JP3597222B2 - レンズ,反射鏡等の偏心測定法及びそれを利用した機械 - Google Patents
レンズ,反射鏡等の偏心測定法及びそれを利用した機械 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3597222B2 JP3597222B2 JP18854494A JP18854494A JP3597222B2 JP 3597222 B2 JP3597222 B2 JP 3597222B2 JP 18854494 A JP18854494 A JP 18854494A JP 18854494 A JP18854494 A JP 18854494A JP 3597222 B2 JP3597222 B2 JP 3597222B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- lens
- eccentricity
- aspherical surface
- aspherical
- image
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)
Description
【産業上の利用分野】
本発明は、非球面レンズ,不均質媒質レンズ等の偏心及び傾きを測定する方法、或いはそれらのレンズ等のおおよその良し悪しを評価できる測定法、並びにそれらの測定法を用いた機械に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のカメラ,顕微鏡,内視鏡等の光学機器では、装置に使用されているレンズが光軸に対して偏心すると結像性能が低下する。そこで、このような障害を防止するために、のレンズの偏心測定が、装置の組み立て工程,レンズ加工工程において行われている。
【0003】
図20は、従来の装置(特開昭56−162031号公報に記載の装置等)の構成を示している。図中、1はピンホール、2は回転可能なレンズホルダー、3は投光レンズ、4は結像レンズ、5は光量を二分するハーフプリズム、6は接眼レンズ、7はプリズム、8は被検レンズである球面レンズ、9は球面レンズ8によるピンホール1の反射像である。従って、従来装置で球面レンズのレンズ偏心測定を行う場合には、ピンホール1の実像を球面レンズ8に入射し、その反射像9を拡大し観察する。そして、球面レンズ8をレンズホルダー2にのせて回転させたときに、球面レンズ8の上面の球心10がレンズホルダー2の回転軸上に存在するならば、反射像9は振れることはないが、球面レンズ8が偏心している場合には、レンズホルダー2の回転に伴って反射像9が振れるため、その振れ量を測定することにより球面レンズ8の偏心を測定することができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の方法では、図18(a)に示したような非球面レンズ11のように、非球面の
との二つの偏心自由度を有するレンズについては、その偏心量
を測定することは不可能であった。
但し、図中、Vは非球面の無偏心時における面頂、lは回転軸、mは点Vにおける法線ベクトルである。
又、非球面レンズの偏心測定方法としては、図18(b)に示したような距離センサー12を用いて、非球面レンズ11を回転させたときのセンサーとレンズ光面との距離dの変化を測定し、偏心と傾きとに換算する方法が知られている。しかし、この方法を用いる装置は高価であり、又、当該装置のワーキングディスタンス(前記センサーとレンズ光面との距離dの最大値)は5mm〜15mm程度と小さく、作業がしにくい等の問題があった。
【0005】
本発明は、上記のような従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、多様な形態を呈する非球面レンズでもその偏心及び傾きを測定することが可能でワーキングディスタンスも長く操作性に優れ、更に、装置の製造コストも低く、且つ、球面レンズの偏心測定も従来装置に比較してより便利に測定できるようにした測定法、また生産現場等でおおよその偏心の良否を判定する場合にも有用な測定法、並びにそれらの測定法を用いた機械を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段及び作用】
上記目的を達成するために、本発明の請求項1に係るレンズ,反射鏡,金型等の偏心測定法は、非球面、又は不均質媒質から成る光学素子、又は型に対し、光軸外の少なくとも一つの部分に光束を入射させ、反射光束の反射像の位置から非球面の偏心量を評価することを特徴としている。
また、本発明の請求項2に係る偏心測定機、或いはレンズ心取り機,レンズ接合機等のレンズ加工機は、請求項1に係る偏心測定法を用いている。
また、本発明の請求項3に係るレンズ,反射鏡,金型等の偏心測定法は、非球面の少なくとも二つの部分に光束を入射させ、反射光束の反射像の位置から非球面の偏心量を求めることを特徴としている。
また、本発明の請求項4に係るレンズ,反射鏡,金型等の偏心測定機は、非球面の光軸外の少なくとも一つの部分に光束を入射させ、被検物を回転させた場合の反射光束の反射像の軌跡から非球面の偏心量を求めることを特徴としている。また、本発明の請求項5に係るレンズ偏心測定機、或いはレンズ接合機等のレンズ加工機は、請求項2に係る偏心測定機、或いは加工機において、光軸外の反射像を測定する光学系を用いてレンズ外周の画像を撮影し解析することで、レンズ外周に対するレンズ面の偏心量を求めることを特徴としている。
また、本発明の請求項6に係るレンズ偏心測定機は、斜入射法で測定したローカル曲率中心の偏心から、非球面レンズの偏心誤差を評価することを特徴としている。
また、本発明の請求項7に係るレンズ偏心測定法は、非球面上の光軸外の少なくとも一つの部分に光束を入射させ、その反射光束の反射像の位置から非球面の偏心誤差を評価することを特徴としている。
【0007】
