ 円筒部材（固有座標特定手段）
１８１ 円筒部材（固有座標特定手段）
１９０ 被検レンズ支持台（被検レンズ支持手段）
Ｘ−Ｙ−Ｚ 固有座標系
Ｘ’−Ｙ’−Ｚ’固有座標系

Claims (26)

1. 外形形状が真円である被検レンズを搭載し、固有座標系を有する柱状の被検レンズ支持手段と、
   前記固有座標系を特定するための固有座標特定手段と、
   前記被検レンズ上の任意の点の位置座標を測定する３次元位置座標測定手段と、
   前記３次元位置座標測定手段によって測定された前記位置座標を前記被検レンズ支持手段の前記固有座標系に変換し、変換後の位置座標に基づいて前記被検レンズの偏心量を算出する演算手段と、
   を備えることを特徴とするレンズの偏心測定装置。
2. 前記固有座標特定手段は、前記被検レンズ支持手段の側面上において一直線上に位置しないように配置された３個の球体から構成される請求項１記載のレンズの偏心測定装置。
3. 前記固有座標特定手段は、前記被検レンズ支持手段の側面上に配置された２個の球体と、前記側面において前記２個の球体の曲率中心を結ぶ線と垂直でなく交差する平面と、から構成される請求項１記載のレンズの偏心測定装置。
4. 前記固有座標特定手段は、前記被検レンズ支持手段の側面において互いに交差するように設けられた二つの平面と、前記側面において前記二つの平面の交線上にのらないように配置された１個の球体と、から構成される請求項１記載のレンズの偏心測定装置。
5. 前記固有座標特定手段は、前記被検レンズ支持手段の側面において互いに交差するように設けられた第一平面及び第二平面と、前記側面において前記二つの平面の交線と垂直でなく交差する第三平面と、から構成される請求項１記載のレンズの偏心測定装置。
6. 前記被検レンズ支持手段は、所定の距離を置いて前記第三平面と平行に配置された第四平面を有し、前記被検レンズの位置座標は、前記第一平面、前記第二平面及び前記第三平面から構成される固有座標特定手段、並びに、前記第一平面、前記第二平面及び前記第四平面から構成される固有座標特定手段によって特定される二通りの固有座標系に変換されうる請求項５記載のレンズの偏心測定装置。
7. 前記固有座標特定部は同一外径の３個の球体を有し前記３個の球体を前記被検レンズを囲むようにして枠体状部材の内部に配置し、前記３個の球体の少なくとも一つを前記被検レンズに押しつけることにより、前記３個の球体及び前記被検レンズを互いに固定する請求項１記載のレンズの偏心測定装置。
8. 前記固有座標特定手段は、前記被検レンズの側面に押し当てられる２個の球体と、交差する２つの面と、から構成され、前記２つの面には前記被検レンズの側面が同時に押し当てられる請求項１記載のレンズの偏心測定装置。
9. 前記２個の球体及び前記交差する２つの面を前記被検レンズを囲むようにして枠体状部材の内部に配置し、前記２個の球体を前記被検レンズに押しつけることにより、前記２個の球体、前記被検レンズ及び前記交差する２つの面を互いに固定する請求項８記載のレンズの偏心測定装置。
10. 前記固有座標特定手段は前記被検レンズ支持手段の側面上に配置された球体及び円筒部材から構成され、前記球体の曲率中心は前記円筒の中心軸上にない請求項１記載のレンズの偏心測定装置。
11. 前記固有座標特定手段は、前記被検レンズ支持手段の側面の一つを含む平面と、前記側面とは別個の側面上に配置された円筒部材と、から構成され、前記円筒部材の中心軸は前記平面に直交しないで交差する請求項１記載のレンズの偏心測定装置。
12. 前記固有座標特定手段は、互いの中心軸が交差しないように前記被検レンズ支持手段の側面上に配置された二つの円筒部材から構成される請求項１記載のレンズの偏心測定装置。
13. 前記固有座標特定手段は、互いの中心軸が交差するように前記被検レンズ支持手段の側面上に配置された二つの円筒部材から構成される請求項１記載のレンズの偏心測定装置。
