鏡枠及び偏心測定方法
【課題】被検面の形状誤差に関わらず、常に高精度に偏心量を測定できる偏心測定方法等を提供できる。
【解決手段】レンズ枠１００ｃが備える３つの球１００ｄ等の位置を測定する第１の基準物位置測定工程と、レンズ１００の所定面の形状を測定する光学素子形状測定工程と、レンズ枠１００ｃに関する測定座標系の位置を計算する測定座標系計算工程と、光学素子形状測定工程の測定結果を測定座標系に座標変換する座標変換計算工程と、固定枠１４０（取り付け部１６０）によりレンズ枠１００ｃを支持する支持工程と、支持されているレンズ枠１００ｃの球１００ｄの位置を測定する第２の基準物位置測定工程と、レンズ枠１００ｃの基準軸１６０ａに対する偏心量を算出する第１枠体偏心量計算工程と、基準軸１６０ａに対するレンズ１００の偏心量を計算する光学素子偏心量計算工程とを有する。
【解決手段】レンズ枠１００ｃが備える３つの球１００ｄ等の位置を測定する第１の基準物位置測定工程と、レンズ１００の所定面の形状を測定する光学素子形状測定工程と、レンズ枠１００ｃに関する測定座標系の位置を計算する測定座標系計算工程と、光学素子形状測定工程の測定結果を測定座標系に座標変換する座標変換計算工程と、固定枠１４０（取り付け部１６０）によりレンズ枠１００ｃを支持する支持工程と、支持されているレンズ枠１００ｃの球１００ｄの位置を測定する第２の基準物位置測定工程と、レンズ枠１００ｃの基準軸１６０ａに対する偏心量を算出する第１枠体偏心量計算工程と、基準軸１６０ａに対するレンズ１００の偏心量を計算する光学素子偏心量計算工程とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子を保持する鏡枠、及びこの鏡枠内の所定位置に配置された光学素子の偏心量を測定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鏡枠内の所定位置に配置された光学系の偏心量を測定する方法が知られている。ここで、測定対象である光学系は、複数のレンズ（複数の被検面）で構成されている。代表的な、偏心測定方法として、オートコリメーション法を用いた技術が提案されている。オートコリメーション法を用いた偏心測定では、測定対象である各被検面の近軸曲率中心位置に、光を照射する。そして、各被検面での反射光の像位置を検出する。更に、像位置に基づいて、所定の基準軸に対する各被検面の偏心を計算する。
【０００３】
ここで、被検面が非球面のときを考える。このとき、被検面の偏心は、近軸曲率中心の位置と、非球面軸の傾きとの両者を測定する必要がある。そこで、測定対象となる光学系が非球面を含んでいるときに、光学系（被検面）の偏心を測定する偏心測定方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１では、図１３に示すように、球面と非球面とから構成される被検レンズ系１の、基準軸２に対する各被検面の偏心を、オートコリメーション法を用いて測定する。ここで、被検面は、４つのレンズ面Ｓ1、Ｓ2、Ｓ3、Ｓ4である。そして、レンズ面Ｓ1、Ｓ3は非球面、レンズ面Ｓ2、Ｓ4は球面である。
【０００４】
まず、被検面が球面のとき、例えばレンズ面Ｓ2については、曲率中心Ｓ2’の像位置を反射光により検出する。これにより、レンズ面Ｓ2の基準軸２に対する偏心量を求める。また、被検面が非球面のとき、例えばレンズ面Ｓ1については、近軸曲率中心Ｓ1’の像位置を反射光により検出する。同時に、レンズ面Ｓ1の非球面軸Ｓ1”から所定距離だけ離れた非球面部分の曲率中心の像位置を検出する。そして、レンズ面Ｓ1の近軸曲率中心Ｓ1’の位置と非球面軸Ｓ1”の傾きとを演算する。この結果、レンズ面Ｓ1の基準軸２に対する偏心を計算する。このようにして、各レンズ面の基準軸に対するチルト量ε1、ε3、シフト量σ1、σ2、σ3、σ4等を求める。
【０００５】
【特許文献１】特開平９−３２５０８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、図１３に示した従来技術では、被検面が非球面のとき、非球面軸から所定距離だけ離れた非球面部分の曲率中心の位置を検出して、非球面軸の傾きを求めている。具体的には、被検面の非球面軸を中心とした、所定の輪帯状部分での反射光の像の重心位置を検出する。そして、像の重心位置に基づいて非球面軸を計算する。ここで、測定した非球面の輪帯状部分が凹凸等の形状誤差を有しているときがある。このような形状誤差があると、反射光の像位置が変化してしまう。このため、被検面の非球面軸を正確に求めることができない。また、被検面の近軸領域に凹凸等の形状誤差が生じているときもある。このとき、近軸曲率中心の像位置が変化してしまう。このため、被検面の近軸曲率中心の位置を正確に求めることができない。従って、従来技術の偏心測定方法は、被検面に形状誤差が存在すると、高精度に偏心量を求めることができずに問題である。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、被検面の形状誤差に関わらず、常に高精度に偏心量を測定できる偏心測定方法、及びこの偏心測定方法に用いる鏡枠を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、第１の本発明によれば、光学素子を保持し、少なくとも３つの基準物を備える第１の枠体と、第１の枠体を支持する第２の枠体とからなることを特徴とする鏡枠を提供できる。
【０００９】
また、本発明の好ましい態様によれば、基準物は、球または半球の形状を有していることが望ましい。さらに、本発明の好ましい態様によれば、第２の枠体は、第１の枠体が備える基準物と対向する位置に開口部を有していることが望ましい。加えて、本発明の好ましい態様によれば、第２の枠体は、複数の第１の枠体を支持することが望ましい。
【００１０】
また、本発明の好ましい態様によれば、第１の枠体の外周部に形成されているカムピンと、第２の枠体の内周部に形成されているカム溝とをさらに有し、第１の枠体は、第２の枠体に対して光学素子の光軸に沿った方向に移動可能に支持されていることが望ましい。さらに、本発明の好ましい態様によれば、第１の枠体は、第２の枠体に対して固着されていることが望ましい。
【００１１】
また、第２の本発明によれば、第１の枠体が備える少なくとも３つの基準物の位置を測定する第１の基準物位置測定工程と、第１の枠体が保持する光学素子の所定面の形状を測定する光学素子形状測定工程と、第１の基準物位置測定工程の測定結果に基づいて第１の枠体に関する測定座標系の位置を計算する測定座標系計算工程と、光学素子形状測定工程の測定結果を測定座標系に座標変換する座標変換計算工程と、第２の枠体により第１の枠体を支持する支持工程と、支持されている第１の枠体の基準物の位置を測定する第２の基準物位置測定工程と、第２の基準物位置測定工程の測定結果に基づいて第１の枠体の基準軸に対する偏心量を算出する第１枠体偏心量計算工程と、基準軸に対する光学素子の偏心量を計算する光学素子偏心量計算工程とを有することを特徴とする偏心測定方法を提供できる。
【００１２】
また、本発明の好ましい態様によれば、基準軸は、前記第２の枠体により定められることが望ましい。さらに、本発明の好ましい態様によれば、基準物は、球または半球の形状を有していることが望ましい。加えて、本発明の好ましい態様によれば、第２の基準物位置測定工程は、第２の枠体を所定軸の回りに回転して基準物の位置を測定することが望ましい。
【００１３】
また、本発明の好ましい態様によれば、第１の基準物位置測定工程と第２の基準物位置測定工程とにおいて、プローブを基準物に接触させて基準物の中心位置を測定することが望ましい。
【００１４】
また、本発明の好ましい態様によれば、第２の基準物位置測定工程において、干渉計により基準物に測定光を照射して基準物の中心位置を測定することが望ましい。
【００１５】
また、本発明の好ましい態様によれば、基準物は磁性体で構成されており、第２の基準物位置測定工程において、磁気センサにより基準物の位置を測定することが望ましい。
【００１６】
また、第３の本発明によれば、少なくとも３つの基準物と光学素子との位置関係を測定する第１の位置関係測定工程と、基準物と枠体との位置関係を測定する第２の位置関係測定工程と、第１の位置関係測定工程の測定結果と第２の位置関係測定工程の測定結果とに基づいて、光学素子の枠体に対する偏心量を計算する偏心量計算工程とを有することが望ましい。
【発明の効果】
【００１７】
第１の本発明によれば、第１の枠体は、レンズ等の光学素子を保持する。また、第１の枠体は、少なくとも３つの基準物を備えている。さらに、第１の枠体は、第２の枠体に支持されている。プローブ等を用いる３次元形状測定機により、光学素子と基準物とを測定する。これにより、光学素子と基準物との相対的な位置関係を計算できる。また、第１の枠体が第２の枠体に支持されている状態で、例えば３次元形状測定機により基準物を測定する。これにより、第２の枠体と第１の枠体との相対的な位置関係を計算できる。そして、第２の枠体と光学素子との相対的な位置関係も計算できる。この結果、本発明によれば被検面である光学素子の形状誤差に関わらず、常に高精度に偏心量を測定できる。
【００１８】
また、第２の本発明によれば、第１の基準物位置測定工程と光学素子形状測定工程により、例えば、３次元形状測定機により、少なくとも３つの基準物と、光学素子の表面形状とをそれぞれ測定する。そして、測定座標系計算工程により、基準物で定まる測定座標系を計算できる。また、座標変換計算工程により、測定座標系に対する光学素子の相対的な位置関係を求めることができる。さらに、第２の基準物位置測定工程では、例えば３次元形状測定機により第２の枠体に支持されている状態の第１の枠体の基準物の位置を測定する。そして、第１枠体偏心量計算工程において、第１の枠体の基準軸に対する相対的な位置関係を計算できる。最後に、光学素子偏心量計算工程により、基準軸に対する光学素子の偏心量を求める。これにより、第２の枠体と光学素子との相対的な位置関係を知ることができる。この結果、本発明によれば、被検面である光学素子の形状誤差に関わらず、高精度に偏心量を測定できるという効果を奏する。
【００１９】
また、第３の本発明によれば、第１の位置関係測定工程により、基準物と光学素子との相対的な位置関係を求めることができる。さらに、第２の位置関係測定工程により、基準物と枠体との相対的な位置関係を求めることができる。そして、偏心量計算工程により、光学素子の枠体に対する偏心量を計算できる。この結果、本発明によれば、被検面である光学素子の形状誤差に関わらず、高精度に偏心量を測定できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、本発明に係る鏡枠及び３次元形状測定方法の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００２１】
図１は、本発明の実施例１に係る鏡枠１０の断面構成を示す。鏡枠１０は、例えば、ズーム機能とフォーカス機能とを有するカメラ用の撮像光学系である。このように、「鏡枠」とは、光学素子と、この光学素子を保持する機構とを含めた、いわゆる鏡筒全体の構成をいう。鏡枠１０は、移動枠１３０と固定枠１４０とから構成されている。固定枠１４０の端部には、マウント１４０ｄが形成されている。固定枠１４０は、マウント１４０ｄを介して、取り付け部１６０に固着されている。また、移動枠１３０は、駆動機構（不図示）により、固定枠１４０に対して光軸（Ｚ軸）に沿った方向に移動可能に支持されている。なお、固定枠１４０と取り付け部１６０とが第２の枠体に対応する。
【００２２】
また、図１において、鏡枠１０の設計上の光軸方向をＺ軸と、Ｚ軸と直交する方向をＸ軸と、Ｚ軸とＸ軸とにそれぞれ直交する方向をＹ軸とする。さらに、Ｚ軸を回転中心とした回転方向をθ軸とする。取り付け部１６０と固定枠１４０とは一体となって、Ｚ軸と平行な基準軸１６０ａを回転中心として、回転駆動部（不図示）によりθ方向に回転可能である。簡単のため、基準軸１６０ａと光軸とは一致したものとして扱う。なお、取り付け部１６０は、任意の位置で回転動作を停止できる。さらに、ロータリーエンコーダ（不図示）は、取り付け部１６０と固定枠１４０とのθ方向の回転角度θを出力する。
【００２３】
また、移動枠１３０の内側には、光学素子である３つのレンズ１００、１１０、１２０が配置されている。まず、レンズ１００について説明する。図３−１は、レンズ１００を保持する断面構成を示す。また、図３−２は、レンズ１００を基準軸１６０ａの方向から見た正面構成を示す。図３−１において、レンズ１００の表面１００ａと、裏面１００ｂとは、それぞれ球面または非球面である。レンズ１００は、レンズ枠１００ｃの内周部に保持されている。レンズ枠１００ｃは第１の枠体に対応する。また、図３−２に示すように、レンズ枠１００ｃの外周部には、基準物である少なくとも３つの球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆが略等間隔に形成されている。さらに、３つの球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆの間には、それぞれ３つのカムピン１００ｇが形成されている。３つの球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆは、それぞれ高い真球度を有する球の形状、または高い真球度の球体の一部、例えば半球の形状である。３つの球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆは、それぞれ接着等によりレンズ枠１００ｃに直接固定する構成、またはネジ等により着脱可能な状態で取り付ける構成とすることができる。さらに、レンズ枠１００ｃが成形品のときは、３つの球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆも同時に一体で成形してもよい。
【００２４】
図１に示すように、レンズ１１０も、レンズ１００と同様に、表面１１０ａと裏面１１０ｂとが球面または非球面からなるレンズである。そして、レンズ１１０は、レンズ枠１１０ｃの内周部に保持されている。レンズ枠１１０ｃは第１の枠体に対応する。また、レンズ枠１１０ｃの外周部には、基準物である少なくとも３つの球１１０ｄ、１１０ｅ、１１０ｆが略等間隔に形成されている。図１では、球１１０ｄのみを示し、他の２つの球は省略する。さらに、３つの球１１０ｄ、１１０ｅ、１１０ｆの間には、それぞれ３つのカムピン１１０ｇが形成されている。
【００２５】
レンズ１２０も、レンズ１００と同様に、表面１２０ａと裏面１２０ｂとが球面または非球面からなるレンズである。そして、レンズ１２０は、レンズ枠１２０ｃの内周部に保持されている。レンズ枠１２０ｃは第１の枠体に対応する。また、レンズ枠１２０ｃの外周部には、基準物である少なくとも３つの球１２０ｄ、１２０ｅ、１２０ｆが略等間隔に形成されている。図１では、球１２０ｄのみを示し、他の２つの球は省略する。さらに、３つの球１２０ｄ、１２０ｅ、１２０ｆの間には、それぞれ３つのカムピン１２０ｇが形成されている。
