JP2019152554A - レンズ厚測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】各種のレンズの厚みをレンズの面に傷を付けずに、容易に測定することができるレンズ厚測定装置を提供する。【解決手段】レンズ厚測定装置１は、ステージ４０のレンズＬの一方の面側に配置されて、一方の面に光を照射して反射した光を受けることで一方の面までの距離を得る第１変位計１１と、ステージ４０のレンズＬの他方の面側に配置されて、他方の面に光を照射して反射した光を受けることで他方の面までの距離を得る第２変位計１２と、レンズＬの厚みを、第１変位計１１で得たレンズＬの一方の面までの所定の基準距離（ワーキングディスタンスＷＤ）と、第２変位計１２で得たレンズＬの他方の面までの所定の基準距離（ワーキングディスタンスＷＤ）に基づいて、非接触で測定する制御部１００を備え、第１変位計１１と第２変位計１２は、レンズを通る１つの軸方向（例えばＺ方向）に沿って配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、レンズの肉厚を非接触で測定するためのレンズ厚測定装置に関する。

レンズの肉厚、特にレンズの中心厚を測定することは、難しい作業であることが知られている。その理由は、レンズの中心厚に該当するレンズの測定箇所が、レンズ上の１点でしかないからである。レンズの中心厚を測定することは、光学性能に起因する要素でありながら、その測定方法は確立しておらず、レンズに直接接触してレンズの厚みを測定することが、特許文献１に開示されている。

特開平９−１１７８５１号

しかし、接触式のデジタル厚み計や、特許文献１に記載の接触式の厚み測定装置を用いて、精密なレンズの面に直接接触してレンズの厚みを測定することは、実際には避けたい。接触式の厚み計や厚み測定装置の使用を避けたい理由としては、接触子がレンズの面に直接接触するので、精密なレンズ面に接触傷がつく恐れがあることと、どこがレンズの中心厚であるかが探しにくいためである。

特に、昨今光学系の性能がますます上がるばかりであり、特に高精度光学系では、厳密なレンズの中心厚およびレンズの面間隔が規定されている。また、最近のデジタル一眼レフには、カーブの大きな非球面レンズが多用されており、レンズ（玉）の精度が、デジタル一眼レフ等の製品の性能を左右する。

これらの高精度光学系では、レンズの肉厚誤差は、設計値±数十μｍで明記され、隣接のレンズが接触しないように、正確なレンズの肉厚管理が必要である。

レンズの肉厚測定では、概ね次の３つの課題がある。
（１）レンズの肉厚はレンズの種類により全て異なることから、その厚みがレンズの種類毎で変動する。
（２）凸レンズの最厚位置（頂点位置）あるいは凹レンズの最薄位置の検出が難しく、どこが最厚位置（頂点位置）あるいは最薄位置かがわからない。特に、浅い凹レンズの場合には、最薄位置が特定しにくい。
（３）レンズの測定面がＲ面であることで、平面の厚み測定ではない。

このため、各種のレンズの中心厚を測定することが難しい。

本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、各種のレンズの厚みをレンズの面に傷を付けずに、高精度かつ容易に測定することができるレンズ厚測定装置を提供することにある。

前述した目的を達成するため、本発明に係る第１の態様のレンズ厚測定装置は、測定対象であるレンズの厚みを測定するレンズ厚測定装置であり、前記レンズを配置するステージと、前記ステージに配置された前記レンズの一方の面側に配置されて、前記一方の面に光を照射して反射した光を受けることで前記一方の面までの距離を得る第１変位計と、前記ステージに配置された前記レンズの他方の面側に配置されて、前記他方の面に光を照射して反射した光を受けることで前記他方の面までの距離を得る第２変位計と、前記レンズの厚みを、前記第１変位計で得た前記一方の面までの距離と、前記第２変位計で得た前記他方の面までの距離に基づいて、非接触で測定する制御部と、を備え、前記第１変位計と前記第２変位計は、前記レンズを通る１つの軸方向に沿って配置されていることを特徴とする。

第１の態様の発明では、レンズの厚みを、第１変位計で得た一方の面までの距離と、第２変位計で得た一方の面までの距離に基づいて、非接触で測定できる。このため、各種のレンズの厚みをレンズの面に傷を付けずに、容易に測定することができる。

また、本発明に係る第２の態様のレンズ厚測定装置は、第１の態様において、前記第１変位計を、前記軸方向に沿って前記レンズの前記一方の面に対して前記非接触で測定するのに用いられる所定の基準距離まで近づける第１送りユニットと、前記第２変位計を、前記軸方向に沿って前記レンズの前記他方の面に対して前記非接触で測定するのに用いられる所定の基準距離まで近づける第２送りユニットと、を備えることを特徴とする。

第２の態様の発明では、第１送りユニットと第２送りユニットは、第１変位計と第２変位計を、それぞれ非接触測定に用いる所定の基準距離、例えばワーキングディスタンスの位置に位置決めすることができる。第１変位計と第２変位計は、レンズの一方の面と他方の面に対して、所定の基準距離を保つようにする。従って、レンズの種類により、レンズの厚みが異なるが、レンズの厚みの違いがあっても、レンズの厚みの非接触測定ができる。

また、本発明に係る第３の態様のレンズ厚測定装置は、第２の態様において、前記第１変位計の前記軸方向に関する位置を測定する第１位置測定機と、前記第２変位計の前記軸方向に関する位置を測定する第２位置測定機と、を備えることを特徴とする。

第３の態様の発明では、第１変位計と第２変位計の軸方向に関する位置は、第１位置測定機と第２位置測定機により正確に測定して、制御部に対して通知するので、レンズの厚みを正確に測定できる。

