JPH0835908A

JPH0835908A - レンズ偏芯測定装置および測定方法

Info

Publication number: JPH0835908A
Application number: JP19287294A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Shibuya; 正明渋谷
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1994-07-25
Filing date: 1994-07-25
Publication date: 1996-02-06

Abstract

(57)【要約】【目的】被検レンズによるスポット像を確実にとら
え、かつ、回転機構を有することなく安価に、高精度に
偏芯量を測定できるようにした偏芯測定装置を提供する
ことを目的とする。【構成】被検レンズに光を投射するための光源３と、
結像したスポット像を電気信号として検出するために結
像面に配置された撮像素子６と、撮像素子６により取り
込まれた画像信号を処理する画像処理装置７と、画像処
理装置７の出力から偏芯量および偏芯の方向を演算する
コンピュータ９とからなる偏芯測定装置１０において、
被検レンズ１により結像された像の倍率を任意に設定で
きる倍率可変光学系２１と、撮像素子を所望位置に移動
させる移動手段２２を備える。【効果】倍率可変光学系２１と撮像素子移動手段２２
を設けたことにより、被検レンズによるスポット像は、
被検レンズの偏芯が大きくても、確実に撮像素子６上に
結像する。また、測定方法にコマ収差の分布演算を用い
たことにより、被検レンズ１を回転させることなく偏芯
量を求めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レンズの偏芯量を測定
する偏芯測定装置および偏芯量測定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】偏芯の測定方法については様々な提案が
なされているが、特開平４−１３８３３３号に記載され
た偏芯測定装置がある。この測定装置の原理を図１を参
照して説明する。

【０００３】図示の通りこの装置では、被測定体である
被検レンズ１を備え、この被検レンズ１を被検レンズ枠
２にて回動可能に保持している。この被検レンズ１には
光源３からの光をコリメートレンズ系４を経て平行光と
して入射するようにしている。被検レンズ１を透過した
光は被検レンズ１の焦点位置に投射してスポット像とな
り、このスポット像は、拡大レンズ系５を介して拡大さ
れ、撮像素子６上に結像される。この撮像素子６からの
Ｘ，Ｙ電圧を２分割して、一方は画像処理装置７を介し
てコンピュータ９に入力させ、他方は、フィードバック
回路８を介して最大光量が一定になるように光源３をコ
ントロールしている。

【０００４】上述した従来の偏芯測定装置の構成によれ
ば、下記に示すように被検レンズ１の被検レンズ枠２に
対する偏芯量を測定している。すなわち、図１に示す偏
芯測定装置の構成において、被検レンズ枠２を基準とし
て被検レンズ１を回転させると、被検レンズ１が被検レ
ンズ枠２に対して偏芯している場合には、撮像素子６上
に集光したスポット像は円を描くようになる。従って、
撮像素子６の出力はスポット像が円を描くことにより変
化し、これをコンピュータ９にて計算処理することによ
り被検レンズ１の偏芯量を求めることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の偏芯調
整方法によれば、偏芯量を数値化して求めることができ
るが、次のような問題点がある。

【０００６】（１）被検レンズの回転機構の偏芯が被検
レンズの偏芯量に加味されるため、測定誤差が生じる。

【０００７】（２）被検レンズの回転機構が必要なた
め、装置が高価になる。

【０００８】（３）偏芯が大きいときは撮像素子上に結
像しないことがある。

【０００９】本発明は、上記従来技術の問題点を解決す
るためのもので、被検レンズによるスポット像を確実に
とらえ、かつ、回転機構を有することなく安価に、高精
度に偏芯量を測定できるようにした偏芯測定装置を提供
することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１に係る本発明のレンズ偏芯測定装置では、被
検レンズに光を投射するための光源と、結像したスポッ
ト像を電気信号として検出するために結像面に配置され
た撮像素子と、撮像素子により取り込まれた画像信号を
処理する画像処理装置と、画像処理装置の出力から偏芯
量および偏芯の方向を演算するコンピュータとからなる
偏芯測定装置において、被検レンズにより結像された像
の倍率を任意に設定できる倍率可変光学系と、撮像素子
を所望位置に移動させる移動手段を有することを特徴と
している。