【００２６】
図１を用いて、さらに説明を続ける。移動枠１３０の内周部には、螺旋状または直線状のカム溝１３０ａ、１３０ｂが形成されている。同様に、固定枠１４０の内周部にもカム溝１４０ａが形成されている。レンズ１００のカムピン１００ｇの先端と、レンズ１１０のカムピン１１０ｇの先端とは、それぞれ移動枠１３０のカム溝１３０ａとカム溝１３０ｂに係合している。またレンズ１２０のカムピン１２０ｇの先端は、固定枠１４０のカム溝１４０ａに係合している。鏡枠１０内の駆動機構（不図示）により、カムピンとカム溝の組み合わせ等からなる既知の方法により、レンズ１００、１１０、１２０はそれぞれ鏡枠１０内の所定位置に光軸方向（基準軸１６０ａ）に沿って移動する。これにより、ズーミング（変倍動作）とフォーカシング（合焦動作）とを行なうことができる。従って、ズーミングやフォーカシングによる異なるレンズ位置における偏心量を測定できるという効果を奏する。
【００２７】
さらに、移動枠１３０には、所定位置に配置されたレンズ１００の３つの球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆと対向する位置に、それぞれ３つの開口部１３０ｃが形成されている。図１では、１つの開口部１３０ｃのみを示し、他の２つの開口部の図示は省略する。また、レンズ１１０の３つの球１１０ｄ、１１０ｅ、１１０ｆと対向する位置に３つの開口部１３０ｆが形成されている。図１では、１つの開口部１３０ｆのみを示し、他の２つの開口部の図示は省略する。
【００２８】
また、固定枠１４０には、レンズ１１０の３つの球１１０ｄ、１１０ｅ、１１０ｆと対向する位置に、それぞれ３つの開口部１４０ｂが形成されている。さらに、固定枠１４０には、レンズ１２０の３つの球１２０ｄ、１２０ｅ、１２０ｆと対向する位置に、それぞれ３つの開口部１４０ｅが形成されている。
【００２９】
次に、上述の鏡枠１０を用いた偏心測定方法の手順を説明する。図６は、本実施例に係る偏心測定方法の手順を示すフローチャートである。まず、ステップＳ６０１からステップＳ６０５までの手順では、レンズ枠１００ｃ、１１０ｃ、１２０ｃを鏡枠１０に組み込む前の、単体の状態で測定を行なう。次に、レンズ枠単体での測定後、レンズ枠１００ｃ、１１０ｃ、１２０ｃを鏡枠１０に組み込む。そして、ステップＳ６０６からステップＳ６０９までの手順において、鏡枠１０に組み込まれた状態のレンズ枠１００ｃ、１１０ｃ、１２０ｃの測定を行なう。
【００３０】
レンズ枠１００ｃ、１１０ｃ、１２０ｃ単体での測定について説明する。なお、３つのレンズ枠１００ｃ、１１０ｃ、１２０ｃのそれぞれについては、同一の測定手順を行なう。このため、レンズ枠１００ｃを代表例にして説明をする。レンズ枠１１０ｃ、１２０ｃについては重複するため説明を省略する。レンズ枠１００ｃ、１１０ｃ、１２０ｃは、第１の枠体に対応する。
【００３１】
まず、レンズ１００の表面１００ａと裏面１００ｂとの偏心測定を行う。レンズ１００の表面１００ａと裏面１００ｂとの偏心測定に関しては、接触式プローブを備える３次元形状測定機を用いる。３次元形状測定機を用いた形状測定の方法は、例えば、特開２０００−４６５４３号公報、及び特開２００２−７１３４４号公報に開示されている方法を用いる。例えば、３次元形状測定機は、レーザ測長光学系とプローブ１７０（図２参照）とを備えている。図３−１に示すＸＹＺ座標系において、レーザ測長光学系とプローブとは、ＸステージとＹステージとにより、Ｘ軸、Ｙ軸方向に移動する。また、レンズ枠１００ｃは、３次元形状測定機の定盤上に固定されている。プローブは、レンズ枠１００ｃのレンズ１００の表面１００ａに沿って、Ｚ軸方向に移動する。レーザ測長光学系は、公知の干渉法によりプローブのＺ座標方向の移動量を測定する。このように、３次元形状測定機は、測定する面上でプローブをＸ軸、Ｙ軸方向に走査して、ＸＹ座標位置でのＺ座標データ列を求める。そして、Ｚ座標データの列に基づいて測定する面の形状測定を行なう。
【００３２】
図６に戻って説明を続ける。ステップＳ６０１において、レンズ１００の表面１００ａの有効範囲内全面の形状と、３つの球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆの表面形状とを同一の座標系で測定する。ステップＳ６０１は、第１の基準物位置測定工程と、光学素子形状測定工程とに対応する。ここで、球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆの表面とは、レンズ１００の表面１００ａと同じ側から観察したときに、認識できる球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆの一部分の領域をいう。具体的には、レンズ１００の表面１００ａを測定しているとき、球１００ｄの表面は、球１００ｄのうち表面１００ａと同じ側の半球部分である。球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆの大きさは、直径が０．５ｍｍ〜５ｍｍ程度の大きさである。なお、以下、全ての基準物としての球の大きさも同様である。
【００３３】
ステップＳ６０２において、３つの球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆの表面の形状測定データに基づいて、各球の中心座標を算出する。ここで、高い真円度の球体によれば、その表面形状から中心座標（曲率中心位置）を正確に求めることができる。従って、基準物として、球または球の一部、例えば半球の形状を用いることで、その中心座標を容易かつ高精度に算出できるという効果を奏する。３つの球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆも真円度の高い球なので、本実施例でも高精度な座標測定ができる。次に、算出した３つの球の中心座標を用いて、図４−１に示すように、レンズ枠１００ｃに関する表面測定座標系（Ｘ1a，Ｙ1a，Ｚ1a）を決定する。また、レンズ１００の表面１００ａの形状測定データを、表面測定座標系（Ｘ1a，Ｙ1a，Ｚ1a）に座標変換する。そして、レンズ１００の表面１００ａの形状及び法線ベクトル（ｘa，ｙa，ｚa）を算出する。ステップＳ６０２は、表面１００ａに関する測定座標系計算工程に対応する。
【００３４】
次に、図６のステップＳ６０３において、レンズ１００の裏面１００ｂ側を表面１００ａと同様に測定する。このため、レンズ１００を反転して３次元形状測定機のプローブに対向して裏面１００ｂを配置する。レンズ１００の裏面１００ｂの有効範囲内全面の形状と、３つの球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆの裏面の形状を同一座標系で測定する。ステップＳ６０３は、第１の基準物位置測定工程と、光学素子形状測定工程とに対応する。ここで、球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆの裏面とは、レンズ１００の裏面１００ｂと同じ側から観察したときに、認識できる球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆの一部分の領域をいう。例えば、レンズ１００の裏面１００ｂを測定しているとき、球１００ｄの裏面は、球１００ｄのうち裏面１００ｂと同じ側の半球部分である。
【００３５】
ステップＳ６０４において、測定した３つの球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆの裏面（ステップＳ６０１で測定した面と反対側の面）の形状測定データに基づいて、各球の中心座標を算出する。次に、算出した３つの球の中心座標を用いて、図４−２に示すように、裏面測定座標系（Ｘ1b，Ｙ1b，Ｚ1b）を決定する。また、レンズ１００の裏面１００ｂの形状測定データを、裏面測定座標系（Ｘ1b，Ｙ1b，Ｚ1b）に座標変換する。そして、レンズ１００の裏面１００ｂの形状及び法線ベクトル（ｘb，ｙb，ｚb）を算出する。ステップＳ６０４は、裏面１００ｂに関する測定座標系計算工程に対応する。
【００３６】
３つの球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆは、それぞれ高い真球度を有している。このため、表面の中心位置と裏面の中心位置とは各々一致する。そして、ステップＳ６０５において、ステップＳ６０２とステップＳ６０４とで算出したデータを用いて、図４−３に示すように、表面測定座標系と裏面測定座標系とを同一座標系（Ｘ1，Ｙ1，Ｚ1）に座標変換する。この座標系（Ｘ1，Ｙ1，Ｚ1）において、レンズ１００の表面１００ａの形状及び法線ベクトル（Ｘa，Ｙa，Ｚa）と、裏面１００ｂの形状及び法線ベクトル（Ｘb，Ｙb，Ｚb）の位置関係を算出する。これにより、３つの球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆで定まる座標系（Ｘ1，Ｙ1，Ｚ1）に対するレンズ１００の表面１００ａと裏面１００ｂとの相対的な位置関係、即ち偏心量を求めることができる。ステップＳ６０５は、座標変換計算工程に対応する。
【００３７】
レンズ枠１１０ｃと、レンズ枠１２０ｃとについても、それぞれレンズ１１０、１２０を保持した状態で、レンズ枠１００ｃと同一の手順でステップＳ６０１〜Ｓ６０５までの測定を行なう。これにより、３つのレンズ１００、１１０、１２０に関して、それぞれレンズ枠１００ｃ、１１０ｃ、１２０ｃにおける相対的な位置関係を計算できる。
【００３８】
次に、ステップＳ６０６において、３つのレンズ枠１００ｃ、１１０ｃ、１２０ｃを鏡枠１０内に組み込こむ。これにより、鏡枠１０は、図１に示すような、撮像光学系としての構成となる。ステップＳ６０６は、支持工程に対応する。また、以下のステップＳ６０７〜Ｓ６０９においても、上述した接触式のプローブを有する３次元形状測定機を用いる。
【００３９】
ステップＳ６０７において、レンズ１００、１１０、１２０をそれぞれ保持しているレンズ枠１００ｃ、１１０ｃ、１２０ｃの基準物である球を測定する。ステップＳ６０７は、第２の基準物位置測定工程に対応する。なお、３つのレンズ枠１００ｃ、１１０ｃ、１２０ｃのそれぞれについては、同一の測定手順を行なう。
【００４０】
図２は、レンズ枠１００ｃに関する測定を行なうときの、レンズ枠１００ｃ近傍の構成を示す。固定枠１４０及び取り付け部１６０等の構成の図示は省略する。レンズ枠１００ｃの球１００ｄの外周面が、３次元形状測定機（不図示）のプローブ１７０に対向するように、取り付け部１６０（図１参照）をθ方向に回転する。球１００ｄに対向する移動枠１３０の位置には、開口部１３０ｃが形成されている。同様に、残りの２つの球１００ｅ、１００ｆに対向する移動枠１３０の位置にも、それぞれ開口部（不図示）が形成されている。このように、移動枠１３０（第２の枠体に対応）に開口部を設けることで、接触式の３次元形状測定機を用いることができるという効果を奏する。
【００４１】
次に、３次元形状測定機のプローブ１７０のスタイラス１７０ａを、移動枠１３０の開口部１３０ｃを通して、球１００ｄの表面に接触させる。そして、プローブ１７０をＸＹ座標面内で走査すると共に、球１００ｄの形状に沿ってＺ軸方向に移動させる。スタイラス１７０ａの移動量は、レーザ測長光学系（不図示）により測定される。これにより、球１００ｄの外周面の形状を測定する。
【００４２】
その後、レンズ１００の他の球１００ｅがプローブ１７０に対向するように、取り付け部１６０を基準軸１６０ａの回りに回転させる。そして、移動枠１３０の他の開口部（不図示）を通して、プローブ１７０により第２の球１００ｅの外周面の形状を測定する。さらに、レンズ１００の他の球１００ｆがプローブ１７０に対向するように、取り付け部１６０を基準軸１６０ａの回りに回転させる。そして、移動枠１３０のさらに他の開口部（不図示）を通して、プローブ１７０により第３の球１００ｆの外周面の形状を測定する。ここで、球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆの外周面とは、基準軸１６０ａと直交し、球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆの中心を通る半径方向の外側から見える球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆの一部分の表面領域をいう。
【００４３】
スタイラス１７０ａが接触する領域の大きさを説明する。図１０は、球１００ｄを拡大して示す。レンズ枠１００ｃ（基準軸１６０ａ）に略垂直であり、球１００ｄの中心ＣＴを通る軸ＸＧを考える。軸ＸＧを基準として中心ＣＴを見込む角度θＳが、２０°≦θＳ≦４５°の条件を満足することが望ましい。このような領域をスタイラス１７０ａで測定することで、中心ＣＴの位置を高精度に算出できる。
【００４４】
図１に戻って説明を続ける。レンズ１００の３つの球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆの外周面の形状測定に続けて、次に、第２のレンズ枠１１０ｃの３つの球１１０ｄ、１１０ｅ、１１０ｆ（１１０ｅ、１１０ｆの２つは不図示）の外周形状を測定する。球１１０ｄに対向する移動枠１３０の位置には、開口部１３０ｆ（他の２つの開口部は不図示）が形成されている。同様に、球１１０ｄに対向する固定枠１４０の位置には、開口部１４０ｂ（他の２つの開口部は不図示）が形成されている。そして、固定枠１４０の開口部１４０ｂと、移動枠１３０の開口部１３０ｆとを通して、プローブ１７０により第１の球１１０ｄの外周面の形状を測定する。
【００４５】
その後、レンズ１１０の第２の球１１０ｅ（不図示）がプローブ１７０に対向するように、取り付け部１６０を基準軸１６０ａの回りに回転させる。そして、固定枠１４０と移動枠１３０との他の開口部（不図示）を通して、プローブ１７０により第２の球１１０ｅの外周面の形状を測定する。さらに、レンズ１１０の第３の球１１０ｆ（不図示）がプローブ１７０に対向するように、取り付け部１６０を基準軸１６０ａの回りに回転させる。そして、固定枠１４０と移動枠１３０とのさらに他の開口部（不図示）を通して、プローブ１７０により第３の球１１０ｆの外周面の形状を測定する。
【００４６】
レンズ１１０の３つの球１１０ｄ等の外周面の形状測定に続けて、次に、第３のレンズ枠１２０ｃの３つの球１２０ｄ、１２０ｅ、１２０ｆ（１２０ｅ、１２０ｆの２つは不図示）の外周形状を測定する。球１２０ｄに対向する固定枠１４０の位置には、開口部１４０ｅ（他の２つの開口部は不図示）が形成されている。そして、固定枠１４０の開口部１４０ｅを通して、プローブ１７０により第１の球１２０ｄの外周面の形状を測定する。
【００４７】