また、本発明に係る第４の態様のレンズ厚測定装置は、第２または第３の態様において、前記第１変位計を、前記軸方向に沿って前記レンズの前記一方の面に対して前記所定の基準距離まで近づける設定をするために、前記第１変位計から光を照射して基準となる前記軸方向についての厚みが既知のブロックゲージの一方の面で反射した光を前記第１変位計で受け、前記第２変位計を、前記軸方向に沿って前記レンズの前記他方の面に対して前記所定の基準距離まで近づける設定をするために、前記第２変位計から光を照射して基準となる前記ブロックゲージの他方の面で反射した光を前記第２変位計で受け、前記制御部は、前記ブロックゲージの前記軸方向に関する厚みと、前記第１変位計と前記レンズの前記一方の面との間の前記所定の基準距離と、前記第２変位計と前記レンズの前記他方の面との間の前記所定の基準距離と、前記第１位置測定機により得られる第１変位計の前記軸方向に関する変位位置と、前記第２位置測定機により得られる第２変位計の前記軸方向に関する変位位置と、から、前記レンズの厚みを得ることを特徴とする。

第４の態様の発明では、制御部は、軸方向についての厚みが既知のブロックゲージを利用して校正することで、レンズの厚み、例えばレンズの中心厚を、非接触で容易に測定することができる。

また、本発明に係る第２の態様のレンズ厚測定装置は、第１から第４いずれかの態様において、前記レンズを配置した前記ステージを保持して、前記ステージを前記軸方向と直交する面に沿って移動可能なテーブルを備え、前記制御部は、予め定めた測定範囲内で、所定の測定点数について前記レンズの厚みを測定するために、前記テーブルを前記軸方向と直交する面において移動する動作の制御を行うことを特徴とする。

第５の態様の発明では、制御部がテーブルを移動することで、予め定めた測定範囲内で、所定の測定点数について、レンズの厚みの多点測定が自動的に行える。このため、レンズの最厚部や最薄部の位置や、レンズの厚みのバラツキが、自動的に容易に判明する。

本発明によれば、各種のレンズの厚みをレンズの面に傷を付けずに、容易に測定することができるレンズ厚測定装置を提供することができる。

本発明のレンズ厚測定装置の実施形態を示す図である。 ステージと電動ＸＹステージの好ましい例を示す斜視図である。 測定対象であるレンズＬの種類が異なる例を示す図である。 例えば第１変位計が発生する光Ｒ１が、凸レンズＬ１のレンズ面において、到達する様子と反射する様子を示す図である。 図５（Ａ）は、校正用のブロックゲージＢＧによるレンズ厚測定装置１の校正例を示し、図５（Ｂ）は、測定対象（サンプル）である凸レンズＬ１のセット例を示す図である。 ワーキングディスタンスＷＤと、測定レンジＲＲと、凸レンズＬ１の中心厚Ｄの例を表示する図である。 第１変位計１１は、凸レンズＬ１の上面Ｔに対して、ワーキングディスタンスＷＤの位置まで自動的に移動され、第２変位計１２は、凸レンズＬ１の下面Ｂに対して、ワーキングディスタンスＷＤの位置まで自動的に移動された状態を示す図である。 実際の測定の様子を示す図である。 図１に示すディスプレ７３に表示される実測結果の例を示す図である。 レンズ中心厚の測定手順例を示すフロー図である。 ステージの他の実施形態を示す平面図である。 レンズの中心位置の座標を示す図１１の一部拡大図である。

以下、図面を用いて、実施するための形態（以下、実施形態と称する）を説明する。

（レンズ厚測定装置１の全体構成例）

図１は、本発明の実施形態のレンズ厚測定装置を示す図である。

図１に示すレンズ厚測定装置１は、非接触レンズ中心厚測定機ともいうことができる。レンズ厚測定装置１は、各種の光学要素、例えば凸レンズ（両凸レンズ、平凸レンズ）、凹レンズ（両凹レンズ、平凹レンズ）、メニスカス、非球面レンズ等の肉厚、特に中心厚を、非接触で精密に測定することができる。

レンズ厚測定装置１の基本性能の一例を挙げれば、厚み測定範囲が、１ｍｍ〜２1ｍｍであり、厚み測定精度は、校正されたブロックゲージ（後述する）に対して、±２μｍ以下である。また、光学要素の測定範囲の直径φは、最小で数ｍｍ〜最大で１２０ｍｍである。レンズ厚測定装置１の重量は、約３０ｋｇであり、寸法は、幅が３５０ｍｍ、奥行が５９０ｍｍ、そして高さが６５４ｍｍである。しかし、レンズ厚測定装置１の基本性能は、これらの数値に限定されるものではない。

図１に示すレンズ厚測定装置１が測定するレンズ厚とは、レンズの肉厚である。レンズが凸レンズの場合には、凸レンズの中心部の最も厚い肉厚の部分を、「レンズの中心厚」と呼ぶ。レンズが凹レンズの場合には、凹レンズの中心部の最も薄い肉厚の部分を、「レンズの中心厚」と呼ぶ。レンズ厚測定装置１は、レンズの肉厚、好ましくはレンズの中心厚を測定する。

図１に示すように、レンズ厚測定装置１は、本体２と、測定部３と、制御装置４を有する。本体２は、測定部３を保護している筐体であり、本体２は、測定用の台５に置かれている。本体２の底部２Ｔは、水平度を確保するために、好ましくは四隅位置に高さ調整用のアジャスタ２Ｓを有している。このアジャスタ２Ｓを調整することで、本体２は、Ｘ−Ｙ面に沿って水平状態に保持できる。

なお、図１において、左右方向をＸ方向で示し、紙面に垂直方向をＹ方向で示し、高さ方向をＺ方向で示している。Ｘ方向、Ｙ方向、そしてＺ方向は、互いに直交している。Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸とも呼ぶ。

（測定部３）

図１に示す測定部３は、操作機構部１０と、レンズＬの一方の面側に配置されている第１変位計１１、第１エンコーダ２１、第１Ｚ軸モータ３１と、レンズＬの他方の面側に配置されている第２変位計１２、第２エンコーダ２２、第２Ｚ軸モータ３２と、ステージ４０と、電動ＸＹテーブル５０と、を有する。

