JP2008157725A - レンズ系の偏心測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】偏心量測定前に被測定レンズ系の各被測定面の球心集光位置の分離の可否の判断を支援可能なレンズ系の偏心測定装置を提供する。
【解決手段】本発明は、被測定レンズ系１２の各被測定面の偏心量を測定する偏心測定装置１であって、光源２と、前記光源２から発せられた光線を前記被測定面に導く移動レンズ群３を有するズーム光学系４と、前記移動レンズ群３を駆動する駆動手段５と、前記光線が前記被測定面で反射した際に得られる反射像を撮像する撮像装置７と、前記ズーム光学系４の光学的パラメータに基づいて設定された分離感度目盛と、前記反射像とを用いて、第１の被測定面の球心に前記光線が集光する前記移動レンズ群３の空間的位置である第１球心集光位置と第２の被測定面の第２球心集光位置とが分離可能か否かの判定を支援する判定支援情報を生成するパソコン８と、前記判定支援情報を表示するディスプレイ９とを備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、被測定系レンズ系を構成するレンズの各面の偏心量を測定及び計算するレンズ系の偏心測定装置に関する。

従来、被測定レンズ系を構成する各被測定レンズの各被測定面の偏心量を測定する偏心測定装置においては、光源から発せられる光線をズーム光学系の移動レンズ群を移動させて対象被測定面の球心に集光させ、対象被測定面が光線を反射して得られるスポット像（反射像）を撮像装置で取得して、各被測定面の偏心量を測定する。

上述した装置による測定作業を支援する目的で、移動レンズ群をどこに移動させれば各被測定面のスポット像を得ることができるかを、測定開始前に視覚的に確認できる機能を有する偏心測定装置が提案されている。

例えば、特許文献１に記載の偏心測定装置は、パソコンに入力されたズーム光学系及び被測定レンズ系の設計データに基づいて、各被測定面の球心に集光する移動レンズ群の空間的位置（以下、「球心集光位置」と称する。）を計算し、現在の移動レンズ群の位置とともにディスプレイに表示する。これによって、熟練を要することなく、被測定レンズ系のスポット像を得て、偏心量を測定することができる。

ところで、特許文献１に記載のレンズ系の偏心測定装置を用いて被測定レンズ系の偏心量を測定する際、２以上の被測定面の球心集光位置が近接する場合がある。この場合、ある地点に移動レンズ群を移動させたときに反射像に２つ以上のスポット像が現れるが、どのスポット像がどの被測定面に対応するのかを判別することは困難であるため、偏心量の測定ができなくなる。

この場合、ズーム光学系の射出端とズーム光学系に最も近い被測定面の面頂との間の距離であるワーキングディスタンス（以下、「ＷＤ」と称する。）を調節したり、ズーム光学系又は被測定レンズ系にアダプタレンズを装着したりすることによって各被測定面の球心集光位置を分離する試みが行われる。
特開２００３−２７００８４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の偏心測定装置では、各被測定面の球心集光位置がどのような方法で分離可能かについて測定開始前にあらかじめ知ることはできず、上述した試みはもっぱら測定中に試行錯誤で行われる。このため、場合によってはスムーズに球心集光位置を分離することができず、測定効率が著しく低下する場合があるという問題がある。

本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、被測定レンズ系の各被測定面の球心集光位置の分離の可否について、偏心量測定前にユーザが判定することを支援することができるレンズ系の偏心測定装置を提供することを目的とする。

本発明の偏心測定装置は、被測定レンズ系を構成する１枚又は複数の被測定レンズの各被測定面の偏心量を測定する偏心測定装置であって、光源と、前記光源から発せられた光線を前記被測定面に導く移動レンズ群を有するズーム光学系と、前記移動レンズ群を駆動する駆動手段と、前記光線が前記被測定面で反射した際に得られる反射像を撮像する撮像装置と、前記ズーム光学系の光学的パラメータに基づいて設定された分離感度目盛と、前記反射像とを用いて、第１の被測定面の球心に前記光線が集光する前記移動レンズ群の空間的位置である第１球心集光位置と、第２の被測定面の第２球心集光位置とが分離可能であるか否かの判定を支援する判定支援情報を生成する演算手段と、前記判定支援情報を表示する表示手段とを備えたことを特徴とする。