その後、レンズ１２０の第２の球１２０ｅ（不図示）がプローブ１７０に対向するように、取り付け部１６０を基準軸１６０ａの回りに回転させる。そして、固定枠１４０の他の開口部（不図示）を通して、プローブ１７０により第２の球１２０ｅの外周面の形状を測定する。さらに、レンズ１２０の第３の球１２０ｆ（不図示）がプローブ１７０に対向するように、取り付け部１６０を基準軸１６０ａの回りに回転させる。そして、固定枠１４０のさらに他の開口部（不図示）を通して、プローブ１７０により第３の球１２０ｆの外周面の形状を測定する。
【００４８】
ステップＳ６０８において、ステップＳ６０７で測定したレンズ１００の３つの球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆの外周面の形状測定データから、各球の中心座標を算出する。そして、算出した３つの球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆの中心座標を用いて、図５に示すように、基準軸１６０ａとθ軸とで定まる測定座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対する、レンズ１００の３つの球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆで定まる座標系（Ｘ1，Ｙ1，Ｚ1）の偏心量を算出する。ステップＳ６０８は、第１枠体偏心量計算工程に対応する。
【００４９】
同様に、測定座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対するレンズ１１０の３つの球１１０ｄ等で定まる座標系（Ｘ2，Ｙ2，Ｚ2）の偏心量を算出する。さらに、測定座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対するレンズ１２０の３つの球１２０ｄ等で定まる座標系（Ｘ3，Ｙ3，Ｚ3）の偏心量を算出する。
【００５０】
ここで、各レンズ１００、１１０、１２０の３つの球は、それぞれ高い真球度を有している。このため、表面の中心位置と、裏面の中心位置と、外周面の中心位置とは、各々一致する。上述したように、ステップＳ６０５において、座標系（Ｘ1，Ｙ1，Ｚ1）上でのレンズ１００の表面１００ａと裏面１００ｂとの偏心量が求められている。さらに、ステップＳ６０８において、測定座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）上での座標系（Ｘ1，Ｙ1，Ｚ1）の偏心量が求められている。これにより、ステップ６０９において、測定座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対するレンズ１００の表面１００ａと裏面１００ｂとの偏心量を算出できる。ステップＳ６０９は、光学素子偏心量計算工程に対応する。レンズ１００と同様にして、測定座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）上での、レンズ１１０の表面１１０ａと裏面１１０ｂとの偏心量を算出できる。さらに、レンズ１００と同様にして、測定座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）上での、レンズ１２０の表面１２０ａと裏面１２０ｂとの偏心量を算出できる。
【００５１】
本実施例によれば、鏡枠１０内の所定位置に配置されたレンズ１００、１１０、１２０の偏心量（被検面の形状及び法線ベクトル）を、各レンズ面の有効範囲全面の形状測定データから求めている。このため、レンズ面に形状誤差が存在しているときでも、この形状誤差も含めたレンズ面の形状測定データを得ることができる。そして、レンズ面の形状測定データから法線ベクトルを求めることができる。従って、レンズ面に形状誤差が存在していても、その形状誤差に影響されることなく、形状誤差を加味した上で偏心量を算出できる。なお、レンズ面の形状は、球面及び非球面のいずれもでも良い。
【００５２】
また、本実施例では、レンズ１００、１１０、１２０の単体での表面と裏面との偏心測定（ステップＳ６０１〜Ｓ６０５）と、鏡枠１０内の所定位置に保持された各レンズ１００、１１０、１２０間の偏心測定（ステップＳ６０６〜Ｓ６０９）とを同一の３次元形状測定機で行っている。このため、１台の３次元形状測定機を用いれば良い。この結果、複数の新たな３次元形状測定機を必要としないので簡便な構成で済む。
【実施例２】
【００５３】
図７は、本発明の実施例２において、レンズ枠１００ｃに関する測定を行なうときの、レンズ枠１００ｃ近傍の構成を示す。固定枠１４０及び取り付け部１６０等の構成の図示は省略する。上記実施例１では、接触式のプローブ１７０を用いてレンズや基準物の表面形状を測定している。これに対して、本実施例では、非接触式のレーザ干渉計により基準物の位置を測定する点が異なる。上記実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００５４】
レーザ光源（不図示）を備える干渉計１８０は、収束光である測定光１８０ａを球１００ｄに照射する。球１００ｄからの反射光（測定光）と、参照光とにより生ずる干渉縞を検出器（不図示）で検出する。参照光は、干渉計１８０内の参照面からの反射光である。参照面は高い面精度を有する。測定光１８０ａの集光位置についてさらに説明する。
【００５５】
図１１は、球１００ｄ近傍の拡大図である。球１００ｄ等の表面は、干渉計１８０内の参照面と同程度の曲率半径を有することが望ましい。このため、球１００ｄ等の反射率が参照面の反射率と大きく異なる場合は、反射防止膜あるいは反射膜を、球１００ｄ等の表面に形成することが望ましい。測定光は２通りの集光位置が考えられる。１番目の集光位置は、いわゆるキャッツアイ・ポイントＣＥである。２番目の集光位置は球１００ｄの曲率中心位置ＣＴである。測定光Ｌ１は、キャッツアイ・ポイントＣＥへ集光する状態を示す。測定光Ｌ２は、曲率中心ＣＴへ集光する状態を示す。ここで、測定光はキャッツアイ・ポイントＣＥへ集光させるときに比較して曲率中心位置ＣＴ（中心座標）へ集光させるほうが測定感度が高い。従って、好ましくは、測定光Ｌ２のような曲率中心位置ＣＴへ収束する光を球１００ｄに照射することが望ましい。
【００５６】
測定光１８０ａの集光点と、高い真球度を有する球１００ｄの曲率中心とが正確に一致すると、検出される干渉縞が最も少ない状態、即ち縞一色のヌル状態になる。これに対して、測定光１８０ａの集光点と球１００ｄの曲率中心とがずれていると、ずれ量に応じた干渉縞が測定される。干渉計１８０は、図７におけるＺ座標方向とＸ座標方向とに移動可能に構成されている。干渉計１８０を移動させながら、干渉縞の変化の様子を検出する。そして、干渉縞がヌル状態となったときの干渉計１８０の位置を測定する。これにより、干渉計１８０と球１００ｄとの相対的な位置関係を算出できる。
【００５７】
次に、本実施例に係る偏心測定方法を説明する。ステップＳ６０１〜Ｓ６０６までの測定手順は、上記実施例１と同一である。つまり、レンズ枠１００ｃ、１１０ｃ、１２０ｃを鏡枠１０へ組み込む前の状態で、３次元形状測定機により、レンズ枠１００ｃに関して、保持されているレンズ１００と球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆとの表面を測定する。レンズ枠１１０ｃ、１２０ｃに関しても同様の測定を行なう。次に、３つのレンズ枠１００ｃ、１１０ｃ、１２０ｃを鏡枠１０に組み込む。
【００５８】
ステップＳ６０７において、図７に示すように、レンズ１００の球１００ｄの外周面が干渉計１８０に対向するように、取り付け部１６０を基準軸１６０ａの回り（θ方向）に回転する。この状態で、干渉計１８０の測定光１８０ａを、移動枠１３０の開口部１３０ｃを通して、球１００ｄの外周面に照射する。干渉計１８０をＸ軸方向とＺ軸方向に移動すると共に、取り付け部１６０をθ方向に回転させる。そして、球１００ｄの外周面での反射光による干渉縞が最も少なくなるように、干渉計１８０の位置および取り付け部１６０の回転角度θを微調整する。上述したように、この状態では干渉計１８０からの測定光の集光位置と、球１００ｄの曲率中心位置ＣＴとが一致している。
【００５９】
このときの干渉計１８０の（Ｘ，Ｚ）座標と取り付け部１６０のθ座標とを測定する。干渉計１８０の（Ｘ，Ｚ）座標と取り付け部１６０のθ座標とは、球１００ｄの曲率中心位置ＣＴの座標に対応する。次に、レンズ１００の第２の球１００ｅが干渉計１８０に対向するように、取り付け部１６０を基準軸１６０ａの回り（θ方向）に回転させる。そして、移動枠１３０の他の開口部（不図示）を通して、球１００ｅの外周面での反射光による干渉測定を行なう。このとき、検出される干渉縞が最も少なくなるように、干渉計１８０の位置と取り付け部１６０の回転角度とを微調整する。そして、球１００ｅの曲率中心位置ＣＴの座標を測定する。
【００６０】
さらに、レンズ１００の第３の球１００ｆが干渉計１８０に対向するように、取り付け部１６０を基準軸１６０ａの回り（θ方向）に回転させる。そして、干渉計１８０からの測定光１８０ａを、移動枠１３０のさらに他の開口部（不図示）を通して、球１００ｆの外周面からの反射光による干渉測定を行なう。このとき、検出される干渉縞が最も少なくなるように、干渉計１８０の位置と取り付け部１６０の回転角度とを微調整する。そして、球１００ｆの曲率中心位置ＣＴの座標を測定する。
【００６１】
ここで、球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆの外周面とは、基準軸１６０ａと直交し、球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆの中心を通る半径方向の外側から見える球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆの一部分の表面領域をいう。
【００６２】
第１のレンズ枠１００ｃの３つの球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆの曲率中心位置の測定に続いて、第２のレンズ枠１１０ｃについて測定を行なう。図１に示すように、第２のレンズ枠１１０ｃに関して、固定枠１４０の開口部１４０ｂと移動枠１３０の開口部１３０ｆとを通して、干渉計１８０により球１１０ｄの曲率中心位置の座標を干渉測定する。第２のレンズ枠１１０ｃの他の２つの球に関しても同様に干渉測定を行なって、それぞれの曲率中心位置の座標を測定する。
【００６３】
さらに、第３のレンズ枠１２０ｃに関して、固定枠１４０の開口部１４０ｅを通して、干渉計１８０により測定を行う。この測定では、レンズ１２０の球１２０ｄについて、その曲率中心位置の座標を干渉測定する。また、他の２つの球に関しても同様の干渉測定により、それぞれの曲率中心位置の座標を測定する。
【００６４】
そして、ステップＳ６０８において、実施例１と同様に、ステップＳ６０７で測定したレンズ１００の３つの球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆの中心座標データを用いて、図５に示すように、基準軸１６０ａとθ軸とで定まる測定座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対する、レンズ１００の３つの球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆで定まる座標系（Ｘ1，Ｙ1，Ｚ1）の偏心量を算出する。
【００６５】
同様に、測定座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対するレンズ１１０の３つの球１１０ｄ等で定まる座標系（Ｘ2，Ｙ2，Ｚ2）の偏心量を算出する。さらに、測定座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対するレンズ１２０の３つの球１２０ｄ等で定まる座標系（Ｘ3，Ｙ3，Ｚ3）の偏心量を算出する。
【００６６】
上述したように、ステップＳ６０５において、座標系（Ｘ1，Ｙ1，Ｚ1）上でのレンズ１００の表面１００ａと裏面１００ｂとの偏心量が求められている。さらに、ステップＳ６０８において、測定座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）上での座標系（Ｘ1，Ｙ1，Ｚ1）の偏心量が求められている。これにより、ステップ６０９において、測定座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対するレンズ１００の表面１００ａと裏面１００ｂとの偏心量を算出できる。レンズ１１０、１２０についても同様である。
【００６７】
本実施例によれば、各レンズ１００、１１０，１２０間の偏心測定において、干渉計１８０により各球１００ｄ等の曲率中心位置を直接測定している。このため、基準物である球の外周面の形状を測定する必要がない。従って、上記実施例１に比較して、短い測定時間で偏心測定を行なうことができるという効果を奏する。
【００６８】
また、本実施例では、取り付け部１６０の基準軸１６０ａに対する各被検面の偏心を算出している。しかしながら、実施例１と同様に、偏心の定義はこれに限らない。例えば、干渉計１８０の移動軸（Ｘ軸およびＺ軸）で規定される座標系に対する各レンズ面の偏心量を算出しても良い。さらに、本実施例では、取り付け部１６０により鏡枠１０をθ方向に回転させている。しかしながら、これに限られず、干渉計１８０を、基準軸１６０ａの回りにθ方向に回転させること、または鏡枠１０と干渉計１８０との両方を相対的にθ方向に回転させることのいずれでも、本実施例と同様の偏心測定が可能である。
【００６９】
（変形例）
次に、本実施例の変形例を説明する。図８は、変形例における移動枠１３０をＸ軸方向から見た図である。図８において、干渉計１８０は省略する。移動枠１３０内のレンズ１００は、移動機構（不図示）により、レンズ枠１００ｃの３つのカムピン１００ｇが、移動枠１３０のカム溝１３０ａに沿って移動できる。これにより、レンズ１００は、移動枠１３０内を回転しながら光軸方向に移動する。このとき、レンズ枠１００ｃの球１００ｄは、図８に示す矢印の方向に螺旋状に移動する。移動枠１３０の開口部１３０ｃは、球１００ｄの移動範囲に合わせた螺旋状の長穴として構成する。移動枠１３０の他の２つの開口部（不図示）についても同様の螺旋状の長穴とする。そして、レンズ１００の他の２つの球に対応する位置に、それぞれ別の干渉計を配置する。このように、本変形例では、合計３台の干渉計を用いる。
【００７０】
そして、移動枠１３０に対してレンズ１００を移動させる。レンズの移動に合わせて、３台の干渉計の位置と取り付け部１６０の回転角度とを調整する。ここで、レンズ１００が移動しているときの３つの球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆの位置を、それぞれ３台の干渉計により連続して干渉測定する。これにより、レンズ１００の移動に伴う偏心量の変化を連続的に逐次測定することが可能となる。
【００７１】