14. 固有座標特定手段によって特定される固有座標系を有する柱状の被検レンズ支持手段に搭載された外形形状が真円の被検レンズ上の任意の点の位置座標を測定する３次元位置座標測定ステップと、
    前記３次元位置座標測定ステップにおいて測定した前記位置座標を前記被検レンズ支持手段の前記固有座標系に変換し、変換後の位置座標に基づいて前記被検レンズの偏心量を算出する演算ステップと、を備えることを特徴とするレンズの偏心測定方法。
15. 前記固有座標特定手段は、前記被検レンズ支持手段の側面上において一直線上に位置しないように配置された３個の球体から構成される請求項１４記載のレンズの偏心測定方法。
16. 前記固有座標特定手段は、前記被検レンズ支持手段の側面上に配置された２個の球体と、前記側面において前記２個の球体の曲率中心を結ぶ線と垂直でなく交差する平面と、から構成される請求項１４記載のレンズの偏心測定方法。
17. 前記固有座標特定手段は、前記被検レンズ支持手段の側面において互いに交差するように設けられた二つの平面と、前記側面において前記二つの平面の交線上にのらないように配置された１個の球体と、から構成される請求項１４記載のレンズの偏心測定方法。
18. 前記固有座標特定手段は、前記被検レンズ支持手段の側面において互いに交差するように設けられた第一平面及び第二平面と、前記側面において前記二つの平面の交線と垂直でなく交差する第三平面と、から構成される請求項１４記載のレンズの偏心測定方法。
19. 前記被検レンズ支持手段は、所定の距離を置いて前記第三平面と平行に配置された第四平面を有し、前記被検レンズの位置座標は、前記第一平面、前記第二平面及び前記第三平面から構成される固有座標特定手段、並びに、前記第一平面、前記第二平面及び前記第四平面から構成される固有座標特定手段によって特定される二通りの固有座標系に変換されうる請求項１８記載のレンズの偏心測定方法。
20. 前記固有座標特定部は同一外径の３個の球体を有し前記３個の球体を前記被検レンズを囲むようにして枠体状部材の内部に配置し、前記３個の球体の少なくとも一つを前記被検レンズに押しつけることにより、前記３個の球体及び前記被検レンズを互いに固定する請求項１４記載のレンズの偏心測定方法。
21. 前記固有座標特定手段は、前記被検レンズの側面に押し当てられる２個の球体と、交差する２つの面と、から構成され、前記２つの面には前記被検レンズの側面が同時に押し当てられる請求項１４記載のレンズの偏心測定方法。
22. 前記２個の球体及び前記交差する２つの面を前記被検レンズを囲むようにして枠体状部材の内部に配置し、前記２個の球体を前記被検レンズに押しつけることにより、前記２個の球体、前記被検レンズ及び前記交差する２つの面を互いに固定する請求項２１記載のレンズの偏心測定方法。
23. 前記固有座標特定手段は前記被検レンズ支持手段の側面上に配置された球体及び円筒部材から構成され、前記球体の曲率中心は前記円筒の中心軸上にない請求項１４記載のレンズの偏心測定方法。
24. 前記固有座標特定手段は、前記被検レンズ支持手段の側面の一つを含む平面と、前記側面とは別個の側面上に配置された円筒部材と、から構成され、前記円筒部材の中心軸は前記平面に直交しないで交差する請求項１４記載のレンズの偏心測定方法。
25. 前記固有座標特定手段は、互いの中心軸が交差しないように前記被検レンズ支持手段の側面上に配置された二つの円筒部材から構成される請求項１４記載のレンズの偏心測定方法。
26. 前記固有座標特定手段は、互いの中心軸が交差するように前記被検レンズ支持手段の側面上に配置された二つの円筒部材から構成される請求項１４記載のレンズの偏心測定方法。

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