JPH06258181A

JPH06258181A - 偏心測定装置

Info

Publication number: JPH06258181A
Application number: JP7097593A
Authority: JP
Inventors: Haruo Ogawa; 治男小川
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1993-03-05
Filing date: 1993-03-05
Publication date: 1994-09-16

Abstract

(57)【要約】【目的】被検レンズの複数の面の偏心状態を同時に測
定する。【構成】被検レンズ６の第１面６ａと第２面６ｂに光
束を投射する対物レンズ４を、同じ光軸をもつ少なくと
も２つ以上の対物レンズ４ａ，４ｂで形成する。対物レ
ンズ４ａ，４ｂは、単独で光軸方向に移動可能に設け
る。これにより、コリメートレンズ２、ビームスプリッ
タ３を透過した光源１からの光束を対物レンズ４ａ，４
ｂにより被検レンズ６の第１面６ａ、第２面６ｂにそれ
ぞれ同時に投射し、同時に被検レンズ６の偏心を測定す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、球面または非球面形状
をもつレンズ群の偏心を測定する偏心測定装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、多くのレンズ面をもつ被検レンズ
の組み立て中もしくは組み立て後に、各レンズ面の偏心
を測定する偏心測定装置としては実開平１−７５４１号
公報に開示されたものが知られている。図８は、上記偏
心測定装置を示し、５１は光源、５２はコンデンサーレ
ンズ、５３は指標、５４は半透鏡、５５はコリメートレ
ンズ、５６はビームスプリッタ、５７，５８，５９はミ
ラー、６０，６１は対物レンズ、６２は２次元センサ
ー、６３はＡ／Ｄ変換器、６４はマイクロコンピュータ
ー、６５は回転ステージの駆動部、６６は回転ステージ
の保持部であり、被検レンズ６７は、回転ステージの保
持部６６に保持されるようになっている。

【０００３】光源５１を点灯すると、光源５１からの光
はコンデンサーレンズ５２により集光されて指標５３を
照明する。照明された指標５３からの光は半透鏡５４を
透過してコリメートレンズ５５により平行光束化され、
この平行光束はビームスプリッタ５６により２光束に分
割される。分割された光束の一方は、回転ステージの保
持部６６に保持された被検レンズ６７の表面側に到る行
路を進むが、この行路には前記対物レンズ６０が光軸方
向へ可動に配備されている。

【０００４】また、ビームスプリッタ５６により分割さ
れた他方の光束は、行路形成部材を構成するミラー５
７，５８，５９により形成された行路を進み、被検レン
ズ６７の裏面に到るが、こちらの行路に前記対物レンズ
６１が光軸方向へ可動に配備されている。また、被検レ
ンズ６７は、その表面側から裏面側へ向かって、複数の
レンズ面６７ａ，６７ｂ，・・・６７ｍを有している。

【０００５】次に、上記偏心測定装置の作用を説明す
る。まず、対物レンズ６０の位置を調整し、指標５３の
像が、被検レンズ面６７ａの曲率中心Ｐに投影されるよ
うにする。このとき、レンズ面６７ａに偏心がなければ
曲率中心点Ｐは光軸上に位置するが、レンズの偏心によ
り実際には光軸からずれた位置になる。そして、レンズ
面６７ａによる反射光は、対物レンズ６０、ビームスプ
リッタ５６、コリメートレンズ５５を逆進して半透鏡５
４により反射され、２次元センサー６２上に指標５３の
反射像Ｐ₁を結像する。

【０００６】また、対物レンズ６１の位置を光軸上で調
整して、指標５３の像が上記曲率中心Ｐの極近傍の位
置、即ち上記曲率中心点Ｐが本来位置すべき位置に投影
されるようにする。このとき入射光束はレンズ面６７ｍ
〜６７ｂの屈折によりレンズ面６７ａの裏側の曲率中心
Ｐに投影される。そして、反射光は入射行路を逆に進ん
で半透鏡５４により反射され、２次元センサー６２上に
指標５３の反射像Ｐ₂を結像する。