本発明の偏心測定装置によれば、演算手段が分離感度目盛を用いて、一方の被測定面の球心集光位置と他方の被測定面の球心集光位置とが分離可能か否かについてユーザの判定を支援する判定支援情報を生成し、表示手段に表示する。

前記光学的パラメータは前記移動レンズ群の移動量を含んでもよい。また、本発明の偏心測定装置は、前記ズーム光学系と前記被測定レンズ系との相対的距離を変化させる距離調整部をさらに備えてもよい。

また、本発明の偏心測定装置は、前記ズーム光学系又は前記被測定レンズ系に着脱可能に設けられ、前記分離感度目盛を変化させるアダプタレンズをさらに備えてもよい。

前記判定支援情報は、前記第１球心集光位置と前記各被測定面の面頂に前記光線が集光する前記移動レンズ群の空間的位置である面頂集光位置とが分離可能であるか否かの判定を支援する判定支援補助情報を含むものでもよい。

前記表示手段は、前記被測定レンズの各被測定面の前記球心と、前記分離感度目盛とを含む判定支援画面として前記判定支援情報を表示してもよい。また、前記表示手段は、前記判定支援情報とともに前記ズーム光学系及び前記被測定レンズ系の空間的位置を表示してもよい。

本発明によれば、被測定レンズ系の各被測定面の球心集光位置が分離可能か否かを偏心量測定前にユーザが検討することができるので、偏心量測定前に最適な測定環境に調整した上で、偏心量測定を行うことができる。

本発明に係る第１の実施形態について、図１から図５を参照して説明する。図１は本実施形態の偏心測定装置を概略的に示した図である。
本実施形態の偏心測定装置１は、光源２と、移動レンズ３群を有するズーム光学系４と、移動レンズ群３を駆動する駆動手段５と、ズーム光学系４に設けられてズーム光学系４を移動させＷＤを調整する距離調整部６と、ズーム光学系４を通して得られる反射像を取得するテレビカメラ（撮像装置）７と、テレビカメラ７に接続されたパソコン（演算手段）８と、パソコン８に接続されたディスプレイ（表示手段）９とを備えて構成されている。

光源２とズーム光学系４との間には、偏光ビームスプリッタ１０が設けられ、反射光の方向を調整する。駆動手段５はモータ等の公知の構成からなり、パソコン８と接続されている。
ズーム光学系４の射出端１１から所定の距離離れた位置には、偏心量測定の対象となる複数の被測定レンズで構成された被測定レンズ系１２が設置される。被測定レンズ系１２は回転治具１３に両者の回転中心が同軸となるように固定される。回転治具１３はモータ１４と一体になっており、モータ１４によって回動可能である。また、モータ１４はパソコン８に電気的に接続されている。

距離調整部６は、モータ等の公知の構成からなり、ズーム光学系４全体を移動させてＷＤを調整可能であり、パソコン８に電気的に接続されている。
光源２はズーム光学系４の光軸１５上に設置されている。偏光ビームスプリッタ１０及び被測定レンズ系１２の理想光軸は、光軸１５と一致するように配置されている。回転治具１３及びモータ１４の回転中心は、光軸１５と同軸に配置されている。

上記の構成を備えた偏心測定装置１の偏心量測定前の動作について、以下に説明する。
まず、ユーザが、ズーム光学系４の設計パラメータと被測定レンズ系１２の設計パラメータをパソコン８に入力すると、図２に示すような判定支援画面１６がディスプレイ９に表示される。