第１エンコーダ２１と第２エンコーダ２２は、リニアエンコーダであり、第１エンコーダ２１と第２エンコーダ２２のスケール分解能は、例えば０．４μｍである。第１エンコーダ２１は、第１変位計１１のＺ方向に関する変位位置を測定するための第１位置測定機の例であり、第２エンコーダ２２は、第２変位計１２のＺ方向に関する変位位置を測定するための第２位置測定機の例である。第１Ｚ軸モータ３１と第２Ｚ軸モータ３２は電動モータである。

（操作機構部１０）

図１に示す操作機構部１０は、金属製であり、基台１０Ｂと、第１リニアガイド１０Ｃと、第２リニアガイド１０Ｄを有する。基台１０Ｂは、Ｘ−Ｚ平面に配置されている板状の部材であり、上下部に上部取付部１０Fと、下部取付部１０Ｇを有する。第１リニアガイド１０Ｃ、１０Ｃは、基台１０Ｂの上半分の領域に固定され、第２リニアガイド１０Ｄ、１０Ｄは、基台１０Ｂの下半分の領域に固定されている。

第１リニアガイド１０Ｃ、１０Ｃと、第２リニアガイド１０Ｄ、１０Ｄは、Ｚ方向に沿って設けられている。第１リニアガイド１０Ｃ、１０Ｃの下端部と、第２リニアガイド１０Ｄ、１０Ｄの上端部の空間には、ステージ４０と電動ＸＹテーブル５０が配置されている。

第１リニアガイド１０Ｃ、１０Ｃは、第１移動体６１の左右端部をＺ方向に沿って直線移動のガイドを行う。同様にして、第２リニアガイド１０Ｄ、１０Ｄは、第２移動体６２の左右端部をＺ方向に沿って直線移動のガイドを行う。第１移動体６１は、第１変位計１１を保持している。第２移動体６２は、第２変位計１２を保持している。第１変位計１１は、ステージ４０のレンズＬに向かって、下向きに光を発生できるように配置されている。第２変位計１２は、ステージ４０のレンズＬに向かって、上向きに光を発生できるように配置されている。

（第１Ｚ軸モータ３１と第２Ｚ軸モータ３２）

第１Ｚ軸モータ３１は、上部取付部１０Fに取り付けられている。第２Ｚ軸モータ３２は、下部取付部１０Ｇに取り付けられている。第１Ｚ軸モータ３１の出力軸は、送りねじ１０Ｍに接続されており、第２Ｚ軸モータ３２の出力軸は、送りねじ１０Ｎに接続されている。

第１Ｚ軸モータ３１の送りねじ１０Ｍは、第１移動体６１のメネジにかみ合っている。これにより、制御部１００の指令により、送りねじ１０Ｍが正逆回転することで、第１移動体６１は第１リニアガイド１０Ｃ、１０Ｃによりガイドされながら、Ｚ方向に沿って上下移動して位置決め可能である。

同様にして、第２Ｚ軸モータ３２の送りねじ１０Ｎは、第２移動体６２のメネジにかみ合っている。これにより、制御部１００の指令により、送りねじ１０Ｎが正逆回転することで、第２移動体６２は第２リニアガイド１０Ｄ、１０Ｄによりガイドされながら、Ｚ方向に沿って上下移動して位置決め可能である。

第１エンコーダ２１は、第１リニアガイド１０Ｃに取り付けられている。第１エンコーダ２１は、第１変位計１１自体のＺ方向の位置を測定する。これにより、制御部１００は、第１エンコーダ２１から、第１変位計１１自体のＺ方向の位置を、第１エンコーダ変位として得ることができる。

同様にして、第２エンコーダ２２は、第２リニアガイド１０Ｄに取り付けられている。第２エンコーダ２２は、第２変位計１２自体のＺ方向の位置を測定する。これにより、制御部１００は、第２エンコーダ２２から、第２変位計１２自体のＺ方向の位置を、第２エンコーダ変位として得ることができる。

このように、第１Ｚ軸モータ３１と第２Ｚ軸モータ３２は、第１移動体６１と第２移動体６２をそれぞれＺ方向に沿って所定の上下移動させる役割を有する。これに対して、第１エンコーダ２１は、第１変位計１１自体のＺ方向に関する位置を測定する役割を有する。第２エンコーダ２２は、第２変位計１２自体のＺ方向に関する位置を測定する役割を有する。

このように、測定部３は、Ｚ方向に関して、第１エンコーダ２１と第２エンコーダ２２と、非接触式の第１変位計１１と第２変位計１２の両方を用いている。これにより、レンズの種類により測定対象であるレンズの肉厚が大きく変わっても、測定時の追従が可能である。

（第１変位計１１と第２変位計１２）

図１に示す第１変位計１１と第２変位計１２としては、非接触式変位計を用いる。このように、非接触式変位計を用いるのは、接触式変位計と比べて、レンズ厚を測定する際に、レンズに接触傷がつくのを防ぐことができ、レンズの面の多数の測定箇所（測定点）の厚みを容易に測定できるからである。

非接触式変位計としての第１変位計１１と第２変位計１２としては、共焦点型白色ファイバ同軸変位計を用いることができる。共焦点型白色ファイバ同軸変位計の好ましい例は、例えばオムロン株式会社製のファイバ同軸変位センサであるＺＷ７０００シリーズ（一例としてＺＷ−Ｓ７０２０）である。この非接触式の共焦点型白色ファイバ同軸変位計は、曲面を有するレンズに光を当てた場合に、その光の反射光を確実に受光できる光ファイバ束を有する。

第１変位計１１と第２変位計１２の性能の一例を挙げると、ＺＷ−Ｓ７０１０の測定範囲は、予め決めた所定の基準距離としての（ワーキングディスタンス）ＷＤが２０ｍｍ±１ｍｍであり、傾斜角度追従性が±約１５°、静止分解能が０．００８μｍであり、光のスポット径が７０ｍｍである。変位計が発する光と、この光がレンズの面で反射する反射光と、が形成する傾斜角度は、例えば±２０度の角度まで追従が可能である。