【０００７】図９は、２次元センサー６２の受光面６２
ａに結像した反射像Ｐ₁，Ｐ₂を示し、この状態におい
て２次元センサー６２の出力は、Ａ／Ｄ変換器６３によ
りデジタル化されてマイクロコンピュータ６４に取り込
まれる。このデータは反射像Ｐ₁，Ｐ₂の座標データで
ある。続いて、回転ステージの駆動部６５により保持部
６６を回転させる。回転に伴い、２次元センサー６２上
の反射像Ｐ₁，Ｐ₂は、図９に示すようにそれぞれ
０₁，０₂を中心とする円を描いて回転する。

【０００８】この円の回転半径はレンズ面６７ａの偏心
量と比例関係にあり、その比例定数はコリメートレンズ
５５と対物レンズ６０または６１とによる光学系の倍率
から決まる。また、点０₁と反射像Ｐ₁とのなす直線の
方向により偏心がどの方向に起こっているかを知ること
ができる。

【０００９】マイクロコンピュータ６４は、回転ステー
ジにより被検レンズ６７を回転させながら反射像Ｐ₁，
Ｐ₂の座標データを取り込み、そのデータに基づき所定
の演算を行って上記回転半径を算出し、その値に基づき
被検レンズ６７のレンズ面６７ａの偏心量を算出する。
このようにして、順次被検レンズ６７のレンズ面６７
ａ，６７ｂ，６７ｃ・・・６７ｍの偏心を算出する。そ
して、各レンズ面の偏心量は、それぞれの表裏の偏心量
データの平均値として求める。以上により、被検レンズ
６７の各面の偏心の状態を表裏両側から測定することが
できる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の偏
心測定装置にあっては、被検レンズ６７の各レンズ面６
７ａ，６７ｂ，６７ｃ・・・６７ｍの偏心状態をそれぞ
れ各レンズ面単独に検出しなければならないため、その
測定に多大な時間を要するという問題点があった。本発
明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、
被検レンズの複数のレンズ面に対して、同時に偏心の測
定をすることができる偏心測定装置を提供することを目
的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、被検レンズに光を投射する対物レンズを
同じ光軸をもつ少なくとも２つ以上の対物レンズで分割
構成するとともに、分割構成した各対物レンズを単独で
光軸方向に移動可能に設け、各対物レンズ毎に被検レン
ズのレンズ面に光を同時に投射し、複数のレンズ面の偏
心を同時に測定し得るようにした。

【００１２】図１は、本発明の偏心測定装置を概略的に
示す構成図で、光源１と、光源１からの光束を平行にす
るコリメートレンズ２と、コリメートレンズ２からの光
束を被検レンズ６に投射する対物レンズ４と、コリメー
トレンズ２と対物レンズ４の間に配置し被検レンズ６で
反射した光を上記光源１側とは別の行路に変換するビー
ムスプリッタ３と、ビームスプリッタ３で行路変換した
光を集光する集光レンズ７と、集光レンズ７で集光した
点像Ｐの中心座標を検出する検出部８と、検出部８の信
号により被検レンズ６の偏心を算出する演算部９とから
なり、上記対物レンズ４は、１つの対物レンズをその光
軸を含む面で分割して形成するとともに、それぞれ独立
して光軸方向に移動可能で、被検レンズ６の第１面６ａ
と第２面６ｂとにそれぞれ光束を投射する第１の対物レ
ンズ４ａと第２の対物レンズ４ｂとから構成されてい
る。

【００１３】

【作用】上記構成によれば、光源１からの光は、コリメ
ートレンズ２、ビームスプリッタ３を透過して、第１の
対物レンズ４ａと、第２の対物レンズ４ｂに入射する。
第１の対物レンズ４ａはその焦点位置が被検レンズ６の
第１面６ａの曲率中心に合致するよう光軸方向で移動配
置され、第１面６ａに垂直に光を投射する。一方、第２
の対物レンズ４ｂは、その焦点位置が被検レンズ６の第
２面６ｂの曲率中心に合致するよう移動配置され、第２
面６ｂに垂直に光を投射する。第１面６ａ、第２面６ｂ
で反射したそれぞれの反射光は、入射光とは逆進してビ
ームスプリッタ３で反射して光路変換され、集光レンズ
７により検出部８にそれぞれ集光されて２つの点像Ｐを
形成し、この２つの点像Ｐのそれぞれの中心座標が検出
部８にて検出される。