判定支援画面１６は、判定支援情報として、被測定レンズ系１２を構成する各被測定レンズの各被測定面における計算上の球心及び分離感度目盛１７を含んで構成されている。さらに判定支援画面１６内にはズーム光学系４及び被測定レンズ系１２が実際の空間的位置に対応して表示されている。

本実施形態においては、被測定レンズ系１２は第１被測定レンズ１８と第２被測定レンズ１９との２枚で構成されているが、図を見やすくするため、第１被測定レンズ１８の前側の被測定面２０の球心２０ａと面頂２０ｂ、第１被測定レンズ１８の後側の被測定面２１の球心２１ａ、及び第２被測定レンズ１９の後側の被測定面２２の球心２２ａのみ表示している。球心と面頂は、判定支援画面１６上では、異なる色彩によって表示され、容易に区別できるようになっている。

なお、判定支援画面１６上の被測定面２０以外の各被測定面の球心及び面頂の位置は、実際の球心及び面頂の位置と異なるが、画面上に示された各位置にズーム光学系４を介して光源２からの光線を導くと、光線は当該各被測定面に到達するまでに他の被測定面によって屈折されて、実際の球心または面頂に集光する。

分離感度目盛１７はズーム光学系４の移動レンズ群３を一定間隔で移動させたときの射出光の集光位置をプロットし、プロットした各点を通るように横軸方向に直線を引いて目盛としたものである。集光位置は、ズーム光学系４の設計値から移動レンズ群３の移動量をｘとする関数ｙ＝ｇ（ｘ）を決定してパソコン８に算出させる。

なお、分離感度目盛において、２３で示される領域は、移動レンズ群３をどの位置に移動させても集光ができない集光不能領域であるため、球心がこの領域内に位置する場合は偏心量測定が行えない。

ここで、ユーザが判定支援画面１６に表示された球心及び面頂のうち、１点を選択すると、選択した位置（以下、「判定対象点」と称する。）の被写界深度が判定支援情報として表示される。被写界深度は、ズーム光学系４の射出端１１と判定対象点との間の距離をＬ、テレビカメラ７を通して被測定面から反射された光線によって形成される像がスポット像（反射像）として認識できる径の上限を測定装置光学系（光源２、ズーム光学系４、テレビカメラ７、及び偏光ビームスプリッタ１０）の許容錯乱円径δ、ズーム光学系４の射出端１１における光束の有効径Ｄとズーム光学系の焦点距離ｆとの比を絞り値Ｆとしたとき、以下の（１）から（３）の式によって求められる。
被写界深度Ｔ＝前端被写界深度Ｔｆ＋後端被写界深度Ｔｒ…（１）
Ｔｆ＝（δ×Ｆ×Ｌ^２）／（ｆ^２＋δ×Ｆ×Ｌ）…（２）
Ｔｒ＝（δ×Ｆ×Ｌ^２）／（ｆ^２−δ×Ｆ×Ｌ）…（３）

本実施形態では、判定対象点の前後の分離感度目盛間の距離Ｓを判定対象点の前後に取った領域が上記の式で算出した被写界深度とほぼ近似するため、この前後の長さ２Ｓの領域を便宜的被写界深度とし、実際の被写界深度の代替パラメータとして図３に示すように判定支援画面１６に表示する。

以下、球心集光位置の分離可否の判定及び方法について、球心２１ａを判定対象点とした場合を例にとり説明する。
図３に示すように、球心２１ａの便宜的被写界深度２４ａ内に、他の球心及び面頂が存在しない場合は、テレビカメラ７を介して球心２１ａのスポット像を取得した際に、他の球心及び面頂のスポット像は同一画面に現れないため、ＷＤを調整せずに偏心量測定が可能である。

一方、図４に示すように、球心２１ａの便宜的被写界深度２４ｂ内に、他の被測定面の球心２２ａが存在する場合は、球心２１ａのスポット像を取得した際に、球心２２ａのスポット像も出現するため、このままでは偏心量の測定はできない。この場合は、ＷＤを調節することによって、球心２１ａ及び２２ａの球心集光位置の分離を試みる。