以下、図17に基づき、従来装置と同一の部材には同一の符号を付して本発明におけるレンズ偏心測定機の原理構成を説明する。図中、101は光源(可視半導体レーザー等)、2は回転可能なレンズホルダー、3は投光レンズ、4は結像レンズ、5はハーフプリズム、11は被検レンズである非球面レンズ、12は距離センサー、102はフォーカスレンズ、103はミラー、104はフォーカスレンズ102によって結像される実像、105は実像104を拡大する顕微鏡対物レンズ、106は10倍ズームレンズ、107はCCDカメラ、108はスーパーポーズボード、109はディスプレイ、110は光路中に挿入せしめるスライドミラー、111は手動又は電動の回転ミラー、112はAD変換画像ボード(又は画像処理ボード)、113は後述する画像処理計算等を行うパソコン、114は測定結果を表示するカラーディスプレイ、115はプリンターである。
尚、ハーフプリズム5の代わりに光量を二分するハーフミラーを使用してもよいし、又、光源101の戻り光による影響を避ける目的で、偏光ビームスプリッターを使用することもできる。但し、偏光ビームスプリッターを使用する場合、結像レンズ4との間に1/4波長板を追加することが必要となる。
【0008】
まず、被検レンズが球面レンズである場合における本測定機の動作を説明する。光源101からの射出光は順に投光レンズ3,ハーフプリズム5,結像レンズ4を通過し、球面レンズ8に実像を入射する。前記実像の球面レンズ8の表面での反射像は、順に結像レンズ4,ハーフプリズム5,フォーカスレンズ102を通過することにより実像104が結像され、更に、実像104は顕微鏡対物レンズ105で拡大され、10倍ズームレンズ106によりCCDカメラ107上に結像される。CCDカメラ107から送出される電子画像信号はスーパーポーズボード108経由でディスプレイ109に送られ、これにリアルタイムの画像が表示される。ここで、球面レンズ8に偏心があれば、球面レンズ8を回転せさるとディスプレイ109に表示される光源像も動くので、レンズの偏心を発見できる。以上の測定手段を垂直入射法と呼ぶことにする。
【0009】
次に、被検レンズが非球面レンズ11である場合には、上記垂直入射法に従った偏心測定を行った後、スライドミラー110を非球面レンズ11と結像レンズ4との間の光路に挿入し、更に回転ミラー111で光路を曲げて非球面レンズ11の周辺部にレンズ面に対してほぼ垂直に光源光が入射するようにする(以下、この状態を斜入射の状態という)。更に、レンズホルダー2を回転させ、非球面レンズ11を回転させたときに非球面レンズ11の反射像がどの程度動くかを測定するために、前記非球面レンズ11の反射像を、順に、回転ミラー111,スライドミラー110,結像レンズ4,ハーフプリズム5,フォーカスレンズ102,顕微鏡対物レンズ105,10倍ズームレンズ106を経由する光路を通じて結像された像をCCDカメラ107によって撮像する。以上を斜入射法と呼ぶことにする。
尚、垂直入射法でも斜入射法でも、レンズ面に略垂直に光束を入射させた方が反射光束を測定機の光学系で受光し易いが、反射光束の受光さえできれば、必ずしも垂直である必要はない。図6参照。
【0010】
上記垂直入射法及び斜入射法により撮像された光源光の反射像は、AD画像ボード112及びパソコン113において画像処理が行われ、更に、パソコン113において非球面レンズの偏心及び傾きの計算がなされ、その結果をカラーディスプレイ114に表示することができる。
又、フォーカスレンズ102及び顕微鏡対物レンズ105はパルスモーター等の駆動により光軸方向に移動され得るように構成されているため、当該レンズに対して、光源輝点像の位置を変化させ最適な位置に結像でき、且つ、レンズ面による光源輝点の反射像に対してCCDカメラ107のピント調整を行うことが可能である。
【0011】
更に、結像レンズ4,フォーカスレンズ102,回転ミラー111夫々の位置及び角度はパソコン113によって制御される。又、結像レンズ4と非球面レンズ11との間の距離調整は、レンズホルダー2の位置を光軸に対し上下方向に移動させて行ってもよく、又は、結像レンズ4或いはスライドミラー110の位置より上部に配設されている部材の上下移動によっても可能である。
回転ミラー111は非球面レンズ11の周辺部においてレンズ面に対してほぼ垂直に光束を入射(或いは出射)させるために、回転可能に構成されている。又、同様の目的で、レンズホルダー2,非球面レンズ11を除く本測定機の各構成部材の位置関係を図面上左右対称の方向に変えて構成してもよく、或いは、回転ミラー111のみを左右対称な位置に配設してもよい。
更に、距離センサー12は従来より使用されているものであるが、これにより非球面レンズ11の周辺部と距離センサー12との距離を測定し、非球面レンズ11を回転させたときに起きる前記距離の変化から非球面の偏心を求めることも可能であるし、又、上記垂直入射法及び斜入射法との併用も可能である。
【0012】
次に、図18(a)及び図19に基づき、垂直入射法及び斜入射法により測定した非球面レンズ回転時の光源像の移動から前記偏心量、即ちレンズの偏心及び傾きを求める方法を述べる。図中、
V:非球面の無偏心時における面頂
l:回転軸
m:点Vにおける法線ベクトル(図18(a)では−mを示してある)
R:非球面の無偏心時における近軸の曲率半径(図19(a)ではR>0)
LT :非球面の周辺部の一点Qにおける子午面内の接触円の中心(ローカル曲率の中心)
φ:∠CVLT の大きさ(図19(a)ではφ>0) θ:∠LT PVの大きさ(図19(a)ではθ<0)
P:直線QLT とVCとの交点
とする。
但し、レンズホルダー2を回転させたとき、夫々垂直入射法で測定した球心Cの偏心を
斜入射法で測定したローカル曲率の中心LT の偏心を
とする。更に、添字x,yは点V又は点Qでの接平面内における直交座標を表し、又
は点Vを原点とし、
は点Qを原点とする直交座標のx,y成分を持つベクトルを表わすものとする。又、
は、図18(a)に示した如く、レンズホルダー2の回転軸をZ軸方向にとった場合の直交座標のX,Y成分を表わすベクトルである。
【0013】
はその大きさが非球面の傾きをラジアンで表わされたものであり、その成分εX,εY は図18(a)の点Vにおける法線ベクトルmのX,Y平面内での方位角をAとするとき
で与えられ、又、このとき、以下に示す式が成立する(図19(a)においてはR>0となるようにRの符号を定める)。
従って、式(3)の連立方程式を解くことにより、δX ,δY ,εX ,εY の値が夫々求められる。即ち、
を求めることができるのである。
尚、図19(a)の線分QLT 、即ちローカル曲率半径は、非球面の方程式を