【００１４】かかる状態において、被検レンズ６をある
基準軸を中心に回転させると、被検レンズ６がその基準
軸に対して偏心している場合、検出部８上の２つの点像
Ｐはある大きさの半径をもって回転する。この回転半径
を演算部９で求めることにより、被検レンズ６の第１面
６ａと第２面６ｂの偏心状態が求められる。

【００１５】

【実施例１】図２は、本発明の実施例１を概略的に示す
構成図である。本実施例の偏心測定装置は、光源１と、
光源１からの光束を平行にするコリメートレンズ２と、
コリメートレンズ２からの光束を被検レンズ６に投射す
る対物レンズ１０と、コリメートレンズ２と対物レンズ
１０との間に配置され被検レンズ６で反射した光を光源
１側とは別の光路に変換するビームスプリッタ３と、ビ
ームスプリッタ３で光路変換した光を集光する集光レン
ズ７と、集光レンズ７で集光した点像Ｐを受光するＴＶ
カメラ１１と、ＴＶカメラ１１の信号より画像処理し
て、被検レンズ６の偏心を算出する画像処理装置１２と
からなっている。

【００１６】上記対物レンズ１０は、１つの対物レンズ
をその光軸を含む面で分割して形成した第１の対物レン
ズ１０ａと第２の対物レンズ１０ｂとから構成されてい
る。第１の対物レンズ１０ａは、第１のレンズ枠１３ａ
を介して第１の対物レンズ１０ａの光軸方向に移動可能
な第２の移動ステージ１４ａに取り付けられるととも
に、第２の対物レンズ１０ｂは、第２のレンズ枠１３ｂ
を介して第２の対物レンズ１０ｂの光軸方向に移動可能
な第２の移動ステージ１４ｂに取り付けられ、被検レン
ズ６の任意の２面（図にあっては、第１の対物レンズ１
０ａは第１面６ａ、第２の対物レンズ１０ｂは第２面６
ｂ）にそれぞれコリメートレンズ２からの光束を投射し
得るようになっている。上記被検レンズ６は、レンズ枠
１５内に組み立てられた複数枚数のレンズ群からなり、
レンズ枠１５の外径を基準ブロック１６に押し当てて回
転し得るように保持されている。

【００１７】次に、本実施例の偏心測定装置の作用を説
明する。光源１からの光はコリメートレンズ２、ビーム
スプリッタ３を透過して、第１の対物レンズ１０ａ、第
２の対物レンズ１０ｂに入射する。第１の対物レンズ１
０ａは、その焦点位置が被検レンズ６の第１面６ａの曲
率中心に合致するよう第１のステージ１４ａを光軸方向
に移動させて配置され、第１面６ａに垂直に光を投射す
る。一方、第２の対物レンズ１０ｂは、その焦点位置が
被検レンズ６の第２面６ｂの曲率中心に合致するよう第
２の移動ステージ１４ｂを光軸方向に移動させて配置さ
れ、第２面６ｂに垂直に光を投射する。

【００１８】投射した光は第１面６ａ、第２面６ｂで反
射し、それぞれの反射光は、入射光路を逆進してビーム
スプリッタ３で反射して光路変換され、集光レンズ７に
よりＴＶカメラ１１にそれぞれ集光されて２つの点像Ｐ
を形成する。そして、ＴＶカメラ１１の信号を画像処理
装置１２にて画像処理することにより、この２つの点像
Ｐのそれぞれの中心座標が求められる。

【００１９】かかる状態において、レンズ枠１５の外径
を基準ブロック１６に押し当てながら被検レンズ６を回
転させると、被検レンズ６の第１面６ａならびに第２面
６ｂがレンズ枠１５の中心軸に対して偏心している場
合、ＴＶカメラ１１上の２つの点像Ｐはある大きさの半
径をもって回転する。この回転半径を画像処理装置１２
で求めることにより、被検レンズ６の第１面６ａならび
に第２面６ｂの偏心状態が同時に求められる。