分離感度目盛１７はズーム光学系４によって規定されているため、判定支援画面１６上のズーム光学系４をユーザの入力値により移動させてＷＤを変化させると、それに伴って分離感度目盛１７全体も判定支援画面１６上で移動する。従って、ＷＤを図４に示すＷＤ２から図３に示すＷＤ１に調整すると、分離感度目盛１７も各目盛間の感覚を保持したまま移動する。すると、図３に示すように球心２１ａの前後の分離感度目盛が変化し、球心２１ａの便宜的被写界深度も連動して２４ａに変化する。この状態では上述のように球心２１ａ及び球心２２ａの球心集光位置は分離可能となる。

以上の判定作業を被測定レンズ系１２の被測定面すべての球心について行い、偏心量測定に最も適したＷＤを決定してユーザがパソコン８に入力すると、パソコン８から距離調整部６に制御信号が発信され、距離調整部６によって設定したＷＤになるようにズーム光学系４が移動される。

ＷＤを決定した後、特許文献１に記載の方法で偏心量測定を行う。具体的には以下の通りである。
ディスプレイ９に表示された、測定対象となる被測定面の球心集光位置に移動レンズ群３を駆動手段５により移動させ、光源２から発せられた光線２５を、図１に示すようにズーム光学系４を通して被測定面の球心に集光させる。

球心に集光した光線２５は屈折せずに被測定面により反射され、再びズーム光学系４を通り、偏光ビームスプリッタ１０で方向を変えてテレビカメラ７に取り込まれる。こうして図５（ａ）に示すように、スポット像２６ａが得られる。
上記球心集光位置は、計算上の位置であるので、スポット像が図５（ｂ）に示す２６ｂのようにぼやけた状態になることがある。この場合は、パソコン８を介して距離調整部６によりズーム光学系４を移動させてＷＤを微調整することによってピントを合わせ、被測定面の適正なスポット像２６ａを得る。

続いて、ユーザがパソコン８を介してモータ１４を回転させ、回転治具１３に固定された被測定レンズ系１２を回転させる。回転に伴って図６に示すようにスポット像２６ａも回転するので、スポット像２６ａの回転中心２７からの水平方向及び垂直方向の距離量ｄｘ及びｄｙを求め、対象被測定面の偏心量を測定する。

本発明の偏心測定装置１によれば、偏心量測定前に、各被測定面の球心集光位置が分離可能かどうかの判定を支援する判定支援画面１６が、判定支援情報としてディスプレイ９に表示されてユーザに提供されるので、ユーザはあらかじめすべての被測定面の球心集光位置が分離可能な、あるいは最も少ない調整回数ですべての被測定面の球心集光位置が分離可能なＷＤを設定してから、被測定レンズ系１２の偏心量測定を開始することができる。従って、スポット像を得るためのＷＤの微調整を除けば、測定中に球心集光位置を分離するために試行錯誤でＷＤの調整をする必要性はほとんど発生せず、効率よく偏心量測定を行うことができる。

また、判定支援画面１６には、ズーム光学系４の光学系パラメータに基づいて設定された分離感度目盛１７が表示されるので、ユーザが球心集光位置の分離の可否の判断及び分離のためのＷＤの設定などを容易に行うことができる。

さらに、分離感度目盛１７が移動レンズ群３の単位移動量ごとの集光位置として作成され、判定対象の球心が位置する分離感度目盛１７間の距離に基づいて便宜的被写界深度２４ａ、２４ｂや集光不能領域２３が判定支援画面１６上に表示されるため、より効率的に球心集光位置の分離の可否の判断等を行うことができる。