なお、後程、図５を参照して説明するが、図５に示す所定の基準距離としての（ワーキングディスタンス）ＷＤは、第１変位計１１とレンズＬの一方の面（上面）との間の距離であり、第２変位計１２とレンズＬの他方の面（下面）との間の距離である。

（ステージ４０と電動ＸＹテーブル５０）

次に、ステージ４０と、電動ＸＹテーブル５０について、図１と図２を参照して説明する。図２は、図１に示すステージ４０と電動ＸＹテーブル５０の好ましい具体例を示す斜視図である。

図２に示すように、電動ＸＹテーブル５０は、ベース５１と、第１移動台５２と、第２移動台５３と、モータ５４，５５を有する。ベース５１は、図１に示す基台１０Ｂに固定されている。第１移動台５２はベース５１の上に配置され、第２移動台５３は第１移動台５２の上に配置されている。ステージ４０は、第２移動台５３の上に着脱可能に配置されている。

制御部１００がモータ５４を駆動することにより、第１移動台５２は、ベース５１上において、Ｙ方向に移動して位置決め可能である。また、制御部１００がモータ５５を駆動することにより、第２移動台５３は、第１移動台５２上において、Ｘ方向に移動して位置決め可能である。

これにより、第２移動台５３上のステージ４０は、レンズＬの所定の測定範囲内において、多数の測定箇所の厚みを測定するために、Ｘ方向とＹ方向について、移動して位置決め可能である。

図２に示すステージ４０は、円板型であり、例えば３つのレンズ位置決め具６０と、スケール６１を有する。３つのレンズ位置決め具６０は、角度１２０度ごとに配置されている。各レンズ位置決め具６０は、スライド溝部６２を有する。各レンズ位置決め具６０は、留めネジ６３を有する。各レンズ位置決め具６０は、留めネジ６３を緩めて、スライド溝部６２に沿って半径方向にスライドして位置決めした後に、再度留めネジ６３を締めることにより、固定することができる。

各レンズ位置決め具６２は、２本のレンズ位置決めピン６４を有する。各レンズ位置決め具６０は、レンズ位置決めピン６４を、測定対象であるレンズＬの外縁に当てる。これにより、レンズＬは、３方向からステージ４０の中心にセンターリングでき、動かないように確実に位置決めすることができる。

（制御装置４）

図１に示すように、操作部４は、制御ボックス７０と、コンピュータ７１を有する。コンピュータ７１は、キーボード７２と、モニタ７３を有する。作業者は、例えばキーボード７２を用いて、制御ボックス７０の制御部１００に対して、各種の測定条件等を入力できる。モニタ７３は、各種の測定に関する情報を表示する。

制御部１００は、第１変位計１１からの変位測定値Ｑと、第２変位計１２からの変位測定値Ｑを受信する。制御部１００は、第１エンコーダ２１からのエンコーダ変位Ｋと、第２エンコーダ２２からのエンコーダ変位Ｋを受信する。制御部１００は、第１Ｚ軸モータ３１と、第２Ｚ軸モータ３２と、電動ＸＹテーブル５０のモータ５４，５５の動作を制御する。

（測定例）

次に、上述したレンズ厚測定装置１を用いて、測定対象であるレンズＬの厚み、例えばレンズＬの中心厚を測定する測定例を説明する。

図３は、測定対象であるレンズＬの種類が異なる例を示している。図３（Ａ）では、凸レンズ（両凸レンズ）Ｌ１が測定対象であり、図３（Ｂ）では、凹レンズ（両凹レンズ）Ｌ２が測定対象である。凸レンズＬ１と凹レンズＬ２のように、レンズＬの種類が異なると、レンズの厚みが異なる。このため、第１変位計１１と第２変位計１２のＺ方向に関する位置をレンズＬの種類ごとに変えるために、第１変位計１１と第２変位計１２との間の距離Ｇ１、Ｇ２を変更する必要がある。

そこで、図１に示すレンズ厚測定装置１では、レンズの種類に合わせて、この距離Ｇ１、Ｇ２を自由に変更することができる。すなわち、距離Ｇ１、Ｇ２を変更するのは、図１に示す第１Ｚ軸送りユニット１２１と第２Ｚ軸送りユニット１２２である。第１Ｚ軸送りユニット１２１は、第１Ｚ軸モータ３１と送りねじ１０Ｍと第１移動体６１からなり、第２Ｚ軸送りユニット１２２は、第２Ｚ軸モータ３２と送りねじ１０Ｎと第２移動体６２からなる。

第１Ｚ軸送りユニット１２１は、第１移動体６１と一体になっている第１変位計１１のＺ方向に関する位置を変更する。第２Ｚ軸送りユニット１２２は、第２移動体６２と一体になっている第２変位計１２のＺ方向に関する位置を変更する。

図４は、例えば図１の第１変位計１１が発生する光Ｒ１が、例えば凸レンズＬ１のレンズ面において、到達する様子と反射する様子を示している。

図４（Ａ）に示すように、第１変位計１１が発生する光Ｒ１が、凸レンズＬ１のレンズ面に到達するが、凸レンズＬ１の最厚位置（頂点位置、中心厚）を探す必要がある。そこで、図１に示すレンズ厚測定装置１では、制御部１００が、電動ＸＹテーブル５０を駆動することで、ステージ４０を、Ｘ方向とＹ方向に、所定のスキャンストローク毎に移動する。

これにより、凸レンズＬ１の面のマトリックス状の多数の測定位置が、第１変位計１１に対して位置決めされる。制御部１００は、凸レンズＬ１の最厚位置（頂点位置、中心厚）を探すことができるようになっている。このことは、図１に示す第２変位計１２についても同様である。

また、図４（Ｂ）に示すように、例えば凸レンズＬ１のレンズ面は曲面なので、反射光ＲＦ１が光Ｒ１に対して別の方向に進むことになる。このように、光Ｒ１と反射光ＲＦ１の方向が異なっても、上述したように、図１に示す第１変位計１１と第２変位計１２は、共焦点型白色ファイバ同軸変位計を用いているので、反射光ＲＦ１を確実に受光する。