また、レンズ１００が移動枠１３０内を光軸方向に沿って直線状に移動するときは、移動枠１３０に形成する開口部１３０ｃ等の形状も光軸方向に沿って長手方向を有する長穴とする。これにより、レンズ１００の移動に伴う偏心量の変化を連続的に逐次測定することが可能となる。以上説明したように、本変形例では、鏡枠１０内の所定位置に配置された各レンズに関して、鏡枠１０内での移動に伴う偏心量の変化を連続的に逐次測定できるという効果を奏する。
【実施例３】
【００７２】
図９は、本発明の実施例３において、レンズ枠１００ｃに関する測定を行なうときの、レンズ枠１００ｃ近傍の構成を示す。固定枠１４０及び取り付け部１６０等の構成の図示は省略する。上記実施例１では、接触式のプローブ１７０を用いてレンズや基準物の表面形状を測定している。これに対して、本実施例では、非接触式の磁気センサ１９０により基準物の位置を測定する点が異なる。上記実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００７３】
本実施例では、各レンズ枠１００ｃ、１１０ｃ、１２０ｃの外周に設けた基準物である３つの球は、磁性体、例えば磁石で構成されている。本実施例では、ステップＳ６０７において、３次元形状測定機のプローブ１７０（図２）の代わりに、磁気センサ１９０を用いている。磁気センサ１９０は、磁界の強さを検出する。磁界の強さは、磁石で構成される球１００ｄと磁気センサ１９０との距離に対応する。このため、磁気センサ１９０は、球１００ｄとの距離を検出できる。また、磁気センサ１９０は、Ｘ軸方向とＺ軸方向とに移動可能に構成されている。
【００７４】
次に、本実施例に係る偏心測定方法を説明する。ステップＳ６０１〜Ｓ６０６までの測定手順は、上記実施例１と同一である。つまり、レンズ枠１００ｃ、１１０ｃ、１２０ｃを鏡枠１０へ組み込む前の状態で、３次元形状測定機により、レンズ枠１００ｃに関して、保持されているレンズ１００と球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆとの表面を測定する。レンズ枠１１０ｃ、１２０ｃに関しても同様の測定を行なう。次に、３つのレンズ枠１００ｃ、１１０ｃ、１２０ｃを鏡枠１０に組み込む。
【００７５】
ステップＳ６０７において、図９に示すように、レンズ１００の球１００ｄの外周面が、磁気センサ１９０に対向するように取り付け部１６０を基準軸１６０ａの回り（θ方向）に回転する。この状態で、磁気センサ１９０をＺ軸方向に移動すると共に、取り付け部１６０をθ方向に回転させる。そして、磁気センサ１９０により検出される磁界の強さが最大となるように、磁気センサ１９０の位置および取り付け部１６０の回転角度θを微調整する。このときの磁気センサ１９０のＺ座標と磁界の強さ、及び取り付け部１８０のθ座標を測定する。
【００７６】
磁気センサ１９０のＺ座標と取り付け部１６０のθ座標とは、基準軸１６０ａに対する球１００ｄの方向に対応している。また、磁界の強さは、磁気センサ１９０と球１００ｄとの距離に対応している。その後、レンズ１００の第２の球１００ｅが磁気センサ１９０に対向するように、取り付け部１６０を基準軸１６０ａの回りのθ方向に回転させる。磁気センサ１９０により検出される磁界の強さが最大となるように、磁気センサ１９０のＺ軸方向の位置および取り付け部１６の回転角度を微調整する。そして、球１００ｅの位置の座標を測定する。
【００７７】
さらに、レンズ１００の第３の球１００ｆが磁気センサ１９０に対向するように、取り付け部１６０を基準軸１６０ａの回りのθ方向に回転させる。そして、磁気センサ１９０により検出される磁界の強さが最大となるように、磁気センサ１９０のＺ軸方向の位置および取り付け部１６０の回転角度θを微調整する。そして、球１００ｆの位置の座標を測定する。
【００７８】
第１のレンズ枠１００ｃの３つの球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆの位置座標の測定に続いて、第２のレンズ枠１１０ｃについての測定を行なう。第２のレンズ枠１１０ｃに関して、磁気センサ１９０により球１１０ｄの位置座標を非接触で測定する。第２のレンズ枠１１０ｃの他の２つの球に関しても同様に非接触で測定を行なって、それぞれの位置座標を測定する。
【００７９】
さらに、第３のレンズ枠１２０ｃに関して、磁気センサ１９０によりレンズ１２０の球１２０ｄを非接触で測定する。また、他の２つの球に関しても同様の非接触測定により、それぞれの位置座標を測定する。
【００８０】
そして、ステップＳ６０８において、実施例１と同様に、ステップＳ６０７で測定したレンズ１００の３つの球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆの位置座標データを用いて、図５に示すように、基準軸１６０ａとθ軸とで定まる測定座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対する、レンズ１００の３つの球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆで定まる座標系（Ｘ1，Ｙ1，Ｚ1）の偏心量を算出する。
【００８１】
同様に、測定座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対するレンズ１１０の３つの球１１０ｄ等で定まる座標系（Ｘ2，Ｙ2，Ｚ2）の偏心量を算出する。さらに、測定座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対するレンズ１２０の３つの球１２０ｄ等で定まる座標系（Ｘ3，Ｙ3，Ｚ3）の偏心量を算出する。
【００８２】
上述したように、ステップＳ６０５において、座標系（Ｘ1，Ｙ1，Ｚ1）上でのレンズ１００の表面１００ａと裏面１００ｂとの偏心量が求められている。さらに、ステップＳ６０８において、測定座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）上での座標系（Ｘ1，Ｙ1，Ｚ1）の偏心量が求められている。これにより、ステップ６０９において、測定座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対するレンズ１００の表面１００ａと裏面１００ｂとの偏心量を算出できる。
【００８３】
本実施例によれば、各レンズ１００、１１０、１２０間の偏心測定において、鏡枠１０を透過して磁気センサ１９０により各球の位置を測定している。このため、鏡枠１０を構成する移動枠１３０や固定枠１４０に偏心測定用の開口部を設ける必要がない。従って、鏡枠１０を製造する工程を簡素化できるという効果を奏する。
【００８４】
なお、本発明は上述したようなカム構成を有する鏡枠１０に限られない。例えば、鏡枠は、固定枠に対してレンズを固着する固定焦点光学系の構成とすることもできる。このときは、組み込んだ状態の固定焦点光学系の偏心量を測定できるという効果を奏する。
【００８５】
上記各実施例では、基準物として各レンズ１００、１１０、１２０に対して、それぞれ３つの球をレンズ枠１００ｃ、１１０ｃ、１２０ｃの外周に設けている。しかしながら、これに限られず、１つのレンズ枠に対して４つ以上の球を設けても良い。基準物である球の数を増やすことで、複数の基準物により測定データを平均化できる。この結果、各座標系の決定の精度をさらに向上させることができる。
【００８６】
また、基準物は、球または球の一部に限られない。例えば、３次元形状測定機により測定できる形状であり、かつ基準物の表面と裏面と外周面との形状が既知であれば、基準物の形状は問わない。例えば、基準物は、トーリック面からなるラグビーボール状の形状を有していても良い。
【００８７】
また、上記各実施例では、鏡枠１０は３枚のレンズ１００、１１０、１２０を保持している。しかしながら、レンズの枚数はこれに限定されることなく、何枚で構成されていても良い。また、レンズ面は、球面、非球面に加えて自由曲面でも良い。さらに、レンズとは異なる光学素子、例えば、プリズム、ミラー等を備える光学系でも、本実施例と同様に測定できる。加えて、必ずしも鏡枠１０を構成する全ての光学素子に関して偏心測定を行う必要はない。例えば、偏心の影響の寄与度が大きい光学素子だけ偏心測定を行うこともできる。
【００８８】
なお、上記各実施例では、取り付け部１６０の基準軸１６０ａ、即ち固定枠１４０に対する各レンズ１００、１１０、１２０の偏心量を算出している。しかしながら、偏心の定義はこれに限られない。例えば、３次元形状測定機が有する座標系に対して各レンズ面の偏心量を算出しても良い。また、最適軸に対する各レンズ面の偏心量を算出することもできる。最適軸としては、各レンズ面の偏心量の自乗和が最小となるような軸を用いることが望ましい。
【００８９】
さらに、基準物の数を４つ以上に増加させても良いことを述べたが、これとは反対に、２つ以下に減らしても良い。図１２−１、１２−２は、基準物である球の数を上記各実施例に比較して減らしたときの構成例を示す。図１２−１において、レンズ枠１００ｃは、外周に１つの球１００ｄを備えている。また、図１２−２において、レンズ枠１００ｃは、外周に２つの球１００ｄ、１００ｅを備えている。なお、図１２−１、１２−２において、カムピンの記載は省略する。例えば、レンズ枠１００ｃ、１１０ｃ、１２０ｃと、各レンズ１００、１１０、１２０との相対的な位置関係が予め既知の場合がある。この場合は、基準軸と各レンズ１００、１１０、１２０との相対的な位置関係だけを求めればよい。このようなときは、各レンズ枠に対して１つの球または２つの球を形成しておくことで、各レンズ面の偏心量を算出できる。このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変形例をとることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
以上のように、本発明は、偏心測定方法、特に被検面の形状誤差に関わらず、常に高精度に偏心量を測定する偏心測定方法に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】実施例１に係る鏡枠の断面構成を示す図である。
【図２】実施例１のレンズ枠近傍の構成を示す図である。
【図３−１】レンズ枠単体の断面構成を示す図である。
【図３−２】レンズ枠単体の正面構成を示す図である。
【図４−１】レンズ表面の形状測定に関する座標系を示す図である。
【図４−２】レンズ裏面の形状測定に関する座標系を示す図である。
【図４−３】レンズの表面と裏面との座標系を示す図である。
【図５】レンズ枠を鏡枠に組み込んだ状態における各レンズ枠の座標系を示す図である。
【図６】実施例１における偏心測定手順を示すフローチャートである。
【図７】実施例２のレンズ枠近傍の構成を示す図である。
【図８】実施例２の変形例のレンズ枠近傍の構成を示す図である。
【図９】実施例３のレンズ枠近傍の構成を示す図である。
【図１０】実施例１の球の近傍を示す拡大図である。
【図１１】実施例２の球の近傍を示す拡大図である。
【図１２−１】基準物の配置の変形例を示す図である。
【図１２−２】基準物の配置の他の変形例を示す図である。
【図１３】従来技術の偏心測定方法の原理を説明する図である。
【符号の説明】
【００９２】
１００、１１０、１２０ レンズ
１００ａ、１１０ａ、１２０ａ 表面
１００ｂ、１１０ｂ、１２０ｂ 裏面
１００ｃ、１１０ｃ、１２０ｃ レンズ枠
１００ｄ、１１０ｄ、１２０ｄ 第１の球
１００ｅ、１１０ｅ、１２０ｅ 第２の球
１００ｆ、１１０ｆ、１２０ｆ 第３の球
１００ｇ カムピン
１３０ 移動枠
１３０ａ カム溝
１３０ｂ カム溝
１３０ｃ 開口部
１３０ｆ 開口部
１４０ 固定枠
１４０ａ カム溝
１４０ｂ 開口部
１４０ｅ 開口部
１６０ 取り付け部
１６０ａ 基準軸
１７０ プローブ
１７０ａ スタイラス
１８０ 干渉計
１８０ａ 測定光
１９０ 磁気センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子を保持する鏡枠、及びこの鏡枠内の所定位置に配置された光学素子の偏心量を測定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鏡枠内の所定位置に配置された光学系の偏心量を測定する方法が知られている。ここで、測定対象である光学系は、複数のレンズ（複数の被検面）で構成されている。代表的な、偏心測定方法として、オートコリメーション法を用いた技術が提案されている。オートコリメーション法を用いた偏心測定では、測定対象である各被検面の近軸曲率中心位置に、光を照射する。そして、各被検面での反射光の像位置を検出する。更に、像位置に基づいて、所定の基準軸に対する各被検面の偏心を計算する。
【０００３】
ここで、被検面が非球面のときを考える。このとき、被検面の偏心は、近軸曲率中心の位置と、非球面軸の傾きとの両者を測定する必要がある。そこで、測定対象となる光学系が非球面を含んでいるときに、光学系（被検面）の偏心を測定する偏心測定方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１では、図１３に示すように、球面と非球面とから構成される被検レンズ系１の、基準軸２に対する各被検面の偏心を、オートコリメーション法を用いて測定する。ここで、被検面は、４つのレンズ面Ｓ1、Ｓ2、Ｓ3、Ｓ4である。そして、レンズ面Ｓ1、Ｓ3は非球面、レンズ面Ｓ2、Ｓ4は球面である。
【０００４】
まず、被検面が球面のとき、例えばレンズ面Ｓ2については、曲率中心Ｓ2’の像位置を反射光により検出する。これにより、レンズ面Ｓ2の基準軸２に対する偏心量を求める。また、被検面が非球面のとき、例えばレンズ面Ｓ1については、近軸曲率中心Ｓ1’の像位置を反射光により検出する。同時に、レンズ面Ｓ1の非球面軸Ｓ1”から所定距離だけ離れた非球面部分の曲率中心の像位置を検出する。そして、レンズ面Ｓ1の近軸曲率中心Ｓ1’の位置と非球面軸Ｓ1”の傾きとを演算する。この結果、レンズ面Ｓ1の基準軸２に対する偏心を計算する。このようにして、各レンズ面の基準軸に対するチルト量ε1、ε3、シフト量σ1、σ2、σ3、σ4等を求める。
【０００５】
【特許文献１】特開平９−３２５０８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、図１３に示した従来技術では、被検面が非球面のとき、非球面軸から所定距離だけ離れた非球面部分の曲率中心の位置を検出して、非球面軸の傾きを求めている。具体的には、被検面の非球面軸を中心とした、所定の輪帯状部分での反射光の像の重心位置を検出する。そして、像の重心位置に基づいて非球面軸を計算する。ここで、測定した非球面の輪帯状部分が凹凸等の形状誤差を有しているときがある。このような形状誤差があると、反射光の像位置が変化してしまう。このため、被検面の非球面軸を正確に求めることができない。また、被検面の近軸領域に凹凸等の形状誤差が生じているときもある。このとき、近軸曲率中心の像位置が変化してしまう。このため、被検面の近軸曲率中心の位置を正確に求めることができない。従って、従来技術の偏心測定方法は、被検面に形状誤差が存在すると、高精度に偏心量を求めることができずに問題である。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、被検面の形状誤差に関わらず、常に高精度に偏心量を測定できる偏心測定方法、及びこの偏心測定方法に用いる鏡枠を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、第１の本発明によれば、光学素子を保持し、少なくとも３つの基準物を備える第１の枠体と、第１の枠体を支持する第２の枠体とからなることを特徴とする鏡枠を提供できる。