で表わすとき、
で与えられる。
【0014】
上述した方法では、レンズホルダーの回転軸lを回転させて
を求めたが、無偏心時の輝点像の位置が予め判明している場合には、前記レンズホルダーを回転させなくても
は求められるので、前記レンズホルダーを回転させる必要はない。
又、偏心の測定値としては、周辺の点Lを数カ所において測定してもよい。即ち、二つ以上のL1 ,L2 ,・・・と球心Cとの偏心測定値から、最小二乗法等を用いて
を求めても良く、或いは、球心Cの測定を止め、二つ以上のL1 ,L2 ,・・・の偏心から
を求めることも可能である。この様子を図19(b)に示した。
【0015】
【実施例】
以下、図1乃至16に基づき、図17に示したものと同一の部材には同一の符号を付して、本発明の実施例を説明する。
図1は、本発明による第一実施例のレンズ偏心測定機の外観図である。図中、121は測定機本体、122はスライドミラー110が内蔵されていて測定機本体121に固定されている切換え部、123は切換えノブ、124aは測定機本体121を支持し本体121を被検レンズである球面レンズ11の光軸方向に移動するスライドステージ、124bはスライドノブ、2は非球面レンズ11を搭載し回転せしめる回転ホルダー、125は測定機の制御基板や光源101の電源等が内蔵されているコントロールボックスである。又、ディスプレイ109,パソコン113及びカラーディスプレイ114は夫々前述の偏心等の計算のために設けられたものである。
【0016】
尚、測定機本体121には、図17に示した光源101,投光レンズ3,結像レンズ4,ハーフプリズム5,フォーカスレンズ102,顕微鏡対物レンズ105,10倍ズームレンズ106及びCCDカメラ107を備えたレンズ偏心測定ユニットが内蔵されている。又、結像レンズ4及びフォーカスレンズ102は、図示しないステッピングモータ等により駆動されるスライドステージ124aによって光軸方向に移動可能な機構となっており、コントロールボックス125の指示により所望の位置に配置されるようになっている。
更に、切換え部122においては、切換えノブ123によってスライドミラー110の切換えが可能であり、又、測定機本体121はスライドノブ124bを回転させることにより、スライドステージ124aを介して光軸方向に移動可能に構成されている。又、パソコン113には、前述したスーパーポーズボード108,AD変換ボード110等が内蔵されている。
【0017】
以下、作用について説明する。
まず、被検レンズである非球面レンズ11に対し任意の作業領域を確保するため、スライドノブ124bによって測定機本体121を配置させ、垂直入射法により測定可能にすべくスライドミラー110を切換えノブ123により光路から外す。更に、非球面レンズ11の曲率半径に合わせCCDカメラ107において反射輝点像が観察できるように、コントロールボックス125の指示により結像レンズ4,フォーカスレンズ102を夫々所望の位置に配置させる。
この状態において、レンズホルダー2を回転させ、垂直入射法による測定を行う。このとき、CCDカメラ107により捕らえた反射輝点像はスーパーポーズボード108を介してディスプレイ109に表示され、観察することができる。又、AD変換画像ボード110によりレンズホルダー2の回転に伴う反射輝点像の重心位置の移動量が求められ、更に偏心量がパソコン113により計算され、その計算結果はカラーディスプレイ114に表示される。
【0018】
次に、斜入射測定法を行うため、スライドノブ123をスライドさせてスライドミラー110を光路内に挿入し、非球面レンズ11の周辺部のレンズ面にほぼ垂直に入射させ、非球面レンズ11の周辺部の曲率半径に合わせ、CCDカメラ107において反射輝点像が観察可能なように、コントロールボックス125の指示により、結像レンズ4,フォーカスレンズ102を夫々所望の位置に配置させる。この状態で、レンズホルダー2を回転させ斜入射法により測定を行う。この後のディスプレイ109での観察及びレンズの偏心量の計算方法等は前述した通りである。
以上のように、垂直入射法及び斜入射測定法の測定結果から、パソコン119によって上記式(1)乃至(3)に基づいて計算され、非球面レンズ11の偏心量が求められる。
【0019】
図2は本発明による第二実施例であり、基本的な測定原理及び構成は第一実施例に示した装置と同様であるが、図2(a)においては、投光レンズ3,結像レンズ4及びハーフプリズム5を複数からなる一つのレンズ系131で構成したため、レンズ偏心測定ユニットの構成が単純化されている。又、132,133夫々は後述する理由のため設けられたシャッターである。二つのハーフプリズム5は常に光路中に配置されている。更に、光源101,レンズ系131を夫々移動させることにより光源101の輝点像の非球面レンズ11に対する位置及びその反射像のCCDカメラ107に対する合焦を行うことができる。又、非球面レンズ11又はシャッター133の位置より上部に配置されている部材相互間の距離を調整しても、前記目的は達成される。
【0020】
本実施例による装置は上記のように構成されているので、垂直入射時にはシャッター132が光路を遮り、又、斜入射測定時にはシャッター133が光路を遮ることにより、スライドミラー110を必要とせずにレンズの偏心測定が可能であり、上記ユニットの構成も単純化できる。
【0021】
又、図2(b)に示した装置は、ミラー134を設けたことにより、上記のレンズ系131を用いずとも第一実施例に示した測定機に比べて結像レンズ4及びスライドミラー110を省略できるため、更にシンプルに構成され得る。又、本装置においても、ハーフミラー5は常に光路中に配置され、投光レンズ3及びフォーカスレンズ102を夫々光軸方向に移動させることによって、光源101の輝点像の非球面レンズ11に対する位置及びその反射像のCCDカメラ107に対する合焦を行うことができる。又、非球面レンズ11又はシャッター132の位置より上部に配置されている部材相互間の距離の調整によっても前記目的は達成される。
尚、図2(a),(b)双方に記載の装置共に、斜入射法の際、非球面レンズ11と偏心測定機との位置関係はそのどちらかを左右方向にずらしても偏心測定が可能である。
【0022】