（測定手順例の説明）

次に、図１と図２と、図５から図１０を参照しながら、レンズ中心厚の測定手順例を、説明する。

図１０は、レンズ中心厚の測定手順例を示すフロー図である。

＜装置の校正＞

図１０のステップＳ１では、図１に示すレンズ厚測定装置１は、測定の前に、校正用のブロックゲージＢＧを用いて校正する。

具体的には、図５（Ａ）を参照する。図５（Ａ）は、校正用のブロックゲージＢＧによるレンズ厚測定装置１の校正作業例を示している。

図５（Ａ）に示すように、厚みの校正作業では、ブロックゲージＢＧは、図１のステージ４０とは異なるブロックゲージ用のステージ（図示せず）の上に置かれる。ブロックゲージＢＧのＺ方向の厚みＴ＝Ｔ０は、既知である。ブロックゲージＢＧは、例えば株式会社ミツトヨ製のものを用いることができる。

設計図面精度が、設計値±数十μｍであるのに対して、レンズ厚測定装置１は、この校正済みのブロックゲージＢＧに対して、例えば±５μｍ以下の測定精度である。

この際に、第１変位計１１は、第１変位計１１とブロックゲージＢＧの上面との間のワーキングディスタンスＷＤを測定し、第２変位計１２は、第２変位計１２とブロックゲージＢＧの下面との間のワークディスタンスＷＤを測定する。このワークディスタンスＷＤの値は、第１変位計１１と第２変位計１２から図１に示す制御部１００に送られる。

＜レンズのセット＞

次に、図１０のステップＳ２に移る。図５（Ｂ）は、測定対象（サンプル）である凸レンズＬ１のセット例を示している。この際には、測定作業者は、図５（Ａ）に示すブロックゲージＢＧとブロックゲージ用のステージを外す。測定作業者は、図５（Ｂ）に示すように、図２のステージ４０を電動ＸＹテーブル５０の上にセットして、ステージ４０に凸レンズＬ１を載せて、次のようにしてセットする。

測定作業者は、図２に示す各レンズ位置決め具６０の留めネジ６３を緩めて、スライド溝部６２に沿って、半径方向にスライドして位置決めした後に、再度留めネジ６３を締める。

各レンズ位置決め具６２は、レンズ位置決めピン６４を、測定対象である凸レンズＬ１の外縁に当てる。これにより、凸レンズＬ１は、ステージ４０の中心にセンターリングして、動かないように確実に位置決めすることができる。

ここで、図５（Ｂ）に示すエンコーダ変位Ｋは、図１に示す第１エンコーダ２１が第１変位計１１のＺ方向の変位を測定した際の値であり、第２エンコーダ２２が第２変位計１２のＺ方向の変位を測定した際の値である。変位計測定値Ｑは、図１に示す第１変位計１１と第２変位計１２がそれぞれ測定した距離の測定値、すなわちワーキングディスタンスＷＤに近い値である。

図６は、ワーキングディスタンスＷＤと、測定レンジＲＲと、凸レンズＬ１の中心厚Ｄの例を表示している。

図６では、凸レンズＬ１のレンズ厚（中心厚Ｄ）は、第１変位計１１と第２変位計１２の間隔Ａ−（間隔Ｂ＋間隔Ｃ）で表すことができる。第１変位計１１と第２変位計１２の間隔Ａは、図１に示す第１リニアエンコーダ２１と第２リニアエンコーダ２２により決定する。第１変位計１１と第２変位計１２は、凸レンズＬ１の中心厚Ｄを、測定レンジＲＲの範囲で測定する。

図８に示すように、測定レンジＲＲは、例えば、ワークディスタンスＷＤに対して、±１ｍｍである。変位計測定値Ｑは、ワーキングディスタンスＷＤに対して、測定レンズＲＲ（例えば±１ｍｍ）の範囲の値である。ワーキングディスタンスＷＤは、例えば２０ｍｍである。

図５（Ｂ）に示すように、凸レンズＬ１の肉厚（中心厚Ｄ）は、
凸レンズＬ１の肉厚（中心厚Ｄ）
＝ブロックゲージＢＧの厚みＴ０（既知）±エンコーダ変位Ｋ±変位計測定値Ｑ
で実測することができる。

次に、図１０のステップＳ２１では、測定作業者は、図１のキーボード７２を用いて、図５（Ｂ）に示す凸レンズＬ１の測定条件、すなわち測定範囲と測定点数（測定箇所数）を入力して、制御部１００に通知する。

図１０のステップＳ２２では、測定作業者が、制御部１００に記憶されている解析ソフトウェアのセットボタンを、ディスプレ７３上でクリックする。

図１０のステップＳ２３では、図1に示す制御部１００は、第１Ｚ軸モータ３１と第２Ｚ軸モータ３２を駆動する。これにより、図7に示すように、第１変位計１１は、凸レンズＬ１の一方の面（上面）に向かってＺ方向に下がり、予め定めたワーキングディスタンスＷＤの位置で自動的に止まる。同時に、第２変位計１２が、凸レンズＬ１の他方の面（下面）に向かって上がり、予め定めたワーキングディスタンスＷＤの位置で自動的に止まる。

次に、図１０のステップＳ３では、測定作業者が、制御部１００に記憶されている解析ソフトウェアの開始ボタンを、ディスプレ７３上でクリックする。

ステップＳ３１では、図1の制御部１００は、図２に示すモータ５４を駆動して、第１移動台５２をＹ方向に移動して位置決めし、図２に示すモータ５５を駆動して、第２移動台５３をＸ方向に移動して位置決めする。

これにより、図８（Ａ）に示すように、凸レンズＬ１である場合でも、図８（Ｂ）に示すように、凹レンズＬ２である場合でも、図８（Ｃ）に例示するように、予め制御部１００に設定したスキャニング測定領域ＳＣにおいて、多点の測定位置で厚みの測定値を得ることができる。