【００２０】同様にして、第１の対物レンズ１０ａを、
その焦点位置が被検レンズ６の第３面６ｃの曲率中心に
合致するよう第１のステージ１４ａを移動して第３面６
ｃに垂直に光を投射するとともに、第２の対物レンズ１
０ｂを、その焦点位置が被検レンズ６の第４面６ｄの曲
率中心に合致するよう第２の移動ステージ１４ｂを移動
して第４面６ｄに垂直に光を投射することにより、被検
レンズ６の第３面６ｃならびに第４面６ｄの偏心状態が
同時に求められる。このようにして、順次測定すること
により、複数面を持つ被検レンズ６各面の偏心を求める
ことができる。

【００２１】本実施例によれば、対物レンズ１０を第
１、第２の対物レンズ１０ａ，１０ｂの２つに分割した
ので、被検レンズ６の２つの面の偏心を同時に測定する
ことができる。また、画像処理装置１２で点像Ｐの中心
座標を求めているため、測定に悪影響を及ぼすフレア光
を画像処理でカットできるためより高精度に測定するこ
とができる。

【００２２】

【実施例２】図３は、本発明の実施例２を概略的に示す
構成図である。本実施例の偏心測定装置は、光源１と、
光源１からの光束を平行にするコリメートレンズ２と、
コリメートレンズ２からの光束を被検レンズ６に投射す
る対物レンズ２０と、コリメートレンズ２と対物レンズ
２０との間に配置され被検レンズ６で反射した光を光源
１側とは別の光路に変換するビームスプリッタ３と、ビ
ームスプリッタ３で光路変換した光を集光する集光レン
ズ７と、集光レンズ７で集光した点像Ｐの中心座標を検
出する光位置検出素子２１と、光位置検出素子２１の信
号を処理して被検レンズ６の偏心を算出する信号処理部
２２とからなっている。

【００２３】対物レンズ２０は、１つの対物レンズをそ
の光軸に平行な２つの面で３分割して形成した第１の対
物レンズ２０ａ、第２の対物レンズ２０ｂ、第３の対物
レンズ２０ｃとから構成されている。第１，第２，第３
の対物レンズ２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、上記実施例１
と同様にそれぞれ光軸方向に移動可能な移動ステージ
（図示省略）に取り付けられており、被検レンズ６の任
意の３つの面６ａ，６ｂ，６ｃにコリメートレンズ２か
らの光束を投射し得るようになっている。

【００２４】上記ビームスプリッタ３と集光レンズ７と
の間には、液晶シャッター２３が配置されている。液晶
シャッター２３は、図４に示すように、第１，第２，第
３の対物レンズ２０ａ，２０ｂ，２０ｃを通過した反射
光を個別的に通過、遮断し得るように、上記信号処理部
２３２により制御されて光線を任意に遮断可能な２３ａ
部，２３ｂ部，２３ｃ部が設けられている。また、被検
レンズ６は６ａ，６ｂ，６ｃの３つの面を持ち、面６ｂ
を接合面とした２枚のレンズからなる接合レンズであ
り、回転スピンドル２４の上に保持されている。

【００２５】次に、本実施例の偏心測定装置の作用を説
明する。光源１からの光は、コリメートレンズ２，ビー
ムスプリッタ３を通過して、第１の対物レンズ２０ａ、
第２の対物レンズ２０ｂ、第３の対物レンズ２０ｃに入
射する。第１のレンズ２０ａは、その焦点位置が被検レ
ンズ６の第１面６ａの曲率中心に合致するよう配置さ
れ、第１面６ａに垂直に光を投射する。一方、第２の対
物レンズ２０ｂは、その焦点位置が被検レンズ６の接合
面である第２面６ｂの曲率中心に合致するよう配置さ
れ、第２面６ｂに垂直に光を投射する。また、第３の対
物レンズ２０ｃは、その焦点位置が被検レンズ６の第３
面６ｃの曲率中心に合致するよう配置され、第３面６ｃ
に垂直に光を投射する。そして、投射した光は第１面６
ａ、第２面６ｂ、第３面６ｃで反射し、それぞれの反射
光は、入射光路を逆進してビームスプリッタ３で反射し
て光路変換される。

