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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2025-04-02
(45)【発行日】2025-04-10
(54)【発明の名称】偏心測定方法および偏心測定装置
(51)【国際特許分類】
G01M 11/00 20060101AFI20250403BHJP
【ＦＩ】
G01M11/00 L
【請求項の数】
19
(21)【出願番号】P 2023515923
(86)(22)【出願日】2021-04-20
(86)【国際出願番号】 JP2021016020
(87)【国際公開番号】W WO2022224344
(87)【国際公開日】2022-10-27
【審査請求日】2023-10-20
(73)【特許権者】
【識別番号】000000376
【氏名又は名称】オリンパス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100139686
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 史朗
(74)【代理人】
【識別番号】100147267
【弁理士】
【氏名又は名称】大槻 真紀子
(74)【代理人】
【識別番号】100207789
【弁理士】
【氏名又は名称】石田 良平
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 陽輔
【審査官】伊藤 裕美
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１０－１２７８２８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－０４８６７３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特許第２６２１１１９（ＪＰ，Ｂ２）
【文献】特開２００５－１１４４０４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－１１２８９６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－０９６５１６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－００３６６７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－２８１９８０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－０６０４８０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－２９８７３９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｍ １１／００－１１／０４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
被検面を有する被検光学ユニットを保持し、測定用の光像を前記被検光学ユニットに向かって投影し、投影された前記光像を前記被検光学ユニットに対して相対的に直線移動し、投影された前記光像の前記被検光学ユニットに対する空気中における相対的な移動軌跡で規定される基準軸に直交する観察面の画像を取得する測定用イメージャを有する偏心測定装置を準備する第１ステップと、前記測定用イメージャが取得する画像において、前記観察面および前記基準軸の交点と対応する基準点の位置を特定する第２ステップと、
前記被検光学ユニットを前記基準軸上に配置する第３ステップと、
前記光像を前記基準軸上の投影位置に投影し、前記基準軸に沿う前記投影位置との距離が設定値Ｌになるように設定された観察位置に、前記被検面で反射された前記光像の反射像を形成する第４ステップと、
前記観察位置に前記観察面を配置し、前記観察面の画像を前記測定用イメージャを用いて撮像し、測定用画像を取得する第５ステップと、
前記測定用画像において、前記観察位置における前記反射像の画像を特定する第６ステップと、
特定された前記反射像の前記画像の前記基準点からの位置ずれ量を測定する第７ステップと、
前記位置ずれ量に基づいて、前記基準軸に対する前記被検面の見かけの球心の偏心量を算出する第８ステップと、
を備える、
偏心測定方法。
【請求項2】
前記被検光学ユニットは、前記被検面を複数有しており、前記第３ステップが実行された後、前記被検面のそれぞれに対して前記距離の前記設定値Ｌを一定として、前記第４ステップ、前記第５ステップ、前記第６ステップ、前記第７ステップ、および前記第８ステップを実行し、
算出された前記見かけの球心の前記偏心量の値に基づいて、前記基準軸に対する前記被検面のそれぞれの偏心量を算出する第９ステップをさらに備える、
請求項１に記載の偏心測定方法。
【請求項3】
前記被検光学ユニットは、前記被検面を構成する複数の光学面を有する被検光学系と、前記被検光学系の像面に撮像面が配置された被検イメージャと、を有しており、前記第３ステップでは、前記被検光学系の前側から前記光像を投影できるように前記被検光学ユニットが前記基準軸上に配置され、
前記光像を前記基準軸上における前記撮像面と光学的に共役な位置に位置決めした場合の、前記撮像面上に生じる像の前記撮像面上における前記基準軸からのズレ量（ＺＸ，ＺＹ）を、前記被検面の前記偏心量に基づいて算出する第１０ステップと、
前記光像を、前記基準軸上において前記撮像面と光学的に共役な位置に投影し、前記被検イメージャで前記光像の画像を取得し、前記被検イメージャで取得された前記画像の、前記撮像面における被検イメージャ座標系で表した位置座標（ＩＸ，ＩＹ）を測定する第１１ステップと、
前記ズレ量（ＺＸ，ＺＹ）と前記位置座標（ＩＸ，ＩＹ）とから、前記基準軸と前記撮像面との交点の前記被検イメージャ座標系における位置座標（ＩＸｏ，ＩＹｏ）を算出することによって、前記基準軸に対する前記撮像面の偏心量を算出する第１２ステップと、
をさらに備える、
請求項２に記載の偏心測定方法。
【請求項4】
前記被検光学ユニットは、前記被検面を構成する複数の光学面を有する被検光学系と、開口部を有する枠部材と、を有しており、前記第９ステップでは、前記複数の光学面のうち、少なくとも前記開口部の前側の端縁よりも前方の各光学面を前記被検面として前記偏心量がそれぞれ算出され、
前記測定用イメージャの撮像面を、前記被検光学系のうち前記端縁よりも前側の入射側光学系を介在して前記開口部の前記端縁と光学的に共役な位置に配置し、前記測定用イメージャによって前記入射側光学系を通した前記端縁の画像を取得する第１０ステップと、
前記端縁の前記画像に基づいて、前記基準点に対する前記端縁の見かけの位置を算出する第１１ステップと、
前記第９ステップで算出された前記偏心量と、前記第１１ステップで測定された前記見かけの位置と、に基づいて、前記基準軸に対する前記端縁の偏心量を算出する第１２ステップと、
をさらに備える、
請求項２に記載の偏心測定方法。
【請求項5】
前記第２ステップは、曲率半径が知られた球面を有する光学素子を前記基準軸上に配置することと、
前記光像を前記基準軸上で移動して、前記球面による正の反射倍率βＰで第１観察面に結像した正反射像の画像を前記測定用イメージャによって取得し、前記測定用イメージャで取得した前記正反射像の前記画像の位置を、前記測定用イメージャの撮像面における観察座標系で表した位置座標（ＸＰ，ＹＰ）として測定することと、
前記光像を前記基準軸上で移動して、前記球面による負の反射倍率βＮで第２観察面に結像した負反射像の画像を前記測定用イメージャによって取得し、前記測定用イメージャで取得した前記負反射像の前記画像の位置を、前記観察座標系で表した位置座標（ＸＮ，ＹＮ）として測定することと、
下記式（ｃ）、（ｄ）から求まる位置座標（Ｘ０，Ｙ０）を、前記基準点の位置座標として特定することと、
を備える、
請求項１に記載の偏心測定方法。
【数1】
【請求項6】
前記球面の曲率半径は、前記距離の前記設定値Ｌの５０％から２００％までの範囲である、請求項５に記載の偏心測定方法。
【請求項7】
前記第２ステップは、曲率半径が知られた球面または平面からなる反射面を有する光学素子を前記基準軸上に配置することと、
前記光像を前記基準軸上の投影位置に投影し、前記基準軸に沿う前記投影位置との距離が０になるように設定された観察位置に、前記被検面で反射された前記光像の反射像を形成することと、
前記光像を前記基準軸上で移動して、前記光像の投影位置と前記基準軸に沿う方向の位置が同じである観察位置において前記反射面による正の反射倍率βＰで結像した正反射像の画像を前記測定用イメージャによって取得し、前記測定用イメージャで取得した前記正反射像の前記画像の位置を、前記測定用イメージャの撮像面における観察座標系で表した位置座標（ＸＰ，ＹＰ）として測定することと、
前記位置座標（ＸＰ，ＹＰ）を、前記基準点の位置座標として特定することと、
を備え、
前記第４ステップでは、前記距離の前記設定値Ｌを０とする、
請求項１に記載の偏心測定方法。
【請求項8】
前記第６ステップは、前記測定用イメージャが取得した前記観察面の画像に基づいて、前記光像の反射によって形成された観察像が表す前記光像に対する前記観察像の横倍率を測定することと、
前記被検面の見かけの面の反射倍率の設計値に最も近い前記横倍率が測定された前記観察像を前記反射像として特定することと、
を備える、
請求項１に記載の偏心測定方法。
【請求項9】
前記第５ステップは、前記光像を前記基準軸上に配置した状態で前記測定用画像を取得することと、
前記光像を前記基準軸に直交する方向にずらして、反射像特定用画像を取得することと、
を備え、
前記第６ステップは、
前記測定用画像と前記反射像特定用画像とを比較して、前記光像のずらし量に対応する前記観察像の前記観察面における変位をそれぞれ測定することと、
前記ずらし量および前記変位から、前記観察像が表す前記横倍率を測定することと、
を備える、
請求項８に記載の偏心測定方法。
【請求項10】
前記光像は、前記見かけの面の反射倍率に応じて伸縮する倍率測定部を有しており、前記第６ステップは、
前記測定用画像において前記観察像における前記倍率測定部の寸法を測定することによって前記横倍率を測定すること
を備える、
請求項８に記載の偏心測定方法。
【請求項11】
前記第１ステップの後であって前記被検面の見かけの球心の前記偏心量を算出するよりも前に、曲率半径が知られた球面からなる参照面を含む光学素子を用いて、設定済みの前記距離を測定して測定値Ｌｍを得る第９ステップと、
前記測定値Ｌｍを前記設定値Ｌに代えて用いることにより、前記被検面の反射倍率を算出する第１０ステップと、
をさらに備える、
請求項１に記載の偏心測定方法。
【請求項12】
前記第９ステップは、前記光学素子を前記基準軸上に配置することと、
前記光像を前記基準軸上の投影位置に投影し、前記基準軸に沿う前記投影位置との距離が設定値Ｌになるように設定された観察位置に、前記参照面で反射され、正の反射倍率で前記観察位置に結像した正反射像の前記観察面の画像を前記測定用イメージャを用いて撮像することと、
前記光像を前記基準軸上の投影位置に投影し、前記基準軸に沿う前記投影位置との距離が設定値Ｌになるように設定された観察位置に、前記参照面で反射され、負の反射倍率で前記観察位置に結像した負反射像の前記観察面の画像を前記測定用イメージャを用いて撮像することと、
前記正反射像の前記画像および前記負反射像の前記画像に基づいて、前記負の反射倍率に対する前記正の反射倍率の比Ｃを算出することと、
下記式（ａ）に基づいて、前記距離の前記測定値Ｌｍを求めることと、
を備える、
請求項１１に記載の偏心測定方法。
【数2】
【請求項13】
前記第３ステップの後、最初に前記第４ステップが実行されるまでに、前記被検面のそれぞれにおける前記位置ずれ量の測定に用いる前記投影位置を、前記基準軸に沿う方向における分布範囲が最小になるように選定する第１０ステップをさらに備える、請求項２に記載の偏心測定方法。
【請求項14】
前記偏心測定装置は、前記被検光学系よりも前方に、前記基準軸に直交する平面において、前記基準軸との位置関係が予め知られた参照マークを備えており、前記第３ステップよりも後に、前記被検イメージャで前記参照マークを撮像し、撮像された前記参照マークの画像から、前記基準軸に直交する平面において前記基準軸と直交する基準線に対する前記被検イメージャ座標系の回転量を算出する第１３ステップと、
前記回転量に基づいて前記第９ステップで算出された、観察座標系における前記偏心量を前記被検イメージャ座標系を基準とする偏心量に補正する第１４ステップと、
をさらに備え、
前記第１０ステップにおける前記被検面の前記偏心量として、前記第１４ステップで補正された前記偏心量を用いる、
請求項３に記載の偏心測定方法。
【請求項15】
測定用の光像を形成する光源部と、被検面を有する被検光学ユニットを保持する保持台と、
前記光像を前記被検光学ユニットに向けて投影する投影光学系と、
前記光源部および前記投影光学系と、前記保持台と、の少なくとも一方を移動可能に保持し、前記投影光学系から投影される前記光像を空気中において前記保持台に対して相対的に直線移動させる移動機構と、
前記移動機構によって形成される前記保持台に対する前記光像の相対的な移動軌跡を基準軸とするとき、前記基準軸上の前記光像の投影位置との距離が設定値Ｌになるように設定された観察位置において前記基準軸に直交する観察面の画像を取得する測定用イメージャと、
前記測定用イメージャが取得した前記観察位置における画像に基づいて、前記観察面および前記基準軸の交点と対応する基準点からの位置ずれ量を測定し、前記位置ずれ量に基づいて、前記基準軸に対する前記被検面の見かけの球心の偏心量を算出する偏心量算出部と、
を備える、偏心測定装置。
【請求項16】
前記被検光学ユニットが、前記基準軸に沿って前記投影光学系に近い前方から前記投影光学系から遠い後方に向かって、前記被検面を構成する複数の光学面を有する被検光学系と、前記被検光学系の像面に配置された被検イメージャと、をこの順に有している場合に、前記被検イメージャから画像を取得する被検イメージャ画像取得部と、前記移動機構を用いて、前記光像を前記被検イメージャの撮像面と光学的に共役な位置に相対移動したときに、前記被検イメージャ画像取得部が取得した画像に基づいて、前記光像の前記撮像面上の位置を算出し、前記位置の算出値に基づいて、前記被検光学系と前記被検イメージャとの相対偏心を算出する被検イメージャ偏心算出部と、
をさらに備える、
請求項１５に記載の偏心測定装置。
【請求項17】
前記測定用イメージャが取得した前記観察位置における画像に基づいて、前記光像の反射によって形成された観察像が表す前記光像に対する前記観察像の横倍率を測定する反射倍率測定部を、さらに備える、請求項１５に記載の偏心測定装置。
【請求項18】
前記光源部から前記投影位置までの間であって、前記測定用イメージャと前記投影位置とを光学的に共役にする観察光学系の光路と異なる光路において平行光束を形成する平行光路が形成されており、前記反射倍率測定部は、
前記平行光路に挿入するウェッジプリズムと、
前記平行光路に前記ウェッジプリズムを挿入することにより、前記投影位置における前記光像を移動させた状態で、前記測定用イメージャによって前記観察位置における画像を取得させ、前記観察位置における前記画像に基づいて、前記観察像が表す前記横倍率を測定する反射倍率測定制御部と、
を有する、
請求項１７に記載の偏心測定装置。
【請求項19】
前記被検光学系の視野範囲に、前記基準軸に直交する平面において、前記基準軸との位置関係が予め知られた参照マークをさらに備える、請求項１６に記載の偏心測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、偏心測定方法および偏心測定装置に関する。
【背景技術】
【0002】
複数のレンズを含む光学ユニットの製造工程において必要な光学性能が得られない場合、レンズ面の偏心が原因になっている可能性がある。このため、光学ユニットの組立状態における各レンズ面の偏心を精度よく測定できる偏心測定方法および偏心測定装置が求められている。
例えば、特許文献１には、光学ユニットの組立状態で各レンズ面の偏心測定が可能な偏心測定装置が記載されている。特許文献１に記載の偏心測定装置では、オートコリメーション法を用いられている。オートコリメーション法では、被検光学系に「指標（像）」と呼ばれる光像を被検面の見かけの球心に投影し、その反射像のフレ量を測定することによって被検面ごとの偏心を測定する。
例えば、特許文献１には、光学ユニットの組立状態で各レンズ面の偏心測定が可能な偏心測定装置が記載されている。特許文献１に記載の偏心測定装置では、オートコリメーション法を用いられている。オートコリメーション法では、被検光学系に「指標（像）」と呼ばれる光像を被検面の見かけの球心に投影し、その反射像のフレ量を測定することによって被検面ごとの偏心を測定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】日本国特許第２６２１１１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
例えば、内視鏡の対物光学系は、前側の先端に強い負のパワーを有するレンズが配置され、各面の見かけの球心の位置が近接する。しかも、内視鏡は大型で固定がしにくい構造であり、一般に実施される、被検物を高精度に回転させての偏心測定が難しい。
このような光学系を、特許文献１に開示されたオートコリメーション法（等倍方式）を用いて測定をしようとした場合、後側の被検面の測定時に被検面以外の光学面で形成された反射像が多数観察される。この結果、被検面からの反射像を特定できなくなるので測定が困難である。
これに対して、偏心測定の基準軸に沿う方向における指標像の投影位置と反射像の形成位置との距離であるＩ－Ｏ距離が０でない設定による偏心測定（不等倍方式）をすることも考えられる。
しかし、被検物を回転させずに不等倍方式で偏心測定する方法は知られていない。例えば、特許文献１に開示された、イメージローテータを用いて被検物を回転させずに測定する方法は、オートコリメーション法に適用される方法であり、不等倍方式には適用できない。
また、イメージローテータを用いる方法は、各被検面の反射像観察の都度、偏心の基準軸を特定する手法なので、測定に時間がかかってしまう。
近年、組上がりレンズのレンズのみの偏心だけでなく、レンズ枠の偏心、レンズに組み上げられたイメージャの偏心なども測定するニーズが高まっている。しかしレンズの偏心とともに、レンズ枠の偏心、レンズに組み上げられたイメージャの偏心などを測定できる偏心測定方法は知られていない。
このような光学系を、特許文献１に開示されたオートコリメーション法（等倍方式）を用いて測定をしようとした場合、後側の被検面の測定時に被検面以外の光学面で形成された反射像が多数観察される。この結果、被検面からの反射像を特定できなくなるので測定が困難である。
これに対して、偏心測定の基準軸に沿う方向における指標像の投影位置と反射像の形成位置との距離であるＩ－Ｏ距離が０でない設定による偏心測定（不等倍方式）をすることも考えられる。
しかし、被検物を回転させずに不等倍方式で偏心測定する方法は知られていない。例えば、特許文献１に開示された、イメージローテータを用いて被検物を回転させずに測定する方法は、オートコリメーション法に適用される方法であり、不等倍方式には適用できない。
また、イメージローテータを用いる方法は、各被検面の反射像観察の都度、偏心の基準軸を特定する手法なので、測定に時間がかかってしまう。
近年、組上がりレンズのレンズのみの偏心だけでなく、レンズ枠の偏心、レンズに組み上げられたイメージャの偏心なども測定するニーズが高まっている。しかしレンズの偏心とともに、レンズ枠の偏心、レンズに組み上げられたイメージャの偏心などを測定できる偏心測定方法は知られていない。
【0005】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、被検光学ユニットを回転することなく、被検面の偏心量を精度よく迅速に測定することができる偏心測定方法および偏心測定装置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】
【0006】
上記の課題を解決するために、第１の態様に係る偏心測定方法は、被検面を有する被検光学ユニットを保持し、測定用の光像を前記被検光学ユニットに向かって投影し、投影された前記光像を前記被検光学ユニットに対して相対的に直線移動し、投影された前記光像の前記被検光学ユニットに対する空気中における相対的な移動軌跡で規定される基準軸に直交する観察面の画像を取得する測定用イメージャを有する偏心測定装置を準備する第１ステップと、前記測定用イメージャが取得する画像において、前記観察面および前記基準軸の交点と対応する基準点の位置を特定する第２ステップと、前記被検光学ユニットを前記基準軸上に配置する第３ステップと、前記光像を前記基準軸上の投影位置に投影し、前記基準軸に沿う前記投影位置との距離が設定値Ｌになるように設定された観察位置に、前記被検面で反射された前記光像の反射像を形成する第４ステップと、前記観察位置に前記観察面を配置し、前記観察面の画像を前記測定用イメージャを用いて撮像し、測定用画像を取得する第５ステップと、前記測定用画像において、前記観察位置における前記反射像の画像を特定する第６ステップと、特定された前記反射像の前記画像の前記基準点からの位置ずれ量を測定する第７ステップと、前記位置ずれ量に基づいて、前記基準軸に対する前記被検面の見かけの球心の偏心量を算出する第８ステップと、を備える。
ここで、「直交する」は、種々の誤差などの要因によって直角からずれて交わることも含まれる。本明細書において「直交する」と認められる角度は、８９度以上９１度以下である。ただし、測定精度を向上するためには、「直交する」と見なす角度は、９０度に近いほどより好ましい。例えば、「直交する」と見なす角度は、９０度±３０分であることがより好ましい。
ここで、「直交する」は、種々の誤差などの要因によって直角からずれて交わることも含まれる。本明細書において「直交する」と認められる角度は、８９度以上９１度以下である。ただし、測定精度を向上するためには、「直交する」と見なす角度は、９０度に近いほどより好ましい。例えば、「直交する」と見なす角度は、９０度±３０分であることがより好ましい。
【0007】
第２の態様に係る偏心測定装置は、測定用の光像を形成する光源部と、被検面を有する被検光学ユニットを保持する保持台と、前記光像を前記被検光学ユニットに向けて投影する投影光学系と、前記光源部および投影光学系と、前記保持台と、の少なくとも一方を移動可能に保持し、前記投影光学系から投影される前記光像を空気中において前記保持台に対して相対的に直線移動させる移動機構と、前記移動機構によって形成される前記保持台に対する前記光像の相対的な移動軌跡を基準軸とするとき、前記基準軸上の前記光像の投影位置との距離が設定値Ｌになるように設定された観察位置において前記基準軸に直交する観察面の画像を取得する測定用イメージャと、前記測定用イメージャが取得した前記観察位置における画像に基づいて、前記観察面および前記基準軸の交点と対応する基準点からの位置ずれ量を測定し、前記位置ずれ量に基づいて、前記基準軸に対する前記被検面の見かけの球心の偏心量を算出する偏心量算出部と、を備える。
【発明の効果】
【0008】
上記第１および第２の態様によれば、被検光学ユニットを回転することなく、被検面の偏心量を精度よく迅速に測定することができる偏心測定方法および偏心測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本発明の第１の実施形態に係る偏心測定装置の例を示す模式的な断面図である。
【図2】本発明の第１の実施形態に係る偏心測定装置における制御系のブロック図である。
【図3】被検光学系の一例を示す断面図である。
【図4】従来のオートコリメーション法による偏心測定の原理を説明する模式図である。
【図5】従来のオートコリメーション法において観察される反射像の例を示す模式図である。
【図6】本発明の第１の実施形態に係る偏心測定方法の偏心測定の原理を説明する模式図である。
【図7】本発明の第１の実施形態に係る偏心測定方法の偏心測定の原理を説明する模式図である。
【図8】本発明の第１の実施形態に係る偏心測定方法において、見かけの曲率半径が無限大の場合の偏心測定の原理を説明する模式図である。
【図9】従来のオートコリメーション法による見かけの曲率半径が無限大の場合の偏心測定方法を説明する模式図である。
【図10】本発明の第１の実施形態に係る偏心測定方法に用いる指標の例を示す模式図である。
【図11】本発明の第１の実施形態に係る偏心測定方法の反射像の判別法の第１例を示す模式図である。
【図12】本発明の第１の実施形態に係る偏心測定方法の反射像の判別法の第２例を示す模式図である。
【図13】本発明の第１の実施形態に係る偏心測定方法の例を示すフローチャートである。
【図14】本発明の第１の実施形態に係る偏心測定方法における基準点測定方法の例を示すフローチャートである。
【図15】本発明の第１の実施形態に係る偏心測定方法におけるＩ－Ｏ距離Ｌの測定方法を示す模式図である。
【図16】本発明の第１の実施形態に係る偏心測定方法におけるＩ－Ｏ距離Ｌの測定方法を示す模式図である。
【図17】本発明の第１の実施形態に係る偏心測定方法における基準点測定の原理を説明する模式図である。
【図18】反射倍率に応じた基準点測定の不確かさの変化を示すグラフである。
【図19】本発明の第１の実施形態に係る偏心測定方法において求められた基準点の例を示す模式図である。
【図20】本発明の第１の実施形態に係る偏心測定方法における参照光学素子の移動後の表示画面の例を示す模式図である。
【図21】本発明の第１の実施形態に係る偏心測定方法における反射像のフレ量の測定例を示す模式図である。
【図22】被検光学系の一例を示す断面図である。
【図23】本発明の第２の実施形態に係る偏心測定方法における反射像の種類の選定方法の例を示すフローチャートである。
【図24】本発明の第３の実施形態に係る偏心測定装置における制御系のブロック図である。
【図25】本発明の第３の実施形態に係る偏心測定装置における測定系の座標系と、被検イメージャ座標系と、の関係を示す模式図である。
【図26】本発明の第３の実施形態に係る偏心測定方法における被検光学ユニットから取得した画像の例を示す模式図である。
【図27】本発明の第３の実施形態に係る偏心測定方法の例を示すフローチャートである。
【図28】被検面の球心の偏心量と、被検面のチルト偏心と、の各ｘ軸成分の関係を示す模式図である。
【図29】被検面の球心の偏心量と、被検面のチルト偏心と、の各ｙ軸成分の関係を示す模式図である。
【図30】本発明の第３の実施形態に係る偏心測定方法における測定原理を示す模式的な断面図である。
【図31】本発明の第３の実施形態に係る偏心測定装置における被検イメージャ上の像と測定系の座標系および被検イメージャ座標系の関係を示す模式図である。
【図32】表示部に表示された向きにおける被検イメージャ座標系と測定系のｘｙ座標系との関係を示す模式図である。
【図33】被検イメージャ座標系から見た被検面の球心の偏心量と、光像ＩＬの結像位置との関係を示す模式図である。
【図34】本発明の第４の実施形態に係る偏心測定装置における枠部材の例を示す断面図である。
【図35】測定用イメージャで撮像された枠部材の画像を示す模式図である。
【図36】本発明の第４の実施形態に係る偏心測定方法の例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
【0011】
【0012】
図１に示す本実施形態の偏心測定装置５０は、複数のレンズを含む種々の光学系における各光学面の偏心測定に用いることができる。ここで、光学面とは、光学素子において、例えば、屈折、反射などの光学作用を有する表面を意味する。
光学面の形状は、特に限定されない。例えば、光学面の形状は、球面、非球面、平面などであってもよい。
測定対象の光学系は、例えば、レンズ、平行板などの、複数の光学素子が、光学系の設計値に基づく面間隔に基づいて、適宜の保持部材に配置され、保持部材に固定されている。
偏心測定装置５０は、測定対象の光学系（被検光学系）が保持部材に組み立てられた状態の光学ユニット（被検光学ユニット）において、各光学面の偏心を測定することができる。被検光学ユニットの偏心測定においては、光学面以外の測定対象の偏心が測定されてもよい。
被検光学ユニットの種類は、特に限定されない。
例えば、被検光学ユニットは、レンズを含む複数の光学素子が鏡筒に組み立てられたレンズユニットであってもよい。例えば、レンズユニットは、内視鏡用のレンズユニット、カメラ用のレンズユニット、顕微鏡用のレンズユニットなどであってもよい。
例えば、被検光学ユニットは、対物光学系が設けられた内視鏡の挿入部の先端部であってもよい。この場合、先端部の基端側には、湾曲部および可撓管部がこの順に連結されていてもよい。
以下では、被検光学ユニットが、内視鏡の挿入部の先端部４０である例で説明する。内視鏡の種類は、医療用内視鏡でもよいし、工業用内視鏡でもよい。
先端部４０の外形は円柱形である。先端部４０の内部には、被検光学系４１と、内視鏡イメージャ４２と、が固定されている。
被検光学系４１の先端の光学面は、先端部４０の先端に形成された開口部に露出している。被検光学系４１の構成は、特に限定されない。例えば、被検光学系４１は対物光学系であってもよい。以下、特に断らない限り、被検光学系４１が対物光学系の例で説明する。
被検光学系４１は、先端部４０の内部に配置されたレンズ枠４０ａに保持されている。
内視鏡イメージャ４２は、被検光学系４１の像面における光像を光電変換する。例えば、内視鏡イメージャ４２としては、ＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサなどが用いられてもよい。
光学面の形状は、特に限定されない。例えば、光学面の形状は、球面、非球面、平面などであってもよい。
測定対象の光学系は、例えば、レンズ、平行板などの、複数の光学素子が、光学系の設計値に基づく面間隔に基づいて、適宜の保持部材に配置され、保持部材に固定されている。
偏心測定装置５０は、測定対象の光学系（被検光学系）が保持部材に組み立てられた状態の光学ユニット（被検光学ユニット）において、各光学面の偏心を測定することができる。被検光学ユニットの偏心測定においては、光学面以外の測定対象の偏心が測定されてもよい。
被検光学ユニットの種類は、特に限定されない。
例えば、被検光学ユニットは、レンズを含む複数の光学素子が鏡筒に組み立てられたレンズユニットであってもよい。例えば、レンズユニットは、内視鏡用のレンズユニット、カメラ用のレンズユニット、顕微鏡用のレンズユニットなどであってもよい。
例えば、被検光学ユニットは、対物光学系が設けられた内視鏡の挿入部の先端部であってもよい。この場合、先端部の基端側には、湾曲部および可撓管部がこの順に連結されていてもよい。
以下では、被検光学ユニットが、内視鏡の挿入部の先端部４０である例で説明する。内視鏡の種類は、医療用内視鏡でもよいし、工業用内視鏡でもよい。
先端部４０の外形は円柱形である。先端部４０の内部には、被検光学系４１と、内視鏡イメージャ４２と、が固定されている。
被検光学系４１の先端の光学面は、先端部４０の先端に形成された開口部に露出している。被検光学系４１の構成は、特に限定されない。例えば、被検光学系４１は対物光学系であってもよい。以下、特に断らない限り、被検光学系４１が対物光学系の例で説明する。
被検光学系４１は、先端部４０の内部に配置されたレンズ枠４０ａに保持されている。
内視鏡イメージャ４２は、被検光学系４１の像面における光像を光電変換する。例えば、内視鏡イメージャ４２としては、ＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサなどが用いられてもよい。
【0013】
偏心測定装置５０は、基台１、移動ステージ２（移動機構）、本体部３、保持台４，および測定制御部５（偏心量算出部）を有する。
【0014】
基台１は、偏心測定装置５０の全体を支持する。基台１の配置姿勢は特に限定されないが、以下では、基台１が水平面上に配置された例で説明する。
移動ステージ２は、後述する測定光学系２０を収容する本体部３を基台１上で少なくとも一方向において移動する。図１に示す例では、移動ステージ２は、本体部３を少なくとも水平面における１軸方向（図示左右方向）において移動する。
例えば、移動ステージ２は、ガイド２ａと、光学系搬送部２ｂ、および光学系搬送部駆動部２ｃを有する。
移動ステージ２は、後述する測定光学系２０を収容する本体部３を基台１上で少なくとも一方向において移動する。図１に示す例では、移動ステージ２は、本体部３を少なくとも水平面における１軸方向（図示左右方向）において移動する。
例えば、移動ステージ２は、ガイド２ａと、光学系搬送部２ｂ、および光学系搬送部駆動部２ｃを有する。
【0015】
ガイド２ａは基台１上に固定されている。ガイド２ａは、光学系搬送部２ｂを水平面における１軸方向に移動可能に案内する。
光学系搬送部２ｂは、ガイド２ａに案内されて１軸方向に移動可能に設けられている。光学系搬送部２ｂは、本体部３と固定されており、本体部３とともに移動できる。光学系搬送部２ｂは、本体部３とともに移動できれば、本体部３との固定位置は特に限定されない。図１に示す例では、光学系搬送部２ｂは本体部３の底部と固定されている。
光学系搬送部駆動部２ｃは、光学系搬送部２ｂを移動させる駆動力を供給する。例えば、光学系搬送部駆動部２ｃは、モータと、モータの駆動力を光学系搬送部２ｂに伝達する伝達機構とを含んでもよい。
光学系搬送部駆動部２ｃは、後述する測定制御部５と通信可能に接続されている。光学系搬送部駆動部２ｃは、測定制御部５からの制御信号に応じて光学系搬送部２ｂを駆動する。
光学系搬送部２ｂは、ガイド２ａに案内されて１軸方向に移動可能に設けられている。光学系搬送部２ｂは、本体部３と固定されており、本体部３とともに移動できる。光学系搬送部２ｂは、本体部３とともに移動できれば、本体部３との固定位置は特に限定されない。図１に示す例では、光学系搬送部２ｂは本体部３の底部と固定されている。
光学系搬送部駆動部２ｃは、光学系搬送部２ｂを移動させる駆動力を供給する。例えば、光学系搬送部駆動部２ｃは、モータと、モータの駆動力を光学系搬送部２ｂに伝達する伝達機構とを含んでもよい。
光学系搬送部駆動部２ｃは、後述する測定制御部５と通信可能に接続されている。光学系搬送部駆動部２ｃは、測定制御部５からの制御信号に応じて光学系搬送部２ｂを駆動する。
【0016】
以下では、１軸方向が、水平面上で互いに直交するｘ軸およびｚ軸のうち、ｚ軸に沿う方向であるとして説明する。ｘ軸およびｚ軸に直交する鉛直方向はｙ軸に沿う方向である。ｚ軸における正方向（以下、ｚ軸正方向）は、ｚ軸に沿って本体部３から後述する保持台４に向かう方向であり、図１における左から右に向かう方向である。ｘ軸における正方向（以下、ｘ軸正方向）は、ｚ軸正方向に見た時に、ｘ軸に沿って右から左に向かう方向であり、図１における紙面の前側から奥側に向かう方向である。ｙ軸における正方向（以下、ｙ軸正方向）は、鉛直上向き方向であり、図１における下から上に向かう方向である。
各軸における正方向と反対方向は、負方向であり、それぞれ、ｚ軸負方向、ｘ軸負方向、およびｙ軸負方向と称する。
ｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸に基づく直交座標系であるｘｙｚ座標系は、偏心測定装置５０に固定されている。ｘｙｚ座標系は、偏心測定装置５０における測定系の座標系である。ｘｙ平面のみ着目する場合には、ｘｙ座標系と称する。