【０００９】
また、本発明の好ましい態様によれば、基準物は、球または半球の形状を有していることが望ましい。さらに、本発明の好ましい態様によれば、第２の枠体は、第１の枠体が備える基準物と対向する位置に開口部を有していることが望ましい。加えて、本発明の好ましい態様によれば、第２の枠体は、複数の第１の枠体を支持することが望ましい。
【００１０】
また、本発明の好ましい態様によれば、第１の枠体の外周部に形成されているカムピンと、第２の枠体の内周部に形成されているカム溝とをさらに有し、第１の枠体は、第２の枠体に対して光学素子の光軸に沿った方向に移動可能に支持されていることが望ましい。さらに、本発明の好ましい態様によれば、第１の枠体は、第２の枠体に対して固着されていることが望ましい。
【００１１】
また、第２の本発明によれば、第１の枠体が備える少なくとも３つの基準物の位置を測定する第１の基準物位置測定工程と、第１の枠体が保持する光学素子の所定面の形状を測定する光学素子形状測定工程と、第１の基準物位置測定工程の測定結果に基づいて第１の枠体に関する測定座標系の位置を計算する測定座標系計算工程と、光学素子形状測定工程の測定結果を測定座標系に座標変換する座標変換計算工程と、第２の枠体により第１の枠体を支持する支持工程と、支持されている第１の枠体の基準物の位置を測定する第２の基準物位置測定工程と、第２の基準物位置測定工程の測定結果に基づいて第１の枠体の基準軸に対する偏心量を算出する第１枠体偏心量計算工程と、基準軸に対する光学素子の偏心量を計算する光学素子偏心量計算工程とを有することを特徴とする偏心測定方法を提供できる。
【００１２】
また、本発明の好ましい態様によれば、基準軸は、前記第２の枠体により定められることが望ましい。さらに、本発明の好ましい態様によれば、基準物は、球または半球の形状を有していることが望ましい。加えて、本発明の好ましい態様によれば、第２の基準物位置測定工程は、第２の枠体を所定軸の回りに回転して基準物の位置を測定することが望ましい。
【００１３】
また、本発明の好ましい態様によれば、第１の基準物位置測定工程と第２の基準物位置測定工程とにおいて、プローブを基準物に接触させて基準物の中心位置を測定することが望ましい。
【００１４】
また、本発明の好ましい態様によれば、第２の基準物位置測定工程において、干渉計により基準物に測定光を照射して基準物の中心位置を測定することが望ましい。
【００１５】
また、本発明の好ましい態様によれば、基準物は磁性体で構成されており、第２の基準物位置測定工程において、磁気センサにより基準物の位置を測定することが望ましい。
【００１６】
また、第３の本発明によれば、少なくとも３つの基準物と光学素子との位置関係を測定する第１の位置関係測定工程と、基準物と枠体との位置関係を測定する第２の位置関係測定工程と、第１の位置関係測定工程の測定結果と第２の位置関係測定工程の測定結果とに基づいて、光学素子の枠体に対する偏心量を計算する偏心量計算工程とを有することが望ましい。
【発明の効果】
【００１７】
第１の本発明によれば、第１の枠体は、レンズ等の光学素子を保持する。また、第１の枠体は、少なくとも３つの基準物を備えている。さらに、第１の枠体は、第２の枠体に支持されている。プローブ等を用いる３次元形状測定機により、光学素子と基準物とを測定する。これにより、光学素子と基準物との相対的な位置関係を計算できる。また、第１の枠体が第２の枠体に支持されている状態で、例えば３次元形状測定機により基準物を測定する。これにより、第２の枠体と第１の枠体との相対的な位置関係を計算できる。そして、第２の枠体と光学素子との相対的な位置関係も計算できる。この結果、本発明によれば被検面である光学素子の形状誤差に関わらず、常に高精度に偏心量を測定できる。
【００１８】
また、第２の本発明によれば、第１の基準物位置測定工程と光学素子形状測定工程により、例えば、３次元形状測定機により、少なくとも３つの基準物と、光学素子の表面形状とをそれぞれ測定する。そして、測定座標系計算工程により、基準物で定まる測定座標系を計算できる。また、座標変換計算工程により、測定座標系に対する光学素子の相対的な位置関係を求めることができる。さらに、第２の基準物位置測定工程では、例えば３次元形状測定機により第２の枠体に支持されている状態の第１の枠体の基準物の位置を測定する。そして、第１枠体偏心量計算工程において、第１の枠体の基準軸に対する相対的な位置関係を計算できる。最後に、光学素子偏心量計算工程により、基準軸に対する光学素子の偏心量を求める。これにより、第２の枠体と光学素子との相対的な位置関係を知ることができる。この結果、本発明によれば、被検面である光学素子の形状誤差に関わらず、高精度に偏心量を測定できるという効果を奏する。
【００１９】
また、第３の本発明によれば、第１の位置関係測定工程により、基準物と光学素子との相対的な位置関係を求めることができる。さらに、第２の位置関係測定工程により、基準物と枠体との相対的な位置関係を求めることができる。そして、偏心量計算工程により、光学素子の枠体に対する偏心量を計算できる。この結果、本発明によれば、被検面である光学素子の形状誤差に関わらず、高精度に偏心量を測定できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、本発明に係る鏡枠及び３次元形状測定方法の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００２１】
図１は、本発明の実施例１に係る鏡枠１０の断面構成を示す。鏡枠１０は、例えば、ズーム機能とフォーカス機能とを有するカメラ用の撮像光学系である。このように、「鏡枠」とは、光学素子と、この光学素子を保持する機構とを含めた、いわゆる鏡筒全体の構成をいう。鏡枠１０は、移動枠１３０と固定枠１４０とから構成されている。固定枠１４０の端部には、マウント１４０ｄが形成されている。固定枠１４０は、マウント１４０ｄを介して、取り付け部１６０に固着されている。また、移動枠１３０は、駆動機構（不図示）により、固定枠１４０に対して光軸（Ｚ軸）に沿った方向に移動可能に支持されている。なお、固定枠１４０と取り付け部１６０とが第２の枠体に対応する。
【００２２】
また、図１において、鏡枠１０の設計上の光軸方向をＺ軸と、Ｚ軸と直交する方向をＸ軸と、Ｚ軸とＸ軸とにそれぞれ直交する方向をＹ軸とする。さらに、Ｚ軸を回転中心とした回転方向をθ軸とする。取り付け部１６０と固定枠１４０とは一体となって、Ｚ軸と平行な基準軸１６０ａを回転中心として、回転駆動部（不図示）によりθ方向に回転可能である。簡単のため、基準軸１６０ａと光軸とは一致したものとして扱う。なお、取り付け部１６０は、任意の位置で回転動作を停止できる。さらに、ロータリーエンコーダ（不図示）は、取り付け部１６０と固定枠１４０とのθ方向の回転角度θを出力する。
【００２３】
また、移動枠１３０の内側には、光学素子である３つのレンズ１００、１１０、１２０が配置されている。まず、レンズ１００について説明する。図３−１は、レンズ１００を保持する断面構成を示す。また、図３−２は、レンズ１００を基準軸１６０ａの方向から見た正面構成を示す。図３−１において、レンズ１００の表面１００ａと、裏面１００ｂとは、それぞれ球面または非球面である。レンズ１００は、レンズ枠１００ｃの内周部に保持されている。レンズ枠１００ｃは第１の枠体に対応する。また、図３−２に示すように、レンズ枠１００ｃの外周部には、基準物である少なくとも３つの球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆが略等間隔に形成されている。さらに、３つの球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆの間には、それぞれ３つのカムピン１００ｇが形成されている。３つの球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆは、それぞれ高い真球度を有する球の形状、または高い真球度の球体の一部、例えば半球の形状である。３つの球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆは、それぞれ接着等によりレンズ枠１００ｃに直接固定する構成、またはネジ等により着脱可能な状態で取り付ける構成とすることができる。さらに、レンズ枠１００ｃが成形品のときは、３つの球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆも同時に一体で成形してもよい。
【００２４】
図１に示すように、レンズ１１０も、レンズ１００と同様に、表面１１０ａと裏面１１０ｂとが球面または非球面からなるレンズである。そして、レンズ１１０は、レンズ枠１１０ｃの内周部に保持されている。レンズ枠１１０ｃは第１の枠体に対応する。また、レンズ枠１１０ｃの外周部には、基準物である少なくとも３つの球１１０ｄ、１１０ｅ、１１０ｆが略等間隔に形成されている。図１では、球１１０ｄのみを示し、他の２つの球は省略する。さらに、３つの球１１０ｄ、１１０ｅ、１１０ｆの間には、それぞれ３つのカムピン１１０ｇが形成されている。
【００２５】
レンズ１２０も、レンズ１００と同様に、表面１２０ａと裏面１２０ｂとが球面または非球面からなるレンズである。そして、レンズ１２０は、レンズ枠１２０ｃの内周部に保持されている。レンズ枠１２０ｃは第１の枠体に対応する。また、レンズ枠１２０ｃの外周部には、基準物である少なくとも３つの球１２０ｄ、１２０ｅ、１２０ｆが略等間隔に形成されている。図１では、球１２０ｄのみを示し、他の２つの球は省略する。さらに、３つの球１２０ｄ、１２０ｅ、１２０ｆの間には、それぞれ３つのカムピン１２０ｇが形成されている。
【００２６】
図１を用いて、さらに説明を続ける。移動枠１３０の内周部には、螺旋状または直線状のカム溝１３０ａ、１３０ｂが形成されている。同様に、固定枠１４０の内周部にもカム溝１４０ａが形成されている。レンズ１００のカムピン１００ｇの先端と、レンズ１１０のカムピン１１０ｇの先端とは、それぞれ移動枠１３０のカム溝１３０ａとカム溝１３０ｂに係合している。またレンズ１２０のカムピン１２０ｇの先端は、固定枠１４０のカム溝１４０ａに係合している。鏡枠１０内の駆動機構（不図示）により、カムピンとカム溝の組み合わせ等からなる既知の方法により、レンズ１００、１１０、１２０はそれぞれ鏡枠１０内の所定位置に光軸方向（基準軸１６０ａ）に沿って移動する。これにより、ズーミング（変倍動作）とフォーカシング（合焦動作）とを行なうことができる。従って、ズーミングやフォーカシングによる異なるレンズ位置における偏心量を測定できるという効果を奏する。
【００２７】
さらに、移動枠１３０には、所定位置に配置されたレンズ１００の３つの球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆと対向する位置に、それぞれ３つの開口部１３０ｃが形成されている。図１では、１つの開口部１３０ｃのみを示し、他の２つの開口部の図示は省略する。また、レンズ１１０の３つの球１１０ｄ、１１０ｅ、１１０ｆと対向する位置に３つの開口部１３０ｆが形成されている。図１では、１つの開口部１３０ｆのみを示し、他の２つの開口部の図示は省略する。
【００２８】
また、固定枠１４０には、レンズ１１０の３つの球１１０ｄ、１１０ｅ、１１０ｆと対向する位置に、それぞれ３つの開口部１４０ｂが形成されている。さらに、固定枠１４０には、レンズ１２０の３つの球１２０ｄ、１２０ｅ、１２０ｆと対向する位置に、それぞれ３つの開口部１４０ｅが形成されている。
【００２９】
次に、上述の鏡枠１０を用いた偏心測定方法の手順を説明する。図６は、本実施例に係る偏心測定方法の手順を示すフローチャートである。まず、ステップＳ６０１からステップＳ６０５までの手順では、レンズ枠１００ｃ、１１０ｃ、１２０ｃを鏡枠１０に組み込む前の、単体の状態で測定を行なう。次に、レンズ枠単体での測定後、レンズ枠１００ｃ、１１０ｃ、１２０ｃを鏡枠１０に組み込む。そして、ステップＳ６０６からステップＳ６０９までの手順において、鏡枠１０に組み込まれた状態のレンズ枠１００ｃ、１１０ｃ、１２０ｃの測定を行なう。
【００３０】
レンズ枠１００ｃ、１１０ｃ、１２０ｃ単体での測定について説明する。なお、３つのレンズ枠１００ｃ、１１０ｃ、１２０ｃのそれぞれについては、同一の測定手順を行なう。このため、レンズ枠１００ｃを代表例にして説明をする。レンズ枠１１０ｃ、１２０ｃについては重複するため説明を省略する。レンズ枠１００ｃ、１１０ｃ、１２０ｃは、第１の枠体に対応する。
【００３１】
まず、レンズ１００の表面１００ａと裏面１００ｂとの偏心測定を行う。レンズ１００の表面１００ａと裏面１００ｂとの偏心測定に関しては、接触式プローブを備える３次元形状測定機を用いる。３次元形状測定機を用いた形状測定の方法は、例えば、特開２０００−４６５４３号公報、及び特開２００２−７１３４４号公報に開示されている方法を用いる。例えば、３次元形状測定機は、レーザ測長光学系とプローブ１７０（図２参照）とを備えている。図３−１に示すＸＹＺ座標系において、レーザ測長光学系とプローブとは、ＸステージとＹステージとにより、Ｘ軸、Ｙ軸方向に移動する。また、レンズ枠１００ｃは、３次元形状測定機の定盤上に固定されている。プローブは、レンズ枠１００ｃのレンズ１００の表面１００ａに沿って、Ｚ軸方向に移動する。レーザ測長光学系は、公知の干渉法によりプローブのＺ座標方向の移動量を測定する。このように、３次元形状測定機は、測定する面上でプローブをＸ軸、Ｙ軸方向に走査して、ＸＹ座標位置でのＺ座標データ列を求める。そして、Ｚ座標データの列に基づいて測定する面の形状測定を行なう。
【００３２】
図６に戻って説明を続ける。ステップＳ６０１において、レンズ１００の表面１００ａの有効範囲内全面の形状と、３つの球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆの表面形状とを同一の座標系で測定する。ステップＳ６０１は、第１の基準物位置測定工程と、光学素子形状測定工程とに対応する。ここで、球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆの表面とは、レンズ１００の表面１００ａと同じ側から観察したときに、認識できる球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆの一部分の領域をいう。具体的には、レンズ１００の表面１００ａを測定しているとき、球１００ｄの表面は、球１００ｄのうち表面１００ａと同じ側の半球部分である。球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆの大きさは、直径が０．５ｍｍ〜５ｍｍ程度の大きさである。なお、以下、全ての基準物としての球の大きさも同様である。