図3は本発明の第三実施例であり、(a)は装置の上面図,(b)はAX軸方向から見た装置の側面図である。本実施例の装置は、図のように、移動ステージ141上に光源101,ハーフプリズム5,第一実施例において示したものと同様のレンズ系131及び回転ミラー111が夫々光軸上直列に配置され、特に回転ミラー111はAX軸を中心として回転し得るように構成されており、更に、ハーフミラー5,顕微鏡対物レンズ105,10倍ズームレンズ106及びCCDカメラ107は夫々上記光軸からハーフプリズム5によって曲げられたもう一方の光軸上に直列に配置されている。
【0023】
従って、光源101からの射出光は、順にハーフプリズム5,レンズ系131及び回転ミラー111の光路を通って非球面レンズ11に入射する。前記入射光は非球面レンズ11により反射され、回転ミラー111,レンズ系131,ハーフミラー5,顕微鏡対物レンズ105及び10倍ズームレンズ106の順で通過してCCDカメラ107に結像する。垂直入射法の場合は、光束は非球面レンズ11のレンズ面に対して図中矢印Vの方向に入射され、一方、斜入射法の場合は、回転ミラー111が回転して光束は非球面レンズ11のレンズ面に対して図中矢印G1 又はG2 の方向に入射される(図3(b)参照)。このとき、移動ステージ141は非球面レンズ11のレンズ面に対して光束が適切な角度で入射され得るように、水平方向に移動する。又、非球面レンズ11のレンズ面に対する光軸上の光束入射位置及び結像位置を最適なものとするために、顕微鏡対物レンズ105,10倍ズームレンズ106及びCCDカメラ107は夫々一体化されて光軸上を移動する。又、前記方法の代わりに、レンズ系131を移動させても同様の効果が得られる。
【0024】
以上のように、本実施例による装置は第二実施例に示した装置と比較して、シャッター132,133を必要とせず、更に非常にシンプルな装置構成を備え、従って製造過程におけるコストを低く抑えることができるという利点を有する。ここで、各光学部品の設計数値の一例をあげれば、レンズ系131の焦点距離は90mm,Fナンバーは2.0、顕微鏡対物レンズ105の倍率は10倍又は20倍又は40倍、10倍ズームレンズ106の焦点距離は11〜110mm,乃至22〜220mm、光源101の波長は685〜640nm、CCDカメラ107のCCDサイズは1/2乃至1/4インチである。
【0025】
図4は、本発明による第四実施例を示している。本実施例では、第二実施例において示した偏心測定ユニットを二つ設けたことを特徴としている。即ち、図のように、ユニットAを垂直に建てた状態で固定し、又,ユニットBを斜めに傾けた状態に固定して二組の偏心測定ユニットを配設したことにより、回転ミラー111が不要となり、垂直入射法と斜入射法とを同時に行うことができるため測定に要する時間を短縮できる。測定データの処理方法は、第一実施例に示した方法と同様である。
このような本実施例は、レンズ心取り機に適用し、偏心量を監視しつつレンズの心取り加工を行うようにして好都合である。勿論、本発明の他の実施例もレンズ心取り機に適用することが可能であり、またすべての実施例は、その他にもレンズ接合機などに適用してレンズ加工を行えるようにすることが可能である。
尚、前記ユニットA及びB夫々の傾斜角度は任意に調整できるものとする。又、前記偏心測定ユニットのどちらか一方を垂直に立てた状態で固定し、非球面レンズ11を水平に保持した状態と傾斜させた状態とで、各々測定を行えば、一組の偏心測定ユニットのみでも前記ユニット二組を使用したときと同様の効果が得られる。又、後述のように斜入射法による測定のみを行う場合には、ユニットAを省けばよい。
【0026】
図5に示したように、非球面周辺が光軸151に対してほぼ垂直になっている場合には、周辺部の偏心測定時に輝点像の入射光束は図中矢印Eのように光軸に対して平行になる。従って、斜入射の状態でも、入射光束は垂直入射法の場合と同様矢印Dと平行になるが、このような場合も含めて、本発明では、非球面周辺の偏心を測定する手法を斜入射法と呼ぶことにする。
【0027】
図6は本発明の第五実施例を示している。本実施例は、図のように、光源101,結像レンズ4,フォーカスレンズ102及びCCDカメラ107を夫々二組配置して、非球面レンズ11のレンズ面に対して斜めに光束を入射することにより、非球面の中央部の球心Cと周辺部のローカル曲率の中心LT とを測定し、非球面の偏心を求める方法である。
このように、輝点像の入射光束が非球面での少なくとも二つの相異なる部分に当てられていれば、それらの解析を行うことで、非球面の偏心と傾きとを求めることが可能である。
【0028】
図7は、ローカル曲率の二つの中心LT 及びLS を夫々示した図である。これまでの説明では、子午面内の曲率中心LT のみを考えてきたため、ローカル曲率の中心は非球面上の一点Qを定めればただ一つ定まるとしてきた。しかしながら、サジタル方向のローカル曲率の中心LS をも考慮すれば、点Qにおける曲率中心は二つ存在するのである。よって、点光源の光束を入射させた場合の非球面による反射像は、LT では図7の紙面に対して垂直な方向に延びた楕円となり、LS では前記紙面に対して平行な方向に延びた楕円となる。
以上より、偏心測定に当たっては、LT ,LS 或いはその中間点の偏心の何れを用いてもよく、そのとき用いた点の
を非球面方程式により計算すればよいことになる。又、LS 及びLT とLS との中間点LTSの偏心から
を求めるためには、式(3)の
に置き換えた式から求めればよい。但し、このときθ,φ等もLS ,LTSに対応して置き換える。
【0029】
即ち、サジタル方向のローカル曲率の半径は、図8を参照して、
としたとき、式(4)で与えられる。尚、図8,図9においてはθ<0である。
この場合、図9で分かるように、次に示す式(5a),式(5b)が式(2d),式(2b)に代わって成り立つ。尚、LS に関しては常にψ=0となる。又、
は、点Qを原点とする直交座標系x,y,zでのサジタルローカル曲率の偏心である。
従って、式(5a),式(5b)を連立させて解くことによって、
を求めることができるのである。
【0030】
更に、LT とTS との中間点LTSの偏心
を求めるには、上記式(5a)と次の式(6a)を連立させて解けばよい。その際用いる
は、LTSの位置を式(6b)より求める。