ｘｙｚ座標系の原点は任意である。偏心測定における各種の計算は、必要に応じて、ｘｙｚ座標系を平行移動した局所座標系の座標値によって実行することができる。
各軸における正方向と反対方向は、負方向であり、それぞれ、ｚ軸負方向、ｘ軸負方向、およびｙ軸負方向と称する。
ｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸に基づく直交座標系であるｘｙｚ座標系は、偏心測定装置５０に固定されている。ｘｙｚ座標系は、偏心測定装置５０における測定系の座標系である。ｘｙ平面のみ着目する場合には、ｘｙ座標系と称する。
ｘｙｚ座標系の原点は任意である。偏心測定における各種の計算は、必要に応じて、ｘｙｚ座標系を平行移動した局所座標系の座標値によって実行することができる。
【0017】
本体部３は、移動ステージ２によって少なくともｚ軸正方向およびｚ軸負方向に移動可能に支持された筐体である。
本体部３におけるｚ軸正方向の端部に設けられた前壁３ａには、測定用の光が透過する開口部３ｂが形成されている。
本体部３におけるｚ軸正方向の端部に設けられた前壁３ａには、測定用の光が透過する開口部３ｂが形成されている。
【0018】
本体部３の内部には、測定光学系２０、ウェッジプリズム１８（反射倍率測定部）、観察用イメージャ４４、測定用イメージャ１７、調整レンズ駆動部２１、およびウェッジプリズム駆動部２２（反射倍率測定部）が配置されている。
測定光学系２０は、光源１０（光源部）、ビームスプリッタ１１、コリメートレンズ１２（光源部）、調整レンズ１３（光源部）、ビームスプリッタ１４、結像レンズ１６（観察光学系）、および対物レンズ１５（投影光学系、観察光学系）を有する。
光源１０、ビームスプリッタ１１、コリメートレンズ１２、調整レンズ１３、および対物レンズ１５は、測定光学系２０の光軸ＯＭ上にこの順に配置されている。測定光学系２０の光軸ＯＭは、ｚ軸に平行になるように調整されている。
本実施形態では、偏心測定の基準となる基準軸Ｏｍを、測定光学系２０で形成する光像の空気中における移動軌跡によって規定する。基準軸Ｏｍは、光像の移動範囲を含む仮想的な直線である。
測定光学系２０に製造誤差および組立誤差がなく、かつ移動ステージ２による移動方向に曲がりがない場合、光軸ＯＭは本実施形態の偏心測定における基準軸Ｏｍと同軸である。簡単のため、測定光学系２０に関連する原理的な説明では、特に断らない限り、光軸ＯＭと基準軸Ｏｍとが同軸であるとして説明する。ただし、偏心測定の基準軸Ｏｍは、光軸ＯＭと同軸でなくてもよい。偏心測定装置５０における基準軸Ｏｍを測定する方法は後述する。
コリメートレンズ１２、調整レンズ１３、対物レンズ１５、および結像レンズ１６は、それぞれ、単レンズで構成されてもよいし、複数のレンズで構成されてもよい。
測定光学系２０は、光源１０（光源部）、ビームスプリッタ１１、コリメートレンズ１２（光源部）、調整レンズ１３（光源部）、ビームスプリッタ１４、結像レンズ１６（観察光学系）、および対物レンズ１５（投影光学系、観察光学系）を有する。
光源１０、ビームスプリッタ１１、コリメートレンズ１２、調整レンズ１３、および対物レンズ１５は、測定光学系２０の光軸ＯＭ上にこの順に配置されている。測定光学系２０の光軸ＯＭは、ｚ軸に平行になるように調整されている。
本実施形態では、偏心測定の基準となる基準軸Ｏｍを、測定光学系２０で形成する光像の空気中における移動軌跡によって規定する。基準軸Ｏｍは、光像の移動範囲を含む仮想的な直線である。
測定光学系２０に製造誤差および組立誤差がなく、かつ移動ステージ２による移動方向に曲がりがない場合、光軸ＯＭは本実施形態の偏心測定における基準軸Ｏｍと同軸である。簡単のため、測定光学系２０に関連する原理的な説明では、特に断らない限り、光軸ＯＭと基準軸Ｏｍとが同軸であるとして説明する。ただし、偏心測定の基準軸Ｏｍは、光軸ＯＭと同軸でなくてもよい。偏心測定装置５０における基準軸Ｏｍを測定する方法は後述する。
コリメートレンズ１２、調整レンズ１３、対物レンズ１５、および結像レンズ１６は、それぞれ、単レンズで構成されてもよいし、複数のレンズで構成されてもよい。
【0019】
光源１０は、被検光学系４１に投影する光像を形成するための光を発生する。光源の種類は特に限定されない。例えば、光源１０として、半導体レーザーが用いられてもよい。光源１０の波長は、後述する測定用イメージャ１７および観察用イメージャ４４によって撮像可能な波長であれば特に限定されない。
図１に示す例では、光源１０は光軸ＯＭに沿って発散光束Ｆ１を放射する。
図１に示す例では、光源１０は光軸ＯＭに沿って発散光束Ｆ１を放射する。
【0020】
ビームスプリッタ１１は、発散光束Ｆ１の光路上に配置されている。ビームスプリッタ１１は、後述する投影面Ｐ’から光源１０に向かって戻る光束Ｆ７を光軸ＯＭと交差する方向に反射する。
ビームスプリッタ１１で反射された光束Ｆ７の光路には、観察用イメージャ４４が配置されている。
ビームスプリッタ１１で反射された光束Ｆ７の光路には、観察用イメージャ４４が配置されている。
【0021】
観察用イメージャ４４は、光束Ｆ７による像を光電変換し、後述する測定制御部５に送出する。観察用イメージャ４４の撮像面は、後述する焦平面Ｆ’と光学的に共役な位置に配置されている。観察用イメージャ４４によれば、焦平面Ｆ’における画像を撮像可能である。
【0022】
コリメートレンズ１２は、光源１０の発光部に前側焦点が一致する位置に配置された集光レンズである。コリメートレンズ１２は、発散光束Ｆ１を集光し、光軸ＯＭに沿って進む平行光束Ｆ２を形成する。
【0023】
調整レンズ１３は、光軸ＯＭ上において、コリメートレンズ１２からの光軸ＯＭ上の距離が変更可能に配置されている集光レンズである。調整レンズ１３は、平行光束Ｆ２を集光して光束Ｆ３を形成する。光束Ｆ３は、調整レンズ１３の後側焦点の焦平面Ｐに結像する。このため、焦平面Ｐには、コリメートレンズ１２および調整レンズ１３で形成される光学系の倍率に応じて、光源１０の発光部の実像である光像ＩＰ（測定用の光像）が形成される。光束Ｆ３は、焦平面Ｐを通過すると発散光束として進む。
調整レンズ１３が光軸ＯＭに沿って平行移動すると、焦平面Ｐも同様に平行移動する。
調整レンズ１３が光軸ＯＭに沿って平行移動すると、焦平面Ｐも同様に平行移動する。
【0024】
光源１０、コリメートレンズ１２、および調整レンズ１３は、測定用の光像ＩＰを形成する光源部の例である。
【0025】
ビームスプリッタ１４は、ｚ軸正方向に進む光束Ｆ３を透過し、ｚ軸負方向に進む光束の光軸をｚ軸と交差する方向に反射するビームスプリッタ面１４ａを有する。図１に示す例では、ビームスプリッタ面１４ａは、光軸ＯＭに沿ってｚ軸負方向に進む軸上光束を光軸ＯＭに交差する方向に、光軸ＯＢとして反射する。
光軸ＯＢ上には、ビームスプリッタ１４に対向する結像レンズ１６と、結像レンズ１６を挟んでビームスプリッタ１４と対向する測定用イメージャ１７とが配置されている。
光軸ＯＢ上には、ビームスプリッタ１４に対向する結像レンズ１６と、結像レンズ１６を挟んでビームスプリッタ１４と対向する測定用イメージャ１７とが配置されている。
【0026】
対物レンズ１５の前側焦点が位置する焦平面Ｆは、調整レンズ１３の焦平面Ｐよりも、後側に配置されている。
対物レンズ１５は、光束Ｆ３を集光し、測定光束Ｆ４を形成する。
測定光束Ｆ４は、開口部３ｂを通して本体部３の外部の被検光学系４１に向かって出射し、焦平面Ｐと光学的に共役な投影面Ｐ’（投影位置）に結像する。
このようにして、光像ＩＰは、対物レンズ１５によって投影面Ｐ’に光像ＩＰ’として投影される。
対物レンズ１５は、光束Ｆ３を集光し、測定光束Ｆ４を形成する。
測定光束Ｆ４は、開口部３ｂを通して本体部３の外部の被検光学系４１に向かって出射し、焦平面Ｐと光学的に共役な投影面Ｐ’（投影位置）に結像する。
このようにして、光像ＩＰは、対物レンズ１５によって投影面Ｐ’に光像ＩＰ’として投影される。
【0027】
対物レンズ１５は、光像ＩＰを被検光学系４１に向けて投影する投影光学系の例である。
【0028】
測定光束Ｆ４は、被検光学系４１の前側から被検光学系４１に入射し、被検光学系４１の各光学面によって屈折または反射される。
例えば、測定光束Ｆ４は、被検光学系４１内の一つ以上の光学面で屈折された後、光学面の一つである被検面Ｓｉにおいて前側に反射される。これにより、反射光束Ｆ５が形成される。この場合、反射光束Ｆ５は、測定光束Ｆ４が透過した被検面Ｓｉよりも前側の各光学面で順次屈折されて結像し、像面Ｉに反射像ＩＲを形成する。
被検光学系４１において被検面Ｓｉよりも前側の媒質および各光学面で形成される光学系を、被検面Ｓｉに関する入射側光学系と称すると、入射側光学系および被検面Ｓｉは、見かけの曲率半径を有する一球面からなる見かけ面に置き換えることができる。
被検面Ｓｉの「見かけの球心」とは、被検光学系４１において被検面Ｓｉに関する入射側光学系が介在することにより、被検面Ｓｉの球心と光学的に共役となる点である。見かけの球心は、被検面Ｓｉの見かけの曲率中心と呼ばれることもある。
被検光学系４１の前側から被検面Ｓｉの「見かけの球心」に入射した光は、入射側光学系の各光学面によって屈折されて、被検面Ｓｉの球心に到達する。
見かけの球心の位置は、被検面Ｓｉと、被検面Ｓｉに関する入射側光学系と、における、各光学面の曲率半径と、各媒質の屈折率と、各光学面の間隔と、から計算することができる。
被検面Ｓｉの「見かけの面頂」とは、被検光学系４１における入射側光学系が介在することにより、被検面Ｓｉの面頂と光学的に共役となる点である。被検面Ｓｉの面頂とは、光軸ＯＭに沿う方向における被検面Ｓｉの頂点である。
被検面Ｓｉの「見かけの曲率半径」とは、被検面Ｓｉの「見かけの面頂」を基準とした被検面Ｓｉの「見かけの球心」までの距離を意味する。被検面Ｓｉの「見かけの面頂」に対して被検面Ｓｉの「見かけの球心」が光軸ＯＭの正の側にあるとき、「見かけの曲率半径」は正となる。
以下では、被検面Ｓｉに代えて、見かけの曲率半径を有する見かけ面を考えていることを明記する必要がある場合には、「見かけの被検面ｓｉ」と表記する場合がある。
被検面Ｓｉが被検光学系４１において最も前側の光学面である場合には、被検面Ｓｉの見かけ面を考える必要はないが、説明の簡素化のため、被検面Ｓｉの見かけ面は被検面Ｓｉ自体であると定義する。この場合、見かけの曲率半径、見かけの球心、および見かけの面頂は、それぞれ、被検面Ｓｉの曲率半径、被検面Ｓｉの球心、および被検面Ｓｉの面頂に一致する。
例えば、測定光束Ｆ４は、被検光学系４１内の一つ以上の光学面で屈折された後、光学面の一つである被検面Ｓｉにおいて前側に反射される。これにより、反射光束Ｆ５が形成される。この場合、反射光束Ｆ５は、測定光束Ｆ４が透過した被検面Ｓｉよりも前側の各光学面で順次屈折されて結像し、像面Ｉに反射像ＩＲを形成する。
被検光学系４１において被検面Ｓｉよりも前側の媒質および各光学面で形成される光学系を、被検面Ｓｉに関する入射側光学系と称すると、入射側光学系および被検面Ｓｉは、見かけの曲率半径を有する一球面からなる見かけ面に置き換えることができる。
被検面Ｓｉの「見かけの球心」とは、被検光学系４１において被検面Ｓｉに関する入射側光学系が介在することにより、被検面Ｓｉの球心と光学的に共役となる点である。見かけの球心は、被検面Ｓｉの見かけの曲率中心と呼ばれることもある。
被検光学系４１の前側から被検面Ｓｉの「見かけの球心」に入射した光は、入射側光学系の各光学面によって屈折されて、被検面Ｓｉの球心に到達する。
見かけの球心の位置は、被検面Ｓｉと、被検面Ｓｉに関する入射側光学系と、における、各光学面の曲率半径と、各媒質の屈折率と、各光学面の間隔と、から計算することができる。
被検面Ｓｉの「見かけの面頂」とは、被検光学系４１における入射側光学系が介在することにより、被検面Ｓｉの面頂と光学的に共役となる点である。被検面Ｓｉの面頂とは、光軸ＯＭに沿う方向における被検面Ｓｉの頂点である。
被検面Ｓｉの「見かけの曲率半径」とは、被検面Ｓｉの「見かけの面頂」を基準とした被検面Ｓｉの「見かけの球心」までの距離を意味する。被検面Ｓｉの「見かけの面頂」に対して被検面Ｓｉの「見かけの球心」が光軸ＯＭの正の側にあるとき、「見かけの曲率半径」は正となる。
以下では、被検面Ｓｉに代えて、見かけの曲率半径を有する見かけ面を考えていることを明記する必要がある場合には、「見かけの被検面ｓｉ」と表記する場合がある。
被検面Ｓｉが被検光学系４１において最も前側の光学面である場合には、被検面Ｓｉの見かけ面を考える必要はないが、説明の簡素化のため、被検面Ｓｉの見かけ面は被検面Ｓｉ自体であると定義する。この場合、見かけの曲率半径、見かけの球心、および見かけの面頂は、それぞれ、被検面Ｓｉの曲率半径、被検面Ｓｉの球心、および被検面Ｓｉの面頂に一致する。
【0029】
本実施形態において、対物レンズ１５は、反射像ＩＲを観察する目的にも、用いられる。対物レンズ１５は、例えば、対物レンズ１５の後側焦点の焦平面Ｆ’から対物レンズ１５に向かって進む反射光束Ｆ５を、対物レンズ１５の開口数の範囲で集光する。これにより、ビームスプリッタ１４に向かって進む光束Ｆ６が形成される。ただし、図１では、見易さのため、反射像ＩＲを形成する反射光束Ｆ５の反射方向が誇張されている。実際には、反射光束Ｆ５は、焦平面Ｆ’を通過すると、反射像ＩＲの位置から拡散し、対物レンズ１５の開口数（ＮＡ）の範囲に入射することにより集光されて光束Ｆ６が形成される。
光束Ｆ６は光軸ＯＭに沿ってビームスプリッタ１４に向かって進み、ビームスプリッタ１４のビームスプリッタ面１４ａで反射される。光束Ｆ６は、結像レンズ１６によって集光される。
例えば、対物レンズ１５の焦平面Ｆ’が、反射像ＩＲが形成される像面Ｉと一致している場合には、対物レンズ１５および結像レンズ１６を介して像面Ｉと光学的に共役な面である結像レンズ１６の像面ＩＢに、反射像ＩＲの実像が形成される。
光束Ｆ６は光軸ＯＭに沿ってビームスプリッタ１４に向かって進み、ビームスプリッタ１４のビームスプリッタ面１４ａで反射される。光束Ｆ６は、結像レンズ１６によって集光される。
例えば、対物レンズ１５の焦平面Ｆ’が、反射像ＩＲが形成される像面Ｉと一致している場合には、対物レンズ１５および結像レンズ１６を介して像面Ｉと光学的に共役な面である結像レンズ１６の像面ＩＢに、反射像ＩＲの実像が形成される。
【0030】
対物レンズ１５および結像レンズ１６は、対物レンズ１５の焦平面Ｆ’と測定用イメージャ１７の撮像面とを互いに光学的に共役にする。対物レンズ１５および結像レンズ１６は、測定用イメージャ１７で観察する観察光学系の例である。焦平面Ｆ’は、観察光学系における物体面であり、測定用イメージャ１７によって画像を取得する観察面の意味を持っている。以下では、焦平面Ｆ’が観察光学系の観察面であることを強調する場合には、観察面Ｆ’と称する場合がある。
対物レンズ１５および結像レンズ１６は、観察面Ｆ’が被検面Ｓｉで反射された反射像ＩＲの像面Ｉに合わされたとき、反射像ＩＲを測定用イメージャ１７で観察できる。このとき、観察光学系は、測定用イメージャ１７の撮像面および投影位置も互いに光学的に共役にしている。
観察面Ｆ’における反射像ＩＲに対する、観察光学系を介して像面ＩＢに形成される反射像ＩＲの像の倍率は、観察光学系に応じて決まる。
対物レンズ１５および結像レンズ１６は、観察面Ｆ’が被検面Ｓｉで反射された反射像ＩＲの像面Ｉに合わされたとき、反射像ＩＲを測定用イメージャ１７で観察できる。このとき、観察光学系は、測定用イメージャ１７の撮像面および投影位置も互いに光学的に共役にしている。
観察面Ｆ’における反射像ＩＲに対する、観察光学系を介して像面ＩＢに形成される反射像ＩＲの像の倍率は、観察光学系に応じて決まる。
【0031】
コリメートレンズ１２と調整レンズ１３との間の平行光束Ｆ２の光路は、光源部から投影位置までの間であって、測定用イメージャと投影位置とを光学的に共役にする観察光学系の光路と異なる光路において平行光束を形成する平行光路の例である。
【0032】
測定光学系２０において調整レンズ１３の光軸ＯＭに沿う方向の位置が固定された状態で、移動ステージ２を用いて本体部３を光軸ＯＭに沿う方向に移動させると、光像ＩＰ’と観察面Ｆ’とは、光軸ＯＭに沿う方向の距離を変えることなく一体的に移動する。入射側光学系および被検面Ｓｉの介在によって、反射像ＩＲと光像ＩＰ’とは、互いに光学的に共役の関係にあるので、光軸ＯＭに沿う方向における像面Ｉの位置は、光軸ＯＭに沿う方向における投影面Ｐ’の位置の関数である。
このため、移動ステージ２は、測定光学系２０に含まれる光源部および投影光学系を、互いの相対位置を変えることなく移動可能に保持し、投影光学系から投影される光像を空気中において保持台に対して相対的に直線移動させる移動機構の例になっている。
これにより、被検光学系４１に対する光像ＩＰ’の光軸ＯＭに沿う方向の位置に応じて、被検面Ｓｉで反射されて作られる反射像ＩＲが形成される像面Ｉの光軸ＯＭに沿う方向の位置が変化する。
光像ＩＰ’が特定の位置のときに、反射像ＩＲが観察面Ｆ’上に現れる。このため、投影面Ｐ’の光軸ＯＭに沿う方向の位置を移動ステージ２によって適宜に設定することによって、像面Ｉと焦平面Ｆ’とを一致させることができる。
このため、移動ステージ２は、測定光学系２０に含まれる光源部および投影光学系を、互いの相対位置を変えることなく移動可能に保持し、投影光学系から投影される光像を空気中において保持台に対して相対的に直線移動させる移動機構の例になっている。
これにより、被検光学系４１に対する光像ＩＰ’の光軸ＯＭに沿う方向の位置に応じて、被検面Ｓｉで反射されて作られる反射像ＩＲが形成される像面Ｉの光軸ＯＭに沿う方向の位置が変化する。
光像ＩＰ’が特定の位置のときに、反射像ＩＲが観察面Ｆ’上に現れる。このため、投影面Ｐ’の光軸ＯＭに沿う方向の位置を移動ステージ２によって適宜に設定することによって、像面Ｉと焦平面Ｆ’とを一致させることができる。
【0033】
本実施形態では、調整レンズ１３を光軸ＯＭに沿う方向に移動して、調整レンズ１３の焦平面Ｐの位置を変更することによって、投影面Ｐ’と観察面Ｆ’との距離を変更することができる。
例えば、対物レンズ１５の焦平面Ｆから調整レンズ１３の焦平面Ｐまでの空気長に換算した距離をｐ、対物レンズ１５の焦平面Ｆ’から投影面Ｐ’までの距離をｐ’とすれば、ｐとｐ’とは、ニュートンの結像公式によって、対物レンズ１５の焦点距離ｆＴと関係づけられる。すなわち、ｐｐ’＝－ｆＴ ２である。ここで、ｐ’＝Ｌとすれば、Ｌは、下記式（１）で算出される。
例えば、対物レンズ１５の焦平面Ｆから調整レンズ１３の焦平面Ｐまでの空気長に換算した距離をｐ、対物レンズ１５の焦平面Ｆ’から投影面Ｐ’までの距離をｐ’とすれば、ｐとｐ’とは、ニュートンの結像公式によって、対物レンズ１５の焦点距離ｆＴと関係づけられる。すなわち、ｐｐ’＝－ｆＴ ２である。ここで、ｐ’＝Ｌとすれば、Ｌは、下記式（１）で算出される。
【0034】
【数1】
【0035】
結像レンズ１６の像面ＩＢには、像面ＩＢにおける光像を光電変換する測定用イメージャ１７が配置されている。
測定用イメージャ１７としては、光束Ｆ６の波長に感度を有し、反射像ＩＲを必要な分解能で解像できる光電変換素子であれば、特に限定されない。例えば、測定用イメージャ１７としては、ＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサなどが用いられてもよい。
測定用イメージャ１７によって光電変換された画像の画像信号は、後述する測定制御部５に送出される。
結像レンズ１６および測定用イメージャ１７として、例えば、デジタルカメラが用いられてもよい。
測定用イメージャ１７としては、光束Ｆ６の波長に感度を有し、反射像ＩＲを必要な分解能で解像できる光電変換素子であれば、特に限定されない。例えば、測定用イメージャ１７としては、ＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサなどが用いられてもよい。
測定用イメージャ１７によって光電変換された画像の画像信号は、後述する測定制御部５に送出される。
結像レンズ１６および測定用イメージャ１７として、例えば、デジタルカメラが用いられてもよい。
【0036】
本実施形態では、後述するように、投影位置である投影面Ｐ’を被検面Ｓｉの見かけの球心および面頂の設計値の両方から光軸ＯＭに沿ってずれた位置に設定する。投影面Ｐ’と像面Ｉとは光軸ＯＭに沿う方向にずれることから、光軸ＯＭに沿う方向における観察面Ｆ’を基準とした投影面Ｐ’までの距離の設定値をＬ（ただし、Ｌ≠０）とすることで像面Ｉを観察できるようにする。以下では、光軸ＯＭに沿う方向における観察面Ｆ’を基準とした投影面Ｐ’までの距離をＩ－Ｏ距離と称する。設定値がＬに設定されたＩ－Ｏ距離を、Ｉ－Ｏ距離Ｌと称する場合がある。
本明細書では、Ｉ－Ｏ距離の設定値Ｌの符号は、偏心測定装置５０から被検光学系４１に向かう方向を正としている。
これに対して、例えば、従来のオートコリメーション法では、投影面Ｐ’を被検面Ｓｉの見かけの球心を通る位置に設定している。この場合、Ｉ－Ｏ距離は、０である。
本明細書では、Ｉ－Ｏ距離の設定値Ｌの符号は、偏心測定装置５０から被検光学系４１に向かう方向を正としている。
これに対して、例えば、従来のオートコリメーション法では、投影面Ｐ’を被検面Ｓｉの見かけの球心を通る位置に設定している。この場合、Ｉ－Ｏ距離は、０である。
【0037】
ウェッジプリズム１８は、第１面１８ａと、第１面１８ａに対してウエッジ角αだけ傾斜した第２面１８ｂと、を有する。第１面１８ａと第２面１８ｂとの面間距離は、第２面１８ｂの傾斜方向に沿って漸次変化する。
ウェッジプリズム１８は、コリメートレンズ１２と調整レンズ１３との間の平行光束Ｆ２の光路に向かって進退可能に配置されている。ウェッジプリズム１８が平行光束Ｆ２の光路に進入すると、平行光束Ｆ２は、第１面１８ａに入射して第２面１８ｂから出射する。このとき、ウェッジプリズム１８の屈折作用により、平行光束Ｆ２の光路は、光軸ＯＭに対して、第１面１８ａと第２面１８ｂとの面間距離が増大する側に傾斜する。
これにより、投影面Ｐ’における光像ＩＰ’が、光軸ＯＭと直交する方向にずらされる。
ウェッジプリズム１８が光像ＩＰ’をずらす方向は、特に限定されない。例えば、ウェッジプリズム１８は、光像ＩＰ’を、ｘ軸方向、ｙ軸方向、または、ｘ軸方向およびｙ軸方向と異なる方向にずらしてもよい。ウェッジプリズム１８が光像ＩＰ’をずらす方向は、一定であってもよいし、変更可能であってもよい。
ウェッジプリズム１８の光線偏向角（ray deviation）は、例えば、１ｍｒａｄ程度が好適である。
ウェッジプリズム１８は、コリメートレンズ１２と調整レンズ１３との間の平行光束Ｆ２の光路に向かって進退可能に配置されている。ウェッジプリズム１８が平行光束Ｆ２の光路に進入すると、平行光束Ｆ２は、第１面１８ａに入射して第２面１８ｂから出射する。このとき、ウェッジプリズム１８の屈折作用により、平行光束Ｆ２の光路は、光軸ＯＭに対して、第１面１８ａと第２面１８ｂとの面間距離が増大する側に傾斜する。
これにより、投影面Ｐ’における光像ＩＰ’が、光軸ＯＭと直交する方向にずらされる。
ウェッジプリズム１８が光像ＩＰ’をずらす方向は、特に限定されない。例えば、ウェッジプリズム１８は、光像ＩＰ’を、ｘ軸方向、ｙ軸方向、または、ｘ軸方向およびｙ軸方向と異なる方向にずらしてもよい。ウェッジプリズム１８が光像ＩＰ’をずらす方向は、一定であってもよいし、変更可能であってもよい。
ウェッジプリズム１８の光線偏向角（ray deviation）は、例えば、１ｍｒａｄ程度が好適である。
【0038】
調整レンズ駆動部２１は、調整レンズ１３を光軸ＯＭに沿う方向に移動する。調整レンズ駆動部２１は、例えば、モータと、モータの駆動力を調整レンズ１３または調整レンズ１３の保持部材に伝達する伝達機構と、を含んでもよい。
調整レンズ駆動部２１は、後述する測定制御部５と通信可能に接続され、測定制御部５からの制御信号に基づいて、調整レンズ１３を移動させる。
調整レンズ駆動部２１は、後述する測定制御部５と通信可能に接続され、測定制御部５からの制御信号に基づいて、調整レンズ１３を移動させる。
【0039】
ウェッジプリズム駆動部２２は、ウェッジプリズム１８を光軸ＯＭに直交する方向に移動し、ウェッジプリズム１８が平行光束Ｆ２の光路から退避する退避位置と、ウェッジプリズム１８が平行光束Ｆ２の光路に進入する進入位置と、を切り替える。進入位置のウェッジプリズム１８が光像ＩＰ’をずらす方向は特に限定されない。
ウェッジプリズム駆動部２２の構成は、ウェッジプリズム１８の位置を退避位置と進入位置とに切り替えることができれば特に限定されない。例えば、ウェッジプリズム駆動部２２は、ウェッジプリズム１８またはウェッジプリズム１８の保持部材を移動するソレノイドであってもよい。例えば、ウェッジプリズム駆動部２２は、モータと、モータの駆動力をウェッジプリズム１８またはウェッジプリズム１８の保持部材に伝達する伝達機構と、を含んでもよい。
ウェッジプリズム駆動部２２は、後述する測定制御部５と通信可能に接続され、測定制御部５からの制御信号に基づいて、ウェッジプリズム１８を移動させる。
ウェッジプリズム駆動部２２の構成は、ウェッジプリズム１８の位置を退避位置と進入位置とに切り替えることができれば特に限定されない。例えば、ウェッジプリズム駆動部２２は、ウェッジプリズム１８またはウェッジプリズム１８の保持部材を移動するソレノイドであってもよい。例えば、ウェッジプリズム駆動部２２は、モータと、モータの駆動力をウェッジプリズム１８またはウェッジプリズム１８の保持部材に伝達する伝達機構と、を含んでもよい。
ウェッジプリズム駆動部２２は、後述する測定制御部５と通信可能に接続され、測定制御部５からの制御信号に基づいて、ウェッジプリズム１８を移動させる。
【0040】
保持台４は、先端部４０などの被検光学ユニットを保持する。保持台４は、台本体４ｂと、調整ステージを介して台本体４ｂの上端部に設けられたホルダ４ａと備える。
ホルダ４ａは、調整ステージによって少なくともｚ軸に交差する方向に移動可能に設けられている。調整ステージは、ｚ軸に対するあおり調整が可能であってもよい。
ホルダ４ａは、被検光学ユニットを着脱可能に保持する。例えば、被検光学ユニットが、被検光学系４１を含む先端部４０の場合、ホルダ４ａは、被検光学系４１の設計上の光軸ＯＭがｚ軸に沿うようにして、先端部４０を保持可能である。ホルダ４ａは、先端部４０の先端が本体部３に対向する向きに先端部４０を保持できる。
保持台４は、偏心測定時に本体部３に対する位置が固定されていれば、基台１上に配置されてもよいし、基台１から離れた位置に配置されてもよい。図１に示す例では、保持台４は、基台１上に配置されている。
ホルダ４ａは、調整ステージによって少なくともｚ軸に交差する方向に移動可能に設けられている。調整ステージは、ｚ軸に対するあおり調整が可能であってもよい。
ホルダ４ａは、被検光学ユニットを着脱可能に保持する。例えば、被検光学ユニットが、被検光学系４１を含む先端部４０の場合、ホルダ４ａは、被検光学系４１の設計上の光軸ＯＭがｚ軸に沿うようにして、先端部４０を保持可能である。ホルダ４ａは、先端部４０の先端が本体部３に対向する向きに先端部４０を保持できる。
保持台４は、偏心測定時に本体部３に対する位置が固定されていれば、基台１上に配置されてもよいし、基台１から離れた位置に配置されてもよい。図１に示す例では、保持台４は、基台１上に配置されている。
【0041】
図２は、本発明の第１の実施形態に係る偏心測定装置における制御系のブロック図である。
図２に示すように、測定制御部５は、全体制御部１０１、演算処理部１０２、画像処理部１０３、記憶部１０４、搬送部コントローラ１０５、投影位置コントローラ１０６、シフト量コントローラ１０７、および表示制御部１０８を有する。
全体制御部１０１は、操作部２４と通信可能に接続されている。全体制御部１０１は、操作部２４からの操作入力に応じて、偏心測定装置５０の動作全体を制御する。
操作部２４は、例えば、キーボード、タッチパネル、操作スイッチなど、操作者が操作入力可能な適宜の入力装置を含む。
図２に示すように、測定制御部５は、全体制御部１０１、演算処理部１０２、画像処理部１０３、記憶部１０４、搬送部コントローラ１０５、投影位置コントローラ１０６、シフト量コントローラ１０７、および表示制御部１０８を有する。
全体制御部１０１は、操作部２４と通信可能に接続されている。全体制御部１０１は、操作部２４からの操作入力に応じて、偏心測定装置５０の動作全体を制御する。
操作部２４は、例えば、キーボード、タッチパネル、操作スイッチなど、操作者が操作入力可能な適宜の入力装置を含む。
【0042】
全体制御部１０１は、光源１０と電気的に接続されている。全体制御部１０１は、操作部２４からの操作入力に基づいて、光源１０のオンオフ制御と、光量制御と、を行う。
全体制御部１０１は、測定用イメージャ１７と観察用イメージャ４４と通信可能に接続されている。全体制御部１０１は、測定用イメージャ１７と観察用イメージャ４４とが送出する画像信号を取得する。
全体制御部１０１は、演算処理部１０２、画像処理部１０３、記憶部１０４、搬送部コントローラ１０５、投影位置コントローラ１０６、シフト量コントローラ１０７、および表示制御部１０８とそれぞれ通信可能に接続されている。
全体制御部１０１は、測定用イメージャ１７と観察用イメージャ４４と通信可能に接続されている。全体制御部１０１は、測定用イメージャ１７と観察用イメージャ４４とが送出する画像信号を取得する。
全体制御部１０１は、演算処理部１０２、画像処理部１０３、記憶部１０４、搬送部コントローラ１０５、投影位置コントローラ１０６、シフト量コントローラ１０７、および表示制御部１０８とそれぞれ通信可能に接続されている。
【0043】
演算処理部１０２は、全体制御部１０１からの制御信号に基づいて演算処理を行う。演算処理部１０２が行う演算処理は、偏心測定装置５０における測定に必要な演算であれば特に限定されない。例えば、演算処理部１０２が行う演算処理の例としては、予め記憶部１０４に記憶された被検光学系４１の設計値に基づく各種の計算、後述するフレ量の測定値に基づく偏心量の計算などが挙げられる。
【0044】
画像処理部１０３は、測定用イメージャ１７から取得した画像信号に基づく画像の画像処理を行う。画像処理部１０３が行う画像処理の例としては、測定用イメージャ１７が撮像した画像に基づいて反射像ＩＲの中心位置を求める画像処理、反射像ＩＲが後述する倍率測定部を有する場合に画像から倍率測定部の寸法を求める画像処理などが挙げられる。
【0045】
記憶部１０４は、例えば、操作部２４および測定用イメージャ１７を通して入力されたデータ、演算処理部１０２および画像処理部１０３で算出および生成されたデータ、などを記憶する。記憶部１０４は、例えば、メモリ、ハードディスク、リムーバブル記憶媒体などの適宜の記憶媒体を１以上備える。
【0046】
搬送部コントローラ１０５は、全体制御部１０１からの制御信号に基づいて、移動ステージ２による本体部３の移動量および移動方向を制御する。
搬送部コントローラ１０５は、光学系搬送部駆動部２ｃと通信可能に接続されている。光学系搬送部駆動部２ｃに制御信号を送出することによって、光学系搬送部２ｂを駆動し、本体部３をｚ軸方向に移動させる。
搬送部コントローラ１０５は、光学系搬送部駆動部２ｃと通信可能に接続されている。光学系搬送部駆動部２ｃに制御信号を送出することによって、光学系搬送部２ｂを駆動し、本体部３をｚ軸方向に移動させる。
【0047】
投影位置コントローラ１０６は、調整レンズ駆動部２１と通信可能に接続されている。投影位置コントローラ１０６は、全体制御部１０１からの制御信号に基づいて、調整レンズ駆動部２１による調整レンズ１３の移動量および移動方向を制御する。調整レンズ１３が光軸ＯＭに沿って移動することによって、光像ＩＰ’が投影される位置が光軸ＯＭに沿って移動する。
全体制御部１０１から投影位置コントローラ１０６に送出される制御信号は主として後述するＩ－Ｏ距離を設定値に合わせる目的で送出される。しかし、全体制御部１０１からの制御信号は、Ｉ－Ｏ距離の設定用途に限られることはない。全体制御部１０１は、測定の必要に応じて光像ＩＰ’を適宜の位置に移動させる制御信号を投影位置コントローラ１０６に送出できる。
全体制御部１０１から投影位置コントローラ１０６に送出される制御信号は主として後述するＩ－Ｏ距離を設定値に合わせる目的で送出される。しかし、全体制御部１０１からの制御信号は、Ｉ－Ｏ距離の設定用途に限られることはない。全体制御部１０１は、測定の必要に応じて光像ＩＰ’を適宜の位置に移動させる制御信号を投影位置コントローラ１０６に送出できる。
【0048】
シフト量コントローラ１０７は、ウェッジプリズム駆動部２２と通信可能に接続されている。シフト量コントローラ１０７は、全体制御部１０１からの制御信号に基づいて、ウェッジプリズム駆動部２２を駆動し、ウェッジプリズム１８の位置を退避位置と進入位置とに選択的に切り替える。
【0049】
表示制御部１０８は、例えば、ディスプレイなどからなる表示部２３と通信可能に接続されている。表示制御部１０８は、全体制御部１０１からの制御信号に基づいて、表示部２３の表示を制御する。
表示部２３には、例えば、全体制御部１０１が測定用イメージャ１７、内視鏡イメージャ４２から取得した画像、画像処理部１０３によって生成された画像、全体制御部１０１が観察用イメージャ４４から取得した画像などの偏心測定に関する種々の画像が表示される。さらに、表示部２３には、被検光学系４１の光学的な設計情報、演算処理部１０２によって算出された数値情報など、偏心測定に関する種々の情報が表示される。
表示部２３には、例えば、全体制御部１０１が測定用イメージャ１７、内視鏡イメージャ４２から取得した画像、画像処理部１０３によって生成された画像、全体制御部１０１が観察用イメージャ４４から取得した画像などの偏心測定に関する種々の画像が表示される。さらに、表示部２３には、被検光学系４１の光学的な設計情報、演算処理部１０２によって算出された数値情報など、偏心測定に関する種々の情報が表示される。
【0050】
測定制御部５における各部の制御の詳細については、偏心測定装置５０の動作説明の中で説明する。
【0051】
測定制御部５の装置構成は、ＣＰＵ、メモリ、入出力インターフェース、外部記憶装置などからなるコンピュータを含む。測定制御部５に含まれるコンピュータには、測定制御部５の制御動作を実現する適宜の制御プログラムがロードされて実行されるようになっている。測定制御部５には、コンピュータの他に、適宜のハードウエアが含まれてもよい。
【0052】
次に、偏心測定装置５０を用いて行うことができる本実施形態に係る偏心測定方法を偏心測定装置５０の動作とともに説明する。
まず、以下の説明で参照する被検光学系４１の具体例である被検光学系４１Ａを説明する。
図３は、被検光学系の一例を示す断面図である。
まず、以下の説明で参照する被検光学系４１の具体例である被検光学系４１Ａを説明する。
図３は、被検光学系の一例を示す断面図である。
【0053】
図３に示すように、被検光学系４１Ａは、物体側から像側に向かって、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、赤外吸収フィルタＦａ、明るさ絞りＳＡ、第３レンズＬ３、第４レンズＬ４、第５レンズＬ５、およびカバーガラスＣＧＡが、この順に配置されている。
Ｉ４１Ａは、被検光学系４１Ａの像面である。Ｉ４１Ａには、内視鏡イメージャ４２の撮像面が配置される。
Ｉ４１Ａは、被検光学系４１Ａの像面である。Ｉ４１Ａには、内視鏡イメージャ４２の撮像面が配置される。
【0054】
第１レンズＬ１は、物体側に平面を向けた平凹の負レンズである。
第２レンズＬ２は、像側に凸面を向けた正のメニスカスレンズである。
赤外吸収フィルタＦａは、物体側にＹＡＧレーザー用の赤外カットのコーティング、像側に半導体レーザー（ＬＤ）用の赤外カットのコーティングが施された平行平板である。
明るさ絞りＳＡは、赤外吸収フィルタＦａの像側の平面に形成されている。
第３レンズＬ３は、物体側に平面を向けた平凸の正レンズである。
第４レンズＬ４は、両凸の正レンズである。