【００３３】
ステップＳ６０２において、３つの球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆの表面の形状測定データに基づいて、各球の中心座標を算出する。ここで、高い真円度の球体によれば、その表面形状から中心座標（曲率中心位置）を正確に求めることができる。従って、基準物として、球または球の一部、例えば半球の形状を用いることで、その中心座標を容易かつ高精度に算出できるという効果を奏する。３つの球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆも真円度の高い球なので、本実施例でも高精度な座標測定ができる。次に、算出した３つの球の中心座標を用いて、図４−１に示すように、レンズ枠１００ｃに関する表面測定座標系（Ｘ1a，Ｙ1a，Ｚ1a）を決定する。また、レンズ１００の表面１００ａの形状測定データを、表面測定座標系（Ｘ1a，Ｙ1a，Ｚ1a）に座標変換する。そして、レンズ１００の表面１００ａの形状及び法線ベクトル（ｘa，ｙa，ｚa）を算出する。ステップＳ６０２は、表面１００ａに関する測定座標系計算工程に対応する。
【００３４】
次に、図６のステップＳ６０３において、レンズ１００の裏面１００ｂ側を表面１００ａと同様に測定する。このため、レンズ１００を反転して３次元形状測定機のプローブに対向して裏面１００ｂを配置する。レンズ１００の裏面１００ｂの有効範囲内全面の形状と、３つの球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆの裏面の形状を同一座標系で測定する。ステップＳ６０３は、第１の基準物位置測定工程と、光学素子形状測定工程とに対応する。ここで、球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆの裏面とは、レンズ１００の裏面１００ｂと同じ側から観察したときに、認識できる球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆの一部分の領域をいう。例えば、レンズ１００の裏面１００ｂを測定しているとき、球１００ｄの裏面は、球１００ｄのうち裏面１００ｂと同じ側の半球部分である。
【００３５】
ステップＳ６０４において、測定した３つの球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆの裏面（ステップＳ６０１で測定した面と反対側の面）の形状測定データに基づいて、各球の中心座標を算出する。次に、算出した３つの球の中心座標を用いて、図４−２に示すように、裏面測定座標系（Ｘ1b，Ｙ1b，Ｚ1b）を決定する。また、レンズ１００の裏面１００ｂの形状測定データを、裏面測定座標系（Ｘ1b，Ｙ1b，Ｚ1b）に座標変換する。そして、レンズ１００の裏面１００ｂの形状及び法線ベクトル（ｘb，ｙb，ｚb）を算出する。ステップＳ６０４は、裏面１００ｂに関する測定座標系計算工程に対応する。
【００３６】
３つの球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆは、それぞれ高い真球度を有している。このため、表面の中心位置と裏面の中心位置とは各々一致する。そして、ステップＳ６０５において、ステップＳ６０２とステップＳ６０４とで算出したデータを用いて、図４−３に示すように、表面測定座標系と裏面測定座標系とを同一座標系（Ｘ1，Ｙ1，Ｚ1）に座標変換する。この座標系（Ｘ1，Ｙ1，Ｚ1）において、レンズ１００の表面１００ａの形状及び法線ベクトル（Ｘa，Ｙa，Ｚa）と、裏面１００ｂの形状及び法線ベクトル（Ｘb，Ｙb，Ｚb）の位置関係を算出する。これにより、３つの球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆで定まる座標系（Ｘ1，Ｙ1，Ｚ1）に対するレンズ１００の表面１００ａと裏面１００ｂとの相対的な位置関係、即ち偏心量を求めることができる。ステップＳ６０５は、座標変換計算工程に対応する。
【００３７】
レンズ枠１１０ｃと、レンズ枠１２０ｃとについても、それぞれレンズ１１０、１２０を保持した状態で、レンズ枠１００ｃと同一の手順でステップＳ６０１〜Ｓ６０５までの測定を行なう。これにより、３つのレンズ１００、１１０、１２０に関して、それぞれレンズ枠１００ｃ、１１０ｃ、１２０ｃにおける相対的な位置関係を計算できる。
【００３８】
次に、ステップＳ６０６において、３つのレンズ枠１００ｃ、１１０ｃ、１２０ｃを鏡枠１０内に組み込こむ。これにより、鏡枠１０は、図１に示すような、撮像光学系としての構成となる。ステップＳ６０６は、支持工程に対応する。また、以下のステップＳ６０７〜Ｓ６０９においても、上述した接触式のプローブを有する３次元形状測定機を用いる。
【００３９】
ステップＳ６０７において、レンズ１００、１１０、１２０をそれぞれ保持しているレンズ枠１００ｃ、１１０ｃ、１２０ｃの基準物である球を測定する。ステップＳ６０７は、第２の基準物位置測定工程に対応する。なお、３つのレンズ枠１００ｃ、１１０ｃ、１２０ｃのそれぞれについては、同一の測定手順を行なう。
【００４０】
図２は、レンズ枠１００ｃに関する測定を行なうときの、レンズ枠１００ｃ近傍の構成を示す。固定枠１４０及び取り付け部１６０等の構成の図示は省略する。レンズ枠１００ｃの球１００ｄの外周面が、３次元形状測定機（不図示）のプローブ１７０に対向するように、取り付け部１６０（図１参照）をθ方向に回転する。球１００ｄに対向する移動枠１３０の位置には、開口部１３０ｃが形成されている。同様に、残りの２つの球１００ｅ、１００ｆに対向する移動枠１３０の位置にも、それぞれ開口部（不図示）が形成されている。このように、移動枠１３０（第２の枠体に対応）に開口部を設けることで、接触式の３次元形状測定機を用いることができるという効果を奏する。
【００４１】
次に、３次元形状測定機のプローブ１７０のスタイラス１７０ａを、移動枠１３０の開口部１３０ｃを通して、球１００ｄの表面に接触させる。そして、プローブ１７０をＸＹ座標面内で走査すると共に、球１００ｄの形状に沿ってＺ軸方向に移動させる。スタイラス１７０ａの移動量は、レーザ測長光学系（不図示）により測定される。これにより、球１００ｄの外周面の形状を測定する。
【００４２】
その後、レンズ１００の他の球１００ｅがプローブ１７０に対向するように、取り付け部１６０を基準軸１６０ａの回りに回転させる。そして、移動枠１３０の他の開口部（不図示）を通して、プローブ１７０により第２の球１００ｅの外周面の形状を測定する。さらに、レンズ１００の他の球１００ｆがプローブ１７０に対向するように、取り付け部１６０を基準軸１６０ａの回りに回転させる。そして、移動枠１３０のさらに他の開口部（不図示）を通して、プローブ１７０により第３の球１００ｆの外周面の形状を測定する。ここで、球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆの外周面とは、基準軸１６０ａと直交し、球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆの中心を通る半径方向の外側から見える球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆの一部分の表面領域をいう。
【００４３】
スタイラス１７０ａが接触する領域の大きさを説明する。図１０は、球１００ｄを拡大して示す。レンズ枠１００ｃ（基準軸１６０ａ）に略垂直であり、球１００ｄの中心ＣＴを通る軸ＸＧを考える。軸ＸＧを基準として中心ＣＴを見込む角度θＳが、２０°≦θＳ≦４５°の条件を満足することが望ましい。このような領域をスタイラス１７０ａで測定することで、中心ＣＴの位置を高精度に算出できる。
【００４４】
図１に戻って説明を続ける。レンズ１００の３つの球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆの外周面の形状測定に続けて、次に、第２のレンズ枠１１０ｃの３つの球１１０ｄ、１１０ｅ、１１０ｆ（１１０ｅ、１１０ｆの２つは不図示）の外周形状を測定する。球１１０ｄに対向する移動枠１３０の位置には、開口部１３０ｆ（他の２つの開口部は不図示）が形成されている。同様に、球１１０ｄに対向する固定枠１４０の位置には、開口部１４０ｂ（他の２つの開口部は不図示）が形成されている。そして、固定枠１４０の開口部１４０ｂと、移動枠１３０の開口部１３０ｆとを通して、プローブ１７０により第１の球１１０ｄの外周面の形状を測定する。
【００４５】
その後、レンズ１１０の第２の球１１０ｅ（不図示）がプローブ１７０に対向するように、取り付け部１６０を基準軸１６０ａの回りに回転させる。そして、固定枠１４０と移動枠１３０との他の開口部（不図示）を通して、プローブ１７０により第２の球１１０ｅの外周面の形状を測定する。さらに、レンズ１１０の第３の球１１０ｆ（不図示）がプローブ１７０に対向するように、取り付け部１６０を基準軸１６０ａの回りに回転させる。そして、固定枠１４０と移動枠１３０とのさらに他の開口部（不図示）を通して、プローブ１７０により第３の球１１０ｆの外周面の形状を測定する。
【００４６】
レンズ１１０の３つの球１１０ｄ等の外周面の形状測定に続けて、次に、第３のレンズ枠１２０ｃの３つの球１２０ｄ、１２０ｅ、１２０ｆ（１２０ｅ、１２０ｆの２つは不図示）の外周形状を測定する。球１２０ｄに対向する固定枠１４０の位置には、開口部１４０ｅ（他の２つの開口部は不図示）が形成されている。そして、固定枠１４０の開口部１４０ｅを通して、プローブ１７０により第１の球１２０ｄの外周面の形状を測定する。
【００４７】
その後、レンズ１２０の第２の球１２０ｅ（不図示）がプローブ１７０に対向するように、取り付け部１６０を基準軸１６０ａの回りに回転させる。そして、固定枠１４０の他の開口部（不図示）を通して、プローブ１７０により第２の球１２０ｅの外周面の形状を測定する。さらに、レンズ１２０の第３の球１２０ｆ（不図示）がプローブ１７０に対向するように、取り付け部１６０を基準軸１６０ａの回りに回転させる。そして、固定枠１４０のさらに他の開口部（不図示）を通して、プローブ１７０により第３の球１２０ｆの外周面の形状を測定する。
【００４８】
ステップＳ６０８において、ステップＳ６０７で測定したレンズ１００の３つの球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆの外周面の形状測定データから、各球の中心座標を算出する。そして、算出した３つの球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆの中心座標を用いて、図５に示すように、基準軸１６０ａとθ軸とで定まる測定座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対する、レンズ１００の３つの球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆで定まる座標系（Ｘ1，Ｙ1，Ｚ1）の偏心量を算出する。ステップＳ６０８は、第１枠体偏心量計算工程に対応する。
【００４９】
同様に、測定座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対するレンズ１１０の３つの球１１０ｄ等で定まる座標系（Ｘ2，Ｙ2，Ｚ2）の偏心量を算出する。さらに、測定座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対するレンズ１２０の３つの球１２０ｄ等で定まる座標系（Ｘ3，Ｙ3，Ｚ3）の偏心量を算出する。
【００５０】
ここで、各レンズ１００、１１０、１２０の３つの球は、それぞれ高い真球度を有している。このため、表面の中心位置と、裏面の中心位置と、外周面の中心位置とは、各々一致する。上述したように、ステップＳ６０５において、座標系（Ｘ1，Ｙ1，Ｚ1）上でのレンズ１００の表面１００ａと裏面１００ｂとの偏心量が求められている。さらに、ステップＳ６０８において、測定座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）上での座標系（Ｘ1，Ｙ1，Ｚ1）の偏心量が求められている。これにより、ステップ６０９において、測定座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対するレンズ１００の表面１００ａと裏面１００ｂとの偏心量を算出できる。ステップＳ６０９は、光学素子偏心量計算工程に対応する。レンズ１００と同様にして、測定座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）上での、レンズ１１０の表面１１０ａと裏面１１０ｂとの偏心量を算出できる。さらに、レンズ１００と同様にして、測定座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）上での、レンズ１２０の表面１２０ａと裏面１２０ｂとの偏心量を算出できる。
【００５１】
本実施例によれば、鏡枠１０内の所定位置に配置されたレンズ１００、１１０、１２０の偏心量（被検面の形状及び法線ベクトル）を、各レンズ面の有効範囲全面の形状測定データから求めている。このため、レンズ面に形状誤差が存在しているときでも、この形状誤差も含めたレンズ面の形状測定データを得ることができる。そして、レンズ面の形状測定データから法線ベクトルを求めることができる。従って、レンズ面に形状誤差が存在していても、その形状誤差に影響されることなく、形状誤差を加味した上で偏心量を算出できる。なお、レンズ面の形状は、球面及び非球面のいずれもでも良い。
【００５２】
また、本実施例では、レンズ１００、１１０、１２０の単体での表面と裏面との偏心測定（ステップＳ６０１〜Ｓ６０５）と、鏡枠１０内の所定位置に保持された各レンズ１００、１１０、１２０間の偏心測定（ステップＳ６０６〜Ｓ６０９）とを同一の３次元形状測定機で行っている。このため、１台の３次元形状測定機を用いれば良い。この結果、複数の新たな３次元形状測定機を必要としないので簡便な構成で済む。
【実施例２】
【００５３】
図７は、本発明の実施例２において、レンズ枠１００ｃに関する測定を行なうときの、レンズ枠１００ｃ近傍の構成を示す。固定枠１４０及び取り付け部１６０等の構成の図示は省略する。上記実施例１では、接触式のプローブ１７０を用いてレンズや基準物の表面形状を測定している。これに対して、本実施例では、非接触式のレーザ干渉計により基準物の位置を測定する点が異なる。上記実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００５４】