このように、LT とLS の中間点の偏心測定の場合には、光の反射像は略円形となるので、測定機の焦点合せが行い易く、精度の良い測定が可能である。
【0031】
上記のほか、垂直入射を行わず、LT とLS の偏心
を測定し、式(2b)と式(5b)とから
を求めてもよい。要するに、偏心の独立測定量が二つあれば、それらの組合せから求めることが可能となる。従って、上記の組合せの他にも、
のうちの適宜な二つを測定すれば、
を求めることが可能であり、又、異なるθについての
の測定量を組み合わせるようにしても差し支えない。何れの場合にも、それらの組合せに応じて、式(2a),式(2b),式(5b),式(6a)のうちの二つを連立させて求めることになる。
【0032】
レンズの生産現場などで高精度の偏心測定を必要としない場合などには、斜入射法の測定だけから合否を判定してよい場合がある。即ち、LT ,LS ,LTSのうち少なくとも一つの偏心を測定し、
が小さければ、そのレンズはおおよそ
も小さいと推定できるからである。
【0033】
然しながら、高精度の偏心測定が要求される場合でも、一つの斜入射法による偏心測定から
を求めることが可能である。以下、その場合の一例を説明する。この例は、一つのθにおけるLT の偏心測定から
を求める場合についてであるが、LS ,LTSについても同様にして求めることが可能である。
【0034】
測定時、被検レンズ11は測定機の回転軸lの回りに回転するものとし、その時のLT の軌跡を観測することにする。
レンズの回転角速度をω,時間をt,及びε,δのt=0における方位角を夫々e,dとし、式(3)の3,4行目を時間変化を含む式で表わすと、次の式(7)となる。
で表わされる点の軌跡を本発明の偏心測定機で観測するわけである。ここで、
と置換して、式(7)を展開すると、次のようになる。
但し、cosωtの係数をD、sinωtの係数をEと置いた。
但し、sinωtの係数をG、cosωtの係数をFと置いた。
【0035】
次に、tを式(8)及び式(9)から消去し、x,yの間の関係式を求めてみる。これがLT の軌跡にほかならない。
式(8)及び式(9)を、cosωt,sinωtについて解くと、
cos2 ωt+sin2 ωt=1であるから、Δ≡DG−EFと置けば、
を得る。この式(11)を展開すると、次のようになる。
但し、x2 ,xy,y2 の係数を夫々K,2L,Mと置いた。
この式(12)は、正しく楕円の方程式である。即ち、LT の軌跡は図10に示すような楕円となる。
【0036】
図10に示すように、楕円の長半径a,短半径b,長軸の傾斜角γは本実施例の測定機で測定可能な量であるから、これらのa,b,γを上記のK,L,Mで表わしてみる。
式(12)を行列を用いて表わすと、次のようになる。
行列Uの固有値をα1 ,α2 とする。
α1 ,α2 は、次のαについての方程式(14)の2根である。
Uは、実数の対称行列であるから、2行2列の直交行列Pを用いて、P−1UPが対角行列となるようにすることができる。そして、この時、楕円の
で与えられる。
と置けば、
は、夫々固有値α1 ,α2 の規格化された固有ベクトルである。
規格化されていないα1 ,α2 の固有ベクトルとして夫々、
をとる。次に、これを規格化して、下記のように式(18)を得る。
を得る。
【0037】
このようにして、LT の軌跡から、a,b,γを求め、且つ特定の時刻t0 における(x,y)の値(x0 ,y0 )を測定することによって、式(8),式(9)から
x0 =Dcosωt0 +Esinωt0 ・・・・(23)
y0 =Fcosωt0 +Gsinωt0 ・・・・(24)
を得、式(19)、式(20)、式(21)、及び式(23)又は(24)を連立させて解くことにより四つの未知数ε,δ,d,eを求めることができる。即ち、偏心量
を求めることができるのである。
尚、四つの未知数に対して方程式は(19),(20),(21),(23),(24)の五つがあるから、これらのうち四つを選んで解いてもよい。又、最小二乗法を用いて五つの式を極力満たすε,δ,d,eを求めるようにすれば精度の高い測定ができる。
このようにして、一つの斜入射測定からでも、偏心量を求めることができるが、これはLT の軌跡からのみならず、LS 及びLTSの各軌跡からも同様にして求めることができ。
【0038】
上述のような一つの斜入射測定から非球面レンズの偏心量
を求める方法は、前述の垂直入射法と斜入射法の二つの測定法から求める方法に比べて測定回数が半分で良いこと、又、一つの測定からの解析で求めるので、測定誤差が解析結果に及ぼす影響が比較的単純な形で表われ、誤差の補正がし易いこと、などの利点がある。
又、本発明における上述の方法は、偏心測定機に適用されるだけではなく、レンズ加工機にも適用できる。即ち、上記のような斜入射測定の可能な偏心測定機をレンズ心取り機に取付け、その輝点反射像の軌跡が許容される円内に入るようにレンズの偏心調整を行ったあと心取り加工を行うようにすれば、偏心の小さい非球面レンズを製作することができる。又、2枚以上のレンズを接合させる場合でも、上記のような斜入射の偏心測定を行いレンズの心出しを行って接合するようにすれば、偏心の小さい非球面接合レンズが得られる。
更に、上記においては非球面の偏心を求めたが、同様に斜入射測定のみによって球面の偏心を求めることが可能であるし、また何枚かの球面,非球面を組み合わせた組合せレンズの各々の偏心をも求めることが可能である。
【0039】
更に、本発明は、図11に示したようにレンズの第二面162が非球面である場合にも適用することができる。その場合には、第一面161の偏心によって生じる見かけの球心C及びローカル曲率の中心Lを除去してから非球面の偏心を求めればよい。両面が非球面の場合でも同様に測定すれば各面の偏心量を求めることができる。
【0040】
図12は、本発明による第六実施例であり、底面が鏡状を呈しているレンズホルダー171に非球面レンズ11を搭載して偏心を測定している状態が示されている。本実施例において使用される偏心測定ユニット及び偏心測定方法は、上記各実施例に示したものと同様である。
【0041】