【００１１】また請求項２に係る本発明のレンズ偏芯測
定方法は、請求項１記載の画像処理装置およびコンピュ
ータにより、被検レンズによって結像された像に現れる
コマ収差による面積の分布、または、重心位置のズレ量
により偏芯量および偏芯の方向を演算することを特徴と
している。

【００１２】

【作用】本発明の偏芯測定装置の構成において、光源か
らの光がレンズ系を介して被検レンズに投射される。そ
して、被検レンズを透過した光は倍率可変光学系を経て
結像され、結像されたスポット像が電気信号として取り
出され、この電気信号が画像処理装置に入力される。こ
の時、スポット像が撮像素子上に位置するように倍率可
変光学系で縮小し、画像処理装置の出力によりスポット
像の位置を検出しスポット像が撮像素子の中央に位置す
るように撮像素子を移動させる。その後、倍率可変光学
系にてスポット像を適正倍率（像の大きさが撮像素子の
画素数の１０％〜２０％程度。以下同様とする。）に拡
大する。このことにより、スポット像は常に撮像素子上
に現れる。拡大されたスポット像は、偏芯しているとき
にはコマ収差が現れる。この収差の分布をコンピュータ
にて演算し、偏芯を求める。

【００１３】このように、倍率可変光学系と撮像素子移
動手段を設けたことにより、被検レンズによるスポット
像は、被検レンズの偏芯が大きくても、確実に撮像素子
上に結像する。また、測定方法にコマ収差の分布演算を
用いたことにより、被検レンズを回転させることなく偏
芯量を求めることができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に従って詳細に
説明する。なお、以下の説明において図１の従来技術に
示した構成部分と同様の構成部分については、同一符号
を付して示す。

【００１５】（実施例１）図２は、本発明にかかる偏芯
測定装置１０を示す模式図である。図２（ａ）に示す偏
芯測定装置１０は、被測定体である被検レンズ１を備
え、この被検レンズ１は被検レンズ枠２に保持される。
この被検レンズ１には、光源３から発生する光をコリメ
ートレンズ系４を経て平行光として入射させる。被検レ
ンズ１を透過した光は被検レンズ１の焦点位置に集光し
てスポット像となり、このスポット像は倍率可変光学系
２１を経て撮像素子６上に結像されるように設定する。

【００１６】倍率可変光学系２１は、拡大レンズ８１お
よびズームレンズ８２により構成され、ズームレンズ８
２が光軸上を移動することにより、被検レンズ１による
像が拡大、縮小される。

【００１７】撮像素子６は、撮像素子移動手段２２上に
設置され、光軸と垂直方向に移動自在に構成されてい
る。撮像素子移動手段２２は、Ｘステージ１０１および
Ｙステージ１０２により構成され、ステージドライバ６
６にてそれぞれ駆動される。図２（ｂ）に詳細図を示
す。この撮像素子６にて取り込んだスポット像は画像処
理装置７に入力され、画像情報をコンピュータ９に入力
するように構成する。また、撮像素子からの信号は２分
割され、もう一方はフィードバック回路８によって、撮
像素子６上に集光する光の強度が常に一定となるよう
に、光源３を制御する。

【００１８】（作用）次に、上述した偏芯測定装置１０
の構成に基づき、被検レンズ１の偏芯量を測定する作用
について説明する。

【００１９】まず、光源３を発光させ、光源３からの光
をコリメートレンズ系４を介して平行光として被検レン
ズ１に投射させる。被検レンズ１からの透過光は、被検
レンズ１の焦点位置に集光してスポット像となる。被検
レンズ１の偏芯が大きいときのスポット像は光軸を外れ
たところに結像し、撮像素子６上に結像しないことが起
こるため、倍率可変光学系２１によりスポット像を縮小
させ、結像点の光軸からのズレを見かけ上小さくし、撮
像素子６上に確実に結像するようにする。