レーザ光源（不図示）を備える干渉計１８０は、収束光である測定光１８０ａを球１００ｄに照射する。球１００ｄからの反射光（測定光）と、参照光とにより生ずる干渉縞を検出器（不図示）で検出する。参照光は、干渉計１８０内の参照面からの反射光である。参照面は高い面精度を有する。測定光１８０ａの集光位置についてさらに説明する。
【００５５】
図１１は、球１００ｄ近傍の拡大図である。球１００ｄ等の表面は、干渉計１８０内の参照面と同程度の曲率半径を有することが望ましい。このため、球１００ｄ等の反射率が参照面の反射率と大きく異なる場合は、反射防止膜あるいは反射膜を、球１００ｄ等の表面に形成することが望ましい。測定光は２通りの集光位置が考えられる。１番目の集光位置は、いわゆるキャッツアイ・ポイントＣＥである。２番目の集光位置は球１００ｄの曲率中心位置ＣＴである。測定光Ｌ１は、キャッツアイ・ポイントＣＥへ集光する状態を示す。測定光Ｌ２は、曲率中心ＣＴへ集光する状態を示す。ここで、測定光はキャッツアイ・ポイントＣＥへ集光させるときに比較して曲率中心位置ＣＴ（中心座標）へ集光させるほうが測定感度が高い。従って、好ましくは、測定光Ｌ２のような曲率中心位置ＣＴへ収束する光を球１００ｄに照射することが望ましい。
【００５６】
測定光１８０ａの集光点と、高い真球度を有する球１００ｄの曲率中心とが正確に一致すると、検出される干渉縞が最も少ない状態、即ち縞一色のヌル状態になる。これに対して、測定光１８０ａの集光点と球１００ｄの曲率中心とがずれていると、ずれ量に応じた干渉縞が測定される。干渉計１８０は、図７におけるＺ座標方向とＸ座標方向とに移動可能に構成されている。干渉計１８０を移動させながら、干渉縞の変化の様子を検出する。そして、干渉縞がヌル状態となったときの干渉計１８０の位置を測定する。これにより、干渉計１８０と球１００ｄとの相対的な位置関係を算出できる。
【００５７】
次に、本実施例に係る偏心測定方法を説明する。ステップＳ６０１〜Ｓ６０６までの測定手順は、上記実施例１と同一である。つまり、レンズ枠１００ｃ、１１０ｃ、１２０ｃを鏡枠１０へ組み込む前の状態で、３次元形状測定機により、レンズ枠１００ｃに関して、保持されているレンズ１００と球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆとの表面を測定する。レンズ枠１１０ｃ、１２０ｃに関しても同様の測定を行なう。次に、３つのレンズ枠１００ｃ、１１０ｃ、１２０ｃを鏡枠１０に組み込む。
【００５８】
ステップＳ６０７において、図７に示すように、レンズ１００の球１００ｄの外周面が干渉計１８０に対向するように、取り付け部１６０を基準軸１６０ａの回り（θ方向）に回転する。この状態で、干渉計１８０の測定光１８０ａを、移動枠１３０の開口部１３０ｃを通して、球１００ｄの外周面に照射する。干渉計１８０をＸ軸方向とＺ軸方向に移動すると共に、取り付け部１６０をθ方向に回転させる。そして、球１００ｄの外周面での反射光による干渉縞が最も少なくなるように、干渉計１８０の位置および取り付け部１６０の回転角度θを微調整する。上述したように、この状態では干渉計１８０からの測定光の集光位置と、球１００ｄの曲率中心位置ＣＴとが一致している。
【００５９】
このときの干渉計１８０の（Ｘ，Ｚ）座標と取り付け部１６０のθ座標とを測定する。干渉計１８０の（Ｘ，Ｚ）座標と取り付け部１６０のθ座標とは、球１００ｄの曲率中心位置ＣＴの座標に対応する。次に、レンズ１００の第２の球１００ｅが干渉計１８０に対向するように、取り付け部１６０を基準軸１６０ａの回り（θ方向）に回転させる。そして、移動枠１３０の他の開口部（不図示）を通して、球１００ｅの外周面での反射光による干渉測定を行なう。このとき、検出される干渉縞が最も少なくなるように、干渉計１８０の位置と取り付け部１６０の回転角度とを微調整する。そして、球１００ｅの曲率中心位置ＣＴの座標を測定する。
【００６０】
さらに、レンズ１００の第３の球１００ｆが干渉計１８０に対向するように、取り付け部１６０を基準軸１６０ａの回り（θ方向）に回転させる。そして、干渉計１８０からの測定光１８０ａを、移動枠１３０のさらに他の開口部（不図示）を通して、球１００ｆの外周面からの反射光による干渉測定を行なう。このとき、検出される干渉縞が最も少なくなるように、干渉計１８０の位置と取り付け部１６０の回転角度とを微調整する。そして、球１００ｆの曲率中心位置ＣＴの座標を測定する。
【００６１】
ここで、球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆの外周面とは、基準軸１６０ａと直交し、球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆの中心を通る半径方向の外側から見える球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆの一部分の表面領域をいう。
【００６２】
第１のレンズ枠１００ｃの３つの球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆの曲率中心位置の測定に続いて、第２のレンズ枠１１０ｃについて測定を行なう。図１に示すように、第２のレンズ枠１１０ｃに関して、固定枠１４０の開口部１４０ｂと移動枠１３０の開口部１３０ｆとを通して、干渉計１８０により球１１０ｄの曲率中心位置の座標を干渉測定する。第２のレンズ枠１１０ｃの他の２つの球に関しても同様に干渉測定を行なって、それぞれの曲率中心位置の座標を測定する。
【００６３】
さらに、第３のレンズ枠１２０ｃに関して、固定枠１４０の開口部１４０ｅを通して、干渉計１８０により測定を行う。この測定では、レンズ１２０の球１２０ｄについて、その曲率中心位置の座標を干渉測定する。また、他の２つの球に関しても同様の干渉測定により、それぞれの曲率中心位置の座標を測定する。
【００６４】
そして、ステップＳ６０８において、実施例１と同様に、ステップＳ６０７で測定したレンズ１００の３つの球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆの中心座標データを用いて、図５に示すように、基準軸１６０ａとθ軸とで定まる測定座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対する、レンズ１００の３つの球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆで定まる座標系（Ｘ1，Ｙ1，Ｚ1）の偏心量を算出する。
【００６５】
同様に、測定座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対するレンズ１１０の３つの球１１０ｄ等で定まる座標系（Ｘ2，Ｙ2，Ｚ2）の偏心量を算出する。さらに、測定座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対するレンズ１２０の３つの球１２０ｄ等で定まる座標系（Ｘ3，Ｙ3，Ｚ3）の偏心量を算出する。
【００６６】
上述したように、ステップＳ６０５において、座標系（Ｘ1，Ｙ1，Ｚ1）上でのレンズ１００の表面１００ａと裏面１００ｂとの偏心量が求められている。さらに、ステップＳ６０８において、測定座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）上での座標系（Ｘ1，Ｙ1，Ｚ1）の偏心量が求められている。これにより、ステップ６０９において、測定座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対するレンズ１００の表面１００ａと裏面１００ｂとの偏心量を算出できる。レンズ１１０、１２０についても同様である。
【００６７】
本実施例によれば、各レンズ１００、１１０，１２０間の偏心測定において、干渉計１８０により各球１００ｄ等の曲率中心位置を直接測定している。このため、基準物である球の外周面の形状を測定する必要がない。従って、上記実施例１に比較して、短い測定時間で偏心測定を行なうことができるという効果を奏する。
【００６８】
また、本実施例では、取り付け部１６０の基準軸１６０ａに対する各被検面の偏心を算出している。しかしながら、実施例１と同様に、偏心の定義はこれに限らない。例えば、干渉計１８０の移動軸（Ｘ軸およびＺ軸）で規定される座標系に対する各レンズ面の偏心量を算出しても良い。さらに、本実施例では、取り付け部１６０により鏡枠１０をθ方向に回転させている。しかしながら、これに限られず、干渉計１８０を、基準軸１６０ａの回りにθ方向に回転させること、または鏡枠１０と干渉計１８０との両方を相対的にθ方向に回転させることのいずれでも、本実施例と同様の偏心測定が可能である。
【００６９】
（変形例）
次に、本実施例の変形例を説明する。図８は、変形例における移動枠１３０をＸ軸方向から見た図である。図８において、干渉計１８０は省略する。移動枠１３０内のレンズ１００は、移動機構（不図示）により、レンズ枠１００ｃの３つのカムピン１００ｇが、移動枠１３０のカム溝１３０ａに沿って移動できる。これにより、レンズ１００は、移動枠１３０内を回転しながら光軸方向に移動する。このとき、レンズ枠１００ｃの球１００ｄは、図８に示す矢印の方向に螺旋状に移動する。移動枠１３０の開口部１３０ｃは、球１００ｄの移動範囲に合わせた螺旋状の長穴として構成する。移動枠１３０の他の２つの開口部（不図示）についても同様の螺旋状の長穴とする。そして、レンズ１００の他の２つの球に対応する位置に、それぞれ別の干渉計を配置する。このように、本変形例では、合計３台の干渉計を用いる。
【００７０】
そして、移動枠１３０に対してレンズ１００を移動させる。レンズの移動に合わせて、３台の干渉計の位置と取り付け部１６０の回転角度とを調整する。ここで、レンズ１００が移動しているときの３つの球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆの位置を、それぞれ３台の干渉計により連続して干渉測定する。これにより、レンズ１００の移動に伴う偏心量の変化を連続的に逐次測定することが可能となる。
【００７１】
また、レンズ１００が移動枠１３０内を光軸方向に沿って直線状に移動するときは、移動枠１３０に形成する開口部１３０ｃ等の形状も光軸方向に沿って長手方向を有する長穴とする。これにより、レンズ１００の移動に伴う偏心量の変化を連続的に逐次測定することが可能となる。以上説明したように、本変形例では、鏡枠１０内の所定位置に配置された各レンズに関して、鏡枠１０内での移動に伴う偏心量の変化を連続的に逐次測定できるという効果を奏する。
【実施例３】
【００７２】
図９は、本発明の実施例３において、レンズ枠１００ｃに関する測定を行なうときの、レンズ枠１００ｃ近傍の構成を示す。固定枠１４０及び取り付け部１６０等の構成の図示は省略する。上記実施例１では、接触式のプローブ１７０を用いてレンズや基準物の表面形状を測定している。これに対して、本実施例では、非接触式の磁気センサ１９０により基準物の位置を測定する点が異なる。上記実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００７３】
本実施例では、各レンズ枠１００ｃ、１１０ｃ、１２０ｃの外周に設けた基準物である３つの球は、磁性体、例えば磁石で構成されている。本実施例では、ステップＳ６０７において、３次元形状測定機のプローブ１７０（図２）の代わりに、磁気センサ１９０を用いている。磁気センサ１９０は、磁界の強さを検出する。磁界の強さは、磁石で構成される球１００ｄと磁気センサ１９０との距離に対応する。このため、磁気センサ１９０は、球１００ｄとの距離を検出できる。また、磁気センサ１９０は、Ｘ軸方向とＺ軸方向とに移動可能に構成されている。
【００７４】
次に、本実施例に係る偏心測定方法を説明する。ステップＳ６０１〜Ｓ６０６までの測定手順は、上記実施例１と同一である。つまり、レンズ枠１００ｃ、１１０ｃ、１２０ｃを鏡枠１０へ組み込む前の状態で、３次元形状測定機により、レンズ枠１００ｃに関して、保持されているレンズ１００と球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆとの表面を測定する。レンズ枠１１０ｃ、１２０ｃに関しても同様の測定を行なう。次に、３つのレンズ枠１００ｃ、１１０ｃ、１２０ｃを鏡枠１０に組み込む。
【００７５】
ステップＳ６０７において、図９に示すように、レンズ１００の球１００ｄの外周面が、磁気センサ１９０に対向するように取り付け部１６０を基準軸１６０ａの回り（θ方向）に回転する。この状態で、磁気センサ１９０をＺ軸方向に移動すると共に、取り付け部１６０をθ方向に回転させる。そして、磁気センサ１９０により検出される磁界の強さが最大となるように、磁気センサ１９０の位置および取り付け部１６０の回転角度θを微調整する。このときの磁気センサ１９０のＺ座標と磁界の強さ、及び取り付け部１８０のθ座標を測定する。
【００７６】
磁気センサ１９０のＺ座標と取り付け部１６０のθ座標とは、基準軸１６０ａに対する球１００ｄの方向に対応している。また、磁界の強さは、磁気センサ１９０と球１００ｄとの距離に対応している。その後、レンズ１００の第２の球１００ｅが磁気センサ１９０に対向するように、取り付け部１６０を基準軸１６０ａの回りのθ方向に回転させる。磁気センサ１９０により検出される磁界の強さが最大となるように、磁気センサ１９０のＺ軸方向の位置および取り付け部１６の回転角度を微調整する。そして、球１００ｅの位置の座標を測定する。
【００７７】
さらに、レンズ１００の第３の球１００ｆが磁気センサ１９０に対向するように、取り付け部１６０を基準軸１６０ａの回りのθ方向に回転させる。そして、磁気センサ１９０により検出される磁界の強さが最大となるように、磁気センサ１９０のＺ軸方向の位置および取り付け部１６０の回転角度θを微調整する。そして、球１００ｆの位置の座標を測定する。
【００７８】
第１のレンズ枠１００ｃの３つの球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆの位置座標の測定に続いて、第２のレンズ枠１１０ｃについての測定を行なう。第２のレンズ枠１１０ｃに関して、磁気センサ１９０により球１１０ｄの位置座標を非接触で測定する。第２のレンズ枠１１０ｃの他の２つの球に関しても同様に非接触で測定を行なって、それぞれの位置座標を測定する。
【００７９】
さらに、第３のレンズ枠１２０ｃに関して、磁気センサ１９０によりレンズ１２０の球１２０ｄを非接触で測定する。また、他の２つの球に関しても同様の非接触測定により、それぞれの位置座標を測定する。
【００８０】
そして、ステップＳ６０８において、実施例１と同様に、ステップＳ６０７で測定したレンズ１００の３つの球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆの位置座標データを用いて、図５に示すように、基準軸１６０ａとθ軸とで定まる測定座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対する、レンズ１００の３つの球１００ｄ、１００ｅ、１００ｆで定まる座標系（Ｘ1，Ｙ1，Ｚ1）の偏心量を算出する。