第５レンズＬ５は、像側に凸面を向けた負のメニスカスレンズである。
ここで、第４レンズＬ４と第５レンズＬ５とは、第４レンズＬ４の像側のレンズ面と、第５レンズＬ５の物体側のレンズ面と、が互いに接合された接合レンズである。
カバーガラスＣＧＡは、内視鏡イメージャ４２の撮像面を物体側から覆う平行平板である。
第２レンズＬ２は、像側に凸面を向けた正のメニスカスレンズである。
赤外吸収フィルタＦａは、物体側にＹＡＧレーザー用の赤外カットのコーティング、像側に半導体レーザー（ＬＤ）用の赤外カットのコーティングが施された平行平板である。
明るさ絞りＳＡは、赤外吸収フィルタＦａの像側の平面に形成されている。
第３レンズＬ３は、物体側に平面を向けた平凸の正レンズである。
第４レンズＬ４は、両凸の正レンズである。
第５レンズＬ５は、像側に凸面を向けた負のメニスカスレンズである。
ここで、第４レンズＬ４と第５レンズＬ５とは、第４レンズＬ４の像側のレンズ面と、第５レンズＬ５の物体側のレンズ面と、が互いに接合された接合レンズである。
カバーガラスＣＧＡは、内視鏡イメージャ４２の撮像面を物体側から覆う平行平板である。
【0055】
下記［表Ａ］に、被検光学系４１Ａの設計値の数値データを示す。［表Ａ］において、ｒ欄は各レンズ面の曲率半径（ｍｍ）、ｄ欄は各レンズ面間の面間隔（ｍｍ）、ｎｅ欄は各レンズのｅ線の屈折率、Ｖ欄は見かけの面頂の位置（ｍｍ）、Ｒ欄は見かけの曲率半径（ｍｍ）、ＳＣ欄は見かけの球心の位置（ｍｍ）、ＦｎｏはＦナンバー、絞りは明るさ絞りである。
見かけの面頂の位置Ｖ ｓ は、第１面の設計上の面頂位置からの光軸ＯＭに沿う距離で表されている。見かけの面頂の位置Ｖｓを表す座標系では、第１面から撮像面に向かう方向を正としている。
図３には、面番号ｓ（ただし、ｓ＝１，…，１４）の曲率半径、面間隔が、それぞれｒｓ、ｄｓとして記載されている。被検光学系４１Ａにおいて、偏心測定装置５０による偏心測定の対象となる光学面の面番号は、１～６、８～１４である。すなわち、被検光学系４１Ａにおける被検面Ｓｉは、最大で、面番号１～６、８～１４の１３面である。
見かけの面頂の位置Ｖ ｓ は、第１面の設計上の面頂位置からの光軸ＯＭに沿う距離で表されている。見かけの面頂の位置Ｖｓを表す座標系では、第１面から撮像面に向かう方向を正としている。
図３には、面番号ｓ（ただし、ｓ＝１，…，１４）の曲率半径、面間隔が、それぞれｒｓ、ｄｓとして記載されている。被検光学系４１Ａにおいて、偏心測定装置５０による偏心測定の対象となる光学面の面番号は、１～６、８～１４である。すなわち、被検光学系４１Ａにおける被検面Ｓｉは、最大で、面番号１～６、８～１４の１３面である。
【0056】
［表Ａ］
面番号 r d ne V R SC
1 ∞ 0.2115 1.88815 0.000 ∞ ∞
2 0.6603 0.4242 1.00000 0.112 0.350 0.462
3 -3.0889 0.4871 1.97189 0.382 0.761 1.143
4 -1.9529 0.3281 1.00000 0.460 -2.405 -1.945
5 ∞ 0.4230 1.49557 0.530 0.523 1.054
6 ∞ 0.0000 1.00000 0.579 0.475 1.054
7(絞り)∞ 0.1872
8 ∞ 0.6251 1.69979 0.606 0.447 1.054
9 -1.1895 0.2131 1.00000 0.652 -0.097 0.555
10 1.4519 0.8357 1.65425 0.678 0.359 1.037
11 -1.0589 0.3277 1.97189 0.784 -0.123 0.662
12 -4.3264 0.1405 1.00000 0.854 -0.305 0.549
13 ∞ 0.8559 1.51825 0.942 -0.443 0.500
14 ∞ 0.0000 1.00000 315.550 -315.050 0.500
撮像面 ∞
Fno 2.95
半画角 66.2°
像高 0.475ｍｍ
面番号 r d ne V R SC
1 ∞ 0.2115 1.88815 0.000 ∞ ∞
2 0.6603 0.4242 1.00000 0.112 0.350 0.462
3 -3.0889 0.4871 1.97189 0.382 0.761 1.143
4 -1.9529 0.3281 1.00000 0.460 -2.405 -1.945
5 ∞ 0.4230 1.49557 0.530 0.523 1.054
6 ∞ 0.0000 1.00000 0.579 0.475 1.054
7(絞り)∞ 0.1872
8 ∞ 0.6251 1.69979 0.606 0.447 1.054
9 -1.1895 0.2131 1.00000 0.652 -0.097 0.555
10 1.4519 0.8357 1.65425 0.678 0.359 1.037
11 -1.0589 0.3277 1.97189 0.784 -0.123 0.662
12 -4.3264 0.1405 1.00000 0.854 -0.305 0.549
13 ∞ 0.8559 1.51825 0.942 -0.443 0.500
14 ∞ 0.0000 1.00000 315.550 -315.050 0.500
撮像面 ∞
Fno 2.95
半画角 66.2°
像高 0.475ｍｍ
【0057】
本例の被検光学系４１Ａのように、内視鏡の対物光学系では、第１レンズＬ１が強い凹パワーを有するため、第１レンズＬ１よりも像側の光学面の見かけの球心が近接しやすいという特徴を持っている。
下記［表１］に、被検光学系４１Ａの各光学面（面番号１～６、８～１４。以下同様。）の見かけの球心の位置（ｍｍ）（［表１］には「ＳＣ（ｍｍ）」と記載）を正方向の最大値から負方向に向かって順に並べ替えて示す。
下記［表１］に、被検光学系４１Ａの各光学面（面番号１～６、８～１４。以下同様。）の見かけの球心の位置（ｍｍ）（［表１］には「ＳＣ（ｍｍ）」と記載）を正方向の最大値から負方向に向かって順に並べ替えて示す。
【0058】
【表1】
【0059】
［表１］における「近接間隔」欄には、光軸ＯＭに沿う方向の位置が互いに隣り合う見かけの球心のうち、より近い方の見かけの球心同士の間の光軸ＯＭに沿う方向の距離を表示している。例えば、第３面の見かけの球心は、第１面と第５面との見かけの球心と隣り合っているが、第３面の見かけの球心は、第１面の見かけの球心よりも第５面の見かけの球心の方が近い。このため、「近接間隔」欄には、第５面の見かけの球心と第３面の見かけの球心との距離である０．０８９ｍｍが記載されている。
［表１］から分かるように、第５面、第６面、および第８面の各見かけの球心は、互いに一致している。第１０面の見かけの球心と、第５面、第６面、および第８面の見かけの球心と、は、０．０１７ｍｍの間隔で隣り合っている。第１１面と第９面とは、各見かけの球心が０．１０７ｍｍの間隔で隣り合っている。第９面と第１２面とは、各見かけの球心が０．００６ｍｍの間隔で隣り合っている。第１２面の見かけの球心と、第１３面～第１４面の見かけ球心とは、０．０４９ｍｍの間隔で隣り合っている。第１３面および第１４面とは見かけ球心が互いに一致している。第２面の見かけの球心と、第１３面および第１４面の見かけの球心と、は０．０３８ｍｍの間隔で隣り合っている。第４面の見かけの球心と、第２面の見かけの球心と、は２．４０７ｍｍの間隔で隣り合っている。
［表１］から分かるように、第５面、第６面、および第８面の各見かけの球心は、互いに一致している。第１０面の見かけの球心と、第５面、第６面、および第８面の見かけの球心と、は、０．０１７ｍｍの間隔で隣り合っている。第１１面と第９面とは、各見かけの球心が０．１０７ｍｍの間隔で隣り合っている。第９面と第１２面とは、各見かけの球心が０．００６ｍｍの間隔で隣り合っている。第１２面の見かけの球心と、第１３面～第１４面の見かけ球心とは、０．０４９ｍｍの間隔で隣り合っている。第１３面および第１４面とは見かけ球心が互いに一致している。第２面の見かけの球心と、第１３面および第１４面の見かけの球心と、は０．０３８ｍｍの間隔で隣り合っている。第４面の見かけの球心と、第２面の見かけの球心と、は２．４０７ｍｍの間隔で隣り合っている。
【0060】
図４は、従来のオートコリメーション法による偏心測定の原理を説明する模式図である。図５は、従来のオートコリメーション法において観察される反射像の例を示す模式図である。
従来のオートコリメーション法では、投影面Ｐ’を被検面Ｓｉの見かけの球心ＳＣｉを通る位置に設定している。ただし、図４では、見易さのため、入射側光学系および被検面Ｓｉに代えて、見かけの被検面ｓｉが仮想線で示されている。
投影面Ｐ’と像面Ｉとは一致しているので、Ｉ－Ｏ距離を０に設定することによって反射像ＩＲｉを観察できる。この場合、被検面Ｓｉ以外の光学面の見かけの球心が、光軸ＯＭに沿う方向において被検面Ｓｉの見かけの球心ＳＣｉの位置に近くにあると、被検面Ｓｉ以外の光学面で反射した反射像またはそのボケ画像が観察面Ｆ’で観察される。対物レンズ１５の焦平面Ｆ’は、観察光学系を介して測定用イメージャ１７の像面ＩＢと光学的に共役な面なので、被検面Ｓｉで反射された反射像以外の画像も測定用イメージャ１７で撮像される。このため、どの画像が被検面Ｓｉで反射した反射像に対応するか特定できないので偏心測定が困難になる。
従来のオートコリメーション法では、投影面Ｐ’を被検面Ｓｉの見かけの球心ＳＣｉを通る位置に設定している。ただし、図４では、見易さのため、入射側光学系および被検面Ｓｉに代えて、見かけの被検面ｓｉが仮想線で示されている。
投影面Ｐ’と像面Ｉとは一致しているので、Ｉ－Ｏ距離を０に設定することによって反射像ＩＲｉを観察できる。この場合、被検面Ｓｉ以外の光学面の見かけの球心が、光軸ＯＭに沿う方向において被検面Ｓｉの見かけの球心ＳＣｉの位置に近くにあると、被検面Ｓｉ以外の光学面で反射した反射像またはそのボケ画像が観察面Ｆ’で観察される。対物レンズ１５の焦平面Ｆ’は、観察光学系を介して測定用イメージャ１７の像面ＩＢと光学的に共役な面なので、被検面Ｓｉで反射された反射像以外の画像も測定用イメージャ１７で撮像される。このため、どの画像が被検面Ｓｉで反射した反射像に対応するか特定できないので偏心測定が困難になる。
【0061】
図４に示す例では、投影面Ｐ’と像面Ｉとが一致しているので、光像ＩＰ’と、見かけの被検面ｓｉで反射して形成された反射像ＩＲｉとは、見かけの球心ＳＣｉを通り光軸ＯＭに直交する同一平面上に形成される。Ｉ－Ｏ距離を０に設定すると光像ＩＰ’と観察面Ｆ’とは一致した状態となる。移動ステージ２を用いて本体部３を光軸ＯＭに沿う方向に移動させると、光像ＩＰ’と観察面Ｆ’とは一体的に光軸ＯＭに沿う方向に移動し、光像ＩＰ’が特定の位置のとき、反射像ＩＲｉを観察できる。
光像ＩＰ’に対する反射像ＩＲｉの横倍率を反射倍率と称すると、Ｉ－Ｏ距離が０の場合の反射倍率は±１になる。ここで、－１の反射倍率は、投影面Ｐ’を見かけの球心ＳＣｉに合わせた場合（図４参照）に、＋１の反射倍率は、投影面Ｐ’を見かけの面頂Ｖｉに合わせた場合に対応する。
光軸ＯＭに対して被検面Ｓｉの球心及び入射光学系の偏心がある場合に、被検面Ｓｉの球心と共役となる点である見かけの球心ＳＣｉも光軸ＯＭに対して偏心する。見かけの球心ＳＣｉが光軸ＯＭから光軸ＯＭに直交する方向にδだけ偏心していると、反射像ＩＲｉは、光軸ＯＭから２δだけ偏心した位置における像面Ｉ上に形成される。この場合、測定用イメージャ１７の撮像面上における光軸ＯＭの位置と反射像ＩＲｉの位置とが特定できれば、その距離を２で割ることにより、見かけの球心ＳＣｉの偏心量δが求められる。
しかし、被検光学系４１内に、光軸ＯＭに沿う方向において見かけの球心ＳＣｉの位置が近い複数の光学面が存在すると、例えば、図５に示すように、表示部２３の表示画面２３ａにおいては、異なる光学面で反射された反射像ＩＲａ、ＩＲｂ、ＩＲｃがそれぞれの見かけの球心ＳＣｉの偏心量に応じた位置で観察される。
しかしながら、オートコリメーション法では、光学面の反射倍率が－１または１なので、反射倍率の違いを手掛かりとして表示画面２３ａの画像から、被検面Ｓｉで反射した反射像を特定することは困難である。
光像ＩＰ’に対する反射像ＩＲｉの横倍率を反射倍率と称すると、Ｉ－Ｏ距離が０の場合の反射倍率は±１になる。ここで、－１の反射倍率は、投影面Ｐ’を見かけの球心ＳＣｉに合わせた場合（図４参照）に、＋１の反射倍率は、投影面Ｐ’を見かけの面頂Ｖｉに合わせた場合に対応する。
光軸ＯＭに対して被検面Ｓｉの球心及び入射光学系の偏心がある場合に、被検面Ｓｉの球心と共役となる点である見かけの球心ＳＣｉも光軸ＯＭに対して偏心する。見かけの球心ＳＣｉが光軸ＯＭから光軸ＯＭに直交する方向にδだけ偏心していると、反射像ＩＲｉは、光軸ＯＭから２δだけ偏心した位置における像面Ｉ上に形成される。この場合、測定用イメージャ１７の撮像面上における光軸ＯＭの位置と反射像ＩＲｉの位置とが特定できれば、その距離を２で割ることにより、見かけの球心ＳＣｉの偏心量δが求められる。
しかし、被検光学系４１内に、光軸ＯＭに沿う方向において見かけの球心ＳＣｉの位置が近い複数の光学面が存在すると、例えば、図５に示すように、表示部２３の表示画面２３ａにおいては、異なる光学面で反射された反射像ＩＲａ、ＩＲｂ、ＩＲｃがそれぞれの見かけの球心ＳＣｉの偏心量に応じた位置で観察される。
しかしながら、オートコリメーション法では、光学面の反射倍率が－１または１なので、反射倍率の違いを手掛かりとして表示画面２３ａの画像から、被検面Ｓｉで反射した反射像を特定することは困難である。
【0062】
図６、７は、本発明の第１の実施形態に係る偏心測定方法の偏心測定の原理を説明する模式図である。
図６、７および後述の図８、９では、図４と同様、入射側光学系および被検面Ｓｉに代えて、被検面Ｓｉに対応する見かけの被検面ｓｉが仮想線で示されている。
図６、７および後述の図８、９では、図４と同様、入射側光学系および被検面Ｓｉに代えて、被検面Ｓｉに対応する見かけの被検面ｓｉが仮想線で示されている。
【0063】
本実施形態の偏心測定方法では、調整レンズ１３の位置決めによってＩ－Ｏ距離をＬ（Ｌ≠０）として偏心測定装置５０の状態を設定し、移動ステージ２を用いて本体部３を移動させ、光軸ＯＭに沿う方向における投影面Ｐ’の位置を移動させる。これにより、光像ＩＰ’と観察面Ｆ’とは一体的に光軸ＯＭに沿う方向に移動する。
図６は、Ｉ－Ｏ距離Ｌを正の値に設定して反射像を観察した状態を示している。すなわち、観察面Ｆ’に対して光像ＩＰ’が図示右側にあるとき、Ｌは正である。
図６には、投影面Ｐ’を見かけの球心ＳＣｉと見かけの面頂Ｖｉとの間に配置した場合の例が示されている。
投影面Ｐ’（図示略）の位置は、観察面Ｆ’に反射像ＩＲが形成される位置に位置決めされている。
見かけの被検面ｓｉの反射倍率βは、見かけの被検面ｓｉに関する結像の式を用いた計算から、下記式（２）で表される。
図６は、Ｉ－Ｏ距離Ｌを正の値に設定して反射像を観察した状態を示している。すなわち、観察面Ｆ’に対して光像ＩＰ’が図示右側にあるとき、Ｌは正である。
図６には、投影面Ｐ’を見かけの球心ＳＣｉと見かけの面頂Ｖｉとの間に配置した場合の例が示されている。
投影面Ｐ’（図示略）の位置は、観察面Ｆ’に反射像ＩＲが形成される位置に位置決めされている。
見かけの被検面ｓｉの反射倍率βは、見かけの被検面ｓｉに関する結像の式を用いた計算から、下記式（２）で表される。
【0064】
【数2】
【0065】
ここで、Ｒは被検面Ｓｉの見かけの曲率半径である。
式（２）に示すように、Ｌが０でない場合の反射倍率βは、Ｌの大きさおよび正負によらず、正値または負値を取る。例えば、Ｒ＞０の場合、式（２）の複号が＋であればβが正値であり、複号が－であればβが負値である。Ｒ＜０の場合、式（２）の複号が－であればβが正値であり、複号が＋であればβが負値である。
図６に示す例（Ｒ＜０）では、βは負値である。
本明細書では、反射倍率βが正値である反射像ＩＲｉを「正反射像」と称する。同様に、反射倍率βが負値である反射像ＩＲｉを「負反射像」と称する。
光像ＩＰ’が光軸ＯＭに直交する方向に移動すると、正反射像は、βの大きさに応じて光像ＩＰ’と同方向に移動する。
光像ＩＰ’が光軸ＯＭに直交する方向に移動すると、負反射像は、βの大きさに応じて光像ＩＰ’と反対方向に移動する。
式（２）に示すように、Ｌが０でない場合の反射倍率βは、Ｌの大きさおよび正負によらず、正値または負値を取る。例えば、Ｒ＞０の場合、式（２）の複号が＋であればβが正値であり、複号が－であればβが負値である。Ｒ＜０の場合、式（２）の複号が－であればβが正値であり、複号が＋であればβが負値である。
図６に示す例（Ｒ＜０）では、βは負値である。
本明細書では、反射倍率βが正値である反射像ＩＲｉを「正反射像」と称する。同様に、反射倍率βが負値である反射像ＩＲｉを「負反射像」と称する。
光像ＩＰ’が光軸ＯＭに直交する方向に移動すると、正反射像は、βの大きさに応じて光像ＩＰ’と同方向に移動する。
光像ＩＰ’が光軸ＯＭに直交する方向に移動すると、負反射像は、βの大きさに応じて光像ＩＰ’と反対方向に移動する。
【0066】
見かけの球心ＳＣｉが、光軸ＯＭに直交する方向において光軸ＯＭからδだけ偏心していると、反射像ＩＲｉは、観察面Ｆ’において光軸ＯＭから（１－β）δだけ偏心した位置に形成される。この場合、測定用イメージャ１７の撮像面上における光軸ＯＭの位置と、反射像ＩＲｉの位置と、に基づいて算出した、光軸ＯＭに直交する方向におけるフレ量（＝（１－β）δ）と、被検光学系４１の設計値から算出した見かけの被検面ｓｉの反射倍率βと、を用いて、見かけの球心ＳＣｉの偏心量δを算出できる。
【0067】
投影面Ｐ’を見かけの面頂Ｖｉの近傍に配置した場合の例を図７に示す。
図７は、Ｉ－Ｏ距離Ｌを正の値に設定して反射像を観察した状態を示している。すなわち、観察面Ｆ’に対して光像ＩＰ’が図示右側にあるとき、Ｌは正である。
投影面Ｐ’（図示略）の位置は、観察面Ｆ’に反射像ＩＲが形成される位置に位置決めされている。
見かけの被検面ｓｉの反射倍率βは上記式（２）で表される。図７に示す例（Ｒ＜０）では、βは正値である。このため、図７の反射像ＩＲｉは正反射像である。
図７は、Ｉ－Ｏ距離Ｌを正の値に設定して反射像を観察した状態を示している。すなわち、観察面Ｆ’に対して光像ＩＰ’が図示右側にあるとき、Ｌは正である。
投影面Ｐ’（図示略）の位置は、観察面Ｆ’に反射像ＩＲが形成される位置に位置決めされている。
見かけの被検面ｓｉの反射倍率βは上記式（２）で表される。図７に示す例（Ｒ＜０）では、βは正値である。このため、図７の反射像ＩＲｉは正反射像である。
【0068】
見かけの球心ＳＣｉが、光軸ＯＭに直交する方向において光軸ＯＭからδだけ偏心していると、反射像ＩＲｉは、観察面Ｆ’において光軸ＯＭからフレ量（１－β）δだけずれた位置に形成される。
このため、図６に示す例と同様にして、被検面Ｓｉの見かけの球心ＳＣｉの偏心量δを算出できる。
このため、図６に示す例と同様にして、被検面Ｓｉの見かけの球心ＳＣｉの偏心量δを算出できる。
【0069】
次に、被検面Ｓｉの見かけの曲率半径が無限大の場合の偏心測定方法について説明する。
図８は、本発明の第１の実施形態に係る偏心測定方法において、見かけの曲率半径が無限大の場合の偏心測定の原理を説明する模式図である。図９は、従来のオートコリメーション法による見かけの曲率半径が無限大の場合の偏心測定方法を説明する模式図である。
図８は、本発明の第１の実施形態に係る偏心測定方法において、見かけの曲率半径が無限大の場合の偏心測定の原理を説明する模式図である。図９は、従来のオートコリメーション法による見かけの曲率半径が無限大の場合の偏心測定方法を説明する模式図である。
【0070】
被検光学系４１においては、被検面Ｓｉの見かけの曲率半径Ｒｉが無限大になる場合がある。例えば、被検光学系４１において最も前側の第１面が平面であると見かけの曲率半径Ｒ１が無限大になる。例えば、被検光学系４１において、第１面と、第１面の後側に隣り合う第２面と、が平面であると、見かけの曲率半径Ｒ１、Ｒ２が無限大になる。特に、内視鏡の対物レンズでは、第１面が平面であることが多い。
図８に示すように、本実施形態の偏心測定方法によれば、光像ＩＰ’を被検面Ｓｉの見かけの面頂よりも後側にＬ／２だけ離れた位置に投影することによって、反射像ＩＲｉとして反射倍率βが１の正反射像を形成できる。このため、上述の正反射像を用いた場合と同様にして偏心測定が行える。
なお、見かけの曲率半径が無限大の面は見かけの球心が光軸ＯＭに沿って無限遠の位置にあり、被検面Ｓｉや入射側光学系に偏心があると、見かけの球心の偏心量をシフト量として定義できない。このような場合は例外的に光軸ＯＭに対する反射像のフレ量を見かけの球心の偏心量δとして扱うものとする。反射倍率βが１のため、後述の式（１２）、（１３）をそのまま適用すると分母が０となり見かけの球心をシフト量が発散してしまうが、見かけの球心が光軸ＯＭに沿って無限遠の位置にある被検面Ｓｉについては、後述の式（１２）、（１３）の分母は１として見かけの球心のシフト量を定義する。後述の式（１４）、（１５）の一次結合の係数ａｉｊ（ｉ＝１，…，Ｎ、ｊ＝１，…，Ｎ）についても、その定義に合わせて計算を行う。
本実施形態の偏心測定方法は、被検面Ｓｉの見かけの曲率半径が無限大であっても、無限大でなくても、同様に測定できる点で好ましい。
図８に示すように、本実施形態の偏心測定方法によれば、光像ＩＰ’を被検面Ｓｉの見かけの面頂よりも後側にＬ／２だけ離れた位置に投影することによって、反射像ＩＲｉとして反射倍率βが１の正反射像を形成できる。このため、上述の正反射像を用いた場合と同様にして偏心測定が行える。
なお、見かけの曲率半径が無限大の面は見かけの球心が光軸ＯＭに沿って無限遠の位置にあり、被検面Ｓｉや入射側光学系に偏心があると、見かけの球心の偏心量をシフト量として定義できない。このような場合は例外的に光軸ＯＭに対する反射像のフレ量を見かけの球心の偏心量δとして扱うものとする。反射倍率βが１のため、後述の式（１２）、（１３）をそのまま適用すると分母が０となり見かけの球心をシフト量が発散してしまうが、見かけの球心が光軸ＯＭに沿って無限遠の位置にある被検面Ｓｉについては、後述の式（１２）、（１３）の分母は１として見かけの球心のシフト量を定義する。後述の式（１４）、（１５）の一次結合の係数ａｉｊ（ｉ＝１，…，Ｎ、ｊ＝１，…，Ｎ）についても、その定義に合わせて計算を行う。
本実施形態の偏心測定方法は、被検面Ｓｉの見かけの曲率半径が無限大であっても、無限大でなくても、同様に測定できる点で好ましい。
【0071】
これに対して、図９に示すように、従来のオートコリメーション法では、見かけの曲率半径Ｒが無限大の見かけの被検面ｓｉの反射像を観察するために、平行光束Ｆｐを投影し、反射光束Ｆｒを、観察光学系で像にすることが必要である。すなわち、見かけの曲率半径Ｒが無限大か無限大でないかによって、投影光学系および観察光学系を変更する必要がある。
このため、測定装置が複雑になり、投影光学系および観察光学系を変更することに伴って測定誤差が増大する可能性がある。
このため、測定装置が複雑になり、投影光学系および観察光学系を変更することに伴って測定誤差が増大する可能性がある。
【0072】
このようにして、すべての被検面Ｓｉの見かけの球心ＳＣｉの偏心量δが算出されると、後述するように、各被検面Ｓｉの見かけの球心ＳＣｉの偏心量δと被検面Ｓｉの実際の球心の偏心量とを対応づけるマトリクスと、算出された各偏心量δと、を用いて、各被検面Ｓｉの球心の偏心量が算出される。
【0073】
上述したように、本実施形態の偏心測定方法では、投影面Ｐ’の光軸ＯＭに沿う方向における位置を、被検面Ｓｉの見かけの球心ＳＣｉおよび見かけの面頂Ｖｉの両方からずらして、反射像ＩＲｉを形成する。
この場合、Ｉ－Ｏ距離Ｌを０でない値に設定し、観察面Ｆ’の位置に反射像ＩＲｉが結像するように、投影面Ｐ’の位置を適切に決めれば、反射倍率が±１でない反射像ＩＲｉが形成され、観察光学系によって反射像ＩＲｉを観察できる。
この場合、投影面Ｐ’の位置に応じて見かけの被検面ｓｉの反射倍率βが±１以外の値を取るとともに、反射像ＩＲｉが正反射像または負反射像になる。
上記［表Ａ］において、見かけの球心の位置が近い面番号の設計値に着目すると、見かけの球心の位置が近くても、見かけの曲率半径は、互いに異なっていることが分かる。
このため、複数の反射像ＩＲｉが観察されても、それぞれを形成している見かけの被検面ｓｉの反射倍率が異なるので、被検面Ｓｉで反射された反射像ＩＲｉを特定できる可能性がある。
この場合、Ｉ－Ｏ距離Ｌを０でない値に設定し、観察面Ｆ’の位置に反射像ＩＲｉが結像するように、投影面Ｐ’の位置を適切に決めれば、反射倍率が±１でない反射像ＩＲｉが形成され、観察光学系によって反射像ＩＲｉを観察できる。
この場合、投影面Ｐ’の位置に応じて見かけの被検面ｓｉの反射倍率βが±１以外の値を取るとともに、反射像ＩＲｉが正反射像または負反射像になる。
上記［表Ａ］において、見かけの球心の位置が近い面番号の設計値に着目すると、見かけの球心の位置が近くても、見かけの曲率半径は、互いに異なっていることが分かる。
このため、複数の反射像ＩＲｉが観察されても、それぞれを形成している見かけの被検面ｓｉの反射倍率が異なるので、被検面Ｓｉで反射された反射像ＩＲｉを特定できる可能性がある。
【0074】
従来のオートコリメーション法のように、Ｉ－Ｏ距離を０として得られた反射像を用いる偏心測定方法は反射倍率の大きさが１なので、以下では等倍法と称する場合がある。これに対して本実施形態の偏心測定方法のように、０でないＩ－Ｏ距離を設定して反射像を用いる偏心測定方法を不等倍法と称する場合がある。
【0075】
次に、本実施形態の偏心測定方法における反射像の判別法の例を説明する。
図１０は、本発明の第１の実施形態に係る偏心測定方法に用いる指標の例を示す模式図である。図１１は、本発明の第１の実施形態に係る偏心測定方法の反射像の判別法の第１例を示す模式図である。
図１０は、本発明の第１の実施形態に係る偏心測定方法に用いる指標の例を示す模式図である。図１１は、本発明の第１の実施形態に係る偏心測定方法の反射像の判別法の第１例を示す模式図である。
【0076】
第１例の判別法では、光像ＩＰ’として、点像ではなく倍率測定が可能なパターンを有する指標を投影する。
図１０に示す光像ＩＰ’は、第１横線部ｂＰｘ１、第１縦線部ｂＰｙ１、第２横線部ｂＰｘ２、第２縦線部ｂＰｙ２、および第３縦線部ｂＰｙ３を有する。
第１横線部ｂＰｘ１と第１縦線部ｂＰｙ１とは、光軸ＯＭで互いを二等分する等長の線分である。第１横線部ｂＰｘ１は、ｘ軸方向に延びている。第１縦線部ｂＰｙ１は、ｙ軸方向に延びている。第１横線部ｂＰｘ１と第１縦線部ｂＰｙ１との交点ｂＰＯは、光軸ＯＭの位置を表す。
第２横線部ｂＰｘ２は、第１横線部ｂＰｘ１からｙ軸負方向にｗＰｙだけ離れて第１横線部ｂＰｘ１に平行に延びる線分である。第２横線部ｂＰｘ２は、第１縦線部ｂＰｙ１から、ｘ軸正方向および負方向にそれぞれｗＰｘの長さを有する。
第２縦線部ｂＰｙ２は、第２横線部ｂＰｘ２のｘ軸正方向の端部からｙ軸正方向に延びて、第１横線部ｂＰｘ１と交差する線分である。第２縦線部ｂＰｙ２と第１縦線部ｂＰｙ１との距離はｗＰｘである。
第３縦線部ｂＰｙ３は、第２横線部ｂＰｘ２のｘ軸負方向の端部からｙ軸正方向に延びて、第１横線部ｂＰｘ１と交差する線分である。第３縦線部ｂＰｙ３と第１縦線部ｂＰｙ１との距離はｗＰｘである。
図１０に示す光像ＩＰ’は、第１横線部ｂＰｘ１、第１縦線部ｂＰｙ１、第２横線部ｂＰｘ２、第２縦線部ｂＰｙ２、および第３縦線部ｂＰｙ３を有する。
第１横線部ｂＰｘ１と第１縦線部ｂＰｙ１とは、光軸ＯＭで互いを二等分する等長の線分である。第１横線部ｂＰｘ１は、ｘ軸方向に延びている。第１縦線部ｂＰｙ１は、ｙ軸方向に延びている。第１横線部ｂＰｘ１と第１縦線部ｂＰｙ１との交点ｂＰＯは、光軸ＯＭの位置を表す。
第２横線部ｂＰｘ２は、第１横線部ｂＰｘ１からｙ軸負方向にｗＰｙだけ離れて第１横線部ｂＰｘ１に平行に延びる線分である。第２横線部ｂＰｘ２は、第１縦線部ｂＰｙ１から、ｘ軸正方向および負方向にそれぞれｗＰｘの長さを有する。
第２縦線部ｂＰｙ２は、第２横線部ｂＰｘ２のｘ軸正方向の端部からｙ軸正方向に延びて、第１横線部ｂＰｘ１と交差する線分である。第２縦線部ｂＰｙ２と第１縦線部ｂＰｙ１との距離はｗＰｘである。
第３縦線部ｂＰｙ３は、第２横線部ｂＰｘ２のｘ軸負方向の端部からｙ軸正方向に延びて、第１横線部ｂＰｘ１と交差する線分である。第３縦線部ｂＰｙ３と第１縦線部ｂＰｙ１との距離はｗＰｘである。
【0077】
このような光像ＩＰ’を用いた不等倍法では、焦平面Ｆ’に像面Ｉが一致するように移動ステージ２を用いて本体部３を光軸ＯＭに沿う方向に移動させて、光軸ＯＭに沿う方向に投影面Ｐ’の位置を移動させると、例えば、図１１に示すように、表示画面２３ａに、反射像の画像ＩＲｋ、ＩＲｍ、ＩＲｎなどが表示される。表示画面２３ａにおける上下左右は、ｚ軸正方向から見た観察面Ｆ’の上下左右に一致している（以下、他の図面における表示画面２３ａも同様）。
表示画面２３ａに表示される各画像は、光像ＩＰ’のパターンと相似形なので、測定光束が反射されて形成された画像であり、観察対象の被検面Ｓｉの反射像を観察するために投影面Ｐ’の位置を決めたとき、他の光学面の反射像も観察面Ｆ’付近に形成されたために、観察面Ｆ’に映り込んでいる。それぞれの反射像は光軸ＯＭに沿う方向の位置がわずかに異なることから、表示画面２３ａにはボケ像として各画像が映り込む場合もある。
例えば、画像ＩＲｍ、ＩＲｎが表す反射像は光像ＩＰ’のパターンと逆の倒立像なので、画像ＩＲｍ、ＩＲｎが表す反射像は負反射像である。画像ＩＲｋが表す反射像は光像ＩＰ’の正立像なので、画像ＩＲｋが表す反射像は正反射像である。
例えば、画像ＩＲｍは、光像ＩＰ’の第１横線部ｂＰｘ１、第１縦線部ｂＰｙ１、第２横線部ｂＰｘ２、第２縦線部ｂＰｙ２、および第３縦線部ｂＰｙ３に、それぞれ対応して、第１横線部ｂＲｘ１、第１縦線部ｂＲｙ１、第２横線部ｂＲｘ２、第２縦線部ｂＲｙ２、および第３縦線部ｂＲｙ３を有する。
画像ＩＲｍの各部の長さは観察面Ｆ’における実寸法に換算すると、反射倍率に応じて光像ＩＰ’における対応部分の寸法から変化している。
例えば、画像ＩＲｍに対応する反射像の反射倍率がβｍの場合、第１縦線部ｂＲｙ１と第２縦線部ｂＲｙ２との距離ｗＲｘはｗＰｘの｜βｍ｜倍である。同様に、第１横線部ｂＲｘ１と第２横線部ｂＲｘ２との距離ｗＲｙはｗＰｙの｜βｍ｜倍である。
表示画面２３ａに表示される各画像は、光像ＩＰ’のパターンと相似形なので、測定光束が反射されて形成された画像であり、観察対象の被検面Ｓｉの反射像を観察するために投影面Ｐ’の位置を決めたとき、他の光学面の反射像も観察面Ｆ’付近に形成されたために、観察面Ｆ’に映り込んでいる。それぞれの反射像は光軸ＯＭに沿う方向の位置がわずかに異なることから、表示画面２３ａにはボケ像として各画像が映り込む場合もある。
例えば、画像ＩＲｍ、ＩＲｎが表す反射像は光像ＩＰ’のパターンと逆の倒立像なので、画像ＩＲｍ、ＩＲｎが表す反射像は負反射像である。画像ＩＲｋが表す反射像は光像ＩＰ’の正立像なので、画像ＩＲｋが表す反射像は正反射像である。
例えば、画像ＩＲｍは、光像ＩＰ’の第１横線部ｂＰｘ１、第１縦線部ｂＰｙ１、第２横線部ｂＰｘ２、第２縦線部ｂＰｙ２、および第３縦線部ｂＰｙ３に、それぞれ対応して、第１横線部ｂＲｘ１、第１縦線部ｂＲｙ１、第２横線部ｂＲｘ２、第２縦線部ｂＲｙ２、および第３縦線部ｂＲｙ３を有する。
画像ＩＲｍの各部の長さは観察面Ｆ’における実寸法に換算すると、反射倍率に応じて光像ＩＰ’における対応部分の寸法から変化している。
例えば、画像ＩＲｍに対応する反射像の反射倍率がβｍの場合、第１縦線部ｂＲｙ１と第２縦線部ｂＲｙ２との距離ｗＲｘはｗＰｘの｜βｍ｜倍である。同様に、第１横線部ｂＲｘ１と第２横線部ｂＲｘ２との距離ｗＲｙはｗＰｙの｜βｍ｜倍である。
【0078】
例えば、画像ＩＲｍからｗＲｘ、ｗＲｙのいずれかを測定して、観察面Ｆ’上の実寸法に換算することによって、光像ＩＰ’に対する横倍率を倒立像ということから符号を考慮して、－ｗＲｘ／ｗＰｘ（＝－ｗＲｙ／ｗＰｙ）として求める。この横倍率は、画像ＩＲｍに対応する反射像が被検面Ｓｉで形成された反射像ＩＲｉの場合には、反射像ＩＲｉの反射倍率βになる。
偏心測定装置５０では、測定用イメージャ１７から送出される画像を画像処理部１０３で画像処理して、ｗＲｘ、ｗＲｙのいずれかを測定し、演算処理部１０２によって横倍率を算出する。
画像ＩＲｋ、ＩＲｎに対応する各反射像の光像ＩＰ’に対する横倍率も同様にして算出される。
全体制御部１０１は、Ｉ－Ｏ距離がＬの場合の被検光学系４１の各被検面Ｓｉに対応する見かけの被検面ｓｉの反射倍率を算出して、記憶部１０４に記憶しておく。
全体制御部１０１は、測定対象の被検面Ｓｉに対応する見かけの被検面ｓｉの反射倍率に最も近い横倍率が得られた画像が、被検面Ｓｉで反射された反射像ＩＲｉであると特定する。
偏心測定装置５０では、測定用イメージャ１７から送出される画像を画像処理部１０３で画像処理して、ｗＲｘ、ｗＲｙのいずれかを測定し、演算処理部１０２によって横倍率を算出する。
画像ＩＲｋ、ＩＲｎに対応する各反射像の光像ＩＰ’に対する横倍率も同様にして算出される。
全体制御部１０１は、Ｉ－Ｏ距離がＬの場合の被検光学系４１の各被検面Ｓｉに対応する見かけの被検面ｓｉの反射倍率を算出して、記憶部１０４に記憶しておく。
全体制御部１０１は、測定対象の被検面Ｓｉに対応する見かけの被検面ｓｉの反射倍率に最も近い横倍率が得られた画像が、被検面Ｓｉで反射された反射像ＩＲｉであると特定する。
【0079】
第１例の判別法によれば、測定用画像である測定用イメージャが取得した観察面の画像に基づいて、光像の反射によって形成された観察像が表す光像に対する観察像の横倍率を測定することと、被検面の見かけの面の反射倍率の設計値に最も近い横倍率が測定された観察像を反射像として特定することと、を備える。
画像ＩＲｋ、ＩＲｍ、ＩＲｎに対応する反射像は、光像ＩＰ’の反射によって形成された観察像の例である。
特に第１例の判別法によれば、光像は、見かけの面の反射倍率に応じて伸縮する倍率測定部を有しており、横倍率を測定する際には、測定用画像において観察像における倍率測定部の寸法を測定することを含んでいる。
光像ＩＰ’における第１横線部ｂＰｘ１、第１縦線部ｂＰｙ１、第２横線部ｂＰｘ２、第２縦線部ｂＰｙ２、および第３縦線部ｂＰｙ３は、倍率測定部の例である。
画像ＩＲｋ、ＩＲｍ、ＩＲｎに対応する反射像は、光像ＩＰ’の反射によって形成された観察像の例である。
特に第１例の判別法によれば、光像は、見かけの面の反射倍率に応じて伸縮する倍率測定部を有しており、横倍率を測定する際には、測定用画像において観察像における倍率測定部の寸法を測定することを含んでいる。
光像ＩＰ’における第１横線部ｂＰｘ１、第１縦線部ｂＰｙ１、第２横線部ｂＰｘ２、第２縦線部ｂＰｙ２、および第３縦線部ｂＰｙ３は、倍率測定部の例である。
【0080】
第１例の判別法は、偏心測定装置５０の測定制御部５によって自動的に行えるが、例えば、表示画面２３ａ上で、測定者によって横倍率が画像計測できるようにしておき、測定者によって判定できるようにしてもよい。
【0081】
次に、第２例の判別法を説明する。
図１２は、本発明の第１の実施形態に係る偏心測定方法の反射像の判別法の第２例を示す模式図である。
第２例の判別法では、光像ＩＰ’は、特に限定されない。第１例と同様の指標でもよいし、点像でもよい。図１２には、光像ＩＰ’が点像の場合に対応する画像が模式的に描かれている。
第２例の判別法では、表示画面２３ａに複数の反射像が観察される場合、光像ＩＰ’を光軸ＯＭに直交する方向に移動して、反射像特定用画像を取得する。この後、移動前に取得した測定用画像と、移動後の反射像特定用画像とを比較することによって、反射像ＩＲｉを特定する。
偏心測定装置５０では、ウェッジプリズム１８を挿入位置に移動することによって、光像ＩＰ’を移動させる。例えば、図１２には、光像ＩＰ’をｘ軸負方向（図１２において左から右に向かう方向）に移動した例が示されている。