凸レンズＬ１の場合には、図８（Ｃ）に例示するように、第１変位計１１と第２変位計１２は、予め定めたスキャニング測定領域ＳＣにおいて、多点の測定位置で厚みの測定値を得るために、Ｘ方向とＹ方向に沿って、マトリックス状に自動でスキャニング測定を開始する。

これにより、ステップＳ３２では、凸レンズＬ１の場合には、制御部１００は、得られた多点の測定位置で得た厚みの測定値から、最も厚みのある肉厚点（中心厚）ＴＰ１を取得して、図９に示すように、中心厚の測定結果をディスプレ７３に自動出力して表示する。

同様にして、凹レンズＬ２の場合には、図８（Ｃ）に例示するように、第１変位計１１と第２変位計１２は、予め定めたスキャニング測定領域ＳＣにおいて、多点の測定位置で厚みの測定値を得るために、Ｘ方向とＹ方向に沿って、マトリックス状に自動でスキャニング測定を開始する。

これにより、ステップＳ３２では、凹レンズＬ２の場合には、制御部１００は、得られた多点の測定位置で得た厚みの測定値から、最も厚みの薄い肉薄点（中心厚）ＴＰ２を取得して、中心厚の測定結果をディスプレ７３に自動出力して表示する。

図１０のステップＳ３３では、測定作業者が、制御部１００に記憶されている解析ソフトウェアのリリースボタンを、ディスプレ７３上でクリックすることで、測定を終了する。

そして、ステップＳ４では、測定作業者は、測定対象であるサンプルレンズが例えば凸レンズＬ１をステージ４０から取り外す。

図９は、図1に示すディスプレ７３に表示される実測結果の例を示している。

図９に示すのは、凸レンズ（両凸レンズ）Ｌ１を実測した時の実測結果を示している。

図９（Ａ）は、図１に示すディスプレ７３に表示された実測の際の設定画面２００である。図９（Ｂ）は、図１に示すディスプレ７３に表示された実測の際の実測値を示す実測値表示画面２１０である。

図９（Ａ）に示すように、設定画面２００では、図１０のステップＳ２１において、測定作業者が、入力する測定範囲と、多数の測定点数と、測定間隔等の数値を設定することができる。この設定画面２００には、図１０のステップＳ３に用いられる測定の開始ボタン２０５が、配置されている。

図９（Ｂ）に示すように、レンズの一方の面（上面）の測定点Ｖ１の測定値と、レンズの他方の面（下面）の測定点Ｖ２の測定値が表示されている。これらの測定値から、図９（Ｃ）に示すように、凸レンズＬ１の中心厚の数値、例えば６．６３８ｍｍを表示している。

ここで、比較のために、凸レンズＬ１の同じ位置の中心厚を接触式測定機で実測したところ、接触式測定機の実測値は、３回測定して６．６３７ｍｍであった。

また、レンズ厚測定装置１により得られたメニスカスレンズの中心厚の測定値は、４．０５０ｍｍであり、接触式測定機で実測した測定値も、４．０５ｍｍであった。

さらに、レンズ厚測定装置１により得られた両凹レンズの中心厚の測定値は、２．０２９ｍｍであり、接触式測定機で実測した測定値も、２．０３ｍｍであった。

上述のように、レンズ厚測定装置１は、次のような特徴を有する。

Ｚ方向に関して、非接触式の第１変位計１１と第２変位計１２と、第１エンコーダ２１と第２エンコーダ２２の両方を用いている。第１変位計１１と第２変位計１２は、測定対象であるレンズの上下位置に配置されており、レンズの肉厚の分布と中心厚は、第１変位計１１と第２変位計１２を用いて測定する。第１変位計１１と第２変位計１２の間隔は、第１エンコーダ２１と第２エンコーダ２２を用いて測長される。

これにより、測定対象であるレンズの肉厚は、レンズの種類ごとに異なるが、レンズの厚みが大きく変化しても、第１変位計１１と第２変位計１２は、レンズの肉厚の分布と中心厚を測定する時に追従して肉厚の測定が可能である。すなわち、レンズの厚みが変わっても、第１変位計１１と第２変位計１２は、レンズの一方の面と他方の面に対して、それぞれワーキングディスタンスＷＤの位置に自動的に配置される。このため、第１変位計１１と第２変位計１２の間隔の面倒な調整作業は、不要になる。

測定対象であるレンズにおいて、制御部１００からの指令による電動ＸＹテーブル５０により指定した測定範囲内で、レンズの全肉厚を測定し、レンズの厚みのバラツキを測定することができる。制御部１００は、レンズの指定された測定範囲（測定面積）と測定点数（測定箇所）の数で、レンズの全肉厚を測り、例えばレンズの肉厚の最大値と肉厚の最小値を算出できる。制御部１００は、レンズの全肉厚の測定値の最大値と最小値から肉厚値を検出できる。

非接触式変位計としての第１変位計１１と第２変位計１２としては、共焦点型白色ファイバ同軸変位計を用いている。このため、第１変位計１１と第２変位計１２は、レンズの面が曲面であっても、レンズの面に当たって反射した光を確実に受光できる。

レンズ厚測定装置１では、面倒なアライメント操作は不要であり、測定範囲（スキャンエリア）と、制御部１００に対して測定点数の指定を行えば、後は自動でレンズの中心厚の位置を探して、中心厚の測定値と、中心厚の位置を得ることができる。

レンズ厚測定装置１は、各種の光学要素、例えば凸レンズ（両凸レンズ、平凸レンズ）、凹レンズ（両凹レンズ、平凹レンズ）、メニスカス、非球面レンズ等、レンズの種類を問わず、レンズの所定の領域における肉厚の分布や、レンズの中心厚を、非接触で精密に測定することができる。