図11及び図12に示した測定方法は、被検レンズが不均質媒質レンズ(例えば商品名「セルフォック」日本板硝子社製)の場合に用いると、媒質の偏心をも含めたレンズの偏心の影響が総合的に測定できるので有効である。この場合、二つの面が球面であるならば、垂直入射と一つ以上の斜入射との組合せにより三つ以上の測定を行えば、両面の偏心と共に媒質の偏心量をも求めることができる。何れか一方の面が非球面であるならば、条件を変えた測定を更に付け加えるようにすればよい。図13に示す如く、不均質媒質レンズ11−2の偏心は、二つの面の傾きε1 ,ε2 と媒質の偏心量δM ,εM の四つのベクトル量で決まる。但し、レンズの両面が球面の場合を想定している。従って、偏心自由度がベクトル量で四つあるので、測定も、垂直入射を二つに斜入射を一つ、或いは垂直入射を一つに斜入斜を二つ、若しくは垂直入射を三つ行う必要がある。軸対称不均質媒質の偏心自由度は、これまでの実施例における非球面の場合と同じであり、二つのベクトル量δM ,εM で決まることに留意する必要がある。
尚、図11,図12に示した例の場合、非球面の偏心及び傾きを求める計算式は上記式(3)とは異なるが、非球面の相異なる二つ以上の部分に入射する光束の反射光束から、上記各実施例に示した方法と同様に前記偏心及び傾きを求めることができる。
【0042】
図14は、本発明の第七実施例を示した図であり、アナモフィックレンズ(ラグビーボールの如き表面を有する回転非対称レンズの一種)181に本発明による測定方法を応用した例を示している。
レンズ設計上は、図中の点Vにおける二つの主曲率CX ,CY が点Vにおける直交座標のZ軸上にあるものとし、又、X−Y平面は点Vにおける接平面であり、前記二つの主曲率CX ,CY の方向はX−Y平面であるとする。
実際に加工されたレンズでは必ずしも前記CX ,CY はZ軸上にあるとは限らない。このとき、アナモフィックレンズ181をレンズホルダー2に搭載して回転させた場合、垂直入射光束D及び斜入射光束Eの反射像のCCDカメラ107上での位置は、図15(a),(b)に夫々示した点線のように変化する。但し、図15(a)は光束Dの反射像を、(b)は光束Eの反射像を夫々示した図である。
一方、前記CX ,CY がほぼZ軸上に存在するときは、それら反射像のCCDカメラ107上での軌跡は図15(a),(b)に夫々示した実線のようになるため、これら二つの軌跡を解析することにより、アナモフィックレンズ181の偏心を(方位を含めて)求めることが可能である。
【0043】
図16は本発明の第八実施例の説明図であり、二枚接合の球面レンズ191の例を示し、(a)は従来方法、(b)は本発明を適用した方法を夫々示した図である。
光束を垂直入射で入射させて球面レンズの偏心を測定する場合、従来は、レンズ第一面192の球心に向けて光束を入射させる方法がよく行われていた。しかし、図16(a)に示したように、レンズ第一面192の球心C1 と第三面193の球心C2 とが接近している状態では、前記二つの面における反射像がCCDカメラ107上で同時に結像してしまい、どちらのレンズ面での偏心を測定しているのかが分からなくなるという問題があった。
【0044】
しかしながら、上記のような場合でも本発明による装置を用いれば、装置の偏心測定ユニット内の投光レンズ3,結像レンズ4及びフォーカスレンズ102相互間の位置関係を調整することによって、図16(b)に示したように、レンズの第一面192と第三面193との間に結像する光束を入射させ、その反射像の結像位置I1,I2 相互間に距離差を設けることができ、従って、前記二つの反射像のうちの一方の反射像のみをぼけて見えなくなるようにすることができる。
このように、本発明の装置を使用すれば、各レンズ面での反射像の倍率を等倍からずらすことによって、各レンズ面の反射像を区別することができる。
【0045】
尚、レンズ外周のレンズ光軸に対する偏心の測定には、前記レンズ外周に本測定機の結像レンズ4(又はレンズ系131)のピントを合わせ、画像処理により外周を検出し、その中心を求め光軸からのズレを計算すればよい。これらの処理はAD変換画像ボード110,パソコン113等によって行われ得る。勿論、画像処理の代わりに、テレビ画像の外周をマウス等をクリックすることで指定し、外周の偏心を求めるようにしてもよい。
【0046】
【発明の効果】
上述のように、本発明による偏心測定法及びそれを利用した機械は、球面及び非球面レンズのみならず、非球面の反射鏡,モールドで作られるレンズの金型等の偏心測定を可能とし、更に、装置のワーキングディスタンスが長く、製造コストも低く抑えられるという優れた利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるレンズ偏心測定機における第一実施例の装置外観図である。
【図2】本発明のレンズ偏心測定機における第二実施例を示した図であり、(a)は偏心測定ユニットの構成に光学系131を適用した例を示した図、(b)はミラー134を偏心測定ユニット内に設けた例を示した図である。
【図3】本発明の第三実施例を示した図であり、(a)は装置の上面図,(b)はAX軸方向から見た装置の側面図である。
【図4】本発明の第四実施例を示した図である。
【図5】非球面周辺が光軸に対してほぼ垂直になっているレンズにおける周辺部の偏心測定時での輝点像の入射光束の方向の説明図である。
【図6】本発明の第五実施例を示した図である。
【図7】ローカル曲率の二つの中心LT 及びLS についての説明図である。
【図8】サジタルローカル曲率の中心LS についての説明図である。
【図9】サジタルローカル曲率の中心LS の偏心を用いて非球面レンズの偏心及び傾きを測定する方法の説明図である。
【図10】一つの斜入射法だけで偏心測定を行う場合におけるローカル曲率中心LT の軌跡を示す説明図である。
【図11】本発明による装置をレンズの第二面が非球面であるレンズに適用した状態を示した図である。
【図12】本発明の第六実施例を示した図である。
【図13】不均質媒質レンズの偏心測定に関係する四つのベクトルの説明図である。
【図14】本発明の第七実施例を示した図である。
【図15】第七実施例における垂直入射光束D及び斜入射光束Eの反射像をCCDカメラ107上で捉えた図であり、(a)は光束Dの反射像、(b)は光束Eの反射像を示した図である。
【図16】二枚接合の球面レンズにおける偏心測定の方法の説明図であり、(a)は従来方法を、(b)は本発明を適用した方法を示した図である。