図１２において、表示画面２３ａに表示された二点鎖線で示す画像ＩＲｄ、ＩＲｅ、ＩＲｆは、測定用画像である。
ウェッジプリズム１８を挿入位置に移動すると、画像ＩＲｄ、ＩＲｅ、ＩＲｆは、例えば、実線に示す位置に移動する。この画像を測定用イメージャ１７によって取得して、反射像特定用画像とする。ただし、図１２における白抜き矢印は、説明用に付加されており、実際の画像には現れない。
図１２は、本発明の第１の実施形態に係る偏心測定方法の反射像の判別法の第２例を示す模式図である。
第２例の判別法では、光像ＩＰ’は、特に限定されない。第１例と同様の指標でもよいし、点像でもよい。図１２には、光像ＩＰ’が点像の場合に対応する画像が模式的に描かれている。
第２例の判別法では、表示画面２３ａに複数の反射像が観察される場合、光像ＩＰ’を光軸ＯＭに直交する方向に移動して、反射像特定用画像を取得する。この後、移動前に取得した測定用画像と、移動後の反射像特定用画像とを比較することによって、反射像ＩＲｉを特定する。
偏心測定装置５０では、ウェッジプリズム１８を挿入位置に移動することによって、光像ＩＰ’を移動させる。例えば、図１２には、光像ＩＰ’をｘ軸負方向（図１２において左から右に向かう方向）に移動した例が示されている。
図１２において、表示画面２３ａに表示された二点鎖線で示す画像ＩＲｄ、ＩＲｅ、ＩＲｆは、測定用画像である。
ウェッジプリズム１８を挿入位置に移動すると、画像ＩＲｄ、ＩＲｅ、ＩＲｆは、例えば、実線に示す位置に移動する。この画像を測定用イメージャ１７によって取得して、反射像特定用画像とする。ただし、図１２における白抜き矢印は、説明用に付加されており、実際の画像には現れない。
【0082】
測定用画像と反射像特定用画像とを比較すると、画像ＩＲｄ、ＩＲｅは、光像ＩＰ’の移動方向と同方向に移動している。このため、画像ＩＲｄ、ＩＲｅは、正反射像の画像であることが分かる。さらに、画像ＩＲｄ、ＩＲｅの移動量は、それぞれに対応する反射像を形成する見かけの被検面ｓｉの横倍率に応じて互いに異なる。
画像ＩＲｆは、光像ＩＰ’の移動方向と反対方向に移動している。このため、画像ＩＲｆは、負反射像の画像であることが分かる。
測定対象の被検面Ｓｉに対応する見かけの被検面ｓｉの横倍率は、第１例の判別法と同様、予め被検光学系４１の設計データから算出しておくことができる。このため、画像の移動方向および移動量から、例えば、画像ＩＲｅが被検面Ｓｉで反射された反射像ＩＲｉであると特定できる。この特定は、測定者が目視で行ってもよいし、偏心測定装置５０の測定制御部５が自動的に行ってもよい。
画像ＩＲｆは、光像ＩＰ’の移動方向と反対方向に移動している。このため、画像ＩＲｆは、負反射像の画像であることが分かる。
測定対象の被検面Ｓｉに対応する見かけの被検面ｓｉの横倍率は、第１例の判別法と同様、予め被検光学系４１の設計データから算出しておくことができる。このため、画像の移動方向および移動量から、例えば、画像ＩＲｅが被検面Ｓｉで反射された反射像ＩＲｉであると特定できる。この特定は、測定者が目視で行ってもよいし、偏心測定装置５０の測定制御部５が自動的に行ってもよい。
【0083】
ここで、偏心測定装置５０によるウェッジプリズム１８による光像ＩＰ’のずらし量と反射像ＩＲｉの変位の関係について説明する。
光軸ＯＭと直交する平面における反射像ＩＲｉの変位Ｄは、下記式（３）で表される。
光軸ＯＭと直交する平面における反射像ＩＲｉの変位Ｄは、下記式（３）で表される。
【0084】
【数3】
【0085】
ここで、ｆｐは調整レンズ１３の焦点距離、ｆｋは結像レンズ１６の焦点距離、θはウェッジプリズム１８の光線偏向角、ｐは調整レンズ１３の焦平面Ｐと対物レンズ１５の焦平面Ｆとの距離（図１参照）、βは反射像ＩＲｉを形成する見かけの被検面ｓｉの反射倍率である。
式（３）をβについて解き、上記式（１）を用いてｐを消去すると、下記式（４）が得られる。
式（３）をβについて解き、上記式（１）を用いてｐを消去すると、下記式（４）が得られる。
【0086】
【数4】
【0087】
このため、各反射像の変位Ｄを測定して、式（４）からそれぞれに対応する反射倍率βを求め、予め算出した見かけの被検面ｓｉにおける反射倍率βの設計値に最も近い反射像を反射像ＩＲｉとして特定することができる。この特定は、偏心測定装置５０の測定制御部５によって自動的に行うことが可能である。
【0088】
第２例の判別法によれば、第１例と同様、測定用画像である測定用イメージャが取得した観察面の画像に基づいて、光像の反射によって形成された観察像が表す光像に対する観察像の横倍率を測定することと、被検面の見かけの面の反射倍率の設計値に最も近い横倍率が測定された観察像を反射像として特定することと、を備える。
画像ＩＲｄ、ＩＲｅ、ＩＲｆは、光像ＩＰ’の反射によって形成された観察像の例である。
特に第２例の判別法によれば、光像を基準軸上に配置した状態で測定用画像を取得することと、光像を基準軸に直交する方向にずらして、反射像特定用画像を取得することと、測定用画像と反射像特定用画像とを比較して、光像のずらし量に対応する観察像の観察面における変位をぞれぞれ測定することと、ずらし量および変位から、横倍率を測定することと、を備える。
画像ＩＲｄ、ＩＲｅ、ＩＲｆは、光像ＩＰ’の反射によって形成された観察像の例である。
特に第２例の判別法によれば、光像を基準軸上に配置した状態で測定用画像を取得することと、光像を基準軸に直交する方向にずらして、反射像特定用画像を取得することと、測定用画像と反射像特定用画像とを比較して、光像のずらし量に対応する観察像の観察面における変位をぞれぞれ測定することと、ずらし量および変位から、横倍率を測定することと、を備える。
【0089】
本実施形態の偏心測定装置５０は、測定制御部５の制御によって、上述の第１例の判別法を実行することができるので、測定制御部５は、測定用イメージャが取得した観察位置における画像に基づいて、光像の反射によって形成された観察像が表す光像に対する観察像の横倍率を測定する反射倍率測定部の例になっている。
本実施形態の偏心測定装置５０は、ウェッジプリズム１８、ウェッジプリズム駆動部２２、および測定制御部５は、を有し、測定制御部５の制御によって、上述の第２例の判別法を実行することができる。
このため、ウェッジプリズム１８、ウェッジプリズム駆動部２２、および測定制御部５は、反射倍率測定部の例になっている。特に、ウェッジプリズム駆動部２２および測定制御部５は、平行光路にウェッジプリズムを挿入することにより、投影位置における光像を移動させた状態で、測定用イメージャによって観察位置における画像を取得させ、観察位置における画像に基づいて、観察像が表す前記横倍率を測定する反射倍率測定制御部の例になっている。
本実施形態の偏心測定装置５０は、ウェッジプリズム１８、ウェッジプリズム駆動部２２、および測定制御部５は、を有し、測定制御部５の制御によって、上述の第２例の判別法を実行することができる。
このため、ウェッジプリズム１８、ウェッジプリズム駆動部２２、および測定制御部５は、反射倍率測定部の例になっている。特に、ウェッジプリズム駆動部２２および測定制御部５は、平行光路にウェッジプリズムを挿入することにより、投影位置における光像を移動させた状態で、測定用イメージャによって観察位置における画像を取得させ、観察位置における画像に基づいて、観察像が表す前記横倍率を測定する反射倍率測定制御部の例になっている。
【0090】
本実施形態では、反射像の判別法として、第１例のように指標を投影して反射像の向きや大きさを確認する方式と、第２例のようにウェッジプリズムを出し入れする方式と、を用いることができる。いずれの判別法も、偏心測定装置５０の測定光学系２０における各光学素子の位置および姿勢を変化させないで測定できる。例えば、ウェッジプリズム１８は、反射像を判別する際に反射倍率を測定するときのみ平行光路中に挿入される。ウェッジプリズム１８は、偏心測定を行う場合には、ウェッジプリズム１８は、測定光学系２０の光路の外部に位置するので、偏心測定中には測定光学系２０の光路に何ら影響を与えない。さらに、ウェッジプリズム１８が移動する際に、測定光学系２０における各光学素子の位置および姿勢にも影響を与えない。第１例の場合も同様である。
このため、本実施形態では、測定光学系２０における各光学素子の位置および姿勢を変化させることなく、反射倍率を測定することができる。
これに対して、例えば、反射倍率を測定する方式として、例えば測定光学２０のうちに調整レンズ１３を光軸ＯＭに直交する方向にシフトさせて光像ＩＰ’を横ずらしすることも考えられる。しかしこの場合、偏心測定時に、調整レンズ１３を元の位置に完全に戻すことは困難なので、観察面Ｆ’における基準点の位置が変化する。これにより、偏心測定の誤差が発生する。
このため、本実施形態では、測定光学系２０における各光学素子の位置および姿勢を変化させることなく、反射倍率を測定することができる。
これに対して、例えば、反射倍率を測定する方式として、例えば測定光学２０のうちに調整レンズ１３を光軸ＯＭに直交する方向にシフトさせて光像ＩＰ’を横ずらしすることも考えられる。しかしこの場合、偏心測定時に、調整レンズ１３を元の位置に完全に戻すことは困難なので、観察面Ｆ’における基準点の位置が変化する。これにより、偏心測定の誤差が発生する。
【0091】
本実施形態の偏心測定方法では、Ｉ－Ｏ距離として、０でない設定値Ｌを用いるので、被検面Ｓｉの反射倍率が±１以外の種々の値を持つ。これにより、反射像がどの光学面から反射されたかを容易に判別することができる。
設定値Ｌの大きさは、被検光学系４１における被検面Ｓｉの見かけの曲率半径に対して、大きくなりすぎず、小さくなりすぎないように設定される。
図３に示す被検光学系４１Ａでは、［表Ａ］に示すように、多くの光学面の見かけの曲率半径Ｒの大きさ（絶対値）は、０．５ｍｍよりも小さい。
下記［表２］に、設定値Ｌを０．４４７ｍｍにしたときの、各被検面Ｓｉに対する光像ＩＰ’の投影位置（ｍｍ）（［表２］には、「投影位置（ｍｍ）」と記載）と、反射倍率βと、の設計値をそれぞれ示す。ここで、位置の座標系は、［表１］における見かけの球心の位置の座標系と同様である。各投影位置は、Ｉ－Ｏ距離を設定値Ｌに固定して、移動ステージ２によって本体部３を移動させたときの投影位置である。このため、測定光学系２０における調整レンズ１３の位置は固定されている。
被検面Ｓｉの見かけの曲率半径に対して、大きくなりすぎず、小さくなりすぎない値の目安としては、例えば、被検光学系４１Ａの光学面のうち、見かけの曲率半径が無限大の場合を除いた各光学面の見かけの曲率半径の中央値が挙げられる。
０．４４７ｍｍは、被検光学系４１Ａにおける見かけの曲率半径の中央値に略一致している。
設定値Ｌの大きさは、被検光学系４１における被検面Ｓｉの見かけの曲率半径に対して、大きくなりすぎず、小さくなりすぎないように設定される。
図３に示す被検光学系４１Ａでは、［表Ａ］に示すように、多くの光学面の見かけの曲率半径Ｒの大きさ（絶対値）は、０．５ｍｍよりも小さい。
下記［表２］に、設定値Ｌを０．４４７ｍｍにしたときの、各被検面Ｓｉに対する光像ＩＰ’の投影位置（ｍｍ）（［表２］には、「投影位置（ｍｍ）」と記載）と、反射倍率βと、の設計値をそれぞれ示す。ここで、位置の座標系は、［表１］における見かけの球心の位置の座標系と同様である。各投影位置は、Ｉ－Ｏ距離を設定値Ｌに固定して、移動ステージ２によって本体部３を移動させたときの投影位置である。このため、測定光学系２０における調整レンズ１３の位置は固定されている。
被検面Ｓｉの見かけの曲率半径に対して、大きくなりすぎず、小さくなりすぎない値の目安としては、例えば、被検光学系４１Ａの光学面のうち、見かけの曲率半径が無限大の場合を除いた各光学面の見かけの曲率半径の中央値が挙げられる。
０．４４７ｍｍは、被検光学系４１Ａにおける見かけの曲率半径の中央値に略一致している。
【0092】
【表2】
【0093】
［表２］における各投影位置を、正方向の最大値から負方向に向かう順に並べ替えて下記［表３］に示す。［表３］における「反射像の種類」において、「正」は正反射像、「負」は負反射像を表す。「近接間隔」欄には、光軸ＯＭに沿う方向の位置が互いに隣り合う反射像のうち、より近い方の反射像同士の間の光軸ＯＭに沿う方向の距離を表示している。
【0094】
【表3】
【0095】
［表３］から、近接している反射像であっても、反射倍率の違いを利用して判別できることが分かる。
例えば、第１面で形成された正反射像と、第２面で形成された正反射像と、の近接距離は０．００３ｍｍと極めて近いが、反射倍率βは、それぞれ１．０００、２．９０１のように、全く異なる。
例えば、［表１］に示すように、第９面と第１２面との見かけの球心の近接距離は０．００６ｍｍと極めて近いので、従来のオートコリメーション法では、それぞれの反射像が区別できない。しかし、［表３］に示すように、Ｌを０．４４７ｍｍにした測定では、第９面で形成された正反射像に最も近い第１１面で形成された正反射像は、０．１２３ｍｍだけ離れている。例えば、観察光学系の被写界深度が０．０３ｍｍ程度であれば、表示画面２３ａに第１２面で形成された正反射像を含む、第９面で形成された正反射像以外の反射像が映り込むことはない。この場合、表示画面２３ａには単独の反射像の画像が観察される。
例えば、第１面で形成された正反射像と、第２面で形成された正反射像と、の近接距離は０．００３ｍｍと極めて近いが、反射倍率βは、それぞれ１．０００、２．９０１のように、全く異なる。
例えば、［表１］に示すように、第９面と第１２面との見かけの球心の近接距離は０．００６ｍｍと極めて近いので、従来のオートコリメーション法では、それぞれの反射像が区別できない。しかし、［表３］に示すように、Ｌを０．４４７ｍｍにした測定では、第９面で形成された正反射像に最も近い第１１面で形成された正反射像は、０．１２３ｍｍだけ離れている。例えば、観察光学系の被写界深度が０．０３ｍｍ程度であれば、表示画面２３ａに第１２面で形成された正反射像を含む、第９面で形成された正反射像以外の反射像が映り込むことはない。この場合、表示画面２３ａには単独の反射像の画像が観察される。
【0096】
Ｉ－Ｏ距離Ｌの設定範囲は、ある程度の自由度がある。しかし、Ｉ－Ｏ距離Ｌの大きさによって、観察面Ｆ’上に反射像ＩＲｉが現れるための光像ＩＰ’の光軸ＯＭに沿う方向の位置と、反射倍率βと、が変化する。Ｉ－Ｏ距離Ｌの値の誤差の大きさによっては、被検面Ｓｉの見かけの球心の偏心量の測定誤差が大きくなったり、反射像を特定する作業に支障を来したりする可能性がある。
例えば、測定光学系２０には製造誤差があり、調整レンズ駆動部２１にも移動誤差がある。このため、調整レンズ１３の移動によって調整された偏心測定装置５０のＩ－Ｏ距離は、式（１）から算出した設定値Ｌからずれている可能性がある。
本実施形態では、参照光学素子を用い、被検面における正反射像の変位ＤＰと、負反射像の変位ＤＮと、を実測することによって、以下のようにしてＩ－Ｏ距離Ｌを測定できる。これにより、調整レンズ１３の移動によって設定したＩ－Ｏ距離Ｌの値を測定することができる。
参照光学素子としては、無限大でない既知の曲率半径を有する被検面を含む適宜の光学素子を用いることができる。参照光学素子の曲率半径は、設定値Ｌの５０％以上２００％以下であることがより好ましい。
例えば、測定光学系２０には製造誤差があり、調整レンズ駆動部２１にも移動誤差がある。このため、調整レンズ１３の移動によって調整された偏心測定装置５０のＩ－Ｏ距離は、式（１）から算出した設定値Ｌからずれている可能性がある。
本実施形態では、参照光学素子を用い、被検面における正反射像の変位ＤＰと、負反射像の変位ＤＮと、を実測することによって、以下のようにしてＩ－Ｏ距離Ｌを測定できる。これにより、調整レンズ１３の移動によって設定したＩ－Ｏ距離Ｌの値を測定することができる。
参照光学素子としては、無限大でない既知の曲率半径を有する被検面を含む適宜の光学素子を用いることができる。参照光学素子の曲率半径は、設定値Ｌの５０％以上２００％以下であることがより好ましい。
【0097】
正反射像の変位ＤＰと、負反射像の変位ＤＮと、は、いずれも式（３）で表される。正反射像および負反射像の測定において、ｆｋ、ｆｐ、θ、およびｐは同一である。このため、正反射像を形成する被検面の反射倍率βをβＰ、負反射像を形成する被検面の反射倍率βをβＮとすれば、下記式（５）が成り立つ。
【0098】
【数5】
【0099】
ここで、式（５）の右辺をＣと置く。式（２）から、｛Ｌ±√（Ｌ２＋Ｒ２）｝／Ｒの一方がβＰ、他方がβＮなので、式（５）に代入して、式（５）からβＰ、βＮを消去し、Ｌについて解くと、Ｒの正負によらず、下記式（ａ）が得られる。
式（ａ）におけるＲは、測定に用いた参照光学素子における被検面の曲率半径である。
式（ａ）におけるＲは、測定に用いた参照光学素子における被検面の曲率半径である。
【0100】
【数6】
【0101】
被検面の曲率半径が既知の参照光学素子を用いて変位ＤＰ、ＤＮを実測して、式（ａ）、（ｂ）に代入すれば、偏心測定装置５０において、実際に設定されたＩ－Ｏ距離の値が求められる。以下、変数Ｃの測定値に基づいて式（ａ）から求められたＬの測定値を、Ｉ－Ｏ距離の設定値Ｌと区別するために、測定値Ｌｍと表記する場合がある。
変数Ｃは、式（５）が示すように、参照面の負の反射倍率に対する正の反射倍率の比である。変数Ｃの測定に、変位ＤＰ、ＤＮを用いるのは一例である。変数Ｃは、参照面の正および負の反射倍率に比例する適宜の量を用いて測定することができる。
例えば、光像ＩＰ’として、図１０に示すような倍率測定部を有する指標を用いる場合には、ＤＰに代えて、倍率測定部から算出される正反射像における反射倍率ｗＲｘ／ｗＰｘ（＝ｗＲｙ／ｗＰｙ）を用い、ＤＮに代えて、倍率測定部から算出される負反射像における反射倍率－ｗＲｘ／ｗＰｘ（＝－ｗＲｙ／ｗＰｙ）を用いてもよい。
変数Ｃは、式（５）が示すように、参照面の負の反射倍率に対する正の反射倍率の比である。変数Ｃの測定に、変位ＤＰ、ＤＮを用いるのは一例である。変数Ｃは、参照面の正および負の反射倍率に比例する適宜の量を用いて測定することができる。
例えば、光像ＩＰ’として、図１０に示すような倍率測定部を有する指標を用いる場合には、ＤＰに代えて、倍率測定部から算出される正反射像における反射倍率ｗＲｘ／ｗＰｘ（＝ｗＲｙ／ｗＰｙ）を用い、ＤＮに代えて、倍率測定部から算出される負反射像における反射倍率－ｗＲｘ／ｗＰｘ（＝－ｗＲｙ／ｗＰｙ）を用いてもよい。
【0102】
Ｉ－Ｏ距離の測定は、必要に応じて行うことができる。Ｉ－Ｏ距離は、例えば、Ｉ－Ｏ距離の設定値Ｌを変更したときに測定されてもよい。Ｉ－Ｏ距離は、例えば、測定光学系２０に含まれる光学素子、例えば、調整レンズ１３、対物レンズ１５、および結像レンズ１６などを位置調整したり交換したりしたときに測定されてもよい。Ｉ－Ｏ距離は、例えば、被検光学系４１Ａの偏心測定を開始する前に測定されてもよい。
本実施形態では、参照光学素子は、後述する基準点の測定にも使用されるので、詳細のＩ－Ｏ距離の測定方法は後述する基準点の測定方法とともに説明する。
本実施形態では、参照光学素子は、後述する基準点の測定にも使用されるので、詳細のＩ－Ｏ距離の測定方法は後述する基準点の測定方法とともに説明する。
【0103】
正反射像の変位ＤＰと負反射像の変位ＤＮとの実測値に基づいて、式（ａ）から求められた測定値Ｌｍには、測定光学系２０の光学素子の製造誤差と調整レンズ１３の移動誤差とが反映されている。このため、測定光学系２０の光学素子の設計値に基づいて式（１）から計算されるＩ－Ｏ距離の設定値Ｌの値よりも実際の値に近い。
本測定による測定値Ｌｍの値を偏心測定に用いることにより、偏心測定の測定作業性と測定精度とを向上できる。
すなわち、設定されたＩ－Ｏ距離の値が正確に分かっていると、光軸ＯＭに沿う方向における反射像をより容易に見出すことができる。
設定されたＩ－Ｏ距離の測定値Ｌｍが得られると、式（２）のＬに測定値Ｌｍを代入することにより、見かけの被検面ｓｉの反射倍率βをより正確に計算できる。このため、被検面Ｓｉの見かけの球心の偏心量δの測定精度が向上する。
本測定による測定値Ｌｍの値を偏心測定に用いることにより、偏心測定の測定作業性と測定精度とを向上できる。
すなわち、設定されたＩ－Ｏ距離の値が正確に分かっていると、光軸ＯＭに沿う方向における反射像をより容易に見出すことができる。
設定されたＩ－Ｏ距離の測定値Ｌｍが得られると、式（２）のＬに測定値Ｌｍを代入することにより、見かけの被検面ｓｉの反射倍率βをより正確に計算できる。このため、被検面Ｓｉの見かけの球心の偏心量δの測定精度が向上する。
【0104】
次に、本実施形態の偏心測定方法の詳細について説明する。
図１３は、本発明の第１の実施形態に係る偏心測定方法の例を示すフローチャートである。
図１３は、本発明の第１の実施形態に係る偏心測定方法の例を示すフローチャートである。
【0105】
本実施形態の偏心測定方法は、図１３に示すフローに基づいて、ステップＳ１～Ｓ９を実行する。
ステップＳ１では、被検光学系４１Ａの設計データに基づいて、偏心測定の測定条件を設定する。
設計データとしては、例えば、［表Ａ］に記載された、偏心測定を行う被検面Ｓｉの枚数、各被検面Ｓｉの曲率半径ｒ、面間隔ｄ、屈折率ｎｅなどの設計値が挙げられる。設計データは、測定制御部５の記憶部１０４に記憶される。
設計データには、設計値を用いて算出可能な種々のデータが含まれてもよい。この場合、測定制御部５の全体制御部１０１は、記憶された設計値を演算処理部１０２に送出して、偏心測定に必要な数値を、演算処理部１０２に算出させる。算出された数値は、記憶部１０４に記憶される。
設計値を用いた算出値として、例えば、［表Ａ］における見かけの面頂Ｖの位置、見かけの曲率半径Ｒ、見かけの球心ＳＣの位置が挙げられる。
ただし、設計データは、他のコンピュータなどで予め計算した算出値を記憶部１０４に記憶させてもよい。この場合、測定制御部５による演算処理は省略できる。
ステップＳ１では、被検光学系４１Ａの設計データに基づいて、偏心測定の測定条件を設定する。
設計データとしては、例えば、［表Ａ］に記載された、偏心測定を行う被検面Ｓｉの枚数、各被検面Ｓｉの曲率半径ｒ、面間隔ｄ、屈折率ｎｅなどの設計値が挙げられる。設計データは、測定制御部５の記憶部１０４に記憶される。
設計データには、設計値を用いて算出可能な種々のデータが含まれてもよい。この場合、測定制御部５の全体制御部１０１は、記憶された設計値を演算処理部１０２に送出して、偏心測定に必要な数値を、演算処理部１０２に算出させる。算出された数値は、記憶部１０４に記憶される。
設計値を用いた算出値として、例えば、［表Ａ］における見かけの面頂Ｖの位置、見かけの曲率半径Ｒ、見かけの球心ＳＣの位置が挙げられる。
ただし、設計データは、他のコンピュータなどで予め計算した算出値を記憶部１０４に記憶させてもよい。この場合、測定制御部５による演算処理は省略できる。
【0106】
設定すべき測定条件としては、例えば、Ｉ－Ｏ距離の設定値Ｌ、対物レンズ１５の選定、参照光学素子の選定、偏心測定に用いる被検面Ｓｉごとの反射像の種類の選定などが挙げられる。ただし、反射像の種類は、測定対象の被検面Ｓｉの測定を行うまでに選定されていればよく、本ステップで選定されなくてもよい。
【0107】
設定値Ｌの値としては、測定者が選定してもよいし、各被検面Ｓｉの見かけの曲率半径Ｒｉに基づいて、測定制御部５が選定してもよい。例えば、設定値Ｌの値は０．４４７ｍｍに選定される。
設定値Ｌの値が選定された後、測定制御部５は、偏心測定に用いる数値のうち、設定値Ｌと設計データとを用いて計算できる数値を、演算処理部１０２に計算させてもよい。例えば、［表２］に示すような、光像ＩＰ’の投影位置と、反射倍率βと、を、被検面Ｓｉごとに演算処理部１０２に計算させ、計算結果を記憶部１０４に記憶させてもよい。
設定値Ｌの値が選定された後、測定制御部５は、偏心測定に用いる数値のうち、設定値Ｌと設計データとを用いて計算できる数値を、演算処理部１０２に計算させてもよい。例えば、［表２］に示すような、光像ＩＰ’の投影位置と、反射倍率βと、を、被検面Ｓｉごとに演算処理部１０２に計算させ、計算結果を記憶部１０４に記憶させてもよい。
【0108】
Ｉ－Ｏ距離の設定値Ｌが選定された後、測定者は、対物レンズ１５を選定する。
偏心測定装置５０では、調整レンズ１３の移動範囲に機械的な制約があるので、調整レンズ１３の移動範囲内で、Ｉ－Ｏ距離を設定値Ｌに設定できるような焦点距離のレンズを対物レンズ１５として選定する。その際、ワーキングティスタンス、観察倍率、開口数なども偏心測定に支障がないようなレンズを選定する。
例えば、Ｌの値が０．４４７ｍｍの場合、対物レンズ１５として、焦点距離、ＮＡ、ワーキングティスタンスがそれぞれ、３．６ｍｍ、０．３、１８ｍｍのレンズが選定されてもよい。この場合、調整レンズ１３が作る光像ＩＰが、ｐ＝－３．６２／（０．４４７）＝－２９（ｍｍ）の位置になるように、調整レンズ１３の位置決めをする必要がある。
偏心測定装置５０では、調整レンズ１３の移動範囲に機械的な制約があるので、調整レンズ１３の移動範囲内で、Ｉ－Ｏ距離を設定値Ｌに設定できるような焦点距離のレンズを対物レンズ１５として選定する。その際、ワーキングティスタンス、観察倍率、開口数なども偏心測定に支障がないようなレンズを選定する。
例えば、Ｌの値が０．４４７ｍｍの場合、対物レンズ１５として、焦点距離、ＮＡ、ワーキングティスタンスがそれぞれ、３．６ｍｍ、０．３、１８ｍｍのレンズが選定されてもよい。この場合、調整レンズ１３が作る光像ＩＰが、ｐ＝－３．６２／（０．４４７）＝－２９（ｍｍ）の位置になるように、調整レンズ１３の位置決めをする必要がある。
【0109】
参照光学素子は、本実施形態では、特に、Ｉ－Ｏ距離の測定（以下、Ｉ－Ｏ距離測定と称する）と、測定用イメージャ１７上の基準点（Ｘ０，Ｙ０）の測定（以下、基準点測定と称する）と、に用いられる。
【0110】
参照光学素子は、曲率半径が知られた球面からなる参照面を有する適宜の種類の光学素子である。参照面は、Ｉ－Ｏ距離の設定値Ｌが正の場合、凸面、負の場合には凹面である。参照面は、曲率半径の公差が１μｍ以下で、かつ、高精度に研磨されていることが好ましい。
参照光学素子は参照面が一つあればよいので、参照光学素子は、例えば、単レンズでよい。参照面が凸面の場合、両凸レンズ、メニスカスレンズ、平凸レンズ、半球レンズ、ボールレンズなどが用いられてもよい。参照面が凹面の場合には両凹レンズ、メニスカスレンズ、平凹レンズなどが用いられてもよい。
参照面は、反射面として用いられるので、面精度が良好で反射像が観察できる程度の反射率があれば材質は特に限定されない。例えば、参照光学素子の材質は、金属、セラミックなどの光を透過しない材質でもよい。
参照光学素子は参照面が一つあればよいので、参照光学素子は、例えば、単レンズでよい。参照面が凸面の場合、両凸レンズ、メニスカスレンズ、平凸レンズ、半球レンズ、ボールレンズなどが用いられてもよい。参照面が凹面の場合には両凹レンズ、メニスカスレンズ、平凹レンズなどが用いられてもよい。
参照面は、反射面として用いられるので、面精度が良好で反射像が観察できる程度の反射率があれば材質は特に限定されない。例えば、参照光学素子の材質は、金属、セラミックなどの光を透過しない材質でもよい。
【0111】
参照光学素子の参照面の曲率半径は、Ｉ－Ｏ距離の設定値Ｌに近いことがより好ましい。後述するように、被検面の曲率半径がＩ－Ｏ距離Ｌに近い程、基準点の測定精度が向上する。
ただし、種々の被検光学系４１Ａに適したＩ－Ｏ距離の設定値Ｌと同じ曲率半径を有する参照光学素子を準備すると、多大な手間とコストとがかかる。このため、参照面の曲率半径が数種類の参照光学素子を準備しておき、設定値Ｌと近いものを選択してもよい。
ただし、種々の被検光学系４１Ａに適したＩ－Ｏ距離の設定値Ｌと同じ曲率半径を有する参照光学素子を準備すると、多大な手間とコストとがかかる。このため、参照面の曲率半径が数種類の参照光学素子を準備しておき、設定値Ｌと近いものを選択してもよい。
【0112】
以下では、参照光学素子として、直径が０．９００ｍｍであって、高精度に研磨されたボールレンズを用いる例で説明する。このボールレンズの曲率半径は０．４５０ｍｍなので、設定されたＩ－Ｏ距離Ｌに近い。
【0113】
参照光学素子は、複数のレンズを有し、参照面が第１面よりも後側にあってもよい。この場合、参照面として、見かけの曲率半径がＩ－Ｏ距離Ｌに近いレンズ面が用いられる。
例えば、被検光学系４１において、Ｉ－Ｏ距離Ｌに近い見かけの曲率半径を有する被検面が高精度に形成されていることが分かっている場合には、参照光学素子として、被検光学系４１自体が用いられてもよい。この場合、後述するステップＳ３を終えた後、参照光学素子を被検光学系４１に交換することなく、ただちに被検光学系４１の偏心測定が行えるので、効率的な測定が行える。
例えば、被検光学系４１において、Ｉ－Ｏ距離Ｌに近い見かけの曲率半径を有する被検面が高精度に形成されていることが分かっている場合には、参照光学素子として、被検光学系４１自体が用いられてもよい。この場合、後述するステップＳ３を終えた後、参照光学素子を被検光学系４１に交換することなく、ただちに被検光学系４１の偏心測定が行えるので、効率的な測定が行える。
【0114】
本実施形態の偏心測定方法における反射像の選定方法を説明する。
本実施形態の偏心測定においては、被検面Ｓｉごとに、正反射像および負反射像の一方が観察できればよい。
反射像の種類が選定されると、被検面Ｓｉごとに反射像を形成するための光像ＩＰ’の投影位置と、反射像の反射倍率と、が決まる。
各被検面Ｓｉの測定時に形成する反射像の種類は、例えば、測定作業性の向上、測定誤差の低減などの観点から、適宜選定することができる。例えば、反射像の種類は、測定において好適な投影位置または反射倍率を設定するという観点から選定されてもよい。
反射像の種類の選定は、各被検面Ｓｉに関して反射像を形成するための投影位置を決定し、各投影位置に対応する本体部３の移動位置を決定するための準備作業である。
本実施形態の偏心測定においては、被検面Ｓｉごとに、正反射像および負反射像の一方が観察できればよい。
反射像の種類が選定されると、被検面Ｓｉごとに反射像を形成するための光像ＩＰ’の投影位置と、反射像の反射倍率と、が決まる。
各被検面Ｓｉの測定時に形成する反射像の種類は、例えば、測定作業性の向上、測定誤差の低減などの観点から、適宜選定することができる。例えば、反射像の種類は、測定において好適な投影位置または反射倍率を設定するという観点から選定されてもよい。
反射像の種類の選定は、各被検面Ｓｉに関して反射像を形成するための投影位置を決定し、各投影位置に対応する本体部３の移動位置を決定するための準備作業である。
【0115】
偏心測定に必要な測定条件が設定されたら、図１３におけるステップＳ１が終了する。
図１３に示すように、ステップＳ１が終了した後、ステップＳ２が実行される。
ステップＳ２では、偏心測定装置５０をセッティングする。
セッティングには、例えば、被検光学系４１Ａの像の観察に適した対物レンズ１５の交換または取り付けと、調整レンズ１３の光軸ＯＭに沿う方向の位置決めと、が含まれる。調整レンズ１３の位置は、対物レンズ１５の焦平面Ｆ’と投影面Ｐ’との光軸ＯＭに沿う方向の距離ｐ’が、ステップＳ１で求めたＩ－Ｏ距離Ｌの絶対値に一致するように設定される。
セッティングが終了した後、ステップＳ３が実行される。
図１３に示すように、ステップＳ１が終了した後、ステップＳ２が実行される。
ステップＳ２では、偏心測定装置５０をセッティングする。
セッティングには、例えば、被検光学系４１Ａの像の観察に適した対物レンズ１５の交換または取り付けと、調整レンズ１３の光軸ＯＭに沿う方向の位置決めと、が含まれる。調整レンズ１３の位置は、対物レンズ１５の焦平面Ｆ’と投影面Ｐ’との光軸ＯＭに沿う方向の距離ｐ’が、ステップＳ１で求めたＩ－Ｏ距離Ｌの絶対値に一致するように設定される。
セッティングが終了した後、ステップＳ３が実行される。
【0116】
ステップＳ１、Ｓ２は、被検面を有する被検光学ユニットを保持し、測定用の光像を被検光学ユニットに向かって投影し、投影された光像を被検光学ユニットに対して相対的に直線移動し、投影された光像の被検光学ユニットに対する空気中における相対的な移動軌跡で規定される基準軸に直交する観察面の画像を取得する測定用イメージャを有する偏心測定装置を準備する第１ステップの例である。光像ＩＰは測定用の光像、光像ＩＰ’は投影された光像の例である。測定用イメージャ１７の像面ＩＢと焦点面Ｆ’とは共役となっている。
【0117】
ステップＳ３では、偏心測定における基準点を測定する。本ステップでは、Ｉ－Ｏ距離の測定も行う例で説明する。
測定光学系２０の設計上の光軸ＯＭは、測定光学系２０の各光学系の偏心の誤差のないときの測定光学系２０の理想的な軸として説明してきた。しかしながら、測定光学系２０の各光学系の偏心の誤差があると、光像ＩＰ’が偏心測定装置５０の光軸ＯＭと垂直な面内に横ずれする。また、像面ＩＢにおける光像を光電変換する測定用イメージャ１７上の中心位置は、焦点面Ｆ’（観察面Ｆ’）上における光軸ＯＭの交点と共役となるのが設計上理想的であるが、測定光学系２０の各光学系の偏心の誤差があると、像面Ｉ Ｂ における光像を光電変換する測定用イメージャ１７上の中心位置は、焦点面Ｆ’（観察面Ｆ’）上において光軸ＯＭの交点から横ずれした点と共役となる。
例えば、偏心測定装置５０をセッティングする度に、対物レンズ１５および調整レンズ１３の偏心の誤差が変化する可能性がある。そのため偏心測定装置５０をセッティングする度に、光像ＩＰ’、及び、像面Ｉ Ｂ における光像を光電変換する測定用イメージャ１７中心の共役な点、は光軸ＯＭと垂直な面内における位置が変化する可能性がある。
また、移動ステージ２のｚ軸に沿う移動方向は設計上は光軸ＯＭと同じ向きであることが理想的であるが、測定光学系２０と移動ステージ２の組み立て誤差や、移動ステージ２の製造誤差により完全に同じ向きになるとは限らず、わずかにずれる可能性がある。
すなわち偏心測定装置５０における光軸ＯＭと、光像ＩＰ’の移動軌跡で規定される基準軸Ｏｍと、は同軸でない可能性があり、かつ、基準軸Ｏｍの位置に対応する測定用イメージャ１７上の位置は測定用イメージャ１７上の中心位置でない可能性がある。
本実施形態では、反射像の基準軸Ｏｍからフレ量を測定用イメージャ１７で取得した画像から算出する。このため、基準軸Ｏｍの位置に対応する測定用イメージャ１７上の基準点の位置が正確に知られる必要がある。
さらに、上述したように、Ｉ－Ｏ距離Ｌの値が変化すると、反射像の位置と反射倍率とが変化する。設定されたＩ－Ｏ距離Ｌを実測し、フレ量の算出に反映することによって、フレ量の測定精度が向上できる。
本実施形態では、Ｉ－Ｏ距離Ｌの実測値は、基準点の位置の算出にも用いられる。
測定光学系２０の設計上の光軸ＯＭは、測定光学系２０の各光学系の偏心の誤差のないときの測定光学系２０の理想的な軸として説明してきた。しかしながら、測定光学系２０の各光学系の偏心の誤差があると、光像ＩＰ’が偏心測定装置５０の光軸ＯＭと垂直な面内に横ずれする。また、像面ＩＢにおける光像を光電変換する測定用イメージャ１７上の中心位置は、焦点面Ｆ’（観察面Ｆ’）上における光軸ＯＭの交点と共役となるのが設計上理想的であるが、測定光学系２０の各光学系の偏心の誤差があると、像面Ｉ Ｂ における光像を光電変換する測定用イメージャ１７上の中心位置は、焦点面Ｆ’（観察面Ｆ’）上において光軸ＯＭの交点から横ずれした点と共役となる。
例えば、偏心測定装置５０をセッティングする度に、対物レンズ１５および調整レンズ１３の偏心の誤差が変化する可能性がある。そのため偏心測定装置５０をセッティングする度に、光像ＩＰ’、及び、像面Ｉ Ｂ における光像を光電変換する測定用イメージャ１７中心の共役な点、は光軸ＯＭと垂直な面内における位置が変化する可能性がある。
また、移動ステージ２のｚ軸に沿う移動方向は設計上は光軸ＯＭと同じ向きであることが理想的であるが、測定光学系２０と移動ステージ２の組み立て誤差や、移動ステージ２の製造誤差により完全に同じ向きになるとは限らず、わずかにずれる可能性がある。
すなわち偏心測定装置５０における光軸ＯＭと、光像ＩＰ’の移動軌跡で規定される基準軸Ｏｍと、は同軸でない可能性があり、かつ、基準軸Ｏｍの位置に対応する測定用イメージャ１７上の位置は測定用イメージャ１７上の中心位置でない可能性がある。
本実施形態では、反射像の基準軸Ｏｍからフレ量を測定用イメージャ１７で取得した画像から算出する。このため、基準軸Ｏｍの位置に対応する測定用イメージャ１７上の基準点の位置が正確に知られる必要がある。
さらに、上述したように、Ｉ－Ｏ距離Ｌの値が変化すると、反射像の位置と反射倍率とが変化する。設定されたＩ－Ｏ距離Ｌを実測し、フレ量の算出に反映することによって、フレ量の測定精度が向上できる。
本実施形態では、Ｉ－Ｏ距離Ｌの実測値は、基準点の位置の算出にも用いられる。
【0118】
図１４は、本発明の第１の実施形態に係る偏心測定方法における基準点測定方法の例を示すフローチャートである。図１５、１６は、本発明の第１の実施形態に係る偏心測定方法におけるＩ－Ｏ距離Ｌの測定方法を示す模式図である。
ステップＳ３では、図１４に示すフローに沿ってステップＳ１１～Ｓ１９を実行する。ステップＳ１２～Ｓ１６は、Ｉ－Ｏ距離測定に関するステップである。ステップＳ１７は、基準点測定に関するステップである。
ステップＳ３では、図１４に示すフローに沿ってステップＳ１１～Ｓ１９を実行する。ステップＳ１２～Ｓ１６は、Ｉ－Ｏ距離測定に関するステップである。ステップＳ１７は、基準点測定に関するステップである。
【0119】
ステップＳ１１では、図１に二点鎖線で示すように、移動ステージ２の移動によって光像ＩＰ’が移動可能な範囲に、被検光学系４１Ａの代わりに参照光学素子４３を配置する。参照光学素子４３は、ホルダ４ａによって保持台４に保持される。
図１に示す参照光学素子４３は、保持台４のホルダ４ａによって保持されているが、測定中に基台１に対する位置が固定されていれば、参照光学素子４３は保持台４以外の部材で保持されてもよい。
図１に示す参照光学素子４３は、保持台４のホルダ４ａによって保持されているが、測定中に基台１に対する位置が固定されていれば、参照光学素子４３は保持台４以外の部材で保持されてもよい。
【0120】
参照光学素子４３としては、例えば、直径０．９００ｍｍのボールレンズを使用できる。設定されたＩ－Ｏ距離Ｌは、正値０．４４７ｍｍなので、参照光学素子４３の前側の凸球面である第１面を本測定における被検面４３ａとする。被検面４３ａの曲率半径は０．４５０ｍｍである。
被検面４３ａの球心は、例えば、設計上の光軸ＯＭの近く、好ましくは光軸ＯＭ上に配置する。ｚ軸に沿う方向の参照光学素子４３の保持位置は、被検面４３ａによる正反射像と負反射像とが観察される各投影位置が、被検光学系４１Ａの測定に用いられる投影位置と重なる範囲であることがより好ましい。
下記［表４］に、Ｉ－Ｏ距離Ｌが０．４４７ｍｍの場合の、正反射像および負反射像を形成するための光像ＩＰ’の投影位置、各反射倍率β、および（１－β）の値を示す。ここで投影位置は、Ｉ－Ｏ距離を０．４４７ｍｍに固定して、移動ステージ２を用いて本体部３を移動させたときの投影位置である。このため、測定光学系２０における調整レンズ１３の位置は固定されている。投影位置の座標系は、参照光学素子４３の第１面の面頂を原点として、偏心測定装置５０から参照光学素子４３に向かう方向を正としている（以下も同様）。
被検面４３ａの球心は、例えば、設計上の光軸ＯＭの近く、好ましくは光軸ＯＭ上に配置する。ｚ軸に沿う方向の参照光学素子４３の保持位置は、被検面４３ａによる正反射像と負反射像とが観察される各投影位置が、被検光学系４１Ａの測定に用いられる投影位置と重なる範囲であることがより好ましい。
下記［表４］に、Ｉ－Ｏ距離Ｌが０．４４７ｍｍの場合の、正反射像および負反射像を形成するための光像ＩＰ’の投影位置、各反射倍率β、および（１－β）の値を示す。ここで投影位置は、Ｉ－Ｏ距離を０．４４７ｍｍに固定して、移動ステージ２を用いて本体部３を移動させたときの投影位置である。このため、測定光学系２０における調整レンズ１３の位置は固定されている。投影位置の座標系は、参照光学素子４３の第１面の面頂を原点として、偏心測定装置５０から参照光学素子４３に向かう方向を正としている（以下も同様）。
【0121】
【表4】
【0122】
［表４］に示すように、反射倍率は、正反射像では２．４０３ｍｍ、負反射像では－０．４１６ｍｍである。被検面４３ａの偏心に対する反射像の光軸ＯＭに直交する方向のフレの感度を表す（１－β）は、正反射像では－１．４０３、負反射像では１．４１６である。
このように、被検面４３ａの曲率半径をＩ－Ｏ距離Ｌに近い値に選ぶことによって、反射像のフレの感度の大きさ（｜１－β｜）が略等しくなっている。
このように、被検面４３ａの曲率半径をＩ－Ｏ距離Ｌに近い値に選ぶことによって、反射像のフレの感度の大きさ（｜１－β｜）が略等しくなっている。
【0123】
ステップＳ１２では、被検面４３ａで形成された正反射像を観察する。
まず、光源１０を点灯した状態で、移動ステージ２をｚ軸に沿う方向に駆動し、光像ＩＰ’を被検面４３ａ上に移動する。光像ＩＰ’が被検面４３ａ上に投影されたかどうかは目視で確認してもよいが、より簡便に確認するための機構を偏心測定装置５０に準備しておくことがより好ましい。
本実施形態では、図１に示すように、投影面Ｐ’と光学的に共役な位置の像を観察する観察用イメージャ４４が配置されている。観察用イメージャ４４によって、光像ＩＰ’および光像ＩＰ’の周囲の映像が幅広い視野で観察可能である。このため、観察用イメージャ４４が撮像した映像によって、光像ＩＰ’が被検面４３ａ上に投影されているかどうか確認できる。
まず、光源１０を点灯した状態で、移動ステージ２をｚ軸に沿う方向に駆動し、光像ＩＰ’を被検面４３ａ上に移動する。光像ＩＰ’が被検面４３ａ上に投影されたかどうかは目視で確認してもよいが、より簡便に確認するための機構を偏心測定装置５０に準備しておくことがより好ましい。
本実施形態では、図１に示すように、投影面Ｐ’と光学的に共役な位置の像を観察する観察用イメージャ４４が配置されている。観察用イメージャ４４によって、光像ＩＰ’および光像ＩＰ’の周囲の映像が幅広い視野で観察可能である。このため、観察用イメージャ４４が撮像した映像によって、光像ＩＰ’が被検面４３ａ上に投影されているかどうか確認できる。
【0124】
この後、正反射像を観察するために、移動ステージ２をｚ軸に沿って駆動し、本体部３を参照光学素子４３の方へ０．１３１ｍｍ移動させる。
ステップＳ２で設定した偏心測定装置５０上のＩ－Ｏ距離Ｌの値が、ステップＳ１で決めたＩ－Ｏ距離Ｌの設定値と一致していれば、観察面Ｆ’に正反射像が形成される。この場合、観察光学系を通して、観察面Ｆ’と共役な測定用イメージャ１７の撮像面上に像が形成されるので、測定者は、表示部２３の表示画面２３ａ上で正反射像を観察できる。
しかし、偏心測定装置５０上のＩ－Ｏ距離Ｌが設定値からずれていると、反射像は観察できない。この場合、測定光学系２０が固定された本体部３をｚ軸に沿って適宜移動させることによって、被検面４３ａで形成された正反射像を見つける。
ステップＳ２で設定した偏心測定装置５０上のＩ－Ｏ距離Ｌの値が、ステップＳ１で決めたＩ－Ｏ距離Ｌの設定値と一致していれば、観察面Ｆ’に正反射像が形成される。この場合、観察光学系を通して、観察面Ｆ’と共役な測定用イメージャ１７の撮像面上に像が形成されるので、測定者は、表示部２３の表示画面２３ａ上で正反射像を観察できる。
しかし、偏心測定装置５０上のＩ－Ｏ距離Ｌが設定値からずれていると、反射像は観察できない。この場合、測定光学系２０が固定された本体部３をｚ軸に沿って適宜移動させることによって、被検面４３ａで形成された正反射像を見つける。
【0125】
図１５に正反射像ＩＲＰ（実線参照）が観察された様子を示す。
表示画面２３ａの中心ＯＢは、測定用イメージャ１７に固定されたＸＹ座標系で、例えば（Ｘｃ，Ｙｃ）のように表される。ここで、Ｘ軸、Ｙ軸は、偏心測定装置５０のｘ軸、ｙ軸にそれぞれ平行である。
全体制御部１０１は、測定用イメージャ１７から送出される画像を画像処理部１０３によって画像処理させることにより、正反射像ＩＲＰの中心ＯＰの位置座標（ＸＰ，ＹＰ）を算出させる。
以上で、ステップＳ１２が終了する。
表示画面２３ａの中心ＯＢは、測定用イメージャ１７に固定されたＸＹ座標系で、例えば（Ｘｃ，Ｙｃ）のように表される。ここで、Ｘ軸、Ｙ軸は、偏心測定装置５０のｘ軸、ｙ軸にそれぞれ平行である。
全体制御部１０１は、測定用イメージャ１７から送出される画像を画像処理部１０３によって画像処理させることにより、正反射像ＩＲＰの中心ＯＰの位置座標（ＸＰ，ＹＰ）を算出させる。
以上で、ステップＳ１２が終了する。
【0126】
この後、ステップＳ１３が実行される。
ステップＳ１３では、光像ＩＰ’を光軸ＯＭと直交する方向にずらして、正反射像ＩＲＰの変位ＤＰを測定する。
測定者は、操作部２４を介して、ウェッジプリズム１８を平行光束Ｆ２の光路中に挿入する操作入力を行う。測定制御部５の全体制御部１０１は、操作入力を検知すると、シフト量コントローラ１０７に制御信号を送出し、ウェッジプリズム駆動部２２を駆動する。これにより、ウェッジプリズム１８が平行光束Ｆ２の光路中に進出する。
これにより、例えば、光像ＩＰ’がｘ軸に沿う方向にずれる。この結果、正反射像ＩＲＰは、図１５に破線で示す正反射像ＩＲＰ’の位置にずれる。全体制御部１０１は、正反射像ＩＲＰ’の中心ＯＰ’の位置座標（ＸＰ’，ＹＰ’）を算出させる。
全体制御部１０１は、ＯＰ（ＸＰ，ＹＰ）と、ＯＰ’（ＸＰ’，ＹＰ’）とを演算処理部１０２に送出し、演算処理部１０２に正反射像ＩＲＰ’の変位ＤＰを算出させる。算出値は、記憶部１０４に記憶される。
以上で、ステップＳ１３が終了する。
ステップＳ１３では、光像ＩＰ’を光軸ＯＭと直交する方向にずらして、正反射像ＩＲＰの変位ＤＰを測定する。
測定者は、操作部２４を介して、ウェッジプリズム１８を平行光束Ｆ２の光路中に挿入する操作入力を行う。測定制御部５の全体制御部１０１は、操作入力を検知すると、シフト量コントローラ１０７に制御信号を送出し、ウェッジプリズム駆動部２２を駆動する。これにより、ウェッジプリズム１８が平行光束Ｆ２の光路中に進出する。
これにより、例えば、光像ＩＰ’がｘ軸に沿う方向にずれる。この結果、正反射像ＩＲＰは、図１５に破線で示す正反射像ＩＲＰ’の位置にずれる。全体制御部１０１は、正反射像ＩＲＰ’の中心ＯＰ’の位置座標（ＸＰ’，ＹＰ’）を算出させる。
全体制御部１０１は、ＯＰ（ＸＰ，ＹＰ）と、ＯＰ’（ＸＰ’，ＹＰ’）とを演算処理部１０２に送出し、演算処理部１０２に正反射像ＩＲＰ’の変位ＤＰを算出させる。算出値は、記憶部１０４に記憶される。
以上で、ステップＳ１３が終了する。
【0127】
この後、ステップＳ１４が実行される。
ステップＳ１４では、被検面４３ａで形成された負反射像を観察する。
ステップＳ１２と同様にして、光像ＩＰ’が被検面４３ａ上に投影される位置に本体部３を移動した後、負反射像を観察するために、本体部３を参照光学素子４３の方へ０．７６６ｍｍ移動させる。
反射像が観察できない場合には、ステップＳ５２と同様、移動先から本体部３をｚ軸に沿って適宜移動させることによって、被検面４３ａで形成された負反射像を見つける。
ステップＳ１４では、被検面４３ａで形成された負反射像を観察する。
ステップＳ１２と同様にして、光像ＩＰ’が被検面４３ａ上に投影される位置に本体部３を移動した後、負反射像を観察するために、本体部３を参照光学素子４３の方へ０．７６６ｍｍ移動させる。
反射像が観察できない場合には、ステップＳ５２と同様、移動先から本体部３をｚ軸に沿って適宜移動させることによって、被検面４３ａで形成された負反射像を見つける。
【0128】
図１６に負反射像ＩＲＮ（実線参照）が観察された様子を示す。
全体制御部１０１は、ステップＳ１２と同様にして、負反射像ＩＲＮの中心ＯＮの位置座標（ＸＮ，ＹＮ）を算出させる。
以上で、ステップＳ１４が終了する。
全体制御部１０１は、ステップＳ１２と同様にして、負反射像ＩＲＮの中心ＯＮの位置座標（ＸＮ，ＹＮ）を算出させる。
以上で、ステップＳ１４が終了する。
【0129】
この後、ステップＳ１５が実行される。
ステップＳ１５では、ステップＳ１３と同様にして光像ＩＰ’を光軸ＯＭと直交する方向にずらして、負反射像ＩＲＮの変位ＤＮを測定する。
全体制御部１０１は、負反射像ＩＲＮ’の中心ＯＮ’の位置座標（ＸＮ’，ＹＮ’）を算出させ、ステップＳ５４で算出させたＯＮ（ＸＮ，ＹＮ）と、ＯＮ’（ＸＮ’，ＹＮ’）と、を演算処理部１０２に送出し、演算処理部１０２に負反射像ＩＲN’の変位ＤNを算出させる。算出値は、記憶部１０４に記憶される。
以上で、ステップＳ１５が終了する。
ステップＳ１５では、ステップＳ１３と同様にして光像ＩＰ’を光軸ＯＭと直交する方向にずらして、負反射像ＩＲＮの変位ＤＮを測定する。
全体制御部１０１は、負反射像ＩＲＮ’の中心ＯＮ’の位置座標（ＸＮ’，ＹＮ’）を算出させ、ステップＳ５４で算出させたＯＮ（ＸＮ，ＹＮ）と、ＯＮ’（ＸＮ’，ＹＮ’）と、を演算処理部１０２に送出し、演算処理部１０２に負反射像ＩＲN’の変位ＤNを算出させる。算出値は、記憶部１０４に記憶される。
以上で、ステップＳ１５が終了する。
【0130】
この後、ステップＳ１６が実行される。
ステップＳ１６では、変位ＤＰ、ＤＮと、参照光学素子４３の被検面４３ａの曲率半径Ｒと、に基づいて、Ｉ－Ｏ距離Ｌを算出する。
全体制御部１０１は、変位ＤＰ、ＤＮと、曲率半径Ｒと、の値を、演算処理部１０２に送出し、演算処理部１０２によってＩ－Ｏ距離Ｌを算出させる。
演算処理部１０２は、上述した式（ａ）、（ｂ）に基づいて、Ｉ－Ｏ距離Ｌの値を算出する。これにより、Ｉ－Ｏ距離Ｌの測定値Ｌｍが求められる。Ｌｍの値は、全体制御部１０１に送出され、記憶部１０４に記憶される。
以下では、このようにして測定されたＩ－Ｏ距離Ｌの値が、０．５１０ｍｍであったとして説明する。
以上で、ステップＳ１６が終了し、Ｉ－Ｏ距離測定が終了する。
ステップＳ１６では、変位ＤＰ、ＤＮと、参照光学素子４３の被検面４３ａの曲率半径Ｒと、に基づいて、Ｉ－Ｏ距離Ｌを算出する。
全体制御部１０１は、変位ＤＰ、ＤＮと、曲率半径Ｒと、の値を、演算処理部１０２に送出し、演算処理部１０２によってＩ－Ｏ距離Ｌを算出させる。
演算処理部１０２は、上述した式（ａ）、（ｂ）に基づいて、Ｉ－Ｏ距離Ｌの値を算出する。これにより、Ｉ－Ｏ距離Ｌの測定値Ｌｍが求められる。Ｌｍの値は、全体制御部１０１に送出され、記憶部１０４に記憶される。
以下では、このようにして測定されたＩ－Ｏ距離Ｌの値が、０．５１０ｍｍであったとして説明する。
以上で、ステップＳ１６が終了し、Ｉ－Ｏ距離測定が終了する。
【0131】
以上のステップＳ１１～Ｓ１６では、正反射像を観察し、変位ＤＰを測定した後、負反射像を観察し、変位ＤＮを測定する例で説明したが、負反射像を観察し、変位ＤＮを測定した後、正反射像を観察し、変位ＤＰを測定してもよい。すなわち、ステップＳ１４、Ｓ１５の後、ステップＳ１２、Ｓ１３が実行されてもよい。
【0132】
この後、ステップＳ１７が実行される。
ステップＳ１７では、ステップＳ５６で算出されたＩ－Ｏ距離Ｌの測定値に基づいて基準点を算出する。
本明細書における基準点は、反射像のフレ量の測定における原点とすべき点である。反射像のフレ量は、測定用イメージャ１７上に画像から算出されるので、測定用イメージャ１７の中心ＯＢに基準点が一致していると好都合である。しかし、偏心測定装置５０および測定光学系２０には製造誤差および組立誤差が存在するので、中心ＯＢは、偏心測定では許容できない程度に基準点からずれていることが多い。保持台４が被検物を測定の基準軸回りに精度よく回転できる回転保持機構を有する場合には、反射像の回転中心を基準点とすればよい。
しかし、例えば、内視鏡の先端部のような被検物では、先端部の後端に湾曲部および可撓管部が接続されて長尺であり、先端部を回転させるには、先端部とともに湾曲部および可撓管部も共に回転させなければならない。このため、内視鏡の先端部のような被検物の回転保持機構を設けることは難しい。
本実施形態では、光像ＩＰ’の移動軌跡を偏心測定の基準軸Ｏｍとしている。この場合、基準点は、測定用イメージャ１７の撮像面と光学的に共役な観察光学系の物体面である観察面Ｆ’と、光像ＩＰ’の移動軌跡との交点である。
ステップＳ１７では、ステップＳ５６で算出されたＩ－Ｏ距離Ｌの測定値に基づいて基準点を算出する。
本明細書における基準点は、反射像のフレ量の測定における原点とすべき点である。反射像のフレ量は、測定用イメージャ１７上に画像から算出されるので、測定用イメージャ１７の中心ＯＢに基準点が一致していると好都合である。しかし、偏心測定装置５０および測定光学系２０には製造誤差および組立誤差が存在するので、中心ＯＢは、偏心測定では許容できない程度に基準点からずれていることが多い。保持台４が被検物を測定の基準軸回りに精度よく回転できる回転保持機構を有する場合には、反射像の回転中心を基準点とすればよい。
しかし、例えば、内視鏡の先端部のような被検物では、先端部の後端に湾曲部および可撓管部が接続されて長尺であり、先端部を回転させるには、先端部とともに湾曲部および可撓管部も共に回転させなければならない。このため、内視鏡の先端部のような被検物の回転保持機構を設けることは難しい。
本実施形態では、光像ＩＰ’の移動軌跡を偏心測定の基準軸Ｏｍとしている。この場合、基準点は、測定用イメージャ１７の撮像面と光学的に共役な観察光学系の物体面である観察面Ｆ’と、光像ＩＰ’の移動軌跡との交点である。
【0133】
ステップＳ１７の具体例を説明する前に、本実施形態における基準点測定の原理を説明する。
図１７は、本発明の第１の実施形態に係る偏心測定方法における基準点測定の原理を説明する模式図である。図１８は、反射倍率に応じた基準点測定の不確かさの変化を示すグラフである。
図１７は、本発明の第１の実施形態に係る偏心測定方法における基準点測定の原理を説明する模式図である。図１８は、反射倍率に応じた基準点測定の不確かさの変化を示すグラフである。
【0134】
図１７には、参照光学素子４３の被検面４３ａを用いて正反射像および負反射像を測定する際の、被検面４３ａの球心Ｃｒｅｆと、光像ＩＰ’と、正反射像ＩＲＰおよび負反射像ＩＲＮと、の位置関係を模式的に示している。ただし、簡単のために、被検面４３ａの球心Ｃｒｅｆの偏心量δがｘ軸に沿う方向のみに生じているとした。
【0135】
ｚ軸に沿う方向における点ｚｐに光像ＩＰ’が投影される（図１７には、（ＩＰ’）ｚｐと表記）と、点ｚｐよりもｚ軸負方向側にＬだけ離れた像面ＩＰに正反射像ＩＲＰが形成される。同様に、点ｚｎに光像ＩＰ’が投影される（図１７には、（ＩＰ’）ｚｎと表記）と、点ｚｎよりもｚ軸負方向側にＬだけ離れた像面ＩＮに負反射像ＩＲＮが形成される。偏心測定装置５０による光像ＩＰ’は、点ｚｐ、ｚｎを通る直線ＯＬ上を移動している。正反射像ＩＲＰの像面ＩＰ上における直線ＯＬからのフレ量は、（１－βＰ）δである。負反射像ＩＲＮの像面ＩＮ上における直線ＯＬからのフレ量は、（１－βＮ）δである。ここでβＰ、βＮは、それぞれ正反射像の反射倍率、負反射像の反射倍率である。
観察光学系における観察面Ｆ’を像面ＩＰ、ＩＮに一致するように移動させると、像面ＩＰ、ＩＮにおける各反射像は、それぞれ観察光学系の像面ＩＢにおいて観察される。観察面Ｆ’は測定光学系２０および光像ＩＰ’とともに移動しているので、観察面Ｆ’と直線ＯＬとの交点である基準点Ｘ０は、光像ＩＰ’のｚ軸に沿う方向の位置に依存せず観察面Ｆ’ 上において同じ位置となる。
このため、観察面Ｆ’を像面ＩＰに一致させた際の正反射像ＩＲＰの観察面Ｆ’上の位置ＸＰと、観察面Ｆ’を像面ＩＮに一致させた際の負反射像ＩＲＮの観察面Ｆ’上の位置ＸＮと、は、基準点Ｘ０と下記式（６）、（７）の関係にある。
観察光学系における観察面Ｆ’を像面ＩＰ、ＩＮに一致するように移動させると、像面ＩＰ、ＩＮにおける各反射像は、それぞれ観察光学系の像面ＩＢにおいて観察される。観察面Ｆ’は測定光学系２０および光像ＩＰ’とともに移動しているので、観察面Ｆ’と直線ＯＬとの交点である基準点Ｘ０は、光像ＩＰ’のｚ軸に沿う方向の位置に依存せず観察面Ｆ’ 上において同じ位置となる。
このため、観察面Ｆ’を像面ＩＰに一致させた際の正反射像ＩＲＰの観察面Ｆ’上の位置ＸＰと、観察面Ｆ’を像面ＩＮに一致させた際の負反射像ＩＲＮの観察面Ｆ’上の位置ＸＮと、は、基準点Ｘ０と下記式（６）、（７）の関係にある。
【0136】
【数7】
【0137】
式（６）、（７）からδを消去して、Ｘ０について解くと、下記式（ｃ）が得られる。
【0138】
【数8】
【0139】
同様にして、ｙ軸に沿う方向の基準点Ｙ０としては、下記式（ｄ）が得られる。
【0140】
【数9】
【0141】
以上、（ＸＰ，ＹＰ）、（ＸＮ，ＹＮ）、(Ｘ０，Ｙ０)は、観察面Ｆ’上における位置として説明したが、（ＸＰ，ＹＰ）、（ＸＮ，ＹＮ）、(Ｘ０，Ｙ０)は、観察光学系の像面ＩＢ上の位置座標と一対一の関係にあるので、像面ＩＢ上の位置情報から測定できる。
【0142】
ここで、基準点(Ｘ０，Ｙ０)の測定精度を向上するための条件について説明する。
式（ｃ）、（ｄ）は、像面ＩＰにおける正反射像ＩＲＰと像面ＩＮにおける負反射像ＩＲＮとの位置情報の測定値（ＸＰ，ＹＰ）、（ＸＮ，ＹＮ）を含んでいるので、測定誤差に伴う不確かさｕを含んでいる。
不確かさの伝搬側から、合成標準不確かさｕｃは、下記式（８）で表される。
式（ｃ）、（ｄ）は、像面ＩＰにおける正反射像ＩＲＰと像面ＩＮにおける負反射像ＩＲＮとの位置情報の測定値（ＸＰ，ＹＰ）、（ＸＮ，ＹＮ）を含んでいるので、測定誤差に伴う不確かさｕを含んでいる。
不確かさの伝搬側から、合成標準不確かさｕｃは、下記式（８）で表される。
【0143】
【数10】
【0144】
式（８）において、ｕ２の係数である中かっこ内の式をｆとおく。ここで、βＰ＞０、βＰβＮ＝－１を用い、βＰ＝βと置換すれば、ｆは、β＞０の範囲で、次式（９）に示すようなβの関数で表される。式（８）の小かっこ内の分母の（βＰ－βＮ）２は、(βＮ－βＰ)２としてもｆの値は変わらないので、式（９）は、β＜０に関しても同様に成り立つ。
【0145】
【数11】
【0146】
図１８に示す曲線２００は、ｆのグラフ（ただし、β≠０）である。図２１において、横軸はβ、縦軸はｆである。
測定誤差に起因する合成標準不確かさｕｃを最小にするには、曲線２００の最小値を取るβを選択すればよい。ｆをβで微分して曲線２００の最小値を求めると、ｆは、β＝１±√２において、それぞれ最小値０．５を取ることが分かる。
β＝－１±√２のとき、ｆは最大値１．５を取る。β＝±１では、ｆは１である。βが±∞に近づくと、ｆは１に漸近する。
したがって、基準点測定をβＰ＝１＋√２、βＮ＝１－√２の条件で行うことによって、他の条件に比べるとｕｃが１／√２倍から１／√３倍程度小さくなることが分かる。
ｆの最小値を与えるβを式（２）に代入すると、Ｌ＝Ｒの関係が得られる。
すなわち、Ｉ－Ｏ距離Ｌの値を、参照光学素子４３の曲率半径Ｒと一致させることによって、測定誤差に起因する基準点の不確かさを最小化できることが分かる。このとき、１－βＰ＝－√２、１－βＮ＝√２になるので、被検面４３ａの偏心量δに関する正反射像の感度の大きさと負反射像の感度の大きさとが互いに等しくなる。
よって、基準点を高精度に測定するために、参照光学素子４３は、設定するＩ－Ｏ距離Ｌと同じ曲率半径のものを用いるのが好ましい。あるいは、参照光学素子４３の曲率半径は、設定値Ｌの５０％以上２００％以下であることがより好ましい。
測定誤差に起因する合成標準不確かさｕｃを最小にするには、曲線２００の最小値を取るβを選択すればよい。ｆをβで微分して曲線２００の最小値を求めると、ｆは、β＝１±√２において、それぞれ最小値０．５を取ることが分かる。
β＝－１±√２のとき、ｆは最大値１．５を取る。β＝±１では、ｆは１である。βが±∞に近づくと、ｆは１に漸近する。
したがって、基準点測定をβＰ＝１＋√２、βＮ＝１－√２の条件で行うことによって、他の条件に比べるとｕｃが１／√２倍から１／√３倍程度小さくなることが分かる。
ｆの最小値を与えるβを式（２）に代入すると、Ｌ＝Ｒの関係が得られる。
すなわち、Ｉ－Ｏ距離Ｌの値を、参照光学素子４３の曲率半径Ｒと一致させることによって、測定誤差に起因する基準点の不確かさを最小化できることが分かる。このとき、１－βＰ＝－√２、１－βＮ＝√２になるので、被検面４３ａの偏心量δに関する正反射像の感度の大きさと負反射像の感度の大きさとが互いに等しくなる。
よって、基準点を高精度に測定するために、参照光学素子４３は、設定するＩ－Ｏ距離Ｌと同じ曲率半径のものを用いるのが好ましい。あるいは、参照光学素子４３の曲率半径は、設定値Ｌの５０％以上２００％以下であることがより好ましい。
【0147】
ステップＳ１７の具体例の説明に戻る。
図１９は、本発明の第１の実施形態に係る偏心測定方法において求められた基準点の例を示す模式図である。
下記［表５］に、Ｉ－Ｏ距離Ｌの測定値Ｌｍが０．５１０ｍｍの場合の、光像ＩＰ’の投影位置、正反射像および負反射像の反射倍率β、および（１－β）の計算値を示す。
図１９は、本発明の第１の実施形態に係る偏心測定方法において求められた基準点の例を示す模式図である。
下記［表５］に、Ｉ－Ｏ距離Ｌの測定値Ｌｍが０．５１０ｍｍの場合の、光像ＩＰ’の投影位置、正反射像および負反射像の反射倍率β、および（１－β）の計算値を示す。
【0148】
【表5】
【0149】
［表５］に示すように、投影位置は、正反射像では０．１４０ｍｍ、負反射像では、０．８２０ｍｍである。反射像の倍率βは、正反射像では２．６４５、負反射像では－０．３７８である。（１－β）は、正反射像では－１．６４５、負反射像では１．３７８である。
まず、ステップＳ１２と同様にして、正反射像を観察する。ただし、光像ＩＰ’を被検面４３ａに合わせた後の、移動ステージ２の駆動量は、[表５]に基づいて、０．１４０ｍｍとする。
測定者は、必要に応じて、移動ステージ２の駆動量を調整し、正反射像を見つける。図１９には、表示画面２３ａに表示された正反射像ＩＲＰを実線で示す。ステップＳ１２と同様にして、正反射像ＩＲＰの位置座標（ＸＰ，ＹＰ）が算出される。
この後、ステップＳ１４と同様にして、負反射像ＩＲＮを観察する。ただし、光像ＩＰ’を被検面４３ａに合わせた後の、移動ステージ２の駆動量は、[表５]に基づいて、０．８２０ｍｍとする。
測定者は、必要に応じて、移動ステージ２の駆動量を調整し、負反射像を見つける。図１９には、表示画面２３ａに表示された負反射像ＩＲＮを破線で示す。ステップＳ１４と同様にして、負反射像ＩＲＮの位置座標（ＸＮ，ＹＮ）が算出される。
まず、ステップＳ１２と同様にして、正反射像を観察する。ただし、光像ＩＰ’を被検面４３ａに合わせた後の、移動ステージ２の駆動量は、[表５]に基づいて、０．１４０ｍｍとする。
測定者は、必要に応じて、移動ステージ２の駆動量を調整し、正反射像を見つける。図１９には、表示画面２３ａに表示された正反射像ＩＲＰを実線で示す。ステップＳ１２と同様にして、正反射像ＩＲＰの位置座標（ＸＰ，ＹＰ）が算出される。
この後、ステップＳ１４と同様にして、負反射像ＩＲＮを観察する。ただし、光像ＩＰ’を被検面４３ａに合わせた後の、移動ステージ２の駆動量は、[表５]に基づいて、０．８２０ｍｍとする。
測定者は、必要に応じて、移動ステージ２の駆動量を調整し、負反射像を見つける。図１９には、表示画面２３ａに表示された負反射像ＩＲＮを破線で示す。ステップＳ１４と同様にして、負反射像ＩＲＮの位置座標（ＸＮ，ＹＮ）が算出される。
【0150】
この後、Ｉ－Ｏ距離Ｌの測定値Ｌｍに基づいて計算されたβＰ、βＮと、位置座標（ＸＰ，ＹＰ）、（ＸＮ，ＹＮ）を、式（ｃ）、式（ｄ）に代入して基準点の座標（Ｘ０，Ｙ０）を算出する。この計算は、全体制御部１０１の制御信号に基づいて、演算処理部１０２が行う。算出された（Ｘ０，Ｙ０）は、記憶部１０４に記憶される。（Ｘ０，Ｙ０）はＩ－Ｏ距離Ｌが設計値でなく実際に近い値を使うことでより正確なβＰ、βＮを用いて算出される。参照光学素子４３が直線ＯＬに対して偏心していたとしても、（Ｘ０，Ｙ０）が正確な値として算出される。
以上で、ステップＳ１７が終了する。
なお、ステップＳ１７では、正反射像を観察した後、負反射像を観察する例で説明したが、負反射像を観察した後、正反射像を観察してもよい。
以上で、ステップＳ１７が終了する。
なお、ステップＳ１７では、正反射像を観察した後、負反射像を観察する例で説明したが、負反射像を観察した後、正反射像を観察してもよい。
【0151】
ステップＳ１７の後、ステップＳ１８が実行される。
ステップＳ１８では、測定を終了するかどうか判定する。
ステップＳ１７における基準点測定は、被検面４３ａが基準軸である直線ＯＬから偏心した状態で行われている。被検面４３ａの曲率半径Ｒ、Ｉ－Ｏ距離の測定値Ｌｍの測定に誤差があると反射倍率の誤差が変化するので、基準点の測定誤差の要因となる。
Ｒ、Ｌｍの測定誤差の影響をより低減するには、被検面４３ａの偏心がない状態で基準点を測定することによって、より高精度なＩ－Ｏ距離測定および基準点測定が行える。
例えば、参照光学素子４３の偏心量の大きさは、図１９に示すように、基準点からの反射像のフレ量に基づいて判断できる。
測定者は、反射像のフレ量の大きさなどに基づいて、測定を終了するかどうか判定する。なお、この判定は、測定制御部５がフレ量を算出して予め決められた許容値に基づいて自動的に行ってもよい。
測定を終了する場合には、全体制御部１０１は、最後に実行したステップＳ１６で算出されたＩ－Ｏ距離Ｌの測定値Ｌｍに基づいて、被検面Ｓｉごとに選定された反射像を形成するための本体部３の移動位置と、選定された反射像の反射倍率と、演算処理部１０２に算出させ、各算出結果を記憶部１０４に記憶させる。
以上で、図１３におけるステップＳ３が終了する。
測定を終了しないと判定した場合に、ステップＳ１９が実行される。
ステップＳ１８では、測定を終了するかどうか判定する。
ステップＳ１７における基準点測定は、被検面４３ａが基準軸である直線ＯＬから偏心した状態で行われている。被検面４３ａの曲率半径Ｒ、Ｉ－Ｏ距離の測定値Ｌｍの測定に誤差があると反射倍率の誤差が変化するので、基準点の測定誤差の要因となる。
Ｒ、Ｌｍの測定誤差の影響をより低減するには、被検面４３ａの偏心がない状態で基準点を測定することによって、より高精度なＩ－Ｏ距離測定および基準点測定が行える。
例えば、参照光学素子４３の偏心量の大きさは、図１９に示すように、基準点からの反射像のフレ量に基づいて判断できる。
測定者は、反射像のフレ量の大きさなどに基づいて、測定を終了するかどうか判定する。なお、この判定は、測定制御部５がフレ量を算出して予め決められた許容値に基づいて自動的に行ってもよい。
測定を終了する場合には、全体制御部１０１は、最後に実行したステップＳ１６で算出されたＩ－Ｏ距離Ｌの測定値Ｌｍに基づいて、被検面Ｓｉごとに選定された反射像を形成するための本体部３の移動位置と、選定された反射像の反射倍率と、演算処理部１０２に算出させ、各算出結果を記憶部１０４に記憶させる。
以上で、図１３におけるステップＳ３が終了する。
測定を終了しないと判定した場合に、ステップＳ１９が実行される。
【0152】
ステップＳ１９では、正反射像ＩＲＰまたは負反射像ＩＲＮの中心がステップＳ１７で測定された基準点（Ｘ０，Ｙ０）に移動するように、参照光学素子４３のｚ軸に直交する方向の位置を調整する。
図２０は、本発明の第１の実施形態に係る偏心測定方法における参照光学素子の移動後の表示画面の例を示す模式図である。
本ステップにおける位置調整は、ステップＳ１７の測定時に存在した、直線ＯＬに関する偏心量δが０になるように調整し、被検面４３ａの球心Ｃｒｅｆを直線ＯＬ上に位置させることに相当する。
正反射像ＩＲＰおよび負反射像ＩＲＮのいずれを観察して位置調整するかは、特に限定されない。例えば、ステップＳ１７の終了時に、観察されている反射像が用いられてもよい。この場合、移動ステージ２を再駆動しなくてよいので、迅速な測定が行える。
図２０に参照光学素子４３の位置調整後に、それぞれの反射像の位置で観察される反射像を重ねて示す。一方の反射像を基準点（Ｘ０，Ｙ０）に合わせると、他方の反射像も基準点（Ｘ０，Ｙ０）に位置する。
以上で、ステップＳ１９が終了する。
図２０は、本発明の第１の実施形態に係る偏心測定方法における参照光学素子の移動後の表示画面の例を示す模式図である。
本ステップにおける位置調整は、ステップＳ１７の測定時に存在した、直線ＯＬに関する偏心量δが０になるように調整し、被検面４３ａの球心Ｃｒｅｆを直線ＯＬ上に位置させることに相当する。
正反射像ＩＲＰおよび負反射像ＩＲＮのいずれを観察して位置調整するかは、特に限定されない。例えば、ステップＳ１７の終了時に、観察されている反射像が用いられてもよい。この場合、移動ステージ２を再駆動しなくてよいので、迅速な測定が行える。
図２０に参照光学素子４３の位置調整後に、それぞれの反射像の位置で観察される反射像を重ねて示す。一方の反射像を基準点（Ｘ０，Ｙ０）に合わせると、他方の反射像も基準点（Ｘ０，Ｙ０）に位置する。
以上で、ステップＳ１９が終了する。
【0153】
ステップＳ１９の後、ステップＳ１２～Ｓ１７が実行される。これにより、被検面４３ａの偏心が抑制された状態で、ステップＳ１６で測定されたＩ－Ｏ距離Ｌにわずかな誤差が残存していたとしても、高精度に基準点を測定することができる。
なお、ステップＳ１９の後、ステップＳ１２～Ｓ１７において、Ｉ－Ｏ距離Ｌも再測定することで、対物レンズ１５のディストーション等の収差を持っていたとして高精度にＩ－Ｏ距離Ｌを測定することができる。ただし、対物レンズ１５のディストーション等の収差が無視できる場合は、必ずしもＩ－Ｏ距離Ｌの再測定は行わなくても良い。
なお、ステップＳ１９の後、ステップＳ１２～Ｓ１７において、Ｉ－Ｏ距離Ｌも再測定することで、対物レンズ１５のディストーション等の収差を持っていたとして高精度にＩ－Ｏ距離Ｌを測定することができる。ただし、対物レンズ１５のディストーション等の収差が無視できる場合は、必ずしもＩ－Ｏ距離Ｌの再測定は行わなくても良い。
【0154】
ステップＳ３が終了すると、以後、測定光学系２０のセッティングを変更しない限り、ステップＳ１７で最後に算出した基準点（Ｘ０，Ｙ０）を、反射像のフレ量測定の原点として用いることができる。これは、偏心測定の基準軸Ｏｍが、参照光学素子４３を用いた実測に基づいて、光像ＩＰ’の軌跡である直線ＯＬによって規定されたことに相当する。
このため、本実施形態では、被検物を回転して反射像のフレ中心を求めて偏心測定の原点を決める必要がない。この結果、被検物が回転保持できない形態であっても、高精度かつ迅速に偏心測定が行える。
このため、本実施形態では、被検物を回転して反射像のフレ中心を求めて偏心測定の原点を決める必要がない。この結果、被検物が回転保持できない形態であっても、高精度かつ迅速に偏心測定が行える。
【0155】
ステップＳ３は、測定用イメージャが取得する画像において、観察面および基準軸の交点と対応する基準点の位置を特定する第２ステップの例である。
【0156】
図１３に示すように、ステップＳ３の後、ステップＳ４が実行される。
ステップＳ４では、被検光学系を含む被検光学ユニットを保持台に保持する。
例えば、図１に示すように、参照光学素子４３に代えて、被検光学系４１Ａを含む先端部４０を保持台４のホルダ４ａに保持させる。このとき、先端部４０は、被検光学系４１Ａの設計上の光軸が、ステップＳ３によって求められた基準軸Ｏｍと同軸になるように配置されることがより好ましい。ただし、被検光学系４１Ａの設計上の光軸と基準軸Ｏｍとは、同軸でなくてもよい。この場合、基準軸Ｏｍからの各被検面Ｓｉの偏心量が全体としてずれるだけなので、被検光学系４１Ａにおける各被検面Ｓｉの相対的な偏心量は正確に測定できる。
ステップＳ４では、被検光学系を含む被検光学ユニットを保持台に保持する。
例えば、図１に示すように、参照光学素子４３に代えて、被検光学系４１Ａを含む先端部４０を保持台４のホルダ４ａに保持させる。このとき、先端部４０は、被検光学系４１Ａの設計上の光軸が、ステップＳ３によって求められた基準軸Ｏｍと同軸になるように配置されることがより好ましい。ただし、被検光学系４１Ａの設計上の光軸と基準軸Ｏｍとは、同軸でなくてもよい。この場合、基準軸Ｏｍからの各被検面Ｓｉの偏心量が全体としてずれるだけなので、被検光学系４１Ａにおける各被検面Ｓｉの相対的な偏心量は正確に測定できる。
【0157】
ステップＳ４は、被検光学ユニットを基準軸上に配置する第３ステップの例である。
上記の説明では、参照光学素子４３に代えて、被検光学系４１Ａを含む先端部４０を保持台４のホルダ４ａに保持させることによって、被検光学ユニットを基準軸上に配置している。しかし、偏心測定装置５０は、参照光学素子４３と被検光学系４１Ａを含む先端部４０との載せ替えを省略できるように構成されてもよい。
例えば、保持台４は、参照光学素子４３と被検光学系４１Ａとを、例えば、ｘ軸方向において離れて同時に保持できるようにする。さらに、移動ステージ２は、本体部３をｘ軸方向にも平行移動できるようにしておく。この場合、本体部３を参照光学素子４３に対向する位置に移動した状態で、上述のステップＳ３を実行する。この後、ステップＳ４では、被検光学系４１Ａに向かって光像ＩＰ’を投影できる位置に、移動ステージ２を用いて本体部３をｘ軸方向に平行移動させる。
このようにすれば、ステップＳ４において、参照光学素子４３と先端部４０との載せ替えなくてよいので、迅速に、次のステップＳ５を実行できる。
上記の説明では、参照光学素子４３に代えて、被検光学系４１Ａを含む先端部４０を保持台４のホルダ４ａに保持させることによって、被検光学ユニットを基準軸上に配置している。しかし、偏心測定装置５０は、参照光学素子４３と被検光学系４１Ａを含む先端部４０との載せ替えを省略できるように構成されてもよい。
例えば、保持台４は、参照光学素子４３と被検光学系４１Ａとを、例えば、ｘ軸方向において離れて同時に保持できるようにする。さらに、移動ステージ２は、本体部３をｘ軸方向にも平行移動できるようにしておく。この場合、本体部３を参照光学素子４３に対向する位置に移動した状態で、上述のステップＳ３を実行する。この後、ステップＳ４では、被検光学系４１Ａに向かって光像ＩＰ’を投影できる位置に、移動ステージ２を用いて本体部３をｘ軸方向に平行移動させる。
このようにすれば、ステップＳ４において、参照光学素子４３と先端部４０との載せ替えなくてよいので、迅速に、次のステップＳ５を実行できる。
【0158】
先端部４０の保持が終了した後、ステップＳ５が実行される。
ステップＳ５では、測定対象の被検面Ｓｉを測定順に特定するためのカウンタｊを１に設定する。
カウンタｊと、各被検面Ｓｉの面番号と、は、本ステップが実行されるまでに、全体制御部１０１によって関係づけられる。全体制御部１０１は、各被検面Ｓｉの測定順に１からＮまで番号を付ける。ここで、Ｎは測定対象の被検面Ｓｉの枚数である。この関係づけは、ステップＳ１において、反射像の種類の選定が終了した後に行われてもよい。
被検面Ｓｉの測定順序は、特に限定されない。例えば、被検面Ｓｉの測定順序は、被検面Ｓｉの面番号の順でもよいし、対物レンズ１５との近さの順でもよい。例えば、被検面Ｓｉの測定順序は、被検面Ｓｉの測定を行うための投影位置が、対物レンズ１５に近い方から遠い方に向かって並ぶような順でもよい。
ステップＳ５では、測定対象の被検面Ｓｉを測定順に特定するためのカウンタｊを１に設定する。
カウンタｊと、各被検面Ｓｉの面番号と、は、本ステップが実行されるまでに、全体制御部１０１によって関係づけられる。全体制御部１０１は、各被検面Ｓｉの測定順に１からＮまで番号を付ける。ここで、Ｎは測定対象の被検面Ｓｉの枚数である。この関係づけは、ステップＳ１において、反射像の種類の選定が終了した後に行われてもよい。
被検面Ｓｉの測定順序は、特に限定されない。例えば、被検面Ｓｉの測定順序は、被検面Ｓｉの面番号の順でもよいし、対物レンズ１５との近さの順でもよい。例えば、被検面Ｓｉの測定順序は、被検面Ｓｉの測定を行うための投影位置が、対物レンズ１５に近い方から遠い方に向かって並ぶような順でもよい。
【0159】
ステップＳ５の後、ステップＳ６が行われる。
図２１は、本発明の第１の実施形態に係る偏心測定方法における反射像のフレ量の測定例を示す模式図である。
図２１は、本発明の第１の実施形態に係る偏心測定方法における反射像のフレ量の測定例を示す模式図である。
【0160】
ステップＳ６では、カウンタｊに対応する被検面Ｓｉの反射像のフレ量（ｄｘｊ、ｄｙｊ）を測定する。
全体制御部１０１は、カウンタｊに対応する被検面Ｓｉにおいて選定済みの反射像が観察できる光像ＩＰ’の位置を、記憶部１０４から読み出して、搬送部コントローラ１０５に送出する。搬送部コントローラ１０５は、移動ステージ２を駆動して、本体部３を移動させる。
全体制御部１０１は、カウンタｊに対応する被検面Ｓｉにおいて選定済みの反射像が観察できる光像ＩＰ’の位置を、記憶部１０４から読み出して、搬送部コントローラ１０５に送出する。搬送部コントローラ１０５は、移動ステージ２を駆動して、本体部３を移動させる。
【0161】
この後、測定者は、表示画面２３ａを見て、カウンタｊに対応する被検面Ｓｉの反射像が観察されたかどうか判定する。
反射像が観察されないか、ぼけている場合には、操作部２４を操作して、移動ステージ２の位置を微調整し、適正な反射像を観察する。
複数の反射像が観察されている場合には、測定者または測定制御部５によって、適宜の判別法による反射像の判別が実施される。例えば、上述した反射像の判別法のいずれかが実施されてもよい。これにより、適正な反射像を特定される。
反射像が複数存在する場合には、例えば、測定者が、操作部２４におけるＧＵＩ（Graphical User Interface）などを通して、予めフレ量を算出する反射像を選択できるようにしてもよい。または、複数の反射像のフレ量を測定制御部５がそれぞれ算出した後、測定者の操作入力によって、適正な反射像のフレ量を選択できるようにしてもよい。
図２１に、ｊに対応する反射像ＩＲｊが表示された表示画面２３ａを示す。
反射像が観察されないか、ぼけている場合には、操作部２４を操作して、移動ステージ２の位置を微調整し、適正な反射像を観察する。
複数の反射像が観察されている場合には、測定者または測定制御部５によって、適宜の判別法による反射像の判別が実施される。例えば、上述した反射像の判別法のいずれかが実施されてもよい。これにより、適正な反射像を特定される。
反射像が複数存在する場合には、例えば、測定者が、操作部２４におけるＧＵＩ（Graphical User Interface）などを通して、予めフレ量を算出する反射像を選択できるようにしてもよい。または、複数の反射像のフレ量を測定制御部５がそれぞれ算出した後、測定者の操作入力によって、適正な反射像のフレ量を選択できるようにしてもよい。
図２１に、ｊに対応する反射像ＩＲｊが表示された表示画面２３ａを示す。
【0162】
この後、測定者は、操作部２４を通して、反射像ＩＲｊの位置座標（Ｘｊ，Ｙｊ）および基準点からのフレ量（ｄ’ｘｊ、ｄ’ｙｊ）を算出させる操作入力を行う。
全体制御部１０１は、画像処理部１０３に反射像ＩＲｊの中心ＯＲの位置座標を算出させる。中心ＯＲの位置座標と基準点（Ｘ０，Ｙ０）とから演算処理部１０２は、測定用イメージャ１７の撮像面である像面ＩＢ上における反射像の基準点からのフレ量の実寸値（ｄ’ｘｊ，ｄ’ｙｊ）を算出する。ただし、添字ｘ、ｙは、像面ＩＢと光学的に共役な観察面Ｆ’でのｘｙ座標系におけるｘ軸方向およびｙ軸方向に相当する量であることを示す。添字ｊは、カウンタｊの値を表す（以下も同様）。
さらに、演算処理部１０２は、下記式（１０）～（１３）に基づいて、反射像ＩＲｊの観察面Ｆ’における基準軸Ｏｍからのフレ量（ｄｘｊ，ｄｙｊ）と、被検面Ｓｉの見かけの球心の偏心量（δｘｊ，δｙｊ）と、を算出する。
全体制御部１０１は、画像処理部１０３に反射像ＩＲｊの中心ＯＲの位置座標を算出させる。中心ＯＲの位置座標と基準点（Ｘ０，Ｙ０）とから演算処理部１０２は、測定用イメージャ１７の撮像面である像面ＩＢ上における反射像の基準点からのフレ量の実寸値（ｄ’ｘｊ，ｄ’ｙｊ）を算出する。ただし、添字ｘ、ｙは、像面ＩＢと光学的に共役な観察面Ｆ’でのｘｙ座標系におけるｘ軸方向およびｙ軸方向に相当する量であることを示す。添字ｊは、カウンタｊの値を表す（以下も同様）。
さらに、演算処理部１０２は、下記式（１０）～（１３）に基づいて、反射像ＩＲｊの観察面Ｆ’における基準軸Ｏｍからのフレ量（ｄｘｊ，ｄｙｊ）と、被検面Ｓｉの見かけの球心の偏心量（δｘｊ，δｙｊ）と、を算出する。
【0163】
【数12】
【0164】
ここで、ｆＴは対物レンズ１５の焦点距離、ｆｋは結像レンズ１６の焦点距離、βｊは、ｊに対応する見かけの被検面ｓｉで反射した反射像ＩＲｊの光像ＩＰ’に対する反射倍率である。反射倍率βｊは、ステップＳ３の終了時に、Ｉ－Ｏ距離Ｌの測定値Ｌｍを式（２）のＬに代入した値が用いられる。
算出されたフレ量ｄｘｊ、ｄｙｊおよび被検面Ｓｉの見かけの球心の偏心量δｘｊ、δｙｊは、記憶部１０４に記憶される。
以上で、ステップＳ６が終了する。
算出されたフレ量ｄｘｊ、ｄｙｊおよび被検面Ｓｉの見かけの球心の偏心量δｘｊ、δｙｊは、記憶部１０４に記憶される。
以上で、ステップＳ６が終了する。
【0165】
ステップＳ６は、光像を基準軸上の投影位置に投影し、基準軸に沿う投影位置との距離が設定値Ｌになるように設定された観察位置に、被検面で反射された光像の反射像を形成する第４ステップと、観察位置における観察面の画像を測定用イメージャを用いて撮像し、測定用画像を取得する第５ステップと、測定用画像において、観察位置における前記反射像の画像を特定する第６ステップと、特定された反射像の画像の基準点からの位置ずれ量を測定する第７ステップと、位置ずれ量に基づいて、基準軸に対する被検面の見かけの球心の偏心量を算出する第８ステップと、が含まれたステップの例である。
【0166】
ステップＳ６の後、ステップＳ７が実行される。
ステップＳ７では、カウンタｊが更新される。
ステップＳ７では、カウンタｊが更新される。
【0167】
ステップＳ７の後、ステップＳ８が実行される。
ステップＳ８では、カウンタｊの値が、被検面Ｓｉの個数Ｎより大きいかどうか判定する。測定制御部５によって実行する場合には、全体制御部１０１が記憶部１０４に記憶されたＮの値と、ｊの値と、を比較する。
ｊがＮより大きい場合には、ステップＳ９が実行される。
ｊがＮより大きくない場合には、ステップＳ６が実行される。
ステップＳ８では、カウンタｊの値が、被検面Ｓｉの個数Ｎより大きいかどうか判定する。測定制御部５によって実行する場合には、全体制御部１０１が記憶部１０４に記憶されたＮの値と、ｊの値と、を比較する。
ｊがＮより大きい場合には、ステップＳ９が実行される。
ｊがＮより大きくない場合には、ステップＳ６が実行される。
【0168】
ステップＳ９では、本ステップまでに測定した各被検面Ｓｉの見かけの球心の偏心量δｊ（ｊ＝１，…，Ｎ）を用いて、各被検面Ｓｉの偏心量εｉ（ｉ＝１，…，Ｎ）を算出する。
ただし、以下では、変数の下付き添字ｊは、各被検面Ｓｉを、被検光学系４１Ａの前側、すなわち、対物レンズ１５に近い方から順に並べた場合の、前側からの順序を表す。
前側からｎ番目の被検面Ｓｉｎの見かけの球心の偏心量δｘｎは、１番目からｎ番目までの各被検面Ｓｉｊ（ｊ＝１，…，ｎ）の各偏心量εｘｊの一次結合で表される。同様に、被検面Ｓｉｎの見かけの球心の偏心量δｙｎは、各被検面Ｓｉｊ（ｊ＝１，…，ｎ）の各偏心量εｙｎの一次結合で表される。ただし、各見かけの球心の偏心量（δｘｊ、δｙｊ）は、基準軸Ｏｍに対するシフト量を表し、偏心量εｘｊ、ε ｙｊは、基準軸Ｏｍに対する被検面Ｓｉのチルト偏心量を表す。被検面Ｓｉｊのチルト偏心量は、被検面Ｓｉｊの球心のシフト量を被検面Ｓｉｊの曲率半径Ｒｊで割ることによって求められる。
このため、各被検面Ｓｉｊの各見かけの球心の偏心量δｘｊ、δｙｊは、一次結合の係数からなるマトリクスを用いて、下記式（１４）、（１５）で表される。一次結合の係数ａｉｊ（ｉ＝１，…，Ｎ、ｊ＝１，…，Ｎ）は、被検光学系４１Ａの設計データに基づいて予め求めておき、記憶部１０４に記憶されている。
このマトリクスを、偏心マトリクスと称すると、被検光学系４１Ａは、軸対称光学系なので、式（１４）の偏心マトリクスと式（１５）の偏心マトリクスとは、互い等しい。
ただし、以下では、変数の下付き添字ｊは、各被検面Ｓｉを、被検光学系４１Ａの前側、すなわち、対物レンズ１５に近い方から順に並べた場合の、前側からの順序を表す。
前側からｎ番目の被検面Ｓｉｎの見かけの球心の偏心量δｘｎは、１番目からｎ番目までの各被検面Ｓｉｊ（ｊ＝１，…，ｎ）の各偏心量εｘｊの一次結合で表される。同様に、被検面Ｓｉｎの見かけの球心の偏心量δｙｎは、各被検面Ｓｉｊ（ｊ＝１，…，ｎ）の各偏心量εｙｎの一次結合で表される。ただし、各見かけの球心の偏心量（δｘｊ、δｙｊ）は、基準軸Ｏｍに対するシフト量を表し、偏心量εｘｊ、ε ｙｊは、基準軸Ｏｍに対する被検面Ｓｉのチルト偏心量を表す。被検面Ｓｉｊのチルト偏心量は、被検面Ｓｉｊの球心のシフト量を被検面Ｓｉｊの曲率半径Ｒｊで割ることによって求められる。
このため、各被検面Ｓｉｊの各見かけの球心の偏心量δｘｊ、δｙｊは、一次結合の係数からなるマトリクスを用いて、下記式（１４）、（１５）で表される。一次結合の係数ａｉｊ（ｉ＝１，…，Ｎ、ｊ＝１，…，Ｎ）は、被検光学系４１Ａの設計データに基づいて予め求めておき、記憶部１０４に記憶されている。
このマトリクスを、偏心マトリクスと称すると、被検光学系４１Ａは、軸対称光学系なので、式（１４）の偏心マトリクスと式（１５）の偏心マトリクスとは、互い等しい。
【0169】
【数13】
【0170】
全体制御部１０１は、演算処理部１０２に、式（１４）、（１５）から、各偏心量εｘｊ、ε
ｙｊを算出する演算を実行させる。これにより、各被検面Ｓｉの偏心量εｘｊ、ε
ｙｊがそれぞれ求められる。
求められた各偏心量εｘｊ、ε ｙｊは、記憶部１０４に記憶され、必要に応じて、表示部２３に表示される。
求められた各偏心量εｘｊ、ε ｙｊは、記憶部１０４に記憶され、必要に応じて、表示部２３に表示される。
【0171】
式（１２）、（１３）から分かるように、見かけの球心の偏心量（δｘｊ、δｙｊ）には、見かけの被検面ｓｉにおける反射倍率βｊが含まれている。このため、反射倍率βｊの誤差が、各偏心量εｘｊ、ε
ｙｊの誤差に影響する。
本実施形態では、反射倍率βｊとして、Ｉ－Ｏ距離Ｌの測定値Ｌｍに基づいて算出された値を用いるので、偏心測定装置５０におけるＩ－Ｏ距離Ｌの設定誤差を補正した測定が行える。このため、Ｉ－Ｏ距離Ｌの設定値を用いた計算に比べて高精度に被検面Ｓｉの偏心量を測定することができる。
本実施形態では、反射倍率βｊとして、Ｉ－Ｏ距離Ｌの測定値Ｌｍに基づいて算出された値を用いるので、偏心測定装置５０におけるＩ－Ｏ距離Ｌの設定誤差を補正した測定が行える。このため、Ｉ－Ｏ距離Ｌの設定値を用いた計算に比べて高精度に被検面Ｓｉの偏心量を測定することができる。
【0172】
ステップＳ９は、ステップＳ６がＮ個の被検面Ｓｉに関して実行された後、算出された見かけの球心の偏心量の値に基づいて、基準軸に対する被検面のそれぞれの偏心量を算出する第９ステップの例である。
【0173】
本実施形態における全体制御部１０１は、測定用イメージャが取得した観察位置における画像に基づいて、観察面および基準軸の交点と対応する基準点からの位置ずれ量を測定し、位置ずれ量に基づいて、基準軸に対する被検面の見かけの球心の偏心量を算出する偏心量算出部の例である。
【0174】
以上説明したように、本実施形態の偏心測定装置５０によれば、本実施形態の偏心測定方法を実行することができる。
【0175】
本実施形態では、光像ＩＰ’を被検光学系４１Ａに対して直線移動し、空気中における光像ＩＰ’の移動軌跡で規定される基準軸Ｏｍに直交する観察面Ｆ’の画像を測定用イメージャ１７で取得する。ステップＳ３において、測定用イメージャ１７における基準点の座標が測定されるので、測定用イメージャ１７で取得した画像上で、反射像ＩＲの基準点からのフレ量が測定できる。このため、被検光学系４１Ａを回転させなくても、正確に偏心測定が行える。
特に、本実施形態によれば、被検光学系４１Ａを回転させない方法であっても、イメージローテータを用いる方法に比べて迅速かつ容易に偏心測定が行える。
さらに、本実施形態では、Ｉ－Ｏ距離の設定値が０でない不等倍法によって、光像ＩＰ’から光軸ＯＭに沿う方向にＩ－Ｏ距離だけ離れた位置に生じる反射像ＩＲを観察する。このため、画像上に複数の反射像が現れても、反射倍率の相違に基づいて測定対象の反射像を容易に判別できる。
なお、上記における不等倍法の説明においては、光像ＩＰ’から光軸ＯＭに沿う方向にＩ－Ｏ距離だけ離れた位置に生じる反射像ＩＲを観察すると便宜上記載したが、光像ＩＰ’と観察面Ｆ’は基準軸Ｏｍに沿って一体的に移動し、しかも、光軸ＯMと基準軸Ｏｍのなす角度は、例えば１度以下になるように設計されるため、実質的には光像ＩＰ’から基準軸Ｏｍ方向にＩ－Ｏ距離だけ離れた位置に生じる反射像ＩＲを観察していることと相違ない。
特に、本実施形態によれば、被検光学系４１Ａを回転させない方法であっても、イメージローテータを用いる方法に比べて迅速かつ容易に偏心測定が行える。
さらに、本実施形態では、Ｉ－Ｏ距離の設定値が０でない不等倍法によって、光像ＩＰ’から光軸ＯＭに沿う方向にＩ－Ｏ距離だけ離れた位置に生じる反射像ＩＲを観察する。このため、画像上に複数の反射像が現れても、反射倍率の相違に基づいて測定対象の反射像を容易に判別できる。
なお、上記における不等倍法の説明においては、光像ＩＰ’から光軸ＯＭに沿う方向にＩ－Ｏ距離だけ離れた位置に生じる反射像ＩＲを観察すると便宜上記載したが、光像ＩＰ’と観察面Ｆ’は基準軸Ｏｍに沿って一体的に移動し、しかも、光軸ＯMと基準軸Ｏｍのなす角度は、例えば１度以下になるように設計されるため、実質的には光像ＩＰ’から基準軸Ｏｍ方向にＩ－Ｏ距離だけ離れた位置に生じる反射像ＩＲを観察していることと相違ない。
【0176】
本実施形態では、目標のＩ－Ｏ距離Ｌを偏心測定装置５０に設定した後、既知の曲率半径を有する参照光学素子４３を用いて、Ｉ－Ｏ距離Ｌを測定し、Ｉ－Ｏ距離Ｌの測定値Ｌｍに基づいて偏心測定の基準点を求めることができる。このため、偏心量をより高精度に求めることができる。
本実施形態では、Ｉ－Ｏ距離Ｌの測定値Ｌｍが、倍率誤差βｉの算出にも用いられる点でも、偏心量をより高精度に求めることができる。
本実施形態では、Ｉ－Ｏ距離Ｌの測定値Ｌｍが、倍率誤差βｉの算出にも用いられる点でも、偏心量をより高精度に求めることができる。
【0177】
以上説明したように、本実施形態の偏心測定方法および偏心測定装置によれば、被検光学ユニットを回転することなく、被検面の偏心量を精度よく測定することができる。
特に、本実施形態では、Ｌ≠０としているので、被検光学ユニットの各光学面の見かけの球心の位置が近接する場合でも、高精度かつ迅速に偏心測定することができる。
特に、本実施形態では、Ｌ≠０としているので、被検光学ユニットの各光学面の見かけの球心の位置が近接する場合でも、高精度かつ迅速に偏心測定することができる。
【0178】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係る偏心測定装置および偏心測定方法を説明する。
図１に示すように、第２の実施形態に係る偏心測定装置５０Ａは、第１の実施形態に係る偏心測定装置５０の測定制御部５に代えて、測定制御部５Ａを有する。図２に示すように、測定制御部５Ａは、第１の実施形態における測定制御部５の全体制御部１０１に代えて全体制御部１０１Ａを有する。
以下、第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
次に、本発明の第２の実施形態に係る偏心測定装置および偏心測定方法を説明する。
図１に示すように、第２の実施形態に係る偏心測定装置５０Ａは、第１の実施形態に係る偏心測定装置５０の測定制御部５に代えて、測定制御部５Ａを有する。図２に示すように、測定制御部５Ａは、第１の実施形態における測定制御部５の全体制御部１０１に代えて全体制御部１０１Ａを有する。
以下、第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【0179】
偏心測定装置５０Ａの被検光学ユニットは、第１の実施形態と同様の光学ユニットが使用可能である。ただし、以下では、本実施形態の特徴的な作用が分かりやすいように、被検光学系４１Ａに代えて、被検光学系４１Ｂを有する例で説明する。
まず、被検光学系４１Ｂの構成を説明する。
図２２は、被検光学系の一例を示す断面図である。図２２の（ａ）は遠点観察状態のレンズ断面図、（ｂ）は近点観察状態のレンズ断面図である。
まず、被検光学系４１Ｂの構成を説明する。
図２２は、被検光学系の一例を示す断面図である。図２２の（ａ）は遠点観察状態のレンズ断面図、（ｂ）は近点観察状態のレンズ断面図である。
【0180】
図２２の（ｂ）に示すように、被検光学系４１Ｂは、本実施例は、物体側から順に、負の屈折力の前群Ｇ
ｏ
と、正の屈折力の中間群Ｇ
ｆ
と、正の屈折力の後群Ｇ
ｔ
と、を有する。
前群Ｇ ｏ は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１１と、両凹負レンズＬ１２と、両凸正レンズＬ１３と、から構成される。負レンズＬ１２と正レンズＬ１３は互いに接合されている。
前群Ｇ ｏ は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１１と、両凹負レンズＬ１２と、両凸正レンズＬ１３と、から構成される。負レンズＬ１２と正レンズＬ１３は互いに接合されている。
【0181】
中間群Ｇ
ｆ
は、フィルタＦＢ１と、明るさ絞りＳＢと、物体側に平面を向けた平凸正レンズＬ１４と、から構成される。
【0182】
後群Ｇ
ｔ
は、物体側に平面を向けた平凹負レンズＬ１５と、両凸正レンズＬ１６と、両凸正レンズＬ１７と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１８と、両凸正レンズＬ１９と、両凹負レンズＬ２０と、カバーガラスＦＢ２と、カバーガラスＣＧＢと、から構成される。平凹負レンズＬ１５と両凸正レンズＬ１６とは互いに接合されている。両凸正レンズＬ１７と負メニスカスレンズＬ１８とは互いに接合されている。両凸正レンズＬ１９と両凹負レンズＬ２０とは互いに接合されている。
【0183】
Ｉ４１Ｂは、被検光学系４１Ｂの像面である。Ｉ４１Ｂには、内視鏡イメージャ４２の撮像面が配置される。
【0184】
下記［表Ｂ］に、被検光学系４１Ｂの設計値の数値データを示す。［表Ｂ］において、ｒ欄、ｄ欄、ｎｅ欄は、［表Ａ］と同様に定義される。νｄ欄は各レンズのアッベ数である。図２２の（ａ）には、面番号ｓ（ただし、ｓ＝１，…，２２）の曲率半径、面間隔が、それぞれｒｓ、ｄｓとして記載されている。第１面および第２面は、非球面であるが、非球面データは省略している。
【0185】
［表Ｂ］
面番号 r d ne νd
1 2.9142 0.4000 1.81078 40.86
2 1.0606 0.8400 1.00000 -
3 -18.3770 0.5000 2.01169 28.27
4 2.6340 1.2000 1.85504 23.76
5 -8.5320 可変 1.00000 -
6 ∞ 0.3000 1.523 65.13
7 ∞ 0.0300 1.00000 -
8(絞り)∞ 0.1100 1.00000 -
9 ∞ 0.3500 1.65425 58.55
10 -35.6450 可変 1.00000 -
11 ∞ 0.4000 2.01169 28.27
12 9.9720 0.7800 1.80642 34.97
13 -3.3750 0.0800 1.00000 -
14 24.6880 0.9000 1.73234 54.68
15 -2.7820 0.5300 1.93429 18.90
16 -5.6250 1.2453 1.00000 -
17 3.3750 1.3000 1.73234 54.68
18 -3.3750 0.3500 2.01169 28.27
19 8.0420 0.8560 1.00000 -
20 ∞ 0.5000 1.51825 64.14
21 ∞ 0.4000 1.50700 63.26
22 ∞ 0.0000 1.00000 -
撮像面 ∞
各種データ
面間隔 遠点物体 近点物体
（物体距離60ｍｍ） （物体距離31ｍｍ）
d5 0.2100 0.6800
d10 0.7200 0.2500
面番号 r d ne νd
1 2.9142 0.4000 1.81078 40.86
2 1.0606 0.8400 1.00000 -
3 -18.3770 0.5000 2.01169 28.27
4 2.6340 1.2000 1.85504 23.76
5 -8.5320 可変 1.00000 -
6 ∞ 0.3000 1.523 65.13
7 ∞ 0.0300 1.00000 -
8(絞り)∞ 0.1100 1.00000 -
9 ∞ 0.3500 1.65425 58.55
10 -35.6450 可変 1.00000 -
11 ∞ 0.4000 2.01169 28.27
12 9.9720 0.7800 1.80642 34.97
13 -3.3750 0.0800 1.00000 -
14 24.6880 0.9000 1.73234 54.68
15 -2.7820 0.5300 1.93429 18.90
16 -5.6250 1.2453 1.00000 -
17 3.3750 1.3000 1.73234 54.68
18 -3.3750 0.3500 2.01169 28.27
19 8.0420 0.8560 1.00000 -
20 ∞ 0.5000 1.51825 64.14
21 ∞ 0.4000 1.50700 63.26
22 ∞ 0.0000 1.00000 -
撮像面 ∞
各種データ
面間隔 遠点物体 近点物体
（物体距離60ｍｍ） （物体距離31ｍｍ）
d5 0.2100 0.6800
d10 0.7200 0.2500
【0186】
以下では、被検光学系４１Ｂにおいて、偏心測定装置５０Ａによる偏心測定の対象となる被検面Ｓｉを、第８面と第２２面を除く面番号１～７、９～２１の２０面であるとして説明する。各被検面Ｓｉには、面番号の順に１から２０までの被検面番号を付す。
下記［表６］に、被検面番号をｊ（ｊ＝１，…，２０）として、各被検面Ｓｉにおける見かけの面頂の位置Ｖｊ（ｍｍ）、見かけの曲率半径Ｒｊ（ｍｍ）、見かけの球心の位置ＳＣｊ（ｍｍ）の計算値を示す。見かけの面頂の位置Ｖｊの定義および座標系は、上記［表Ａ］と同様である。
ただし、第５面および第１０面は、近点物体である物体距離３１ｍｍに対応して、それぞれ０．６８００ｍｍ、０．２５００ｍｍとした。
下記［表６］に、被検面番号をｊ（ｊ＝１，…，２０）として、各被検面Ｓｉにおける見かけの面頂の位置Ｖｊ（ｍｍ）、見かけの曲率半径Ｒｊ（ｍｍ）、見かけの球心の位置ＳＣｊ（ｍｍ）の計算値を示す。見かけの面頂の位置Ｖｊの定義および座標系は、上記［表Ａ］と同様である。
ただし、第５面および第１０面は、近点物体である物体距離３１ｍｍに対応して、それぞれ０．６８００ｍｍ、０．２５００ｍｍとした。
【0187】
【表6】
【0188】
本実施形態の偏心測定方法は、不等倍法における反射像の種類の選定方法に関する。本実施形態では、測定に用いる反射像を形成するための投影位置の基準軸Ｏｍに沿う方向における分布範囲が最小になるように選定する。
このような選定が行われる場合の作用について、等倍法を用いる比較例と対比して説明する。
下記［表７］は、被検光学系４１Ｂを等倍法によって偏心測定する場合の被検面番号と投影位置との対応関係を示す。ただし、被検面番号は、対応する投影位置が対物レンズ１５に対して遠い方から近い方に向かうように並べ替えられている。
等倍法では投影位置は、反射像が観察される観察位置でもある。
このような選定が行われる場合の作用について、等倍法を用いる比較例と対比して説明する。
下記［表７］は、被検光学系４１Ｂを等倍法によって偏心測定する場合の被検面番号と投影位置との対応関係を示す。ただし、被検面番号は、対応する投影位置が対物レンズ１５に対して遠い方から近い方に向かうように並べ替えられている。
等倍法では投影位置は、反射像が観察される観察位置でもある。
【0189】
【表7】
【0190】
［表７］に示すように、等倍法では、被検面Ｓｉによる反射像をすべて測定する場合に、光像の投影位置を、被検面番号１３（第１４面）に対応する－１．６９０ｍｍの位置から、被検面番号１６（第１７面）に対応する４０．５１１ｍｍの位置まで、４２．２０１ｍｍ移動させる必要がある。
【0191】
移動ステージ２の光学系搬送部２ｂはガイド２ａの真直度・ピッチング・ヨーイング等の精度の範囲でしか移動できないので、光像ＩＰ’の空気中における移動軌跡は完全な真直にはならない。
移動ステージ２によって、本体部３を４２．２０１ｍｍ移動させる間に、光像ＩＰ’の空気中における移動軌跡の真直度が低くなると、偏心測定の基準点の位置座標の誤差になるので、被検面Ｓｉの偏心量の誤差要因となる。
移動ステージ２によって、本体部３を４２．２０１ｍｍ移動させる間に、光像ＩＰ’の空気中における移動軌跡の真直度が低くなると、偏心測定の基準点の位置座標の誤差になるので、被検面Ｓｉの偏心量の誤差要因となる。
【0192】
これに対して、Ｉ－Ｏ距離Ｌを１ｍｍとして、不等倍法によって偏心測定を行う場合、反射像の種類に応じた投影位置をすべて列挙すると、下記［表８］に示す値になる。ここで、［表７］と同様、被検面番号に対応する投影位置が対物レンズ１５に対して遠い方から近い方に向かうように並べ替えられている。［表８］では、並び順を降順に４０から１として表示している。
【0193】
【表8】
【0194】
［表８］に示すように、被検光学系４１Ｂの場合、Ｉ－Ｏ距離Ｌを１ｍｍに設定した場合の投影位置は、負反射像を形成する被検面番号１３（第１４面）に対応する－１．２６２ｍｍの位置から、負反射像を形成する被検面番号１６（第１７面）に対応する４１．０１８ｍｍの位置まで、４２．２８０ｍｍの範囲に分布している。
不等倍法では、被検面Ｓｉごとに、正反射像および負反射像のいずれかを測定すればよいので、被検面Ｓｉごとに反射像の種類を選定することで、測定に必要な投影位置の分布範囲をより狭くすることができる。
下記［表９］に反射像の種類の選定例を示す。
不等倍法では、被検面Ｓｉごとに、正反射像および負反射像のいずれかを測定すればよいので、被検面Ｓｉごとに反射像の種類を選定することで、測定に必要な投影位置の分布範囲をより狭くすることができる。
下記［表９］に反射像の種類の選定例を示す。
【0195】
【表9】
【0196】
［表９］の選定例によれば、投影位置は、正反射像を形成する被検面番号１（第１面）に対応する０．４１７ｍｍの位置から、正反射像を形成する被検面番号１６（第１７面）に対応する２．６３４ｍｍの位置まで、２．２１８ｍｍの範囲に分布している。このため、投影位置の分布範囲は、等倍法における投影位置の分布範囲に約５％程度と格段に短距離になっている。
移動ステージ２のガイド２ａの案内機構の真直度は、ガイド２ａに沿う距離が長くなるほど低精度になる。このため、光学系搬送部２ｂの移動距離が短いほど、光像ＩＰ’の空気中における移動軌跡の真直度が向上する。
本実施形態においては、投影位置の分布範囲を最小化するので、偏心測定の精度を向上できる。
移動ステージ２のガイド２ａの案内機構の真直度は、ガイド２ａに沿う距離が長くなるほど低精度になる。このため、光学系搬送部２ｂの移動距離が短いほど、光像ＩＰ’の空気中における移動軌跡の真直度が向上する。
本実施形態においては、投影位置の分布範囲を最小化するので、偏心測定の精度を向上できる。
【0197】
例えば、ガイド２ａを局所的な範囲で使用する場合は、ガイド２ａの誤差によって、単位長さあたりのチルトの姿勢が単調変化するとみなせる。この場合、移動ステージ２の駆動による光像ＩＰ’の空気中における移動軌跡は２次曲線の変化となる。移動距離をＺとすると移動軌跡の真直度はαＺ２／８程度と見積ることができる。ただし、αは、単位長さあたりのチルト姿勢の変化量である。
偏心測定に必要な精度を仮に２０ｎｍとして、その半分の１０ｎｍを移動軌跡の真直度として許容できるようにすると、αＺ２／８≦１０ｎｍを満たす必要がある。
例えば、ガイド２ａが１ｍｍあたり１秒のチルトの姿勢が単調変化するとみなせる場合、α＝１（秒／ｍｍ）＝４．８５×１０－６（ｒａｄ／ｍｍ）なので、Ｚ≦４．１（ｍｍ）以下であれば、十分な偏心測定精度が得られる。
この点でも、光像ＩＰ’の移動量を規定する投影位置の分布範囲が２．２１８ｍｍであると、高精度に偏心測定できることが分かる。
偏心測定に必要な精度を仮に２０ｎｍとして、その半分の１０ｎｍを移動軌跡の真直度として許容できるようにすると、αＺ２／８≦１０ｎｍを満たす必要がある。
例えば、ガイド２ａが１ｍｍあたり１秒のチルトの姿勢が単調変化するとみなせる場合、α＝１（秒／ｍｍ）＝４．８５×１０－６（ｒａｄ／ｍｍ）なので、Ｚ≦４．１（ｍｍ）以下であれば、十分な偏心測定精度が得られる。
この点でも、光像ＩＰ’の移動量を規定する投影位置の分布範囲が２．２１８ｍｍであると、高精度に偏心測定できることが分かる。
【0198】
次に、本実施形態の偏心測定方法の例について詳細に説明する。
図１３に示すように、本実施形態の偏心測定方法は、ステップＳ１に代えてステップＳ２１を有する。以下、第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
ステップＳ２１は、反射像の種類の選定方法以外は、ステップＳ１と同様である。ただし、第１の実施形態と同様、反射像の種類は、測定対象の被検面Ｓｉの測定を行うまでに選定されていればよく、本ステップで選定されなくてもよい。
図１３に示すように、本実施形態の偏心測定方法は、ステップＳ１に代えてステップＳ２１を有する。以下、第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
ステップＳ２１は、反射像の種類の選定方法以外は、ステップＳ１と同様である。ただし、第１の実施形態と同様、反射像の種類は、測定対象の被検面Ｓｉの測定を行うまでに選定されていればよく、本ステップで選定されなくてもよい。
【0199】
図２３は、本発明の第２の実施形態に係る偏心測定方法における反射像の種類の選定方法の例を示すフローチャートである。
ステップＳ２１における反射像の選定方法は、図２３に示すフローに基づいて、ステップＳ３１～Ｓ４３を実行する。
ステップＳ２１における反射像の選定方法は、図２３に示すフローに基づいて、ステップＳ３１～Ｓ４３を実行する。
【0200】
ステップＳ３１では、被検光学系４１Ｂの各被検面Ｓｉにおいて負反射像および正反射像を得るための各投影位置を算出し、各投影位置を被検面番号に紐付ける。
例えば、偏心測定装置５０Ａにおいては、測定制御部５Ａの全体制御部１０１Ａが、測定対象の被検面Ｓｉの面番号に、［表６］に示すような被検面番号を紐付ける。さらに、全体制御部１０１Ａは、演算処理部１０２に、各被検面Ｓｉの反射によって、正反射像および負反射像を形成するための投影位置を算出させる。被検光学系４１Ｂの場合、見かけの曲率半径が無限大になる被検面Ｓｉは存在しないので、各被検面Ｓｉにつき正反射像および負反射像が得られる。
見かけの曲率半径が無限大になる場合には、負反射像を形成する投影位置は存在しないので、負反射像が選定されないように、投影位置としてダミーの最大値を与える。これにより、測定対象の被検面Ｓｉの個数がＭ（［表６］の例では、Ｍ＝２０）の場合、２Ｍ個の投影位置が求められる。
算出結果は、被検面番号および反射像の種類に紐付けされて記憶部１０４に記憶される。
以上でステップＳ３１が終了する。
例えば、偏心測定装置５０Ａにおいては、測定制御部５Ａの全体制御部１０１Ａが、測定対象の被検面Ｓｉの面番号に、［表６］に示すような被検面番号を紐付ける。さらに、全体制御部１０１Ａは、演算処理部１０２に、各被検面Ｓｉの反射によって、正反射像および負反射像を形成するための投影位置を算出させる。被検光学系４１Ｂの場合、見かけの曲率半径が無限大になる被検面Ｓｉは存在しないので、各被検面Ｓｉにつき正反射像および負反射像が得られる。
見かけの曲率半径が無限大になる場合には、負反射像を形成する投影位置は存在しないので、負反射像が選定されないように、投影位置としてダミーの最大値を与える。これにより、測定対象の被検面Ｓｉの個数がＭ（［表６］の例では、Ｍ＝２０）の場合、２Ｍ個の投影位置が求められる。
算出結果は、被検面番号および反射像の種類に紐付けされて記憶部１０４に記憶される。
以上でステップＳ３１が終了する。
【0201】
ステップＳ３１が終了した後、ステップＳ３２が実行される。ステップＳ３２では、投影位置を投影光学系に近い順に並べ替え、それぞれの被検面番号に並び順番号１から２Ｍを付与する。
例えば、全体制御部１０１は、記憶部１０４に記憶された投影位置の大小関係に基づいて並べ替え、投影位置の昇順に並べた被検面番号に、並び順番号１から２Ｍを付与し、記憶部１０４に記憶させる。これにより、記憶部１０４に［表８］に示すようなテーブルが生成される。ここで、Ｍは、測定対象の被検面Ｓｉの数である。
以上で、ステップＳ３２が終了する。
例えば、全体制御部１０１は、記憶部１０４に記憶された投影位置の大小関係に基づいて並べ替え、投影位置の昇順に並べた被検面番号に、並び順番号１から２Ｍを付与し、記憶部１０４に記憶させる。これにより、記憶部１０４に［表８］に示すようなテーブルが生成される。ここで、Ｍは、測定対象の被検面Ｓｉの数である。
以上で、ステップＳ３２が終了する。
【0202】
ステップＳ３２が終了した後、ステップＳ３３が実行される。ステップＳ３３では、分布範囲Ｄ（ａ，ｂ）を最大値に初期化する。ここで、ａ、ｂは、それぞれ分布範囲の下限値および上限値を与える並び順番号を示すカウンタである。すなわち、ａ、ｂは、ａ＜ｂであって、１≦ａ≦Ｍ＋１、Ｍ≦ｂ≦２Ｍを満足する整数である。
【0203】
ステップＳ３３が終了した後、ステップＳ３４が実行される。ステップＳ３４では、全体制御部１０１Ａはカウンタａを１に初期化する。
ステップＳ３４が終了した後、ステップＳ３５が実行される。ステップＳ３５では、全体制御部１０１Ａはカウンタｍを１に初期化する。
ステップＳ３５が終了した後、ステップＳ３６が実行される。ステップＳ３６では、全体制御部１０１Ａはカウンタｂに、ａ＋（Ｍ－１）＋ｍ－１を代入する。
ステップＳ３４が終了した後、ステップＳ３５が実行される。ステップＳ３５では、全体制御部１０１Ａはカウンタｍを１に初期化する。
ステップＳ３５が終了した後、ステップＳ３６が実行される。ステップＳ３６では、全体制御部１０１Ａはカウンタｂに、ａ＋（Ｍ－１）＋ｍ－１を代入する。
【0204】
ステップＳ３６が終了した後、ステップＳ３７が実行される。ステップＳ３７では、全体制御部１０１Ａは、記憶部１０４のテーブルを参照して、並び順番号がａからｂまでに、被検面番号１からＭがすべて含まれるかどうか判定する。
被検面番号１からＭがすべて含まれる場合には、ステップＳ３８が実行される。
被検面番号１からＭがすべて含まれるわけではない場合には、ステップＳ３９が実行される。
被検面番号１からＭがすべて含まれる場合には、ステップＳ３８が実行される。
被検面番号１からＭがすべて含まれるわけではない場合には、ステップＳ３９が実行される。
【0205】
ステップＳ３８では、全体制御部１０１Ａは、分布範囲Ｄ（ａ，ｂ）に並び順番号ｂに対応する投影位置から、並び順番号ａに対応する投影位置を引いた長さを分布範囲Ｄ（ａ，ｂ）に代入する。分布範囲Ｄ（ａ，ｂ）の値は、記憶部１０４において（ａ，ｂ）に対応する記憶場所に記憶される。
ステップＳ３８が終了した後、ステップＳ３９が実行される。
ステップＳ３８が終了した後、ステップＳ３９が実行される。
【0206】
ステップＳ３９では、全体制御部１０１Ａは、カウンタｍを更新する。
【0207】
ステップＳ３９が終了した後、ステップＳ４０が実行される。ステップＳ４０では、全体制御部１０１Ａは、ｂが２Ｍ未満であるかどうか判定する。
ｂが２Ｍ未満の場合、ステップＳ３６が実行される。
ｂが２Ｍ未満でない場合、カウンタｍのループを抜けて、ステップＳ４１が実行される。
ｂが２Ｍ未満の場合、ステップＳ３６が実行される。
ｂが２Ｍ未満でない場合、カウンタｍのループを抜けて、ステップＳ４１が実行される。
【0208】
ステップＳ４１では、全体制御部１０１Ａは、カウンタａを更新する。
【0209】
ステップＳ４１が終了した後、ステップＳ４２が実行される。ステップＳ４２では、全体制御部１０１Ａは、ａがＭ＋２未満であるかどうか判定する。
ａがＭ＋２未満の場合、ステップＳ３５が実行される。
ａがＭ＋２未満でない場合、カウンタａのループを抜けて、ステップＳ４３が実行される。
ａがＭ＋２未満の場合、ステップＳ３５が実行される。
ａがＭ＋２未満でない場合、カウンタａのループを抜けて、ステップＳ４３が実行される。
【0210】
ステップＳ４３では、全体制御部１０１Ａは、Ｄ（ａ，ｂ）が最小値の場合のａからｂに含まれる被検面番号１からＭまでの投影位置を選定する。
例えば、［表９］に記載されたように、並び順番号２から１６までの投影位置および反射像の種類が選定される。同一の被検面番号において異なる反射像の種類は、投影位置が異なるので、同一の被検面番号における反射像の選定は、投影位置の選定と同義である。
ここで、ａからｂに同一の被検面番号が含まれる場合、投影位置の分布範囲を最小化するという観点では、正反射像および負反射像のいずれが選定されてもよい。例えば、［表８］の例では、並び順番号２から２４までの間にある、被検面番号２、４、１２が正反射像および負反射像のいずれが選定されてもよい被検面Ｓｉの例である。
全体制御部１０１Ａは、予め決められた規則に基づいて、被検面番号に対応する反射像の種類を一つ選定する。
例えば、［表９］に記載の反射像の種類を選定するには、投影位置が小さい方の反射像を選定するという規則にすればよい。この場合、投影位置が最小値に近い被検面Ｓｉが増えるので、全体として、移動ステージ２の移動誤差の影響を受けにくい被検面Ｓｉの数が増える。
例えば、［表９］に記載されたように、並び順番号２から１６までの投影位置および反射像の種類が選定される。同一の被検面番号において異なる反射像の種類は、投影位置が異なるので、同一の被検面番号における反射像の選定は、投影位置の選定と同義である。
ここで、ａからｂに同一の被検面番号が含まれる場合、投影位置の分布範囲を最小化するという観点では、正反射像および負反射像のいずれが選定されてもよい。例えば、［表８］の例では、並び順番号２から２４までの間にある、被検面番号２、４、１２が正反射像および負反射像のいずれが選定されてもよい被検面Ｓｉの例である。
全体制御部１０１Ａは、予め決められた規則に基づいて、被検面番号に対応する反射像の種類を一つ選定する。
例えば、［表９］に記載の反射像の種類を選定するには、投影位置が小さい方の反射像を選定するという規則にすればよい。この場合、投影位置が最小値に近い被検面Ｓｉが増えるので、全体として、移動ステージ２の移動誤差の影響を受けにくい被検面Ｓｉの数が増える。
【0211】
ステップＳ４３が終了すると、反射像の選定が終了する。
【0212】
以上説明したように、本実施形態の偏心測定装置およびこれを用いた偏心測定方法は、反射像の種類の選定方法以外は、第１の実施形態と同様なので、第１の実施形態と同様、被検光学ユニットを回転することなく、被検面の偏心量を精度よく測定することができる。
特に本実施形態によれば、反射像の種類の選定によって、投影位置の分布範囲を最小化するので、偏心測定の精度をさらに向上できる。
特に本実施形態によれば、反射像の種類の選定によって、投影位置の分布範囲を最小化するので、偏心測定の精度をさらに向上できる。
【0213】
[第３の実施形態]
次に、本発明の第３の実施形態に係る偏心測定装置および偏心測定方法を説明する。
図１に示す本実施形態に係る偏心測定装置５０Ｂは、第１の実施形態に係る偏心測定装置５０の測定制御部５、前壁３ａに代えて、それぞれ、測定制御部５Ｂ、前壁３ａＢを備える。
以下、第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
次に、本発明の第３の実施形態に係る偏心測定装置および偏心測定方法を説明する。
図１に示す本実施形態に係る偏心測定装置５０Ｂは、第１の実施形態に係る偏心測定装置５０の測定制御部５、前壁３ａに代えて、それぞれ、測定制御部５Ｂ、前壁３ａＢを備える。
以下、第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【0214】
偏心測定装置５０Ｂは、偏心測定装置５０と同様、内視鏡イメージャ４２（被検イメージャ）を有する。ただし、偏心測定装置５０Ｂは、内視鏡イメージャ４２から取得した画像を用いて、内視鏡イメージャ４２の撮像面４２ａの偏心量を算出できるようにした点が、偏心測定装置５０と異なる。
本実施形態における内視鏡イメージャ４２は、偏心測定の対象である。本実施形態における内視鏡イメージャ４２は、被検光学ユニットである先端部４０において被検光学系４１の像面に撮像面４２ａが配置された被検イメージャの例になっている。
本実施形態における内視鏡イメージャ４２は、偏心測定の対象である。本実施形態における内視鏡イメージャ４２は、被検光学ユニットである先端部４０において被検光学系４１の像面に撮像面４２ａが配置された被検イメージャの例になっている。
【0215】
図２４は、本発明の第３の実施形態に係る偏心測定装置における制御系のブロック図である。
図２４に示すように、測定制御部５Ｂは、測定制御部５の全体制御部１０１、演算処理部１０２に代えて、それぞれ全体制御部１０１Ｂ（被検イメージャ画像取得部）、演算処理部１０２Ｂ（被検イメージャ偏心算出部）を備える。
全体制御部１０１Ｂは、内視鏡イメージャ４２と通信可能に接続されている。全体制御部１０１Ｂは、内視鏡イメージャ４２で撮像された画像を取得し、画像処理部１０３、表示制御部１０８、および演算処理部１０２Ｂに送出できる。
図２４に示すように、測定制御部５Ｂは、測定制御部５の全体制御部１０１、演算処理部１０２に代えて、それぞれ全体制御部１０１Ｂ（被検イメージャ画像取得部）、演算処理部１０２Ｂ（被検イメージャ偏心算出部）を備える。
全体制御部１０１Ｂは、内視鏡イメージャ４２と通信可能に接続されている。全体制御部１０１Ｂは、内視鏡イメージャ４２で撮像された画像を取得し、画像処理部１０３、表示制御部１０８、および演算処理部１０２Ｂに送出できる。
【0216】
演算処理部１０２Ｂは、内視鏡イメージャ４２から送出された画像に基づいて、基準軸Ｏｍ回りの内視鏡イメージャ４２の回転量を算出できる。
さらに、演算処理部１０２Ｂは、第１の実施形態と同様にして測定した被検光学系の各被検面Ｓｉの偏心量の情報に基づいて、基準軸Ｏｍに対する内視鏡イメージャ４２の撮像面のシフト量を算出できる。
演算処理部１０２Ｂにおける演算の例については後述する偏心測定方法において説明する。
さらに、演算処理部１０２Ｂは、第１の実施形態と同様にして測定した被検光学系の各被検面Ｓｉの偏心量の情報に基づいて、基準軸Ｏｍに対する内視鏡イメージャ４２の撮像面のシフト量を算出できる。
演算処理部１０２Ｂにおける演算の例については後述する偏心測定方法において説明する。
【0217】
図１に示す前壁３ａＢは、先端部４０に含まれる被検光学系を通して内視鏡イメージャ４２で観察可能な範囲に、参照マークが設けられている点が前壁３ａと異なる。
図２５は、本発明の第３の実施形態に係る偏心測定装置における測定系の座標系と、被検イメージャ座標系と、の関係を示す模式図である。
図２５には、前壁３ａＢに形成された参照マーク４７が模式的に描かれている。図２５に示す例では、参照マーク４７は、前壁３ａＢにおける開口部３ｂを囲む４箇所に、それぞれ設けられている。参照マーク４７と、偏心測定装置５０Ｂにおけるｚ軸との位置関係は、予め、測定制御部５Ｂに記憶されている。内視鏡イメージャ４２の回転量を算出する参照マーク４７の用途では、基準軸Ｏｍの真直度誤差、ｚ軸と基準軸Ｏｍとの平行度誤差は、いずれも微小量と見なせるので、測定精度にほとんど影響しない。このため、回転量測定においては、基準軸Ｏｍは、測定系のｘｙｚ座標系におけるｘｙ平面に直交し、ｚ軸に平行な軸線と見なすことができる。図２５では、分かりやすいように、測定系の座標系のｘ軸およびｙ軸を、基準軸Ｏｍに交差する位置に平行移動して示す。ｚ軸正方向は基準軸Ｏｍに沿って図示左から右に向かう方向、ｚ軸負方向は同じく図示右から左に向かう方向である。
参照マーク４７の位置は、基準軸Ｏｍと直交する平面において、基準軸Ｏｍとの位置関係が知られているとして説明する。
図２５は、本発明の第３の実施形態に係る偏心測定装置における測定系の座標系と、被検イメージャ座標系と、の関係を示す模式図である。
図２５には、前壁３ａＢに形成された参照マーク４７が模式的に描かれている。図２５に示す例では、参照マーク４７は、前壁３ａＢにおける開口部３ｂを囲む４箇所に、それぞれ設けられている。参照マーク４７と、偏心測定装置５０Ｂにおけるｚ軸との位置関係は、予め、測定制御部５Ｂに記憶されている。内視鏡イメージャ４２の回転量を算出する参照マーク４７の用途では、基準軸Ｏｍの真直度誤差、ｚ軸と基準軸Ｏｍとの平行度誤差は、いずれも微小量と見なせるので、測定精度にほとんど影響しない。このため、回転量測定においては、基準軸Ｏｍは、測定系のｘｙｚ座標系におけるｘｙ平面に直交し、ｚ軸に平行な軸線と見なすことができる。図２５では、分かりやすいように、測定系の座標系のｘ軸およびｙ軸を、基準軸Ｏｍに交差する位置に平行移動して示す。ｚ軸正方向は基準軸Ｏｍに沿って図示左から右に向かう方向、ｚ軸負方向は同じく図示右から左に向かう方向である。
参照マーク４７の位置は、基準軸Ｏｍと直交する平面において、基準軸Ｏｍとの位置関係が知られているとして説明する。
【0218】
参照マーク４７の構成は、内視鏡イメージャ４２の画像を用いて、基準軸Ｏｍ回りの前壁３ａＢの回転量が検出できれば特に限定されない。例えば、前壁３ａＢ上に描かれた画像でもよいし、前壁３ａＢ上の構造体であってもよい。構造体の場合、例えば、参照マーク４７は、前壁３ａＢに彫り込まれた溝であってもよいし、前壁３ａＢから突出する突起でもよい。例えば、参照マーク４７は、前壁３ａＢに取り付けられた、ボルト、ナット、銘板などで構成されてもよい。
図２５に示す例では、参照マーク４７は、前壁３ａＢに描かれた十字線である。十字の横線はｘ軸方向、十字の縦線はｙ軸方向に延びている。
参照マーク４７のうち、ｚ軸負方向から見て図示左上に位置する参照マーク４７ａと、図示右上に見える参照マーク４７ｂとは、それぞれのｘ軸に延びる線分がｘ軸に平行な同一線上に位置している。これにより、参照マーク４７ａにおける十字の交点Ｏ４７ａと、参照マーク４７ｂにおける十字の交点Ｏ４７ｂと、を結ぶ線分Ｘ ａｂ は、ｘ軸に平行である。
図２５に示す例では、参照マーク４７は、前壁３ａＢに描かれた十字線である。十字の横線はｘ軸方向、十字の縦線はｙ軸方向に延びている。
参照マーク４７のうち、ｚ軸負方向から見て図示左上に位置する参照マーク４７ａと、図示右上に見える参照マーク４７ｂとは、それぞれのｘ軸に延びる線分がｘ軸に平行な同一線上に位置している。これにより、参照マーク４７ａにおける十字の交点Ｏ４７ａと、参照マーク４７ｂにおける十字の交点Ｏ４７ｂと、を結ぶ線分Ｘ ａｂ は、ｘ軸に平行である。
【0219】
内視鏡イメージャ４２の偏心を測定する場合、被検光学系４１の内視鏡イメージャ４２の水平方向と、偏心測定装置５０Ｂにおける水平方向と、を合わせて測定する必要がある。しかし、先端部４０は回転しやすい構造なので、先端部４０を保持台４で保持した状態において、内視鏡イメージャ４２の水平方向が偏心測定装置５０Ｂの水平方向に対してずれやすくなっている。このため、内視鏡イメージャ４２の偏心量を適切に測定できない可能性がある。
そこで、本実施形態では、偏心測定装置５０Ｂの測定系の座標系の水平方向を示すｘ軸方向と、内視鏡イメージャ４２における被検イメージャ座標系の水平軸と、の回転誤差を測定し、被検イメージャ座標系の回転補正を行った後、内視鏡イメージャ４２の偏心量を測定する。
そこで、本実施形態では、偏心測定装置５０Ｂの測定系の座標系の水平方向を示すｘ軸方向と、内視鏡イメージャ４２における被検イメージャ座標系の水平軸と、の回転誤差を測定し、被検イメージャ座標系の回転補正を行った後、内視鏡イメージャ４２の偏心量を測定する。
【0220】
ここで、内視鏡イメージャ４２における被検イメージャ座標系について説明する。
図２５に示すように、被検イメージャ座標系は、Ｉｘ軸と、Ｉｙ軸とを有する２次元座標系である。Ｉｘ軸は撮像面４２ａの図示下辺に平行、Ｉｙ軸はｙ軸を上にしてｚ軸正方向から見たときの撮像面４２ａの図示左辺に平行である。
以下、本実施形態における被検イメージャ座標系をＩｘＩｙ座標系と称する場合がある。
図２５では測定系の座標系に対して内視鏡イメージャ４２が回転していることが分かりやすいように、撮像面４２ａ上に平行移動したｘ軸およびｙ軸を二点鎖線で示している。
図２５では、測定系の座標系のｘ軸が内視鏡イメージャ４２の水平方向に対して、φ回転している状態が描かれている。ここで、ｘｙ平面における回転方向の正方向は、ｚ軸正方向に右ねじが進む方向である。
被検光学系４１を通した倒立像の上下左右を正しく撮像する向きに配置された内視鏡イメージャ４２では、Ｉｘ軸の正方向は、ｘ軸正方向である。Ｉｙ軸の正方向はｙ軸負方向である。
ＩｘＩｙ座標系における座標値は、内視鏡イメージャ４２の画素ピッチＰ単位で表される。ここで、内視鏡イメージャ４２の画素とは、内視鏡イメージャ４２から出力される座標値の単位を意味し、内視鏡イメージャ４２における物理的な画素と異なっていてもよい。
ＩｘＩｙ座標系における原点は、特に限定されないが、例えば、ｙ軸を上にしてｚ軸正方向から見て左下の隅の画素の座標（ＩｘＢ，ＩｙＢ）で表される。
図２５に示すように、被検イメージャ座標系は、Ｉｘ軸と、Ｉｙ軸とを有する２次元座標系である。Ｉｘ軸は撮像面４２ａの図示下辺に平行、Ｉｙ軸はｙ軸を上にしてｚ軸正方向から見たときの撮像面４２ａの図示左辺に平行である。
以下、本実施形態における被検イメージャ座標系をＩｘＩｙ座標系と称する場合がある。
図２５では測定系の座標系に対して内視鏡イメージャ４２が回転していることが分かりやすいように、撮像面４２ａ上に平行移動したｘ軸およびｙ軸を二点鎖線で示している。
図２５では、測定系の座標系のｘ軸が内視鏡イメージャ４２の水平方向に対して、φ回転している状態が描かれている。ここで、ｘｙ平面における回転方向の正方向は、ｚ軸正方向に右ねじが進む方向である。
被検光学系４１を通した倒立像の上下左右を正しく撮像する向きに配置された内視鏡イメージャ４２では、Ｉｘ軸の正方向は、ｘ軸正方向である。Ｉｙ軸の正方向はｙ軸負方向である。
ＩｘＩｙ座標系における座標値は、内視鏡イメージャ４２の画素ピッチＰ単位で表される。ここで、内視鏡イメージャ４２の画素とは、内視鏡イメージャ４２から出力される座標値の単位を意味し、内視鏡イメージャ４２における物理的な画素と異なっていてもよい。
ＩｘＩｙ座標系における原点は、特に限定されないが、例えば、ｙ軸を上にしてｚ軸正方向から見て左下の隅の画素の座標（ＩｘＢ，ＩｙＢ）で表される。
【0221】
図２６は、本発明の第３の実施形態に係る偏心測定方法における被検光学ユニットから取得した画像の例を示す模式図である。
図２６に、ｘ軸に対して－φ回転した内視鏡イメージャ４２によって撮像し、表示部２３の表示画面２３ａに表示された前壁３ａＢおよび参照マーク４７の画像の例を示す。図２６に二点鎖線で示すｘ軸およびｙ軸は、前壁３ａＢ上に固定された測定系の座標系のｘ軸、ｙ軸が平行移動されている。
表示画面２３ａにおいては、内視鏡イメージャ４２のＩｘ軸に対して、ｘ軸が＋φ回転している画像が得られる。
図２６に、ｘ軸に対して－φ回転した内視鏡イメージャ４２によって撮像し、表示部２３の表示画面２３ａに表示された前壁３ａＢおよび参照マーク４７の画像の例を示す。図２６に二点鎖線で示すｘ軸およびｙ軸は、前壁３ａＢ上に固定された測定系の座標系のｘ軸、ｙ軸が平行移動されている。
表示画面２３ａにおいては、内視鏡イメージャ４２のＩｘ軸に対して、ｘ軸が＋φ回転している画像が得られる。
【0222】
次に、本実施形態の偏心測定方法を説明する。
図２７は、本発明の第３の実施形態に係る偏心測定方法の例を示すフローチャートである。
本実施形態の偏心測定方法は、図２７に示すフローに基づいて、ステップＳ５１～Ｓ５４を実行する。
ステップＳ５１では、被検光学系４１における各被検面Ｓｉの偏心量εｘｊ、εｙｊ（ただし、ｊ＝１，…，Ｎ、Ｎは被検面Ｓｉの面数）を算出する。以下、添字ｊを付した量は、特に断らない限り、ｊ＝１，…，ＮのＮ個の数値を表す。
本ステップは、第１の実施形態の偏心測定方法と同様のステップである。具体的には、図１３に示すステップＳ１～Ｓ９を同様にして実行する。ただし、ステップＳ１は、第２の実施形態におけるステップＳ２１と同様に実行されてもよい。
本実施形態のステップＳ１において記憶する設計データには、内視鏡イメージャ４２における座標系の情報と、偏心測定すべき内視鏡イメージャ４２の代表点の情報と、が含まれる。
算出された偏心量εｘｊ、εｙｊは、記憶部１０４に記憶される。
図２７は、本発明の第３の実施形態に係る偏心測定方法の例を示すフローチャートである。
本実施形態の偏心測定方法は、図２７に示すフローに基づいて、ステップＳ５１～Ｓ５４を実行する。
ステップＳ５１では、被検光学系４１における各被検面Ｓｉの偏心量εｘｊ、εｙｊ（ただし、ｊ＝１，…，Ｎ、Ｎは被検面Ｓｉの面数）を算出する。以下、添字ｊを付した量は、特に断らない限り、ｊ＝１，…，ＮのＮ個の数値を表す。
本ステップは、第１の実施形態の偏心測定方法と同様のステップである。具体的には、図１３に示すステップＳ１～Ｓ９を同様にして実行する。ただし、ステップＳ１は、第２の実施形態におけるステップＳ２１と同様に実行されてもよい。
本実施形態のステップＳ１において記憶する設計データには、内視鏡イメージャ４２における座標系の情報と、偏心測定すべき内視鏡イメージャ４２の代表点の情報と、が含まれる。
算出された偏心量εｘｊ、εｙｊは、記憶部１０４に記憶される。
【0223】
ここで、測定系の座標系における偏心量εｘｊ、εｙｊの符号について説明する。
図２８は、被検面の球心の偏心量と、被検面のチルト偏心と、の各ｘ軸成分の関係を示す模式図である。図２９は、被検面の球心の偏心量と、被検面のチルト偏心と、の各ｙ軸成分の関係を示す模式図である。
図２８に示すように、前側からｊ番目の被検面Ｓｉｊの偏心量εｘｊは、ｚｘ平面において基準軸Ｏｍの正方向（ｚ軸正方向）からｘ軸正方向に向かって回転する方向が正である。
図２９に示すように、前側からｊ番目の被検面Ｓｉｊの偏心量εｙｊは、ｙｚ平面において基準軸Ｏｍの正方向（ｚ軸正方向）からｙ軸正方向に向かって回転する方向が正である。
偏心量εｘｊ、εｙｊと、被検面Ｓｉｊの球心ＳＣｊの偏心量δｘｊ、δｙｊと、の関係は、被検面Ｓｉｊの曲率半径ｒｊを用いて、下記式（１６）、（１７）で表される。
図２８は、被検面の球心の偏心量と、被検面のチルト偏心と、の各ｘ軸成分の関係を示す模式図である。図２９は、被検面の球心の偏心量と、被検面のチルト偏心と、の各ｙ軸成分の関係を示す模式図である。
図２８に示すように、前側からｊ番目の被検面Ｓｉｊの偏心量εｘｊは、ｚｘ平面において基準軸Ｏｍの正方向（ｚ軸正方向）からｘ軸正方向に向かって回転する方向が正である。
図２９に示すように、前側からｊ番目の被検面Ｓｉｊの偏心量εｙｊは、ｙｚ平面において基準軸Ｏｍの正方向（ｚ軸正方向）からｙ軸正方向に向かって回転する方向が正である。
偏心量εｘｊ、εｙｊと、被検面Ｓｉｊの球心ＳＣｊの偏心量δｘｊ、δｙｊと、の関係は、被検面Ｓｉｊの曲率半径ｒｊを用いて、下記式（１６）、（１７）で表される。
【0224】
【数14】
【0225】
ステップＳ５１が終了すると、ステップＳ５２が実行される。
ステップＳ５２では、被検イメージャである内視鏡イメージャ４２で参照マーク４７を撮像し、内視鏡イメージャ４２が撮像した画像から被検イメージャ座標系の水平方向の座標軸（Ｉｘ軸）に対する測定系の座標系のｘ軸の回転量φを算出する。測定系の座標系のｘ軸に対する被検イメージャ座標系の水平方向の座標軸（Ｉｘ軸）の回転量は－φである。
回転量－φは、基準軸に直交する平面において基準軸と直交する基準線に対する被検イメージャ座標系の回転量の例である。
ステップＳ５２では、被検イメージャである内視鏡イメージャ４２で参照マーク４７を撮像し、内視鏡イメージャ４２が撮像した画像から被検イメージャ座標系の水平方向の座標軸（Ｉｘ軸）に対する測定系の座標系のｘ軸の回転量φを算出する。測定系の座標系のｘ軸に対する被検イメージャ座標系の水平方向の座標軸（Ｉｘ軸）の回転量は－φである。
回転量－φは、基準軸に直交する平面において基準軸と直交する基準線に対する被検イメージャ座標系の回転量の例である。
【0226】
回転量の測定は、被検光学系４１を通して内視鏡イメージャ４２が撮像した画像における参照マーク４７の位置情報に基づいて行われる。
全体制御部１０１Ｂは、偏心測定が終了した状態で、内視鏡イメージャ４２で撮像した参照マーク４７の画像を取得する。このとき、光像ＩＰ’の画像は不要であるが、光像ＩＰ’がいずれかの被検面Ｓｉに対して投影されている場合には、表示画面２３ａに光像ＩＰ’のボケ画像ＩＬ’が表示される。
例えば、全体制御部１０１Ｂが内視鏡イメージャ４２から図２６に示すような画像を取得したとする。
全体制御部１０１Ｂは、取得した画像を画像処理部１０３に送出する。画像処理部１０３は、特徴抽出などの適宜の画像処理を実行することによって、ＩｘＩｙ座標系における交点Ｏ４７ａの座標（Ｌｘ，Ｌｙ）と、交点Ｏ４７ｂの座標（Ｒｘ，Ｒｙ）と、を算出し、全体制御部１０１Ｂに送出する。
全体制御部１０１Ｂは、各座標値を演算処理部１０２Ｂに送出する。演算処理部１０２Ｂは、下記式（１８）に基づいて、被検イメージャの水平方向に対する測定系の座標系のｘ軸の方向の回転量φを算出する。算出された回転量φは記憶部１０４に記憶される。
全体制御部１０１Ｂは、偏心測定が終了した状態で、内視鏡イメージャ４２で撮像した参照マーク４７の画像を取得する。このとき、光像ＩＰ’の画像は不要であるが、光像ＩＰ’がいずれかの被検面Ｓｉに対して投影されている場合には、表示画面２３ａに光像ＩＰ’のボケ画像ＩＬ’が表示される。
例えば、全体制御部１０１Ｂが内視鏡イメージャ４２から図２６に示すような画像を取得したとする。
全体制御部１０１Ｂは、取得した画像を画像処理部１０３に送出する。画像処理部１０３は、特徴抽出などの適宜の画像処理を実行することによって、ＩｘＩｙ座標系における交点Ｏ４７ａの座標（Ｌｘ，Ｌｙ）と、交点Ｏ４７ｂの座標（Ｒｘ，Ｒｙ）と、を算出し、全体制御部１０１Ｂに送出する。
全体制御部１０１Ｂは、各座標値を演算処理部１０２Ｂに送出する。演算処理部１０２Ｂは、下記式（１８）に基づいて、被検イメージャの水平方向に対する測定系の座標系のｘ軸の方向の回転量φを算出する。算出された回転量φは記憶部１０４に記憶される。
【0227】
【数15】
【0228】
以上で、ステップＳ５２が終了する。
以上では、回転量の測定方法において、参照マーク４７ａ、４７ｂの画像を用いる例で説明したが、この例には限定されない。例えば、回転量は、基準軸Ｏｍとの位置関係が分かっている他の参照マーク４７の画像を用いて算出してもよい。
以上では、回転量の測定方法において、参照マーク４７ａ、４７ｂの画像を用いる例で説明したが、この例には限定されない。例えば、回転量は、基準軸Ｏｍとの位置関係が分かっている他の参照マーク４７の画像を用いて算出してもよい。
【0229】
ステップＳ５２の後、ステップＳ５３が実行される。
ステップＳ５３では、偏心量εｘｊ、εｙｊから被検イメージャの水平方向と測定系の座標系のｘ軸の方向が一致するように補正された偏心量ε'ｘｊ、ε'ｙｊを算出する。
全体制御部１０１Ｂは、演算処理部１０２Ｂによって、ステップＳ５２で算出された回転量φを用いた下記式（１９）に基づく演算を実行させる。
ステップＳ５３では、偏心量εｘｊ、εｙｊから被検イメージャの水平方向と測定系の座標系のｘ軸の方向が一致するように補正された偏心量ε'ｘｊ、ε'ｙｊを算出する。
全体制御部１０１Ｂは、演算処理部１０２Ｂによって、ステップＳ５２で算出された回転量φを用いた下記式（１９）に基づく演算を実行させる。
【0230】
【数16】
【0231】
以上で、ステップＳ５３が終了する。ステップＳ５３の後、ステップＳ５４が実行される。
ステップＳ５４では、偏心量ε'ｘｊ、ε'ｙｊを用いて、被検イメージャの偏心量を算出する。
まず、内視鏡イメージャ４２の偏心を測定する原理について説明する。
図３０は、本発明の第３の実施形態に係る偏心測定方法における測定原理を示す模式的な断面図である。図３１は、本発明の第３の実施形態に係る偏心測定装置における被検イメージャ上の像と測定系の座標系および被検イメージャ座標系の関係を示す模式図である。図３２は、表示部に表示された向きにおける被検イメージャ座標系と測定系のｘｙ座標系との関係を示す模式図である。
ステップＳ５４では、偏心量ε'ｘｊ、ε'ｙｊを用いて、被検イメージャの偏心量を算出する。
まず、内視鏡イメージャ４２の偏心を測定する原理について説明する。
図３０は、本発明の第３の実施形態に係る偏心測定方法における測定原理を示す模式的な断面図である。図３１は、本発明の第３の実施形態に係る偏心測定装置における被検イメージャ上の像と測定系の座標系および被検イメージャ座標系の関係を示す模式図である。図３２は、表示部に表示された向きにおける被検イメージャ座標系と測定系のｘｙ座標系との関係を示す模式図である。
【0232】
図３０では、被検光学系４１の一例として、被検光学系４１Ｃが配置されている。
被検光学系４１Ｃは、物体側から像側に向かって、レンズＬ２１～Ｌ２７の７枚のレンズと、カバーガラスＣＧと、が配置されている。ただし、レンズＬ２６、Ｌ２７は、接合レンズである。
被検光学系４１Ｃは、図３０に示すように偏心している。各光学面の基準軸Ｏｍからの偏心量（チルト偏心）はステップＳ５１で算出済みである。
撮像面４２ａは、カバーガラスＣＧと平行になるように、カバーガラスＣＧに取り付けられているので、撮像面４２ａのチルト偏心は、カバーガラスＣＧのチルト偏心に一致している。一方、内視鏡イメージャ４２は組立誤差によって、カバーガラスＣＧの表面に沿う方向の位置がばらつく可能性がある。
撮像面４２ａのシフト偏心は、偏心測定の基準となる基準軸Ｏｍからの、撮像面４２ａ上の代表点のずれ量で定義される。代表点は、撮像面４２ａ上の任意の点を選択できる。以下の説明では、代表点が、撮像面４２ａに固定された被検イメージャ座標系の原点の例で説明する。
しかしながら、被検光学系４１Ｃは少なくとも一部の光学面が偏心しているので、被検光学系４１Ｃと内視鏡イメージャ４２とを組み立てた光学ユニットの状態では、基準軸Ｏｍと撮像面４２ａとの交点を測定することは難しい。
被検光学系４１Ｃは、物体側から像側に向かって、レンズＬ２１～Ｌ２７の７枚のレンズと、カバーガラスＣＧと、が配置されている。ただし、レンズＬ２６、Ｌ２７は、接合レンズである。
被検光学系４１Ｃは、図３０に示すように偏心している。各光学面の基準軸Ｏｍからの偏心量（チルト偏心）はステップＳ５１で算出済みである。
撮像面４２ａは、カバーガラスＣＧと平行になるように、カバーガラスＣＧに取り付けられているので、撮像面４２ａのチルト偏心は、カバーガラスＣＧのチルト偏心に一致している。一方、内視鏡イメージャ４２は組立誤差によって、カバーガラスＣＧの表面に沿う方向の位置がばらつく可能性がある。
撮像面４２ａのシフト偏心は、偏心測定の基準となる基準軸Ｏｍからの、撮像面４２ａ上の代表点のずれ量で定義される。代表点は、撮像面４２ａ上の任意の点を選択できる。以下の説明では、代表点が、撮像面４２ａに固定された被検イメージャ座標系の原点の例で説明する。
しかしながら、被検光学系４１Ｃは少なくとも一部の光学面が偏心しているので、被検光学系４１Ｃと内視鏡イメージャ４２とを組み立てた光学ユニットの状態では、基準軸Ｏｍと撮像面４２ａとの交点を測定することは難しい。
【0233】
本ステップでは、図３０に示すように、撮像面４２ａと光学的な共役な位置に、偏心測定装置５０Ｂから光像ＩＰ’を投影する。光像ＩＰ’は、基準軸Ｏｍ上に位置するが、撮像面４２ａ上に結像される光像ＩＬは、被検光学系４１Ｃの偏心量に応じて、基準軸Ｏｍと直交する方向にずれた位置に結像される。点ＯＣは、参考に示した撮像面４２ａの中心である。
例えば、図３１に示すように、一般的には、光像ＩＬは、基準軸Ｏｍと撮像面４２ａとの交点である点Ｇから、撮像面４２ａ上で、Ｉｘ軸方向およびＩｙ軸方向に離れている。
以下では、ＩｘＩｙ座標系における光像ＩＬ、点Ｇ、および代表点ＯＢの位置座標をそれぞれ、（ＩＸ，ＩＹ）、（ＩＸｏ，ＩＹｏ）、および（ＩｘＢ、ＩｙＢ）と表記する。
光像ＩＬの位置座標は、測定系のｘｙ座標系で表す場合、（ＺＸ，ＺＹ）と表記する。点Ｇから見た代表点ＯＢの偏心量は、ｘｙ座標系で（ＸＧ，ＹＧ）と表記する。
図３２には、内視鏡イメージャ４２から送出される画像信号に基づいて表示画面２３ａに表示される画像における、光像ＩＬ、ＩｘＩｙ座標系、およびｘｙ座標系との関係が示されている。ここで、ＺＸ，ＺＹ、ＸＧ、およびＹＧは、ｘｙ座標系の量であり、実寸法である。
例えば、図３１に示すように、一般的には、光像ＩＬは、基準軸Ｏｍと撮像面４２ａとの交点である点Ｇから、撮像面４２ａ上で、Ｉｘ軸方向およびＩｙ軸方向に離れている。
以下では、ＩｘＩｙ座標系における光像ＩＬ、点Ｇ、および代表点ＯＢの位置座標をそれぞれ、（ＩＸ，ＩＹ）、（ＩＸｏ，ＩＹｏ）、および（ＩｘＢ、ＩｙＢ）と表記する。
光像ＩＬの位置座標は、測定系のｘｙ座標系で表す場合、（ＺＸ，ＺＹ）と表記する。点Ｇから見た代表点ＯＢの偏心量は、ｘｙ座標系で（ＸＧ，ＹＧ）と表記する。
図３２には、内視鏡イメージャ４２から送出される画像信号に基づいて表示画面２３ａに表示される画像における、光像ＩＬ、ＩｘＩｙ座標系、およびｘｙ座標系との関係が示されている。ここで、ＺＸ，ＺＹ、ＸＧ、およびＹＧは、ｘｙ座標系の量であり、実寸法である。
【0234】
（ＺＸ、ＺＹ）は、光像ＩＰ’を基準軸Ｏｍ上における撮像面４２ａと光学的に共役な位置に位置決めした場合の、撮像面４２ａ上に生じる像である光像ＩＬの撮像面４２ａ上における基準軸Ｏｍからのズレ量の例である。
【0235】
ＺＸ、ＺＹは、下記式（２０）、（２１）で表される。
【0236】
【数17】
【0237】
ここで、Ｎは、被検光学系４１Ｃの全光学面を被検面Ｓｉとしたときの被検面Ｓｉの枚数である。係数Ｋｊは、被検光学系４１Ｃにおいてｊ番目の被検面Ｓｉｊに、例えば、１ｍｉｎ等の単位量のチルト偏心を与えた状態で、物体側から光軸ＯＭ上入射したときの像面上の位置を計算することによって求められる。
このように、光像ＩＬの位置座標が、ＩｘＩｙ座標系で測定され、かつｘｙ座標系で算出できることと、ＩｘＩｙ座標系およびｘｙ座標系の間の回転量φが求められていることと、を利用すると、以下のようにして、内視鏡イメージャ４２の偏心量が求められる。
このように、光像ＩＬの位置座標が、ＩｘＩｙ座標系で測定され、かつｘｙ座標系で算出できることと、ＩｘＩｙ座標系およびｘｙ座標系の間の回転量φが求められていることと、を利用すると、以下のようにして、内視鏡イメージャ４２の偏心量が求められる。
【0238】
図３３は、被検イメージャ座標系から見た被検面の球心の偏心量と、光像ＩＬの結像位置との関係を示す模式図である。
基準軸Ｏｍに対する内視鏡イメージャ４２の偏心のｘ軸成分およびｙ軸成分を表すＸＧ，ＹＧは、それぞれ下記式（２２）、（２３）で表される。
基準軸Ｏｍに対する内視鏡イメージャ４２の偏心のｘ軸成分およびｙ軸成分を表すＸＧ，ＹＧは、それぞれ下記式（２２）、（２３）で表される。
【0239】
【数18】
【0240】
ここで、Ｐは、内視鏡イメージャ４２の画素ピッチＰである。
ＩＸｏ、ＩＹｏは、ｘｙ座標系を－φ回転したｘ’ｙ’座標系におけるＩＬの位置座標を（ＺＸ’，ＺＹ’）として、下記式（２４）、（２５）から算出される。
ＩＸｏ、ＩＹｏは、ｘｙ座標系を－φ回転したｘ’ｙ’座標系におけるＩＬの位置座標を（ＺＸ’，ＺＹ’）として、下記式（２４）、（２５）から算出される。
【0241】
【数19】
【0242】
図３３に示すように、被検面Ｓｉｊの球心Ｃｊの位置座標は、ｘｙ座標系では、（ｒｊεｘｊ，ｒｊεｙｊ）であり、ｘ’ｙ’座標系では、（ｒｊεｘｊ’，ｒｊεｙｊ’）である。このため、ＺＸ’，ＺＹ’は、式（２０）、（２１）と同様のＫｊを用いて、下記式（２６）、（２７）のように計算できる。ここで、εｘｊ’、εｙｊ’は、式（１９）によって計算できる。
【0243】
【数20】
【0244】
本ステップでは以上の計算が以下のようにして行われる。
全体制御部１０１Ｂは光像ＩＬの画像を取得し、画像処理部１０３にＩｘＩｙ座標系における光像ＩＬの位置座標（ＩＸ，ＩＹ）を算出させる。位置座標（ＩＸ，ＩＹ）は記憶部１０４に記憶される。
全体制御部１０１Ｂは、演算処理部１０２Ｂに制御信号を送出して、以下の計算を実行させる。
演算処理部１０２Ｂは、式（１９）に基づいて、εｘｊ、εｙｊを回転補正して、εｘｊ’、εｙｊ’を算出する。演算処理部１０２Ｂは、回転量が補正された偏心量εｘｊ’，εｙｊ’を式（２５）、（２６）に代入して、ＺＸ’，ＺＹ’を算出する。この後、演算処理部１０２は、ＩＸ、ＩＹ、ＺＸ’，ＺＹ’を式（２４）、（２５）に代入して、ＩＸｏ、ＩＹｏを算出し、ＩＸｏ、ＩＹｏを式（２２）、（２３）に代入して、ＸＧ、ＹＧを算出する。
このようにして、内視鏡イメージャ４２の偏心量ＸＧ、ＹＧが求められ、ステップＳ５４が終了する。
以上、代表点がＯＢの場合の例で説明したが、（ＩｘＢ、ＩｙＢ）を代表点の座標に変更すれば、任意の代表点に対する内視鏡イメージャ４２の偏心量が求められる。例えば、代表点が中心ＯＣの場合には、（ＩｘＢ、ＩｙＢ）に代えて、ＩｘＩｙ座標系における中心ＯＣの位置座標を用いればよい。
全体制御部１０１Ｂは光像ＩＬの画像を取得し、画像処理部１０３にＩｘＩｙ座標系における光像ＩＬの位置座標（ＩＸ，ＩＹ）を算出させる。位置座標（ＩＸ，ＩＹ）は記憶部１０４に記憶される。
全体制御部１０１Ｂは、演算処理部１０２Ｂに制御信号を送出して、以下の計算を実行させる。
演算処理部１０２Ｂは、式（１９）に基づいて、εｘｊ、εｙｊを回転補正して、εｘｊ’、εｙｊ’を算出する。演算処理部１０２Ｂは、回転量が補正された偏心量εｘｊ’，εｙｊ’を式（２５）、（２６）に代入して、ＺＸ’，ＺＹ’を算出する。この後、演算処理部１０２は、ＩＸ、ＩＹ、ＺＸ’，ＺＹ’を式（２４）、（２５）に代入して、ＩＸｏ、ＩＹｏを算出し、ＩＸｏ、ＩＹｏを式（２２）、（２３）に代入して、ＸＧ、ＹＧを算出する。
このようにして、内視鏡イメージャ４２の偏心量ＸＧ、ＹＧが求められ、ステップＳ５４が終了する。
以上、代表点がＯＢの場合の例で説明したが、（ＩｘＢ、ＩｙＢ）を代表点の座標に変更すれば、任意の代表点に対する内視鏡イメージャ４２の偏心量が求められる。例えば、代表点が中心ＯＣの場合には、（ＩｘＢ、ＩｙＢ）に代えて、ＩｘＩｙ座標系における中心ＯＣの位置座標を用いればよい。
【0245】
ステップＳ５４は、光像を基準軸上における撮像面と光学的に共役な位置に位置決めした場合の、撮像面上に生じる像の撮像面上における基準軸からのズレ量（ＺＸ，ＺＹ）を、被検面の偏心量に基づいて算出するステップと、光像を、基準軸上において撮像面と光学的に共役な位置に投影し、被検イメージャで光像の画像を取得し、被検イメージャで取得された画像の、撮像面における被検イメージャ座標系で表した位置座標（ＩＸ，ＩＹ）を測定するステップと、ズレ量（ＺＸ，ＺＹ）と位置座標（ＩＸ，ＩＹ）とから、基準軸と撮像面との交点の被検イメージャ座標系における位置座標（ＩＸｏ，ＩＹｏ）を算出することによって、基準軸に対する撮像面の偏心量を算出するステップと、を含むステップの例になっている。
【0246】
図３３におけるｘ’ｙ’座標系は、回転量の大きさに基づいて、先端部４０を基準軸Ｏｍ回りに回転させた状態のｘｙ座標系に相当する。そのように、先端部４０を実際に回転させて、回転位置を修正してから、被検面Ｓｉの偏心測定を行い、その後、光像ＩＬの画像を取得し、内視鏡イメージャ４２の偏心量を求めてもよい。
しかし、先端部４０の回転位置を修正する作業時間が必要になり、かつ先端部４０が回転調整しにくいので修正誤差が残る可能性もある。
これに対して、本実施形態では、実際に先端部４０を回転することなく、代わりに、計算によって回転補正を行うので、より迅速かつ正確な内視鏡イメージャ４２の偏心量の測定が行える。
しかし、先端部４０の回転位置を修正する作業時間が必要になり、かつ先端部４０が回転調整しにくいので修正誤差が残る可能性もある。
これに対して、本実施形態では、実際に先端部４０を回転することなく、代わりに、計算によって回転補正を行うので、より迅速かつ正確な内視鏡イメージャ４２の偏心量の測定が行える。
【0247】
本実施形態において、測定制御部５Ｂの全体制御部１０１Ｂは、被検イメージャから画像を取得する被検イメージャ画像取得部の例である。
測定制御部５Ｂの演算処理部１０２Ｂは、移動機構を用いて、光像を被検イメージャの撮像面と光学的に共役な位置に相対移動したときに、被検イメージャ画像取得部が取得した画像に基づいて、光像の撮像面上の位置を算出し、位置の算出値に基づいて、被検光学系と被検イメージャとの相対偏心を算出する被検イメージャ偏心算出部の例である。
測定制御部５Ｂの演算処理部１０２Ｂは、移動機構を用いて、光像を被検イメージャの撮像面と光学的に共役な位置に相対移動したときに、被検イメージャ画像取得部が取得した画像に基づいて、光像の撮像面上の位置を算出し、位置の算出値に基づいて、被検光学系と被検イメージャとの相対偏心を算出する被検イメージャ偏心算出部の例である。
【0248】
以上説明したように、本実施形態の偏心測定装置およびこれを用いた偏心測定方法は、被検イメージャの偏心測定を行う以外は、第１の実施形態と同様なので、第１の実施形態と同様、被検光学ユニットを回転することなく、被検面の偏心量を精度よく測定することができる。
特に本実施形態によれば、被検光学ユニットに組み込まれた状態の内視鏡イメージャ４２の偏心量を正確に測定することができる。
参照マーク４７を用いた内視鏡イメージャ４２の回転量の測定は、先端部４０の水平方向とｘｙ座標系の水平方向とを合わせる調整を行うために用いられてもよい。
特に本実施形態によれば、被検光学ユニットに組み込まれた状態の内視鏡イメージャ４２の偏心量を正確に測定することができる。
参照マーク４７を用いた内視鏡イメージャ４２の回転量の測定は、先端部４０の水平方向とｘｙ座標系の水平方向とを合わせる調整を行うために用いられてもよい。
【0249】
[第４の実施形態]
次に、本発明の第４の実施形態に係る偏心測定装置および偏心測定方法を説明する。
図１に示す本実施形態に係る偏心測定装置５０Ｃは、第１の実施形態に係る偏心測定装置５０の測定制御部５に代えて、測定制御部５Ｃを備える。
偏心測定装置５０Ｃは、被検光学系４１の各光学面の偏心測定の他に、レンズ枠４０ａの内部に配置された枠部材の偏心量も測定できるようにした以外は、偏心測定装置５０と同様である。
以下、第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
次に、本発明の第４の実施形態に係る偏心測定装置および偏心測定方法を説明する。
図１に示す本実施形態に係る偏心測定装置５０Ｃは、第１の実施形態に係る偏心測定装置５０の測定制御部５に代えて、測定制御部５Ｃを備える。
偏心測定装置５０Ｃは、被検光学系４１の各光学面の偏心測定の他に、レンズ枠４０ａの内部に配置された枠部材の偏心量も測定できるようにした以外は、偏心測定装置５０と同様である。
以下、第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【0250】
図２に示すように、測定制御部５Ｃは、測定制御部５の全体制御部１０１、演算処理部１０２、に代えて、それぞれ全体制御部１０１Ｃ、演算処理部１０２Ｃを備える。
全体制御部１０１Ｃ、演算処理部１０２Ｃは、後述する枠部材の偏心測定に関する制御および演算を行えるように構成されている以外は、全体制御部１０１、演算処理部１０２と同様である。
全体制御部１０１Ｃ，演算処理部１０２Ｃにおける詳細の制御および演算は、後述する偏心測定方法において説明する。
全体制御部１０１Ｃ、演算処理部１０２Ｃは、後述する枠部材の偏心測定に関する制御および演算を行えるように構成されている以外は、全体制御部１０１、演算処理部１０２と同様である。
全体制御部１０１Ｃ，演算処理部１０２Ｃにおける詳細の制御および演算は、後述する偏心測定方法において説明する。
【0251】
本実施形態における枠部材を説明する。
図３４は、本発明の第４の実施形態に係る偏心測定装置における枠部材の例を示す断面図である。図３５は、測定用イメージャで撮像された枠部材の画像を示す模式図である。図３４、３５では、見易さのため、レンズＬ２５の外径と、開口部４５ａの内径と、の寸法差を誇張している。
図３４は、本発明の第４の実施形態に係る偏心測定装置における枠部材の例を示す断面図である。図３５は、測定用イメージャで撮像された枠部材の画像を示す模式図である。図３４、３５では、見易さのため、レンズＬ２５の外径と、開口部４５ａの内径と、の寸法差を誇張している。
【0252】
枠部材は、被検光学系４１の前側から観察可能な位置であれば、レンズ枠４０ａにおける配置位置および配置個数は限定されない。
図３４には、レンズ枠４０ａの内側から突出した枠部材４５が示されている。
枠部材４５は、基準軸Ｏｍに沿う方向から見て円環形の突出部である。図３４にに示す例では、被検光学系４１として、第３の実施形態と同様の被検光学系４１Ｃが用いられている。枠部材４５は、被検光学系４１Ｃにおける前側から５番目に配置されたレンズＬ２５の外周の位置を規制するために設けられている。
枠部材４５は、レンズＬ２５のレンズ厚よりも厚い板部を有する。枠部材４５の板部には、レンズＬ２５の外径よりも大きな内径を有する開口部４５ａが厚さ方向に貫通している。枠部材４５の前側において開口部４５ａの周囲には、レンズ枠４０ａの中心軸に直交する平面からなる縁部４５ｂが形成されている。
図３４には、レンズ枠４０ａの内側から突出した枠部材４５が示されている。
枠部材４５は、基準軸Ｏｍに沿う方向から見て円環形の突出部である。図３４にに示す例では、被検光学系４１として、第３の実施形態と同様の被検光学系４１Ｃが用いられている。枠部材４５は、被検光学系４１Ｃにおける前側から５番目に配置されたレンズＬ２５の外周の位置を規制するために設けられている。
枠部材４５は、レンズＬ２５のレンズ厚よりも厚い板部を有する。枠部材４５の板部には、レンズＬ２５の外径よりも大きな内径を有する開口部４５ａが厚さ方向に貫通している。枠部材４５の前側において開口部４５ａの周囲には、レンズ枠４０ａの中心軸に直交する平面からなる縁部４５ｂが形成されている。
【0253】
縁部４５ｂは、被検光学系４１Ｃにおける前側から４番目に配置されたレンズＬ２４よりも後側に配置されている。
開口部４５ａは、レンズＬ２５の光軸ＯＬ２５を、レンズ枠４０ａの中心軸線と略同軸になるように位置決めする。開口部４５ａは、レンズＬ２５をレンズ枠４０ａに接着固定する場合の接着面として利用されてもよい。
開口部４５ａは、レンズＬ２５の位置決めに利用されるので、開口部４５ａの中心Ｏ４５の基準軸Ｏｍに対する偏心量を測定することによって、被検光学ユニットの光学性能と組立誤差との関係を評価できる。
例えば、開口部４５ａの偏心と、被検光学系４１ＣにおけるレンズＬ２５のシフト偏心と、を比べると、レンズＬ２５の偏心が、レンズＬ２５自体の製造誤差、レンズ枠４０ａの製造誤差、および組立誤差のうちどの寄与が大きいか、正確に評価できる。
開口部４５ａは、レンズＬ２５の光軸ＯＬ２５を、レンズ枠４０ａの中心軸線と略同軸になるように位置決めする。開口部４５ａは、レンズＬ２５をレンズ枠４０ａに接着固定する場合の接着面として利用されてもよい。
開口部４５ａは、レンズＬ２５の位置決めに利用されるので、開口部４５ａの中心Ｏ４５の基準軸Ｏｍに対する偏心量を測定することによって、被検光学ユニットの光学性能と組立誤差との関係を評価できる。
例えば、開口部４５ａの偏心と、被検光学系４１ＣにおけるレンズＬ２５のシフト偏心と、を比べると、レンズＬ２５の偏心が、レンズＬ２５自体の製造誤差、レンズ枠４０ａの製造誤差、および組立誤差のうちどの寄与が大きいか、正確に評価できる。
【0254】
次に、枠部材４５の偏心測定方法の原理を説明する。
縁部４５ｂの偏心は、縁部４５ｂにおける開口部４５ａを形成する縁Ｅ４５のどの部位に着目して測定されてもよいが、以下では、縁Ｅ４５の中心の偏心量を測定する例で説明する。
本実施形態に係る枠部材の偏心測定においては、調整レンズ１３の位置を固定し移動ステージ２を用いて本体部３を移動させて、観察光学系における観察面Ｆ’を、縁部４５ｂと共役な位置に移動する。これにより、測定用イメージャ１７によって縁部４５ｂを観察することができる。
観察面Ｆ’が、縁部４５ｂと光学的に共役な位置に移動すると、図３５に示すように、表示画面２３ａに、縁部４５ｂの画像が表示される。参考のため、レンズＬ２５の位置を二点鎖線で示しているが、レンズＬ２５の画像はボケていてもよい。
この画像は、被検光学系４１Ｃにおける縁部４５ｂよりも前側の光学系（以下、縁部４５ｂに関する入射側光学系と称する）を通して見た画像である。縁部４５ｂに関する入射側光学系は、レンズＬ２１、Ｌ２２、Ｌ２３、Ｌ２４からなる。
縁部４５ｂの画像は、縁部４５ｂに関する入射側光学系の偏心量と縁部４５ｂ自体の偏心量に応じて、基準点（Ｘ０，Ｙ０）から偏心した位置に表示される。
縁部４５ｂの偏心は、縁部４５ｂにおける開口部４５ａを形成する縁Ｅ４５のどの部位に着目して測定されてもよいが、以下では、縁Ｅ４５の中心の偏心量を測定する例で説明する。
本実施形態に係る枠部材の偏心測定においては、調整レンズ１３の位置を固定し移動ステージ２を用いて本体部３を移動させて、観察光学系における観察面Ｆ’を、縁部４５ｂと共役な位置に移動する。これにより、測定用イメージャ１７によって縁部４５ｂを観察することができる。
観察面Ｆ’が、縁部４５ｂと光学的に共役な位置に移動すると、図３５に示すように、表示画面２３ａに、縁部４５ｂの画像が表示される。参考のため、レンズＬ２５の位置を二点鎖線で示しているが、レンズＬ２５の画像はボケていてもよい。
この画像は、被検光学系４１Ｃにおける縁部４５ｂよりも前側の光学系（以下、縁部４５ｂに関する入射側光学系と称する）を通して見た画像である。縁部４５ｂに関する入射側光学系は、レンズＬ２１、Ｌ２２、Ｌ２３、Ｌ２４からなる。
縁部４５ｂの画像は、縁部４５ｂに関する入射側光学系の偏心量と縁部４５ｂ自体の偏心量に応じて、基準点（Ｘ０，Ｙ０）から偏心した位置に表示される。
【0255】
表示画面２３ａにおける基準点（Ｘ０，Ｙ０）から測った開口部４５ａの中心Ｏ４５までの距離のｘ軸成分およびｙ軸成分をそれぞれ、Ｗｘ’，Ｗｙ’とする。中心Ｏ４５の位置座標は、縁部４５ｂの縁Ｅ４５の中心として求められる。
Ｗｘ’，Ｗｙ’は、下記式（２８）、（２９）で表される。
Ｗｘ’，Ｗｙ’は、下記式（２８）、（２９）で表される。
【0256】
【数21】
【0257】
ここで、ｍは、縁部４５ｂに関する入射側光学系を通して観察される観察面における縁部４５ｂの像の倍率である。ｍとしては、入射側光学系の設計データから算出した横倍率が用いられる。Ｗｘ、Ｗｙは、縁部４５ｂの基準軸Ｏｍに対する偏心量である。ｋは、被検光学系４１Ｃにおいて、縁部４５ｂよりも前側の光学面の枚数である。図３４の例では、ｋ＝８である。Ｎｊ（ｊ＝１，…，ｋ）は、入射側光学系による結像位置のずれを求める係数である。Ｎｊは、第３の実施形態における係数Ｋｊを求める計算と同様にして求めることができる。ただし、計算には、被検光学系４１Ｃに代えて、入射側光学系の設計データを用いる。
式（２８）、（２９）を、Ｗｘ、Ｗｙに関して解くと、下記式（３０）、（３１）が得られる。
式（２８）、（２９）を、Ｗｘ、Ｗｙに関して解くと、下記式（３０）、（３１）が得られる。
【0258】
【数22】
【0259】
次に、本実施形態の偏心測定方法を説明する。
本実施形態の偏心測定方法は、開口部４５ａの前側の端縁を形成する縁部４５ｂの基準軸Ｏｍに対する偏心量を測定する以外は、第１の実施形態と同様である。
ただし、縁部４５ｂの偏心を測定するには、縁部４５ｂに関する入射側光学系の各光学面をすべて被検面Ｓｉとしてそれぞれの偏心量を測定する必要がある。被検光学系４１Ｃにおいて入射側光学系を除く光学面の偏心は、縁部４５ｂの偏心測定には必要ないので、偏心測定の測定対象から外してもよいし、第１の実施形態と同様に測定対象とされてもよい。
縁部４５ｂの偏心測定は、図１３におけるステップＳ４の後から、ステップＳ９の後までの間の適宜のタイミングで、連続的または分散的に実行することできる。
以下では、縁部４５ｂの偏心測定に関するステップを中心として、第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
本実施形態の偏心測定方法は、開口部４５ａの前側の端縁を形成する縁部４５ｂの基準軸Ｏｍに対する偏心量を測定する以外は、第１の実施形態と同様である。
ただし、縁部４５ｂの偏心を測定するには、縁部４５ｂに関する入射側光学系の各光学面をすべて被検面Ｓｉとしてそれぞれの偏心量を測定する必要がある。被検光学系４１Ｃにおいて入射側光学系を除く光学面の偏心は、縁部４５ｂの偏心測定には必要ないので、偏心測定の測定対象から外してもよいし、第１の実施形態と同様に測定対象とされてもよい。
縁部４５ｂの偏心測定は、図１３におけるステップＳ４の後から、ステップＳ９の後までの間の適宜のタイミングで、連続的または分散的に実行することできる。
以下では、縁部４５ｂの偏心測定に関するステップを中心として、第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【0260】
図３６は、本発明の第４の実施形態に係る偏心測定方法の例を示すフローチャートである。
本実施形態の偏心測定方法は、図３６に示すフローに基づいて、ステップＳ６１～Ｓ６３を実行する。
ステップＳ６１では、枠部材４５の開口部４５ａの前側の端縁を形成する縁部４５ｂよりも前方の入射側光学系の各光学面を被検面として偏心量εｘｊ、εｙｊを算出する。
本ステップは、図１３に示す第１の実施形態と同様のフローを実行してもよいし、図１３に示すフローにおいて、枠部材４５の偏心測定するだけであれば、Ｎをｋに代えてステップＳ１～Ｓ９を実行してもよい。
ただし、本実施形態では、ステップＳ１において記憶する設計データには、偏心の測定対象のレンズ枠４０ａの位置および形状のデータと、被検光学系４１Ｃの設計データから算出したｍ、Ｎｊのデータと、が含まれる。
本実施形態の偏心測定方法は、図３６に示すフローに基づいて、ステップＳ６１～Ｓ６３を実行する。
ステップＳ６１では、枠部材４５の開口部４５ａの前側の端縁を形成する縁部４５ｂよりも前方の入射側光学系の各光学面を被検面として偏心量εｘｊ、εｙｊを算出する。
本ステップは、図１３に示す第１の実施形態と同様のフローを実行してもよいし、図１３に示すフローにおいて、枠部材４５の偏心測定するだけであれば、Ｎをｋに代えてステップＳ１～Ｓ９を実行してもよい。
ただし、本実施形態では、ステップＳ１において記憶する設計データには、偏心の測定対象のレンズ枠４０ａの位置および形状のデータと、被検光学系４１Ｃの設計データから算出したｍ、Ｎｊのデータと、が含まれる。
【0261】
ステップＳ６１の後、ステップＳ６２が実行される。
ステップＳ６２では、入射側光学系を介在して縁部４５ｂと光学的に共役な位置にて縁部４５ｂの画像を取得し、縁部４５ｂの見かけの位置を算出する。
全体制御部１０１Ｃは、縁部４５ｂと光学的に共役な位置に観察光学系の焦平面Ｆ’が位置するように光学系搬送部駆動部２ｃを駆動させる制御信号を搬送部コントローラ１０５に送出する。光学系搬送部駆動部２ｃは、全体制御部１０１Ｃの制御信号に基づいて搬送部コントローラ１０５から送出される制御信号に応じて、光学系搬送部２ｂを移動させる。
このとき、全体制御部１０１Ｃは、光像ＩＰ’によって縁部４５ｂが照明されて観察しやすくなる位置に光像ＩＰ’を移動させる制御を行ってもよい。この場合、全体制御部１０１Ｃは、投影位置コントローラ１０６を経由して調整レンズ駆動部２１に制御信号を送出して、調整レンズ１３を移動する。光像ＩＰ’の適正な移動位置は、入射側光学系の設計データに基づいて、予め算出して、記憶部１０４に記憶しておくことができる。
この場合、光像ＩＰ’は照明用途に用いられるだけので、調整レンズ１３の移動誤差と、移動誤差に伴う光像ＩＰ’の移動位置の誤差と、は、枠部材４５の偏心の測定精度に影響しない。
例えば、縁部４５ｂを観察するに際に縁部４５ｂ上の光量が不足する場合には、光源１０の光量を上げてもよい。
例えば、光像ＩＰ’を形成する光束に加えて、またはこの光束の代わりに縁部４５ｂの観察用の照明光源が用意されていてもよい。
ステップＳ６２では、入射側光学系を介在して縁部４５ｂと光学的に共役な位置にて縁部４５ｂの画像を取得し、縁部４５ｂの見かけの位置を算出する。
全体制御部１０１Ｃは、縁部４５ｂと光学的に共役な位置に観察光学系の焦平面Ｆ’が位置するように光学系搬送部駆動部２ｃを駆動させる制御信号を搬送部コントローラ１０５に送出する。光学系搬送部駆動部２ｃは、全体制御部１０１Ｃの制御信号に基づいて搬送部コントローラ１０５から送出される制御信号に応じて、光学系搬送部２ｂを移動させる。
このとき、全体制御部１０１Ｃは、光像ＩＰ’によって縁部４５ｂが照明されて観察しやすくなる位置に光像ＩＰ’を移動させる制御を行ってもよい。この場合、全体制御部１０１Ｃは、投影位置コントローラ１０６を経由して調整レンズ駆動部２１に制御信号を送出して、調整レンズ１３を移動する。光像ＩＰ’の適正な移動位置は、入射側光学系の設計データに基づいて、予め算出して、記憶部１０４に記憶しておくことができる。
この場合、光像ＩＰ’は照明用途に用いられるだけので、調整レンズ１３の移動誤差と、移動誤差に伴う光像ＩＰ’の移動位置の誤差と、は、枠部材４５の偏心の測定精度に影響しない。
例えば、縁部４５ｂを観察するに際に縁部４５ｂ上の光量が不足する場合には、光源１０の光量を上げてもよい。
例えば、光像ＩＰ’を形成する光束に加えて、またはこの光束の代わりに縁部４５ｂの観察用の照明光源が用意されていてもよい。
【0262】
焦平面Ｆ’が縁部４５ｂと光学的に共役な位置に移動すると、例えば、図３５に示すように、表示画面２３ａに縁部４５ｂの画像が表示される。
全体制御部１０１Ｃは、測定用イメージャ１７から画像を取得し、画像処理部１０３に送出し、縁部４５ｂの画像から縁Ｅ４５を抽出し縁Ｅ４５の中心Ｏ４５の位置座標（Ｘｏ４５，Ｙｏ４５）を画像処理部１０３に算出させる。位置座標（Ｘｏ４５，Ｙｏ４５）は記憶部１０４に記憶される。
位置座標（Ｘｏ４５，Ｙｏ４５）は、入射側光学系を通して見た縁部４５ｂの見かけの位置を表す。
以上で、ステップＳ６２が終了する。
全体制御部１０１Ｃは、測定用イメージャ１７から画像を取得し、画像処理部１０３に送出し、縁部４５ｂの画像から縁Ｅ４５を抽出し縁Ｅ４５の中心Ｏ４５の位置座標（Ｘｏ４５，Ｙｏ４５）を画像処理部１０３に算出させる。位置座標（Ｘｏ４５，Ｙｏ４５）は記憶部１０４に記憶される。
位置座標（Ｘｏ４５，Ｙｏ４５）は、入射側光学系を通して見た縁部４５ｂの見かけの位置を表す。
以上で、ステップＳ６２が終了する。
【0263】
ステップＳ６２は、複数の光学面のうち、少なくとも開口部の前側の端縁よりも前方の各光学面を被検面として偏心量がそれぞれ算出され、測定用イメージャの撮像面を、被検光学系のうち端縁よりも前側の入射側光学系を介在して開口部の端縁と光学的に共役な位置に配置し、測定用イメージャによって入射側光学系を通した前記端縁の画像を取得するステップと、端縁の画像に基づいて、基準点に対する端縁の見かけの位置を算出するステップと、を含むステップの例になっている。
【0264】
ステップＳ６２の後、ステップＳ６３が実行される。
ステップＳ６３では、算出された偏心量εｘｊ、εｙｊ（ｊ＝１，…，ｋ）と、見かけの位置（Ｘｏ４５，Ｙｏ４５）とに基づいて基準軸Ｏｍに対する縁部４５ｂの偏心量を算出する。
全体制御部１０１Ｃが、縁部４５ｂの偏心量を算出する制御信号を演算処理部１０２Ｃに送出すると、演算処理部１０２Ｃは以下の演算を行う。
演算処理部１０２Ｃは、基準点（Ｘ０，Ｙ０）に対する見かけの位置のずれ量を（Ｗｘ’、Ｗｙ’）＝（Ｘｏ４５－Ｘ０，Ｙｏ４５－Ｙ０）のように算出する。
この後、演算処理部１０２Ｃは、記憶部１０４に記憶された数値に基づいて、式（３０）、（３１）の演算を実行することによって、縁部４５ｂの偏心量（Ｗｘ、Ｗｙ）を算出する。算出された偏心量（Ｗｘ、Ｗｙ）は、記憶部１０４に記憶され、必要に応じて表示画面２３ａに表示される。
以上でステップＳ６３が終了する。
ステップＳ６３では、算出された偏心量εｘｊ、εｙｊ（ｊ＝１，…，ｋ）と、見かけの位置（Ｘｏ４５，Ｙｏ４５）とに基づいて基準軸Ｏｍに対する縁部４５ｂの偏心量を算出する。
全体制御部１０１Ｃが、縁部４５ｂの偏心量を算出する制御信号を演算処理部１０２Ｃに送出すると、演算処理部１０２Ｃは以下の演算を行う。
演算処理部１０２Ｃは、基準点（Ｘ０，Ｙ０）に対する見かけの位置のずれ量を（Ｗｘ’、Ｗｙ’）＝（Ｘｏ４５－Ｘ０，Ｙｏ４５－Ｙ０）のように算出する。
この後、演算処理部１０２Ｃは、記憶部１０４に記憶された数値に基づいて、式（３０）、（３１）の演算を実行することによって、縁部４５ｂの偏心量（Ｗｘ、Ｗｙ）を算出する。算出された偏心量（Ｗｘ、Ｗｙ）は、記憶部１０４に記憶され、必要に応じて表示画面２３ａに表示される。
以上でステップＳ６３が終了する。
【0265】
ステップＳ６３は、ステップＳ６２で算出された偏心量および見かけの位置に基づいて、基準軸に対する端縁の偏心量を算出するステップの例になっている。
【0266】
以上では、ステップＳ６１の後に実行されるとして説明したが、図１３に示すフローのステップＳ４よりも後であれば、ステップＳ６１の前に実行されてもよい。
ステップＳ６３は、ステップＳ６１、Ｓ６２の後であって、図１３に示すフローのステップＳ４よりも後であれば、いつ実行されてもよい。
ステップＳ６３は、ステップＳ６１、Ｓ６２の後であって、図１３に示すフローのステップＳ４よりも後であれば、いつ実行されてもよい。
【0267】
以上説明したように、本実施形態の偏心測定装置およびこれを用いた偏心測定方法は、枠部材の偏心測定を行う以外は、第１の実施形態と同様なので、第１の実施形態と同様、被検光学ユニットを回転することなく、被検面の偏心量を精度よく測定することができる。
特に本実施形態によれば、被検光学系を保持する枠部材の基準軸に対する偏心を、枠部材が被検光学ユニットに組み込まれた状態で正確に測定することができる。
特に本実施形態によれば、被検光学系を保持する枠部材の基準軸に対する偏心を、枠部材が被検光学ユニットに組み込まれた状態で正確に測定することができる。
【0268】
以上では、枠部材の開口部の内側に被検光学系のレンズが存在する例で説明したが、開口部を有しており、開口部の端縁に関する入射側光学系および観察光学系を通して、測定用イメージャによって画像を取得できる位置に設けられた枠部材であれば、枠部材の種類は限定されない。例えば、枠部材は、被検光学系における絞りであってもよい。
【0269】
なお、上記各実施形態では、偏心測定の基準軸Ｏｍが水平方向に延びている例で説明した。しかし、基準軸Ｏｍの延在方向は水平方向には限定されない。例えば、基準軸Ｏｍは、水平面と交差する方向に延びていてもよい。
【0270】
上記各実施形態では、移動機構が移動ステージ２からなり、基準軸Ｏｍに沿って、光像ＩＰ’が、保持台４に保持された被検光学ユニットに向かって移動する例で説明した。しかし、移動機構は、光像ＩＰ’を被検光学ユニットに対して基準軸Ｏｍに沿って相対移動できればよい。例えば、偏心測定装置５０において、本体部３が基台１に固定され、移動ステージ２に代えて、ホルダ４ａ、保持台４などを被検光学ユニットとともに移動する直動ステージを移動機構として備えてもよい。この場合、光像ＩＰ’が静止し、被検光学ユニットが移動するので、光像ＩＰ’の空気中における移動軌跡は、被検光学ユニットを基準とした相対的な移動軌跡で規定される。
さらに、偏心測定に支障ない移動精度が得られれば、測定光学系および被検光学ユニットの両方が、それぞれを移動する移動機構によって、移動可能に支持されてもよい。
さらに、偏心測定に支障ない移動精度が得られれば、測定光学系および被検光学ユニットの両方が、それぞれを移動する移動機構によって、移動可能に支持されてもよい。
【0271】
上記各実施形態では、基準点の測定時に、光像ＩＰ’を投影位置に移動するごとに、被検面４３ａの面頂に位置合わせしてから、移動させる例で説明した。しかし、基準点の測定時に最初に被検面４３ａの面頂に位置合わせしておけば、２度目の反射像の測定時には、被検面４３ａの面頂に位置合わせしなくてもよい。
【0272】
上記各実施形態では、基準点の測定時に、光像ＩＰ’を被検面４３ａの面頂に位置合わせする際に、観察用イメージャ４４を用いて光像ＩＰ’およびその周囲の画像を観察する例で説明した。しかし、観察用イメージャ４４で観察しなくても、光像ＩＰ’を被検面４３ａの面頂に位置合わせできる場合には、観察用イメージャ４４およびビームスプリッタ１１は省略されてもよい。
【0273】
上記各実施形態では、Ｉ－Ｏ距離の設定値Ｌが０でない場合の例で説明した。しかし、Ｌ＝０としても、反射像の特定が可能な場合には、設定値Ｌを０として同様な偏心測定が行われてもよい。この場合、測定用の光像の投影し、投影された光像の空気中における移動軌跡を基準軸として偏心測定を行うことによって、被検光学ユニットを回転することなく、被検面の偏心量を精度よく迅速に測定することができる。
【0274】
以上、本発明の好ましい各実施形態を説明したが、本発明はこのような各実施形態に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。
また、本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付の請求の範囲によってのみ限定される。
例えば、第１および第２の実施形態において、第３の実施形態と同様の内視鏡イメージャ４２の偏心測定が行われてもよい。
例えば、第１および第２の実施形態において、第４の実施形態と同様の枠部材の偏心測定が行われてもよい。この場合、枠部材として、被検光学系４１Ａにおける明るさ絞りＳＡ、被検光学系４１Ｂにおける明るさ絞りＳＢが含まれてもよい。
また、本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付の請求の範囲によってのみ限定される。
例えば、第１および第２の実施形態において、第３の実施形態と同様の内視鏡イメージャ４２の偏心測定が行われてもよい。
例えば、第１および第２の実施形態において、第４の実施形態と同様の枠部材の偏心測定が行われてもよい。この場合、枠部材として、被検光学系４１Ａにおける明るさ絞りＳＡ、被検光学系４１Ｂにおける明るさ絞りＳＢが含まれてもよい。
【産業上の利用可能性】
【0275】
上述の各実施形態によれば、被検光学ユニットの各光学面の見かけの球心の位置が近接する場合でも、被検光学ユニットを回転することなく、被検面の偏心量を精度よく迅速に測定することができる偏心測定方法および偏心測定装置を提供することができる。
【符号の説明】
【0276】
２ 移動ステージ（移動機構）
３ 本体部
３ａ、３ａＢ 前壁
４ 保持台
５、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ 測定制御部（偏心量算出部、反射倍率測定部、反射
倍率測定制御部））
１０ 光源（光源部）
１２ コリメートレンズ（光源部）
１３ 調整レンズ（光源部）
１５ 対物レンズ（投影光学系、観察光学系）
１６ 結像レンズ（観察光学系）
１７ 測定用イメージャ
１８ ウェッジプリズム
２０ 測定光学系
２１ 調整レンズ駆動部
２２ ウェッジプリズム駆動部（反射倍率測定部）
２３ａ 表示画面
２４ 操作部
４０ 先端部（被検光学ユニット）
４０ａ レンズ枠
４１、４１Ｂ 被検光学系
４２ 内視鏡イメージャ（被検イメージャ）
４３ 参照光学素子
４３ａ 被検面
４５ 枠部材
４５ａ 開口部
４５ｂ 縁部（開口部の前側の端縁）
４７、４７ａ、４７ｂ 参照マーク
５０、５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ 偏心測定装置
１０１、１０１Ａ、１０１Ｃ 全体制御部
１０１Ｂ 全体制御部（被検イメージャ画像取得部）
１０２Ｂ 演算処理部（被検イメージャ偏心算出部）
ｂＰｘ１ 第１横線部（倍率測定部）
ｂＰｙ１ 第１縦線部（倍率測定部）
ｂＰｘ２ 第２横線部（倍率測定部）
ｂＰｙ２ 第２縦線部（倍率測定部）
ｂＰｙ３ 第３縦線部（倍率測定部）
Ｃｒｅｆ 球心
ＤＰ、Ｄ Ｎ 変位
Ｅ４５ 縁
Ｆ、Ｐ 焦平面
Ｆ’ 焦平面（観察面）
Ｆ２ 平行光束
Ｉ、ＩＢ、ＩＮ、ＩＰ 像面（観察位置）
ＩＰ 光像（測定用の光像）
ＩＬ、ＩＰ’ 光像
ＩＲ、ＩＲＮ、ＩＲＰ、ＩＲａ、ＩＲｂ、ＩＲｃ、ＩＲｉ 反射像
ＩＲＮ 負反射像
ＩＲＰ、ＩＲＰ’ 正反射像
Ｌ Ｉ－Ｏ距離
Ｌｍ 測定値
Ｏｍ 基準軸
ＯＭ、ＯＢ 光軸
Ｐ’ 投影面（投影位置）
ＳＣ、ＳＣｉ 見かけの球心
ｓｉ 見かけの被検面
Ｓｉ、Ｓｉｊ 被検面
３ 本体部
３ａ、３ａＢ 前壁
４ 保持台
５、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ 測定制御部（偏心量算出部、反射倍率測定部、反射
倍率測定制御部））
１０ 光源（光源部）
１２ コリメートレンズ（光源部）
１３ 調整レンズ（光源部）
１５ 対物レンズ（投影光学系、観察光学系）
１６ 結像レンズ（観察光学系）
１７ 測定用イメージャ
１８ ウェッジプリズム
２０ 測定光学系
２１ 調整レンズ駆動部
２２ ウェッジプリズム駆動部（反射倍率測定部）
２３ａ 表示画面
２４ 操作部
４０ 先端部（被検光学ユニット）
４０ａ レンズ枠
４１、４１Ｂ 被検光学系
４２ 内視鏡イメージャ（被検イメージャ）
４３ 参照光学素子
４３ａ 被検面
４５ 枠部材
４５ａ 開口部
４５ｂ 縁部（開口部の前側の端縁）
４７、４７ａ、４７ｂ 参照マーク
５０、５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ 偏心測定装置
１０１、１０１Ａ、１０１Ｃ 全体制御部
１０１Ｂ 全体制御部（被検イメージャ画像取得部）
１０２Ｂ 演算処理部（被検イメージャ偏心算出部）
ｂＰｘ１ 第１横線部（倍率測定部）
ｂＰｙ１ 第１縦線部（倍率測定部）
ｂＰｘ２ 第２横線部（倍率測定部）
ｂＰｙ２ 第２縦線部（倍率測定部）
ｂＰｙ３ 第３縦線部（倍率測定部）
Ｃｒｅｆ 球心
ＤＰ、Ｄ Ｎ 変位
Ｅ４５ 縁
Ｆ、Ｐ 焦平面
Ｆ’ 焦平面（観察面）
Ｆ２ 平行光束
Ｉ、ＩＢ、ＩＮ、ＩＰ 像面（観察位置）
ＩＰ 光像（測定用の光像）
ＩＬ、ＩＰ’ 光像
ＩＲ、ＩＲＮ、ＩＲＰ、ＩＲａ、ＩＲｂ、ＩＲｃ、ＩＲｉ 反射像
ＩＲＮ 負反射像
ＩＲＰ、ＩＲＰ’ 正反射像
Ｌ Ｉ－Ｏ距離
Ｌｍ 測定値
Ｏｍ 基準軸
ＯＭ、ＯＢ 光軸
Ｐ’ 投影面（投影位置）
ＳＣ、ＳＣｉ 見かけの球心
ｓｉ 見かけの被検面
Ｓｉ、Ｓｉｊ 被検面
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】