以上説明したように、本発明の実施形態のレンズ厚測定装置１は、ステージ４０に配置されたレンズＬの一方の面側に配置されて、一方の面に光Ｒ１を照射して反射した光ＲＦ１を受けることで一方の面までの距離を得る第１変位計１１と、ステージ４０に配置されたレンズＬの他方の面側に配置されて、他方の面に光Ｒ１を照射して反射した光ＲＦ１を受けることで他方の面までの距離を得る第２変位計１２と、レンズＬの厚みを、第１変位計１１で得た一方の面までの距離（ワーキングディスタンスＷＤ）と、第２変位計１２で得た他方の面までの距離（ワーキングディスタンスＷＤ）に基づいて、非接触で測定する制御部１００と、を備える。第１変位計１１と第２変位計１２は、レンズＬを通る１つの軸方向（例えば、Ｚ方向）に沿って配置されている。

これにより、レンズの厚みを、第１変位計１１で得た一方の面までの距離（ワーキングディスタンスＷＤ）と、第２変位計１２で得た一方の面までの距離（ワーキングディスタンスＷＤ）に基づいて、非接触で測定できる。このため、各種のレンズＬの厚みが変わっても、各種のレンズＬの厚みをレンズＬの面に傷を付けずに、容易に測定することができる。

レンズ厚測定装置１は、第１変位計１１を、軸方向に沿ってレンズの一方の面に対して非接触で測定するのに用いられる所定の基準距離（ワーキングディスタンスＷＤ）まで近づける第１送りユニット（第１Ｚ軸送りユニット１２１）と、第２変位計１２を、軸方向に沿ってレンズＬの他方の面に対して非接触で測定するのに用いられる所定の基準距離（ワーキングディスタンスＷＤ）まで近づける第２送りユニット（第２Ｚ軸送りユニット１２２）を備える。

これにより、第１送りユニットと第２送りユニットは、第１変位計１１と第２変位計１２を、それぞれ所定の基準距離、例えばワーキングディスタンスＷＤの位置に位置決めすることができる。第１変位計１１と第２変位計１２は、レンズＬの一方の面と他方の面に対して、所定の基準距離（ワーキングディスタンスＷＤ）を保つようにする。従って、レンズＬの種類により、レンズＬの厚みが異なるが、レンズＬの厚みの違いがあっても、レンズＬの厚みの非接触測定ができる。

レンズ厚測定装置１は、第１変位計１１の軸方向に関する位置を測定する第１位置測定機（第１エンコーダ２１）と、第２変位計の軸方向に関する位置を測定する第２位置測定機（第２エンコーダ２２）を備える。

これにより、第１変位計１１と第２変位計１２の軸方向（例えばＺ方向）に関する位置は、第１位置測定機と第２位置測定機により正確に測定して、制御部１００に対して通知するので、レンズＬの厚みを正確に測定できる。

レンズ厚測定装置１では、第１変位計１１を、軸方向（例えばＺ方向）に沿ってレンズＬの一方の面に対して所定の基準距離（ワーキングディスタンスＷＤ）まで近づける設定をするために、第１変位計１１から光を照射して基準となる軸方向（例えばＺ方向）についての厚みが既知のブロックゲージＢＧの一方の面で反射した光を第１変位計１１で受け、第２変位計１２を、軸方向（例えばＺ方向）に沿ってレンズＬの他方の面に対して所定の基準距離（ワーキングディスタンスＷＤ）まで近づける設定をするために、第２変位計１２から光を照射して基準となるブロックゲージＢＧの他方の面で反射した光を第２変位計１２で受ける。

制御部は、ブロックゲージＢＧの軸方向（例えばＺ方向）に関する厚み（肉厚Ｄ）と、第１変位計１１とレンズＬの一方の面との間の所定の基準距離（ワーキングディスタンスＷＤ）と、第２変位計１２とレンズＬの他方の面との間の所定の基準距離（ワーキングディスタンスＷＤ）と、第１位置測定機（第１エンコーダ２１）により得られる第１変位計１１の軸方向に関する変位位置（エンコーダ変位Ｋ）と、第２位置測定機（第２エンコーダ２２）により得られる第２変位計１２の軸方向に関する変位位置（エンコーダ変位Ｋ）と、から、レンズＬの厚みを得ることができる。

これにより、制御部１００は、軸方向（例えばＺ方向）についての厚みが既知のブロックゲージＢＧを利用して校正でき、レンズＬの厚み、例えばレンズＬの中心厚を、非接触で容易に測定することができる。

レンズ厚測定装置１は、レンズＬを配置したステージ４０を保持して、ステージ４０を軸方向と直交する面（Ｘ−Ｙ平面）に沿って移動可能なテーブル５０を備え、制御部１００は、予め定めた測定範囲（スキャニング測定領域ＳＣ）内で、所定の測定点数についてレンズＬの厚みを測定するために、テーブル４０を軸方向と直交する面において移動する動作の制御を行う。

これにより、制御部１００がテーブル４０を移動することで、予め定めた測定範囲（スキャニング測定領域ＳＣ）内で、所定の測定点数について、レンズＬの厚みの多点測定が自動的に行える。このため、レンズＬの最厚部や最薄部の位置や、レンズＬの厚みのバラツキが、自動的に容易に判明する。

図１１および図１２は、複数のレンズＬに対するレンズ厚測定を好適に行うための実施形態のステージ２０１を示している。

このステージ２０１は、例えば、平面形状が長方形とされている。ステージ２０１の上面には、レンズＬの外周面を当接させて位置決めする１対のレンズ位置決めピン２０２ａ、２０２ｂが植立されており、位置決めされたレンズＬの中心部分のレンズ厚を計測するための透孔２０３がステージ２０１に形成されている。レンズＬの直径が大小異なっても測定できるように透孔２０３を１対のレンズ位置決めピン２０２ａ、２０２ｂを結ぶ線分に対して直交する方向に長く形成している。これらの１対のレンズ位置決めピン２０２ａ、２０２ｂと透孔２０３との組が、ステージ２０１にはＸＹ方向に所定数設けられている（図１１においては、隣接間隔Ｃをもって隣接している３組を図示している）。このステージ２０１には、図示しないＸＹ駆動手段が取り付けられている。また、載置されたレンズＬを１対のレンズ位置決めピン２０２ａ、２０２ｂ側に押圧する図示しない押圧手段を設置するとよい。