【００２０】画像処理装置７を経てコンピュータ９に取
り込まれたスポット像の画像情報はコンピュータ９によ
ってその位置を検出され、その位置情報を基に、スポッ
ト像が撮像素子６の中心に位置するように撮像素子移動
手段２２により撮像素子６の位置を調整する。その後、
倍率可変光学系２１によって、スポット像を適正倍率に
拡大する。

【００２１】撮像素子６のもう一方の出力はフィードバ
ック回路８によって、撮像素子６上に結像するスポット
像の強度が常に適正かつ一定となるように、光源３の出
力を制御する。

【００２２】拡大されたスポット像は、画像処理装置７
を経てコンピュータ９に取り込まれる。この画像を図３
により説明する。図はスポット像を撮影した写真を模式
的に示すもので、明るい部分を黒点で示した白黒反転の
ネガ像となっている。被検レンズ１の偏芯が小さい場合
には、図３（ａ）（ｃ）に示すような中央に円像が、そ
の周辺にリング像が同心円状に取り囲むドーナツ状の画
像となる。また被検レンズ１の偏芯が大きい場合には、
コマ収差の影響により、図３（ｂ）（ｄ）のようにリン
グ像が楕円あるいは不完全な円を形成する。この収差は
偏芯に特徴的なもので、収差の状態によって偏芯量を求
めることができる。コンピュータ９によって画像の状態
による特徴量を抽出し、偏芯量を演算する。

【００２３】偏芯量を求める概念を図４を用いて以下に
説明する。取り込んだ画像を画像処理装置７により、あ
るしきい値で２値化する。このときの画像にはメインビ
ーム成分４１とサブビーム成分４２が現れる（図４
（ａ）および図４（ｂ））。いま、メインビーム成分４
１の重心Ｇ０を求め、その重心Ｇ０を中心とする４象現
を図４（ｃ）および図４（ｄ）に示すように仮想し、各
象現の面積をＳ１〜Ｓ４とする。サブビーム成分４２の
分布がメインビーム成分４１の重心Ｇ０に対して均一で
あるときは、被検レンズ１の偏芯が小さいときであり
（図４（ｃ））、各象現の面積Ｓ１〜Ｓ４には以下のよ
うな関係がある。

【００２４】

【数１】Ｓ１≒Ｓ２≒Ｓ３≒Ｓ４

【００２５】また、サブビーム成分４２の分布がメイン
ビーム成分４１の重心Ｇ０に対して均一ではないとき
は、被検レンズ１の偏芯が大きいときであり（図４
（ｄ））、偏芯量δとその方向θは以下のような関係に
ある。

【００２６】

【数２】δ＝Ｋ１（Ｘ²＋Ｙ²） θ＝tan ^-1（Ｘ／Ｙ）但し、Ｋ１は被検レンズによって決まる定数。

【００２７】ただし、

【００２８】

【数３】Ｘ＝Ｓ１＋Ｓ２Ｙ＝Ｓ３＋Ｓ４

【００２９】とする。この面積比を演算することによっ
て、被検レンズ１の偏芯量と偏芯の方向を求めることが
できる。

【００３０】実際の測定の過程のフローチャートを図５
に示す。まず、重心Ｇ０を演算するためにメインビーム
成分４１のみを検出できるしきい値、ＳＬ０にてスポッ
ト像を２値化し、重心Ｇ０を演算する（１２１）。次に
重心Ｇ０を中心とする４象現を仮想し（図４（ｃ）およ
び図４（ｄ））、それをウインドウとしてセットする
（１２２）。サブビーム成分４２を検出できるしきい
値、ＳＬ１にて２値化を行い（１２３）、各象現の面
積、Ｓ１〜Ｓ４の演算を行う（１２４）。求めた各象現
の面積、Ｓ１〜Ｓ４に上述の演算を行い（１２５）、偏
芯量δとその方向θを求める。