また、ズーム光学系４を移動させる距離調整部６がパソコン８に接続されて設けられているので、判定支援情報をもとにユーザが設定したＷＤに対応する位置に正確にズーム光学系４を移動させることができる。従って、ユーザの設定を正確に測定環境に反映させて、効率よく偏心量測定作業を行うことができる。

さらに判定支援画面１６上には、各被測定面の球心の位置に加えて、判定支援情報として面頂の位置も表示されるため、球心集光位置と被測定面の面頂に集光する移動レンズ群３の空間的位置である面頂集光位置との分離の可否及び分離作業も偏心量測定前に併せて行うことができる。

加えて、判定支援画面１６には、ズーム光学系４と被測定レンズ系１２が実際の空間的位置に対応して表示されるので、ＷＤの調整時等において、ユーザは直感的に操作をすることができる。

次に、本発明の第２実施形態について図４、図７及び図８を参照しながら説明する。第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、球心集光位置分離の手段としてアダプタレンズをさらに備えている点である。なお、以下の説明においては、上述した第１実施形態と同様の構成要素には同一符号を付すとともに重複する説明を省略する。

本実施形態の偏心測定装置３１においては、第１実施形態と同様の構成の判定支援画面１６が表示される。ここで、図４に示すような判定支援画面１６が表示された場合、球心２１ａの便宜的被写界深度２４ｂ内に球心２２ａが存在するので、上述のように、この状態では偏心量の測定は行えない。このときに、本実施形態の偏心測定装置３１においては、第１実施形態における判定支援情報を用いたＷＤの調整に加えて、アダプタレンズを用いて分離感度目盛１７の調整を行うことができる。

図７はアダプタレンズ３２をズーム光学系４に装着した際の光線の方向を示す図である。図７に示すように、アダプタレンズ３２を装着することによって、ズーム光学系４から射出される光線方向は点線で示す２５から３３に変化するため、焦点距離などの光学的パラメータが変化する。従って、分離感度目盛１７の位置及び間隔もアダプタレンズ３２の装着によって変化する。パソコン８にはアダプタレンズ３２の光学的パラメータをあらかじめ入力しておき、装着前の分離感度目盛を書き換えて装着後の計算上の分離感度目盛を判定支援画面上に表示させる。

図８はアダプタレンズ３２を装着した場合の判定支援画面３６を示す図である。図４と比較するため、ＷＤは同一のＷＤ２としている。図８ではアダプタレンズ３２が装着されているため、分離感度目盛１７ｂの位置及び間隔が図４の分離感度目盛１７とは異なっている。分離感度目盛が変化したことに伴い、球心２１ａの便宜的被写界深度が２４ｃとなり、各球心２１ａ及び２２ａの球心集光位置が分離可能な状態となる。

本実施形態の偏心測定装置３１によれば、判定支援情報を用いたＷＤの調整による球心集光位置の分離に加えて、アダプタレンズ３２を装着することによる球心集光位置の分離を試みることができ、さらに両者を組み合わせて分離を試みることもできる。従って、より効率よく、少ない手順ですべての被測定面の分離をする方法を測定開始前に把握することができ、短時間で効率よく偏心量測定作業を行うことができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、一種類のアダプタレンズを用いる例を説明したが、屈折率等の光学的パラメータが異なる複数のアダプタレンズを単独または組み合わせてズーム光学系４に装着してもよい。この場合、装着するアダプタレンズによって、それぞれ目盛の位置や間隔が異なった分離感度目盛が設定され、判定支援画面上に表示される。ユーザはこれを利用して、被測定レンズ系１２の偏心量測定作業に最適なアダプタレンズを選択して、球心集光位置の分離を試みることができる。

また、上記実施形態ではアダプタレンズをズーム光学系４に装着する場合を説明したが、アダプタレンズを被測定レンズ系１２に装着する構成とすることも可能である。この場合、アダプタレンズの装着によって、分離感度目盛１７は変化しないが、被測定レンズ系１２の各被測定面の球心及び面頂の位置及び間隔が変化するので、その変化を判定支援画面３６上で確認しつつ、球心集光位置の分離作業を進める。