【００２６】かかる状態において、信号処理部２２で液
晶シャッター２３を制御し、第１面６ａの反射光が通過
する２３ａ部のみの光を通し、２３ｂ部、２３ｃ部の光
を遮断することにより、第１面６ａの反射光のみが集光
レンズ７によって光位置検出素子２１に集光され、その
点像Ｐが形成される。このとき、信号処理部２２により
第１面６ａの反射光による点像Ｐの中心座標が求められ
る。従って、被検レンズ６を回転スピンドル２４により
回転させ、液晶シャッター２３の２１ａ部、２１ｂ部、
２１ｃ部のいずれかを順次開きながら信号処理部２２に
より点像Ｐの中心座標を求めることにより、被検レンズ
６の第１面６ａ、第２面６ｂ、第３面６ｃそれぞれの前
記回転スピンドル２４の回転軸に対する偏心状態が求め
られる。さらに、その後、被検レンズ６の第１面６ａ、
第３面６ｃの曲率中心を結ぶ軸を基準として演算すれ
ば、接合面６ｂの偏心が求められる。このように本実施
例によれば、被検レンズ６である接合レンズの接合面６
ｂの偏心を短時間に測定することができる。

【００２７】

【実施例３】図５は、本発明の実施例３を概略的に示す
構成図である。本実施例の偏心測定装置は、光源１と、
光源１からの光束を平行にするコリメートレンズ２と、
コリメートレンズ２からの光束を被検レンズ６に投射す
る対物レンズ３０と、コリメートレンズ２と対物レンズ
３０との間に配置され被検レンズ６で反射した光を光源
１側とは別の光路に変換する第１のビームスプリッタ３
１と、第１のビームスプリッタ３１で光路変換した光を
２分割する第２の対物レンズ３２と、２分された一方の
光を集光する第１の集光レンズ３３ａと、第１の集光レ
ンズ３３ａで集光した点像Ｐの中心座標を検出する第１
の光位置検出素子３４ａと、上記第２の集光レンズ３２
で２分された他方の光を反射させる反射ミラー３５と、
反射ミラー３５からの光を集光する第２の集光レンズ３
３ｂと、第２の集光レンズ３３ｂで集光した点像Ｐの中
心座標を検出する第２の光位置検出素子３４ｂと、前記
第１の光位置検出素子３４ａと第２の光位置検出素子３
４ｂからの信号により被検レンズ６の偏心を算出する演
算部３６とからなっている。

【００２８】上記対物レンズ３０は、１つの対物レンズ
を図６に示すように光軸を中心とする円柱面で分割して
形成した円柱状の第１の対物レンズ３０ａと円環状の第
２の対物レンズ３０ｂとから構成されている。

【００２９】第１，第２の対物レンズ３０ａ，３０ｂ
は、それぞれ光軸方向に移動可能に設けられており、第
１の対物レンズ３０ａが被検レンズ６の第１面６ａの中
心部６ｇに、第２の対物レンズ３０ｂが上記第１面６ａ
の周辺部６ｈにそれぞれコリメートレンズ２からの光束
を投射し得るようになっている。

【００３０】上記第２のビームスプリッタ３２と第１の
集光レンズ３３ａの間および上記反射ミラー３５と第２
の集光レンズ３３ｂの間には、被検レンズ６の周辺部６
ｈによる反射光を遮断する第１の遮光板３７ａおよび被
検レンズ６の中心部６ｇによる反射光を遮断する遮光板
３７ｂが配置されている。図７（Ａ）および図７（Ｂ）
は、第１の遮光板３７ａおよび第２の遮光板３７ｂを示
す斜視図である。なお、被検レンズ６は、第１面６ａの
中心部６ｇの曲率半径と周辺部６７の曲率半径が異なる
片面非被検レンズであり、球面側６ｂを下にして回転ス
ピンドル２４の上に保持されている。

【００３１】次に、本実施例の偏心測定装置の作用を説
明する。光源１からの光は、コリメートレンズ２の第１
のビームスプリッタ３１を透過して、第１の対物レンズ
３０ａ、第２の対物レンズ３０ｂに入射する。第１の対
物レンズ３０ａは、その焦点位置が被検レンズ６の第１
面６ａの中心部６ｇの曲率中心に合致するよう配置さ
れ、中心部６ｇに垂直に投射する。一方、第２の対物レ
ンズ３０ｂは、その焦点位置が被検レンズ６の第１面６
ａの周辺部６１ｈの曲率中心に合致するよう配置され、
周辺部６ｈに垂直に光を投射する。