【００３１】以上のように本実施例においては、スポッ
ト像のコマ収差の分布を用いた偏芯量演算方法を用いる
ことにより、被検レンズ１を回転させることなく偏芯量
を求めることができる。また、撮像素子移動手段を用い
たことにより、結像位置を常に撮像素子６の中心に位置
させることができるため、偏芯が大きくても撮像素子６
の撮像範囲を逸脱することなく、確実な測定ができる。
このため、本発明の目的である、被検レンズによるスポ
ット像を確実にとらえ、かつ、安価に構成でき、回転に
よる誤差が測定した偏芯量に加味されることのない高精
度な測定を可能とする装置を提供できる。

【００３２】（実施例２）図６は、本発明にかかる偏芯
測定装置の実施例２を示す説明図である。本実施例にお
いては、装置の構成が実施例１と同様であるため、同一
の構成要素には図２と同一の符号を付して、重複する説
明は省略する。

【００３３】図６に示すように、被検レンズ枠２と倍率
可変光学系２１との間にハーフプリズム６１を配し、第
１光路６２と第２光路６３とに光路を２分割するように
している。第１光路の光は、実施例１と同様に撮像素子
６に入射する。第２光路６３の光は、結像レンズ６４を
経て光位置検出素子６５上に結像されるように配置す
る。光位置検出素子６５の出力はステージドライバ６６
に入力され、この入力に従い撮像素子移動手段２２を駆
動するように設置されている。

【００３４】（作用）実施例１と同様に、光源３からの
光が被検レンズ１を透過する。被検レンズ１を透過した
光はハーフプリズム６１により光路が２分割され、第１
光路６２は倍率可変光学系へと入射し、実施例１と同様
に撮像素子６上に結像する。第２光路６３は結像レンズ
６４により光位置検出素子６５上に結像される。光位置
検出素子６５からの出力は、被検レンズ１の透過光の重
心位置であるため、この重心位置をステージドライバ６
６にて演算し、その位置情報を基に撮像素子移動手段２
２を駆動し、撮像素子６の中心にスポット像が結像する
ように移動する。これにより、撮像素子６上のスポット
像は、常に撮像素子６の中心に現れる。

【００３５】偏芯量を求める演算方法については、実施
例１と同様の方法にて求めることができる。

【００３６】以上のように本実施例においては、光路を
分割し、常にスポット像の位置検出を行っているため、
実施例１における効果に合わせて測定作業の軽減を図る
ことができると共に、測定時間の短縮も図ることができ
る。

【００３７】（実施例３）本実施例は、得られた画像情
報から偏芯量を演算する方法について説明する。装置の
詳細には言及しないが、各構成要素については、図６を
基に説明する。測定方法の説明図を図７に示す。

【００３８】被検レンズ１によって結像し、撮像素子６
によって得られたスポット像は図３のようになる。い
ま、このスポット像のＸ，Ｙ各軸上における輝度分布を
示すと図７（ａ）および図７（ｂ）のようになる。この
図において、メインビーム成分４１はサブビーム成分４
２に比べて十分大きいため、メインビーム成分４１のみ
を抽出できるしきい値、ＳＬ０により２値化し、その重
心Ｇ０（Ｘ０，Ｙ０）を求める（図７（ｃ）および図７
（ｄ））。次に、メインビーム成分４１をマスクし、サ
ブビーム成分４２を抽出できるしきい値、ＳＬ１により
２値化し、その重心Ｇ１（Ｘ１，Ｙ１）を求める（図７
（ｅ）および図７（ｆ））。ここで、サブビーム成分４
２の分布がメインビーム成分４１の重心Ｇ０に対して均
一に現れているときは偏芯が小さいときであり、Ｇ０，
Ｇ１の関係は以下の式のようになる。

【００３９】

【数４】｜Ｇ０−Ｇ１｜≒０

【００４０】また、サブビーム成分４２がメインビーム
成分４１の重心Ｇ０に対して均一ではないときは偏芯が
大きいときであり、その偏芯量δと偏芯の方向θは、以
下の式のようになる。