【図17】本発明によるレンズ偏心測定機の原理構成図である。
【図18】(a)は非球面レンズにおける非球面の傾き及び偏心の説明図、(b)は距離センサーを用いた従来の非球面レンズの偏心測定方法の説明図である。
【図19】(a)は垂直入射法及び斜入射法による非球面レンズの偏心及び傾きの測定方法の説明図、(b)は二つ以上のローカル曲率の中心L1 ,L2 ,・・・と球心Cとの偏心測定値からレンズの偏心及び傾きを求める方法の説明図である。
【図20】従来のレンズ偏心測定機の装置構成図である。
【符号の説明】
1 ピンホール
2 レンズホルダー
3 投光レンズ
4 結像レンズ
5 ハーフプリズム
6 接眼レンズ
7 プリズム
8 球面レンズ(被検レンズ)
9 反射像
10 球心
11 非球面レンズ(被検レンズ)
12 距離センサー
101 光源(可視半導体レーザー等)
102 フォーカスレンズ
103 ミラー
104 実像
105 顕微鏡対物レンズ
106 10倍ズームレンズ
107 CCDカメラ
108 スーパーポーズボード
109 ディスプレイ
110 スライドミラー
111 回転ミラー
112 AD変換ボード
113 パソコン
114 カラーディスプレイ
115 プリンター
121 測定機本体
122 切換え部
123 切換えノブ
124a スライドステージ
124b スライドノブ
125 コントロールボックス
131 レンズ系
132,133 シャッター
134 ミラー
141 移動ステージ
151 光軸
161 レンズの第一面
162 レンズの第二面
171 底面が鏡状を呈しているレンズホルダー
181 アナモフィックレンズ
191 二枚結合の球面レンズ
192 レンズの第一面
193 レンズの第二面
V 非球面の無偏心時の面頂
C,C1 ,C2 球心
Cx ,Cy 主曲率
D,E 光束
LT ,LS ,LTS ローカル曲率の中心
P 直線QLとVCとの交点
Q 非球面の周辺部の一点
R 非球面の無偏心時における近軸曲率半径
d 距離
l 回転の中心(回転軸)
m 法線ベクトル
φ ∠CVLT 又は∠CVLS 若しくは∠CVLTSの大きさ
θ ∠LT PV又は∠LS PV若しくは∠LTSPVの大きさ
Claims (5)
- 回転対称軸を有する非球面をもつ光学素子、又は金型に対し、前記回転対称軸外の非球面周辺の少なくとも一つの部分に、実像を形成する光束を面に略垂直に入射させ、その反射光束が形成する反射像の、非球面が偏心していない状態を基準とした位置を求めることによって非球面の偏心量を評価することを特徴とする、レンズ、反射鏡、金型等の偏心測定法。
- 請求項1に記載の偏心測定法を用いた偏心測定機、或いはレンズ芯取り機、レンズ接合機等のレンズ加工機。
- 回転対称軸を有する非球面をもつ光学素子、又は金型に対し、前記回転対称軸外の非球面周辺の、前記回転対称軸からの距離が異なる二つ以上の部分に、実像を形成する光束をそれぞれの部分での面に略垂直に入射させ、その反射光束が形成する反射像の、非球面が偏心していない状態を基準とした位置を求めることによって非球面の偏心量を評価することを特徴とするレンズ、反射鏡、金型等の偏心測定法。
- 回転対称軸を有する非球面をもつ光学素子、又は金型に対し、前記回転対称軸上の非球面部分と、前記回転対称軸外の非球面周辺の一つ以上の部分とに、実像を形成する光束をそれぞれの部分での面に略垂直に入射させ、その反射光束が形成する反射像の、非球面が偏心していない状態を基準とした位置を求めることによって非球面の偏心量を評価することを特徴とするレンズ、反射鏡、金型等の偏心測定法。
- 請求項1、3、4に記載の偏心測定法を用いた偏心測定機において、前記反射像の、非球面が偏心していない状態を基準とした位置を求めるために、被検物を回転させる機構と、前記反射像の軌跡を求める装置とを有する、レンズ、反射鏡、金型等の偏心測定機。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18854494A JP3597222B2 (ja) | 1993-09-01 | 1994-08-10 | レンズ,反射鏡等の偏心測定法及びそれを利用した機械 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5-217681 | 1993-09-01 | ||
JP21768193 | 1993-09-01 | ||
JP18854494A JP3597222B2 (ja) | 1993-09-01 | 1994-08-10 | レンズ,反射鏡等の偏心測定法及びそれを利用した機械 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07120218A JPH07120218A (ja) | 1995-05-12 |
JP3597222B2 true JP3597222B2 (ja) | 2004-12-02 |
Family
ID=26505001
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP18854494A Expired - Fee Related JP3597222B2 (ja) | 1993-09-01 | 1994-08-10 | レンズ,反射鏡等の偏心測定法及びそれを利用した機械 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3597222B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108871203A (zh) * | 2018-07-10 | 2018-11-23 | 深圳市雷凌广通技术研发有限公司 | 一种具有自动识别和固定功能的高效aoi检测设备 |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4768904B2 (ja) * | 2000-08-04 | 2011-09-07 | オリンパス株式会社 | 光学素子又は光学系の物理量測定方法 |
CN109425312B (zh) * | 2017-09-01 | 2021-12-03 | 宁波舜宇车载光学技术有限公司 | 偏心测试装置及方法 |