【００３２】投射された光は、第１面の中心部６ｇ、周
辺部６ｈで反射し、それぞれの反射光は、入射光路とは
逆進して第１のビームスプリッタ３１で反射して光路変
化された後、第２のビームスプリッタ３２で２分され
る。第２のビームスプリッタ３２を透過した光は、その
周辺部が遮光板３７ａで遮断され、前記中心部６ｇでの
反射光のみが第１の集光レンズ３３ａで集光されて点像
Ｐが形成され、第１の光位置検出素子３４ａでその点像
Ｐの中心座標が検出される。一方、第２のビームスプリ
ッタ４０で第１のビームスプリッタ３２側とは別の光路
に反射された光は、反射ミラー４１で再度反射されて光
路変換され、その中心部が遮光板３７ｂで遮断されるこ
とにより、前記周辺部６ｈでの反射光のみが第２の集光
レンズ３３ｂで集光されて点像Ｐが形成され、第２の光
位置検出素子３４ｂでその点像Ｐの中心座標が検出され
る。

【００３３】かかる状態において、被検レンズ６を回転
スピンドル２４により回転させると、被検レンズ６の第
１面６ａの中心部６ｇならびに周辺部６ｈが回転スピン
ドル２４の回転軸に対して偏心している場合、第１の光
位置検出素子３４ａ、第２の光位置検出素子３４ｂ上の
それぞの点像Ｐはある大きさの半径をもって回転する。
この回転半径を演算部３６で求めることにより、被検レ
ンズ６の第１面６ａの中心部６ｇ、周辺部６ｈの偏心状
態が求められる。さらに、中心部６ｇを基準として、周
辺部６ｈの偏心を演算により求めることにより、非球面
の偏心が求められる。このように、本実施例によれば、
被検レンズ６である非球面レンズの非球面軸の偏心が短
時間に測定することができる。

【００３４】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、対物レ
ンズを複数の対物レンズで分割構成し、分割構成した対
物レンズを光軸方向へ個別的に移動可能として光束を被
検レンズの各レンズ面に投射し得るようにしたので、被
検レンズの複数の面ならびに１つの面の複数の部分の偏
心を同時しに測定でき、短時間に偏心測定を行うことが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の偏心測定装置を概略的に示す構成図で
ある。

【図２】本発明の実施例１を概略的に示す構成図であ
る。

【図３】本発明の実施例２を概略的に示す構成図であ
る。

【図４】実施例２における液晶シャッターを示す図であ
る。

【図５】本発明の実施例３を概略的に示す構成図であ
る。

【図６】実施例３における対物レンズを示す斜視図であ
る。

【図７】実施例３における遮光板を示す斜視図である。

【図８】従来例の偏心測定装置を概略的に示す構成図で
ある。

【図９】従来例の説明図である。

【符号の説明】

１光源２コリメートレンズ３ビームスプリッタ４，１０，２０対物レンズ６被検レンズ７，３３ａ，３３ｂ集光レンズ８検出部９演算部１１ＴＶカメラ１２画像処理装置２１，３４ａ，３４ｂ光位置検出素子２２信号処理部３６演算部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、光源からの光束を平行にするコ
リメートレンズと、コリメートレンズを透過した光を被
検レンズに投射する対物レンズと、コリメートレンズと
対物レンズの間に配置し被検レンズで反射した光を上記
光源側とは別の光路に変換するビームスプリッタと、ビ
ームスプリッタで光路変換した光を集光する集光レンズ
と、集光レンズで集光した点像の中心座標を検出する検
出部と、検出部の信号により被検レンズの偏心を算出す
る演算部とからなる偏心測定装置において、前記対物レ
ンズを同じ光軸をもつ少なくとも２つ以上の対物レンズ
で分割構成するとともに、分割構成した各対物レンズを
単独で光軸方向に移動可能に設けたことを特徴とする偏
心測定装置。