さらに上記実施形態では、距離調整部６がズーム光学系４を移動させてＷＤを調整する構成を説明したが、これに代えて、距離調整部６が被測定レンズ系１２を移動させることによってズーム光学系４と被測定レンズ系１２との相対距離を変化させてＷＤを調整するように装置を構成してもよい。

さらに上記実施形態では、被測定レンズ系１２として複数の被測定レンズで説明したが、被測定レンズは１つであってもよい。

本発明の第１実施形態の偏心測定装置を示す模式図である。 同実施形態の判定支援画面を示す図である。 同判定支援画面において、球心集光位置が分離可能な例を示す図である。 同判定支援画面において、球心集光位置が分離不能な例を示す図である。 （ａ）は同実施形態における、反射像上の明瞭なスポット像の例、（ｂ）は不明瞭なスポット像の例を示す図である スポット像から偏心量を求める方法を示す模式図である。 本発明の第２実施形態の偏心測定装置において、アダプタレンズを装着した際の光線の方向を示す図である。 同実施形態の判定支援画面を示す図である。

符号の説明

１、３１…偏心測定装置、２…光源、３…移動レンズ群、４…ズーム光学系、５…駆動手段、６…距離調整部、７…テレビカメラ（撮像装置）、８…パソコン（演算手段）、９…ディスプレイ（表示手段）、１２…被測定レンズ系、１６、３６…判定支援画面、１７、１７ｂ…分離感度目盛、１８…第１被測定レンズ（被測定レンズ）、１９…第２被測定レンズ（被測定レンズ）、２０、２１、２２…被測定面、２０ａ、２１ａ、２２ａ…球心、２０ｂ…面頂、２５、３３…光線、２６ａ、２６ｂ…スポット像（反射像）、３２…アダプタレンズ

Claims (7)

1. 被測定レンズ系を構成する１枚又は複数の被測定レンズの各被測定面の偏心量を測定する偏心測定装置であって、
   光源と、
   前記光源から発せられた光線を前記被測定面に導く移動レンズ群を有するズーム光学系と、
   前記移動レンズ群を駆動する駆動手段と、
   前記光線が前記被測定面で反射した際に得られる反射像を撮像する撮像装置と、
   前記ズーム光学系の光学的パラメータに基づいて設定された分離感度目盛と、前記反射像とを用いて、第１の被測定面の球心に前記光線が集光する前記移動レンズ群の空間的位置である第１球心集光位置と、第２の被測定面の第２球心集光位置とが分離可能であるか否かの判定を支援する判定支援情報を生成する演算手段と、
   前記判定支援情報を表示する表示手段と、
   を備えたことを特徴とする偏心測定装置。
2. 前記光学的パラメータは前記移動レンズ群の移動量を含むことを特徴とする請求項１に記載の偏心測定装置。
3. 前記ズーム光学系と前記被測定レンズ系との相対的距離を変化させる距離調整部をさらに備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の偏心測定装置。
4. 前記ズーム光学系又は前記被測定レンズ系に着脱可能に設けられ、前記分離感度目盛を変化させるアダプタレンズをさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の偏心測定装置。
5. 前記判定支援情報は、前記第１球心集光位置と前記各被測定面の面頂に前記光線が集光する前記移動レンズ群の空間的位置である面頂集光位置とが分離可能であるか否かの判定を支援する判定支援補助情報を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の偏心測定装置。
6. 前記表示手段は、前記被測定レンズの各被測定面の前記球心と、前記分離感度目盛とを含む判定支援画面として前記判定支援情報を表示することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の偏心測定装置。
7. 前記表示手段は、前記判定支援情報とともに前記ズーム光学系及び前記被測定レンズ系の空間的位置を表示することを特徴とする請求項６に記載の偏心測定装置。

Images