更に説明すると、図１２に示すように、レンズＬの半径をＡとし、１対のレンズ位置決めピン２０２ａ、２０２ｂの各半径をＢとし、１対のレンズ位置決めピン２０２ａ、２０２ｂの中心間距離をＤとし、図中左側のレンズ位置決めピン２０２ａの中心を原点Ｏとし、原点ＯとレンズＬの中心Ｐを結ぶ線分と１対のレンズ位置決めピン２０２ａ、２０２ｂを結ぶ線分との挟角をφとすると、
φ＝ｃｏｓ^−１Ｄ／｛２（Ａ＋Ｂ）｝となるので、
レンズＬの中心Ｐの座標が｛Ｄ／２，（Ｄ／２）ｔａｎφ｝となる。

このステージ２０１を用いてレンズLの厚さを測定する場合には、レンズＬの半径Ａ、１対のレンズ位置決めピン２０２ａ、２０２ｂの半径Ｂおよび中心間距離Ｄ、隣接間隔Ｃの情報を制御部１００に操作部４を用いて入力して、中心座標を演算させる。なお、半径Ｂ、隣接間隔Ｃおよび中心間距離Ｄは予め決定されているので、予め制御部に入力しておき、測定すべきレンズＬの半径Ａをその都度入力する。その後は、前記実施形態と同様に構成各部を動作させて各組に載置されているレンズＬに対するレンズ厚測定が効率良く実行される。

以上、本発明の好適な実施形態を説明した。本発明の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定するものではない。

図１に示すレンズ厚測定装置１では、第１変位計１１と第２変位計１２が移動する方向を、上下方向であるＺ方向（Ｚ軸）に設定されている。しかし、これに限らず、第１変位計１１と第２変位計１２が移動する方向は、Ｘ方向あるいはＹ方向に設定しても良い。この場合には、電動ＸＹテーブル５０は、Ｙ−Ｚ平面において、ステージ４０を移動する。

１ レンズ厚測定装置
２ 本体
３ 測定部
４ 操作部
１１ 第１変位計
１２ 第２変位計
２１ 第１エンコーダ（第１位置測定機）
２２ 第２エンコーダ（第２位置測定機）
３１ 第１Ｚ軸モータ
３２ 第２Ｚ軸モータ
４０ ステージ
５０ 電動ＸＹテーブル
７２ キーボード
７３ ディスプレ
１００ 制御部
１２１ 第１Ｚ軸送りユニット（第１送りユニット）
１２２ 第２Ｚ軸送りユニット（第２送りユニット）
Ｌ レンズ（測定対象）
Ｌ１ 凸レンズ（測定対象）
Ｌ２ 凹レンズ（測定対象）
ＷＤ ワーキングディスタンス（所定の基準距離）
Ｋ エンコーダ変位（変位位置）

Claims (5)

1. 測定対象であるレンズの厚みを測定するレンズ厚測定装置であり、
   前記レンズを配置するステージと、
   前記ステージに配置された前記レンズの一方の面側に配置されて、前記一方の面に光を照射して反射した光を受けることで前記一方の面までの距離を得る第１変位計と、
   前記ステージに配置された前記レンズの他方の面側に配置されて、前記他方の面に光を照射して反射した光を受けることで前記他方の面までの距離を得る第２変位計と、
   前記レンズの厚みを、前記第１変位計で得た前記一方の面までの距離と、前記第２変位計で得た前記他方の面までの距離に基づいて、非接触で測定する制御部と、
   を備え、
   前記第１変位計と前記第２変位計は、前記レンズを通る１つの軸方向に沿って配置されていることを特徴とするレンズ厚測定装置。
2. 前記第１変位計を、前記軸方向に沿って前記レンズの前記一方の面に対して前記非接触で測定するのに用いられる所定の基準距離まで近づける第１送りユニットと、
   前記第２変位計を、前記軸方向に沿って前記レンズの前記他方の面に対して前記非接触で測定するのに用いられる所定の基準距離まで近づける第２送りユニットと、を備えることを特徴とする請求項１に記載のレンズ厚測定装置。
3. 前記第１変位計の前記軸方向に関する位置を測定する第１位置測定機と、前記第２変位計の前記軸方向に関する位置を測定する第２位置測定機と、を備えることを特徴とする請求項２に記載のレンズ厚測定装置。
4. 前記第１変位計を、前記軸方向に沿って前記レンズの前記一方の面に対して前記所定の基準距離まで近づける設定をするために、前記第１変位計から光を照射して基準となる前記軸方向についての厚みが既知のブロックゲージの一方の面で反射した光を前記第１変位計で受け、前記第２変位計を、前記軸方向に沿って前記レンズの前記他方の面に対して前記所定の基準距離まで近づける設定をするために、前記第２変位計から光を照射して基準となる前記ブロックゲージの他方の面で反射した光を前記第２変位計で受け、
   前記制御部は、前記ブロックゲージの前記軸方向に関する厚みと、前記第１変位計と前記レンズの前記一方の面との間の前記所定の基準距離と、前記第２変位計と前記レンズの前記他方の面との間の前記所定の基準距離と、前記第１位置測定機により得られる第１変位計の前記軸方向に関する変位位置と、前記第２位置測定機により得られる第２変位計の前記軸方向に関する変位位置と、から、前記レンズの厚みを得ることを特徴とする請求項２または３に記載のレンズ厚測定装置。
5. 前記レンズを配置した前記ステージを保持して、前記ステージを前記軸方向と直交する面に沿って移動可能なテーブルを備え、
   前記制御部は、予め定めた測定範囲内で、所定の測定点数について前記レンズの厚みを測定するために、前記テーブルを前記軸方向と直交する面において移動する動作の制御を行うことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のレンズ厚測定装置。

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