【００８１】
同様に、測定座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対するレンズ１１０の３つの球１１０ｄ等で定まる座標系（Ｘ2，Ｙ2，Ｚ2）の偏心量を算出する。さらに、測定座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対するレンズ１２０の３つの球１２０ｄ等で定まる座標系（Ｘ3，Ｙ3，Ｚ3）の偏心量を算出する。
【００８２】
上述したように、ステップＳ６０５において、座標系（Ｘ1，Ｙ1，Ｚ1）上でのレンズ１００の表面１００ａと裏面１００ｂとの偏心量が求められている。さらに、ステップＳ６０８において、測定座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）上での座標系（Ｘ1，Ｙ1，Ｚ1）の偏心量が求められている。これにより、ステップ６０９において、測定座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対するレンズ１００の表面１００ａと裏面１００ｂとの偏心量を算出できる。
【００８３】
本実施例によれば、各レンズ１００、１１０、１２０間の偏心測定において、鏡枠１０を透過して磁気センサ１９０により各球の位置を測定している。このため、鏡枠１０を構成する移動枠１３０や固定枠１４０に偏心測定用の開口部を設ける必要がない。従って、鏡枠１０を製造する工程を簡素化できるという効果を奏する。
【００８４】
なお、本発明は上述したようなカム構成を有する鏡枠１０に限られない。例えば、鏡枠は、固定枠に対してレンズを固着する固定焦点光学系の構成とすることもできる。このときは、組み込んだ状態の固定焦点光学系の偏心量を測定できるという効果を奏する。
【００８５】
上記各実施例では、基準物として各レンズ１００、１１０、１２０に対して、それぞれ３つの球をレンズ枠１００ｃ、１１０ｃ、１２０ｃの外周に設けている。しかしながら、これに限られず、１つのレンズ枠に対して４つ以上の球を設けても良い。基準物である球の数を増やすことで、複数の基準物により測定データを平均化できる。この結果、各座標系の決定の精度をさらに向上させることができる。
【００８６】
また、基準物は、球または球の一部に限られない。例えば、３次元形状測定機により測定できる形状であり、かつ基準物の表面と裏面と外周面との形状が既知であれば、基準物の形状は問わない。例えば、基準物は、トーリック面からなるラグビーボール状の形状を有していても良い。
【００８７】
また、上記各実施例では、鏡枠１０は３枚のレンズ１００、１１０、１２０を保持している。しかしながら、レンズの枚数はこれに限定されることなく、何枚で構成されていても良い。また、レンズ面は、球面、非球面に加えて自由曲面でも良い。さらに、レンズとは異なる光学素子、例えば、プリズム、ミラー等を備える光学系でも、本実施例と同様に測定できる。加えて、必ずしも鏡枠１０を構成する全ての光学素子に関して偏心測定を行う必要はない。例えば、偏心の影響の寄与度が大きい光学素子だけ偏心測定を行うこともできる。
【００８８】
なお、上記各実施例では、取り付け部１６０の基準軸１６０ａ、即ち固定枠１４０に対する各レンズ１００、１１０、１２０の偏心量を算出している。しかしながら、偏心の定義はこれに限られない。例えば、３次元形状測定機が有する座標系に対して各レンズ面の偏心量を算出しても良い。また、最適軸に対する各レンズ面の偏心量を算出することもできる。最適軸としては、各レンズ面の偏心量の自乗和が最小となるような軸を用いることが望ましい。
【００８９】
さらに、基準物の数を４つ以上に増加させても良いことを述べたが、これとは反対に、２つ以下に減らしても良い。図１２−１、１２−２は、基準物である球の数を上記各実施例に比較して減らしたときの構成例を示す。図１２−１において、レンズ枠１００ｃは、外周に１つの球１００ｄを備えている。また、図１２−２において、レンズ枠１００ｃは、外周に２つの球１００ｄ、１００ｅを備えている。なお、図１２−１、１２−２において、カムピンの記載は省略する。例えば、レンズ枠１００ｃ、１１０ｃ、１２０ｃと、各レンズ１００、１１０、１２０との相対的な位置関係が予め既知の場合がある。この場合は、基準軸と各レンズ１００、１１０、１２０との相対的な位置関係だけを求めればよい。このようなときは、各レンズ枠に対して１つの球または２つの球を形成しておくことで、各レンズ面の偏心量を算出できる。このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変形例をとることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
以上のように、本発明は、偏心測定方法、特に被検面の形状誤差に関わらず、常に高精度に偏心量を測定する偏心測定方法に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】実施例１に係る鏡枠の断面構成を示す図である。
【図２】実施例１のレンズ枠近傍の構成を示す図である。
【図３−１】レンズ枠単体の断面構成を示す図である。
【図３−２】レンズ枠単体の正面構成を示す図である。
【図４−１】レンズ表面の形状測定に関する座標系を示す図である。
【図４−２】レンズ裏面の形状測定に関する座標系を示す図である。
【図４−３】レンズの表面と裏面との座標系を示す図である。
【図５】レンズ枠を鏡枠に組み込んだ状態における各レンズ枠の座標系を示す図である。
【図６】実施例１における偏心測定手順を示すフローチャートである。
【図７】実施例２のレンズ枠近傍の構成を示す図である。
【図８】実施例２の変形例のレンズ枠近傍の構成を示す図である。
【図９】実施例３のレンズ枠近傍の構成を示す図である。
【図１０】実施例１の球の近傍を示す拡大図である。
【図１１】実施例２の球の近傍を示す拡大図である。
【図１２−１】基準物の配置の変形例を示す図である。
【図１２−２】基準物の配置の他の変形例を示す図である。
【図１３】従来技術の偏心測定方法の原理を説明する図である。
【符号の説明】
【００９２】
１００、１１０、１２０ レンズ
１００ａ、１１０ａ、１２０ａ 表面
１００ｂ、１１０ｂ、１２０ｂ 裏面
１００ｃ、１１０ｃ、１２０ｃ レンズ枠
１００ｄ、１１０ｄ、１２０ｄ 第１の球
１００ｅ、１１０ｅ、１２０ｅ 第２の球
１００ｆ、１１０ｆ、１２０ｆ 第３の球
１００ｇ カムピン
１３０ 移動枠
１３０ａ カム溝
１３０ｂ カム溝
１３０ｃ 開口部
１３０ｆ 開口部
１４０ 固定枠
１４０ａ カム溝
１４０ｂ 開口部
１４０ｅ 開口部
１６０ 取り付け部
１６０ａ 基準軸
１７０ プローブ
１７０ａ スタイラス
１８０ 干渉計
１８０ａ 測定光
１９０ 磁気センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学素子を保持し、少なくとも３つの基準物を備える第１の枠体と、
前記第１の枠体を支持する第２の枠体とからなることを特徴とする鏡枠。
【請求項２】
前記基準物は、球または半球の形状を有していることを特徴とする請求項１に記載の鏡枠。
【請求項３】
前記第２の枠体は、前記第１の枠体が備える前記基準物と対向する位置に開口部を有していることを特徴とする請求項２に記載の鏡枠。
【請求項４】
前記第２の枠体は、複数の前記第１の枠体を支持することを特徴とする請求項１に記載の鏡枠。
【請求項５】
前記第１の枠体の外周部に形成されているカムピンと、
前記第２の枠体の内周部に形成されているカム溝とをさらに有し、
前記第１の枠体は、前記第２の枠体に対して前記光学素子の光軸に沿った方向に移動可能に支持されていることを特徴とする請求項１に記載の鏡枠。
【請求項６】
前記第１の枠体は、前記第２の枠体に対して固着されていることを特徴とする請求項１に記載の鏡枠。
【請求項７】
第１の枠体が備える少なくとも３つの基準物の位置を測定する第１の基準物位置測定工程と、
前記第１の枠体が保持する光学素子の所定面の形状を測定する光学素子形状測定工程と、
前記第１の基準物位置測定工程の測定結果に基づいて前記第１の枠体に関する測定座標系の位置を計算する測定座標系計算工程と、
前記光学素子形状測定工程の測定結果を前記測定座標系に座標変換する座標変換計算工程と、
第２の枠体により前記第１の枠体を支持する支持工程と、
支持されている前記第１の枠体の前記基準物の位置を測定する第２の基準物位置測定工程と、
前記第２の基準物位置測定工程の測定結果に基づいて前記第１の枠体の基準軸に対する偏心量を算出する第１枠体偏心量計算工程と、
前記基準軸に対する前記光学素子の偏心量を計算する光学素子偏心量計算工程とを有することを特徴とする偏心測定方法。
【請求項８】
前記基準軸は、前記第２の枠体により定められることを特徴とする請求項７に記載の偏心測定方法。
【請求項９】
前記基準物は、球または半球の形状を有していることを特徴とする請求項７に記載の偏心測定方法。
【請求項１０】
第２の基準物位置測定工程は、前記第２の枠体を所定軸の回りに回転して前記基準物の位置を測定することを特徴とする請求項７に記載の偏心測定方法。
【請求項１１】
前記第１の基準物位置測定工程と前記第２の基準物位置測定工程とにおいて、プローブを前記基準物に接触させて前記基準物の中心位置を測定することを特徴とする請求項７に記載の偏心測定方法。
【請求項１２】
前記第２の基準物位置測定工程において、干渉計により前記基準物に測定光を照射して前記基準物の中心位置を測定することを特徴とする請求項７に記載の偏心測定方法。
【請求項１３】
前記基準物は磁性体で構成されており、
前記第２の基準物位置測定工程において、磁気センサにより前記基準物の位置を測定することを特徴とする請求項７に記載の偏心測定方法。
【請求項１４】
少なくとも３つの基準物と光学素子との位置関係を測定する第１の位置関係測定工程と、
前記基準物と枠体との位置関係を測定する第２の位置関係測定工程と、
前記第１の位置関係測定工程の測定結果と前記第２の位置関係測定工程の測定結果とに基づいて、前記光学素子の前記枠体に対する偏心量を計算する偏心量計算工程とを有することを特徴とする偏心測定方法。
【請求項１】
光学素子を保持し、少なくとも３つの基準物を備える第１の枠体と、
前記第１の枠体を支持する第２の枠体とからなることを特徴とする鏡枠。
【請求項２】
前記基準物は、球または半球の形状を有していることを特徴とする請求項１に記載の鏡枠。
【請求項３】
前記第２の枠体は、前記第１の枠体が備える前記基準物と対向する位置に開口部を有していることを特徴とする請求項２に記載の鏡枠。
【請求項４】
前記第２の枠体は、複数の前記第１の枠体を支持することを特徴とする請求項１に記載の鏡枠。
【請求項５】
前記第１の枠体の外周部に形成されているカムピンと、
前記第２の枠体の内周部に形成されているカム溝とをさらに有し、
前記第１の枠体は、前記第２の枠体に対して前記光学素子の光軸に沿った方向に移動可能に支持されていることを特徴とする請求項１に記載の鏡枠。
【請求項６】
前記第１の枠体は、前記第２の枠体に対して固着されていることを特徴とする請求項１に記載の鏡枠。
【請求項７】
第１の枠体が備える少なくとも３つの基準物の位置を測定する第１の基準物位置測定工程と、
前記第１の枠体が保持する光学素子の所定面の形状を測定する光学素子形状測定工程と、
前記第１の基準物位置測定工程の測定結果に基づいて前記第１の枠体に関する測定座標系の位置を計算する測定座標系計算工程と、
前記光学素子形状測定工程の測定結果を前記測定座標系に座標変換する座標変換計算工程と、
第２の枠体により前記第１の枠体を支持する支持工程と、
支持されている前記第１の枠体の前記基準物の位置を測定する第２の基準物位置測定工程と、
前記第２の基準物位置測定工程の測定結果に基づいて前記第１の枠体の基準軸に対する偏心量を算出する第１枠体偏心量計算工程と、
前記基準軸に対する前記光学素子の偏心量を計算する光学素子偏心量計算工程とを有することを特徴とする偏心測定方法。
【請求項８】
前記基準軸は、前記第２の枠体により定められることを特徴とする請求項７に記載の偏心測定方法。
【請求項９】
前記基準物は、球または半球の形状を有していることを特徴とする請求項７に記載の偏心測定方法。
【請求項１０】
第２の基準物位置測定工程は、前記第２の枠体を所定軸の回りに回転して前記基準物の位置を測定することを特徴とする請求項７に記載の偏心測定方法。
【請求項１１】
前記第１の基準物位置測定工程と前記第２の基準物位置測定工程とにおいて、プローブを前記基準物に接触させて前記基準物の中心位置を測定することを特徴とする請求項７に記載の偏心測定方法。
【請求項１２】
前記第２の基準物位置測定工程において、干渉計により前記基準物に測定光を照射して前記基準物の中心位置を測定することを特徴とする請求項７に記載の偏心測定方法。
【請求項１３】
前記基準物は磁性体で構成されており、
前記第２の基準物位置測定工程において、磁気センサにより前記基準物の位置を測定することを特徴とする請求項７に記載の偏心測定方法。
【請求項１４】
少なくとも３つの基準物と光学素子との位置関係を測定する第１の位置関係測定工程と、
前記基準物と枠体との位置関係を測定する第２の位置関係測定工程と、
前記第１の位置関係測定工程の測定結果と前記第２の位置関係測定工程の測定結果とに基づいて、前記光学素子の前記枠体に対する偏心量を計算する偏心量計算工程とを有することを特徴とする偏心測定方法。
【図１】
【図２】
【図３−１】
【図３−２】
【図４−１】
【図４−２】
【図４−３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２−１】
【図１２−２】
【図１３】
【図２】
【図３−１】
【図３−２】
【図４−１】
【図４−２】
【図４−３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２−１】
【図１２−２】
【図１３】
【公開番号】特開２００６−１１２８１１（Ｐ２００６−１１２８１１Ａ）
【公開日】平成１８年４月２７日（２００６．４．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２９７６２６（Ｐ２００４−２９７６２６）
【出願日】平成１６年１０月１２日（２００４．１０．１２）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年４月２７日（２００６．４．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月１２日（２００４．１０．１２）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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