【００４１】

【数５】δ＝（Ｘ²＋Ｙ²） δ＝tan ^-1（Ｘ／Ｙ）但し、Ｋ１は被検レンズによって決まる定数

【００４２】また、

【００４３】

【数６】Ｘ＝Ｋ１（Ｘ１−Ｘ０）Ｙ＝Ｋ１（Ｙ１−Ｙ０）

【００４４】とする。

【００４５】実際の測定の過程のフローチャートを図８
に示す。まず、重心Ｇ０を演算するためにメインビーム
成分４１のみを検出できるしきい値、ＳＬ０にてスポッ
ト像を２値化し、重心Ｇ０を演算する（１４１）。次
に、サブビーム成分４２を検出できるしきい値、ＳＬ１
にて２値化を行い（１４２）、メインビーム成分をマス
クして（１４３）、得られた像（サブビーム成分）の重
心演算を行う（１４４）。求めた重心に上述の演算を行
い（１４５）、偏芯量δとその方向θを求める。

【００４６】以上のように本実施例においては、スポッ
ト像のコマ収差の分布を用いた偏芯量および偏芯の方向
の演算方法を用いることにより、被検レンズ１を回転さ
せることなく、偏芯量および偏芯の方向を求めることが
できる。このため、本発明の目的である、安価に構成で
き、回転による誤差が測定した偏芯量に加味されること
のない高精度な測定を可能とする装置を提供できる。

【００４７】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、被検レ
ンズによるスポット像を確実にとらえ、かつ、回転機構
を有することなく安価に、高精度に偏芯量の測定が可能
になると共に、被検レンズを回転させる必要がないた
め、測定時間の短縮をも図り得るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のレンズ偏芯測定装置を示す模式図であ
る。

【図２】本発明の実施例１によるレンズ偏芯測定装置を
示す模式図である。

【図３】スポット像を撮影した写真を模式的に示す図で
ある。

【図４】実施例１の装置による偏芯量の求めかたを説明
するための図である。

【図５】実施例１のレンズ偏芯測定方法を示す測定過程
のフローチャートである。

【図６】本発明の実施例２によるレンズ偏芯測定装置を
示す模式図である。

【図７】本発明の実施例３によるレンズ偏芯測定方法を
説明するための図である。

【図８】実施例３のレンズ偏芯測定方法を示す測定過程
のフローチャートである。

【符号の説明】

１被検レンズ２被検レンズ枠３光源４コリメートレンズ系５拡大レンズ系６撮像素子７画像処理装置８フィードバック回路９コンピュータ１０偏芯測定装置２１倍率可変光学系２２撮像素子移動手段４１メインビーム成分４２サブビーム成分６１ハーフプリズム６２第１光路６３第２光路６４結像レンズ６５光位置検出素子６６ステージドライバ８１拡大レンズ８２ズームレンズ１０１Ｘステージ１０２Ｙステージ１０３Ｘ軸モーター１０４Ｙ軸モーター１２１２値化、重心Ｇ０演算（メインビームのみ検
出）１２２ウインドウセット１２３２値化（サブビームも検出）１２４各象現面積演算１２５偏芯量、方向演算１４１２値化、重心Ｇ０演算（メインビームのみ検
出）１４２２値化（サブビームも検出）１４３メインビーム成分マスク１４４重心演算１４５偏芯量、方向演算ＳＬ０しきい値ＳＬ１しきい値Ｇ０重心Ｇ１重心Ｋ１被検レンズによって決まる定数 δ 偏芯量 θ 偏芯方向Ｓ１象現面積Ｓ２象現面積Ｓ３象現面積Ｓ４象現面積

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検レンズに光を投射するための光源
と、結像したスポット像を電気信号として検出するため
に結像面に配置された撮像素子と、撮像素子により取り
込まれた画像信号を処理する画像処理装置と、画像処理
装置の出力から偏芯量および偏芯の方向を演算するコン
ピュータとからなる偏芯測定装置において、被検レンズにより結像された像の倍率を任意に設定でき
る倍率可変光学系と、撮像素子を所望位置に移動させる
移動手段を有することを特徴とする偏芯測定装置。
【請求項２】請求項１記載の画像処理装置およびコン
ピュータにより、被検レンズによって結像された像に現
れるコマ収差による面積の分布、または、重心位置のズ
レ量により偏芯量および偏芯の方向を演算することを特
徴とする偏芯測定方法。