CN107843213B (zh) * | 2017-10-23 | 2020-06-16 | 北京理工大学 | 共焦自准直中心偏和曲率半径测量方法与装置 |
CN108036704A (zh) * | 2017-12-08 | 2018-05-15 | 海宁市劲乐太阳能有限公司 | 一种基于纳米级平行测量方法及其测量装置 |
JP6874211B2 (ja) * | 2018-03-12 | 2021-05-19 | 富士フイルム株式会社 | 偏芯測定装置及び方法 |
CN111174732A (zh) * | 2018-11-13 | 2020-05-19 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种检测工业测量相机光轴垂直度的方法和装置 |
CN110595736A (zh) * | 2019-08-20 | 2019-12-20 | 扬州辰亚光学科技有限公司 | 一种光学零件的偏心量测量装置 |
CN111964611A (zh) * | 2020-08-18 | 2020-11-20 | 山东理工大学 | 一种基于机器视觉的轴类零件直线度误差测量装置 |
CN117470136B (zh) * | 2023-10-31 | 2024-04-09 | 苏州奥特兰恩自动化设备有限公司 | 一种同心度测量设备 |
-
1994
- 1994-08-10 JP JP18854494A patent/JP3597222B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108871203A (zh) * | 2018-07-10 | 2018-11-23 | 深圳市雷凌广通技术研发有限公司 | 一种具有自动识别和固定功能的高效aoi检测设备 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH07120218A (ja) | 1995-05-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4474150B2 (ja) | 偏心測定方法 | |
TWI524091B (zh) | 使用旋轉印刷臂以投射或觀看在工作部件上之影像之方法及裝置 | |
JP4774332B2 (ja) | 偏芯量測定方法 | |
WO2007018118A1 (ja) | レンズにおける表裏面の光軸偏芯量の測定方法 | |
JP3597222B2 (ja) | レンズ,反射鏡等の偏心測定法及びそれを利用した機械 | |
JP4298587B2 (ja) | 偏心測定結果の表示方法 | |
JP2002250622A (ja) | 光学素子及びその型の形状測定方法及び装置 | |
JP2008096197A (ja) | 偏心測定装置 | |
KR20180094152A (ko) | 기판의 형상 변화 측정 방법 | |
JP2001147174A (ja) | 干渉測定機 | |
JP2735104B2 (ja) | 非球面レンズの偏心測定装置及び測定方法 | |
JP5405419B2 (ja) | レンズ検査装置 | |
JP2001056217A (ja) | 光学素子形状測定方法及び装置 | |
JP4190044B2 (ja) | 偏心測定装置 | |
JP2002250621A (ja) | 光学素子及びその型の形状測定方法及び装置 | |
JP2020060480A (ja) | 偏心量測定方法 | |
JP5641278B2 (ja) | 検査装置 | |
JP2008304200A (ja) | 偏芯測定用ヘッドの高さ位置調整方法 | |
JP2007333525A (ja) | 距離測定装置 | |
JP2005024504A (ja) | 偏心測定方法、偏心測定装置、及びこれらにより測定された物 | |
JP7403328B2 (ja) | 測量装置 | |
JP5317619B2 (ja) | 偏芯量測定方法 | |
JP2003270084A (ja) | レンズ系の偏心測定装置 | |
JP3268873B2 (ja) | レンズ収差測定方法 | |
CN114967767A (zh) | 基于组合转镜的复合轴粗精跟踪装置及方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040309 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040507 |
|
A911 | Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20040621 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20040831 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20040908 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080917 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080917 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090917 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090917 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100917 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110917 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120917 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130917 Year of fee payment: 9 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |