测定头以及具备该测定头的偏心测定装置 |
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| 申请号 | CN201580077539.X | 申请日 | 2015-03-27 | 公开(公告)号 | CN107429994A | 公开(公告)日 | 2017-12-01 |
| 申请人 | 奥林巴斯株式会社; | 发明人 | 足立要人; 森田晃正; | ||||
| 摘要 | 测定头(1)具有 光源 部(3)、第一摄像元件(4)、第二摄像元件(5)、物镜光学系统(6)、光路分割元件(7)、公共光路(OPC)、第一光路(OP1)、第二光路(OP2)，公共光路(OPC)从光路分割元件(7)朝向物镜光学系统(6)形成，第一光路(OP1)从光路分割元件(7)朝向第一摄像元件(4)形成，第二光路(OP2)从光路分割元件(7)朝向第二摄像元件(5)形成，以隔着光路分割元件(7)的方式，公共光路(OPC)位于一侧，第一光路(OP1)和第二光路(OP2)位于另一侧，光路分割元件(7)配置在第一光路(OP1)和第二光路(OP2)交叉的 位置 上，光源部(3)和第一摄像元件(4)一起配置在规 定位 置上，第二摄像元件(5)配置在与规定位置不同的位置上，规定位置是物镜光学系统(6)的焦点位置或与物镜光学系统(6)的焦点位置共轭的位置。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种测定头，其特征在于， |
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| 说明书全文 | 测定头以及具备该测定头的偏心测定装置技术领域[0001] 本发明涉及测定轴方向上的测定范围宽的测定头以及具备该测定头的偏心测定装置。 背景技术[0002] 作为测定被检物的偏心量的装置，存在偏心测定装置。偏心可以用倾斜和移位来表示。例如，在被检物为平行平板的情况下，倾斜量可以用平行平板的面的法线与基准轴所成的角来表示。另外，移位量可以用平行平板的中心与基准轴的偏移量来表示。 [0004] 专利文献1所记载的装置具有两个CCD照相机。一个CCD照相机配置在凸透镜的焦点位置上。另一个CCD照相机配置在与凸透镜的焦点位置不同的位置上。另外，在被测定物体与凸透镜之间配置有分束器。在专利文献1所记载的装置中，能够获得倾斜量和移位量。 [0005] 现有技术文献 [0006] 专利文献 [0007] 专利文献1：日本特许第3089261号公报 发明内容[0008] 发明要解决的课题 [0009] 在专利文献1所记载的装置中，在被检物与凸透镜之间配置有分束器。因此，例如在对圆筒状的玻璃块的两面进行测定的情况下，若两面的间隔过宽，则有可能无法测定离凸透镜较远的面处的移位量。 [0010] 即，要想测定离凸透镜较远的面处的移位量，需要使焦点对准到该面上。为此，必须缩窄角度测定器与被检物之间的间隔。然而，若两面的间隔过宽，则要在焦点对准到该面之前，使离凸透镜较近的面与分束器接触。 [0011] 本发明就是鉴于上述而完成的，其目的在于提供测定轴方向上的测定范围宽的测定头以及具备该测定头的偏心测定装置。 [0012] 用于解决课题的手段 [0013] 为了解决上述课题并实现目的，本发明的测定头的特征在于， [0015] 公共光路从光路分割元件朝向物镜光学系统形成， [0016] 第一光路从光路分割元件朝向第一摄像元件形成， [0017] 第二光路从光路分割元件朝向第二摄像元件形成， [0018] 以隔着光路分割元件的方式，公共光路位于一侧，第一光路和第二光路位于另一侧， [0019] 光路分割元件配置在第一光路和第二光路交叉的位置上， [0020] 光源部配置在第一光路上， [0021] 光源部和第一摄像元件一起配置在规定位置上， [0022] 第二摄像元件配置在与规定位置不同的位置上， [0023] 规定位置是物镜光学系统的焦点位置或与物镜光学系统的焦点位置共轭的位置。 [0024] 另外，本发明的偏心测定装置的特征在于， [0025] 该偏心测定装置具有主体部、移动机构、测定头、保持部件、处理装置， [0026] 测定头、保持部件以及移动机构设置在主体部上， [0027] 定位测定头和保持部件被定位成，测定头和由保持部件保持的被检物位于测定轴上， [0028] 移动机构使测定头和保持部件中的至少一方在沿测定轴的方向上移动， [0029] 处理装置与移动机构和测定头连接， [0030] 测定头是上述的测定头。 [0031] 发明效果 [0033] 图1是示出本实施方式的测定头的图，(a)是示出整体结构的图，(b)是示出光学系统的结构的图。 [0034] 图2是示出物镜光学系统的具体例子的图。 [0035] 图3是示出反射部件的配置例的图，(a)是示出第一变形例的图，(b)是示出第二变形例的图。 [0036] 图4是示出放大光学系统的配置例的图。 [0037] 图5是示出柱面透镜的配置例的图。 [0038] 图6是示出照明用光源的配置例的图，(a)是示出第一配置例的图，(b)是示出第二配置例的图。 [0039] 图7是示出本实施方式的偏心测定装置的图。 [0040] 图8是示出镜筒的图。 [0041] 图9是示出测定用平板的图。 [0042] 图10是测定方法的流程图。 具体实施方式[0043] 对本发明的某个方式所涉及的实施方式的作用效果进行说明。 [0044] 另外，在具体地对本实施方式的作用效果进行说明时，示出具体的例子来进行说明。 [0045] 但是，这些所例示的方式只不过是包含于本发明的方式中的一部分，在该方式中存在多种变形。因此，本发明并不限定于例示的方式。 [0046] 本实施方式的测定头的特征在于，该测定头具有光源部、第一摄像元件、第二摄像元件、物镜光学系统、光路分割元件、公共光路、第一光路、第二光路，公共光路从光路分割元件朝向物镜光学系统形成，第一光路从光路分割元件朝向第一摄像元件形成，第二光路从光路分割元件朝向第二摄像元件形成，以隔着光路分割元件的方式，公共光路位于一侧，第一光路和第二光路位于另一侧，光路分割元件配置在第一光路和第二光路所交叉的位置，光源部配置在第一光路上，光源部和第一摄像元件一起配置在规定位置，第二摄像元件配置在与规定位置不同的位置，规定位置是物镜光学系统的焦点位置或与物镜光学系统的焦点位置共轭的位置。 [0047] 图1是示出本实施方式的测定头的图，(a)是示出整体结构的图，(b)是示出光学系统的结构的图。 [0048] 测定头1具有壳体2。在壳体2的内部配置有光源部3、第一摄像元件4、第二摄像元件5、物镜光学系统6、光路分割元件7。另外，为了配置这些元件等，形成有公共光路OPC、第一光路OP1以及第二光路OP2。 [0049] 公共光路OPC从光路分割元件7朝向物镜光学系统6形成。第一光路OP1从光路分割元件7朝向第一摄像元件4形成。第二光路OP2从光路分割元件7朝向第二摄像元件5形成。 [0050] 以隔着光路分割元件7的方式，公共光路OPC位于一侧，第一光路OP1和第二光路OP2位于另一侧。 [0051] 在公共光路OPC上配置有物镜光学系统6和光路分割元件7。另外，在公共光路OPC上配置有被检物9。在这里，由于物镜光学系统6配置在比光路分割元件7靠被检物9侧的位置，因此物镜光学系统6位于最接近被检物9的位置。即，在物镜光学系统6至被检物9侧的空间中不存在被检物9以外的任何物体。 [0052] 在第一光路OP1上配置有光源部3、第一摄像元件4、分束器8。在第二光路OP2上配置有第二摄像元件5。另外，在第一光路OP1和第二光路OP2所交叉的位置上配置有光路分割元件7。 [0053] 光源部3配置在第一光路OP1上。光源部3配置在规定位置上。规定位置是物镜光学系统6的焦点位置或与物镜光学系统6的焦点位置共轭的位置。另外，规定位置也可以根据物镜光学系统6所产生的像差量等而从物镜光学系统6的焦点位置或与物镜光学系统6的焦点位置共轭的位置偏移几百微米左右。这些位置的精度有时根据测定头1所要求的精度而不同。 [0054] 在光源部3中例如使用激光、发光二极管、卤素灯、氙气灯等。光源部3优选具有点光源。在光源部3中使用面光源的情况下，通过光学系统而形成发光部的像，并在发光部的像位置配置针孔。在光源部3中使用点光源的情况下，也可以形成点光源的像，并在点光源的像位置配置针孔。 [0056] 在第一光路OP1上配置有分束器8。通过分束器8而形成光源部3侧的光路和第一摄像元件4侧的光路。从光源部3射出的光束L1入射到分束器8。 [0057] 分束器8是具有半反射镜面的棱镜。在半反射镜中，入射光被分割成反射光和透射光。反射光的波段和透射光的波段相同。另外，反射光的光强度和透射光强度由半反射镜的反射特性确定。分束器8也可以是具有半反射镜面的平行平板。 [0058] 被分束器8反射后的光束L1入射到光路分割元件7。光路分割元件7具有将入射的光分离为两个的光学面。作为这样的光学面而存在半反射镜。在这里，在光路分割元件7中使用具有半反射镜面的棱镜。被光路分割元件7反射后的光束L1入射到配置在公共光路OPC上的物镜光学系统6。 [0059] 图2是示出物镜光学系统的具体例子的图。如图2所示，物镜光学系统6由四枚透镜构成。即，物镜光学系统6由负弯月形透镜20、双凸正透镜21、双凸正透镜22、负弯月形透镜23构成。在这里，负弯月形透镜20与双凸正透镜21接合。另外，双凸正透镜22与负弯月形透镜23接合。 [0060] 返回到图1继续说明。从物镜光学系统6射出光束L2。在这里，光源部3配置在物镜光学系统6的焦点位置上。更详细地说，光源部3的发光部或发光部的像位于物镜光学系统6的焦点位置。因此，从物镜光学系统6射出的光束L2为与测定轴10平行的平行光束。 [0061] 在公共光路OPC上配置有被检物9。从物镜光学系统6到被检物9的距离的调整中，只要使被检物9和测定头1中的至少一方移动即可。 [0062] 光束L2被照射到被检物9。在被检物9中，所照射的光束L2的光强度的至少一部分被被检物9的表面反射。被被检物9的表面反射后的光束L3在公共光路OPC上朝向物镜光学系统6前进。 [0063] 光束L3穿过物镜光学系统6而入射到光路分割元件7。光束L3的光强度的一部分被光路分割元件7反射。被反射后的光束L3入射到分束器8。在分束器8中，透射光束L3的光强度的一部分。透射过分束器8的光束L3入射到第一摄像元件4。第一摄像元件4例如是CCD或CMOS。 [0065] 第一摄像元件4配置在规定位置上。如上所述，规定位置是物镜光学系统6的焦点位置或与物镜光学系统6的焦点位置共轭的位置。 [0066] 第一摄像元件4配置在第一光路OP1上，但是，当在第二光路OP2上示出第一摄像元件4的位置时，第一摄像元件4配置在虚线所示的位置上。如图1(a)所示，该位置与物镜光学系统6的焦点位置一致。因此，光束L3聚光在第一摄像元件4上。即，光源部3的像形成在第一摄像元件4上。 [0067] 另外，由于光束L2照射到被检物9，因此被检物9被光束L2照明。因此，若关注被检物9上的一点，则光束也从该点朝向物镜光学系统6前进。在图1中，光束L4从测定轴10上的点朝向物镜光学系统6前进。 [0068] 光束L4穿过物镜光学系统6而入射到光路分割元件7。光束L4的一部分在光路分割元件7中透射。透射后的光束L4入射到第二摄像元件5。第二摄像元件5例如是CCD或CMOS。 [0069] 第二摄像元件5配置在与规定位置不同的位置上。如上所述，规定位置是物镜光学系统6的焦点位置或与物镜光学系统6的焦点位置共轭的位置。因此，被检物9与第二摄像元件5光学上共轭。由于光束L2照射到被检物9，因此在第二摄像元件5上形成有被检物9的像。 [0070] 这样，在测定头1中，在第一摄像元件4上形成有光源部3的像，在第二摄像元件5上形成有被检物9的像。能够使用这两个像来测定被检物9的倾斜量和移位量。下面，作为被检物9而使用平行平板来进行说明。 [0071] 在平行平板的表面的法线(下面称为“面的法线”)与测定轴10所成的角为零的情况下，未发生倾斜。在这种情况下，被平行平板的表面反射的光束L3除光束的行进方向相反之外，与光束L2相同。即，光束L3为平行光束且为与测定轴10平行地前进的光束。光束L3入射到第一摄像元件4中的规定位置。其结果是，在第一摄像元件4中的规定位置上形成有光源部3的像。 [0072] 另一方面，在面的法线与测定轴10所成的角不为零的情况下，会发生倾斜。在这种情况下，虽然光束L3为平行光束，但会以与测定轴10具有非零角度的方式行进。因此，光束L3入射到从第一摄像元件4中的规定位置偏移的位置。其结果是，在从第一摄像元件4中的规定位置偏移的位置上形成有光源部3的像。 [0073] 这样，对于光源部3的像，能够通过测定相对于第一摄像元件4中的规定位置的偏移量来求出倾斜量。第一摄像元件4中的规定位置例如可以为第一摄像元件4的中心。 [0074] 从平行平板的背面也产生反射光。因此，通过来自背面的反射光来形成光源部3的像。然而，该反射光的光强度非常小。因此，可以认为在第一摄像元件4中无法检测来自背面的反射光所形成的光源部3的像。 [0075] 在平行平板的中心与测定轴10的偏移量为零的情况下，未发生移位。另一方面，在平行平板的中心与测定轴10的偏移量不为零的情况下，发生了移位。形成在第一摄像元件4上的光源部3的像的位置无论在偏移量为零的情况还是在偏移量不为零的情况下都不发生变化。因此，在第一摄像元件4中无法检测移位。 [0076] 与此相对，在第二摄像元件5上形成有作为被检物9的平行平板的表面的像。因此，平行平板的中心与测定轴10的偏移能够由第二摄像元件5进行检测。但是，由于平行平板的表面的像的对比度低，因此难以准确地测定偏移量。 [0077] 由此，优选事先在平行平板的表面的中心形成对比度较高的标志。作为这样的标志，例如存在用黑色描绘的分度线。这样，能够通过第二摄像元件5以较高的对比度获取分度线的像。另外，标志的形状并未特别限定。 [0078] 在分度线的中心与测定轴10的偏移量为零的情况下，由于未发生移位，因此移位量为零。在这种情况下，在第二摄像元件5中的规定位置上形成有分度线的像。另一方面，在分度线的中心与测定轴10的偏移量不为零的情况下，发生了移位。在这种情况下，在从第二摄像元件5中的规定位置偏移的位置上形成有分度线的像。 [0079] 这样，对于分度线的像，能够通过测定相对于第二摄像元件5中的规定位置的偏移量来求出移位量。第二摄像元件5中的规定位置例如可以为第二摄像元件5的中心。 [0080] 这样，根据本实施方式的测定头，能够同时测定被检物的移位量和倾斜量。 [0081] 并且，在本实施方式的测定头中，物镜光学系统配置在最靠近被检物的位置。即，在物镜光学系统至被检物侧的空间中不存在被检物以外的任何物体。因此，根据本实施方式的测定头，能够使测定轴方向上的测定范围变宽。其结果是，即使是测定轴方向上的长度较长的被检物，也能够同时测定被检物的移位量和倾斜量。 [0082] 另外，在本实施方式的测定头中，优选从配置在公共光路上的被检物到物镜光学系统的距离为物镜光学系统的焦距的2倍。 [0083] 如图1(a)所示，在本实施方式的测定头中，从物镜光学系统6到被检物9的距离为物镜光学系统6的焦距的2倍。伴随于此，以使从物镜光学系统6到第二摄像元件5的距离约为物镜光学系统6的焦距的2倍的方式配置第二摄像元件5。这样，能够高精度地检测位于有限距离的分度线像。 [0084] 另外，从物镜光学系统6到被检物9的距离也可以根据物镜光学系统6所产生的像差量等而从物镜光学系统6的焦距的2倍微小地(几百微米左右)偏移。这些位置的精度有时根据测定头1所要求的精度而不同。 [0085] 另外，本实施方式的测定头优选在第二光路中具有反射部件。 [0086] 图1所示的第二光路OP2为从光路分割元件7到第二摄像元件5的一条直线的光路。因此，测定头1为大型的。因此，优选在第二光路中具有反射部件。 [0087] 图3是示出反射部件的配置例的图，(a)是示出第一变形例的图，(b)是示出第二变形例的图。对与图1(a)相同的结构标注相同的标号而省略详细的说明。 [0088] 在第一变形例中，在第二光路OP2中配置有镜子30。通过配置镜子30，使第二光路OP2弯折一次。通过该弯折，使从光路分割元件7朝向第二摄像元件5的第二光路OP2向第一摄像元件4侧弯折。因此，在沿测定轴10的方向和与测定轴10垂直的方向这两方向上能够使测定头1小型化。 [0089] 在第二变形例中，在第二光路OP2中配置有五角棱镜31。通过五角棱镜31而使光路弯折两次。通过第一次的弯折使从光路分割元件7朝向第二摄像元件5的第二光路OP2向光路分割元件7侧弯折。然后，通过第二次的弯折使第二光路OP2向第一摄像元件4侧弯折。 [0090] 在第二变形例中，进行向光路分割元件7侧的弯折。因此，在第二变形例中，在沿测定轴10的方向上，能够使测定头1进一步小型化。 [0091] 另外，本实施方式的测定头优选在第二光路中具有放大光学系统。 [0092] 如上所述，由第二摄像元件5对被检物9的像进行拍摄，通过测定相对于第二摄像元件5中的规定位置的偏移量来求出移位量。因此，通过更加准确地测定被检物9的像的位置，能够求出更加准确的移位量。由此，优选在第二光路中配置放大光学系统。 [0093] 图4是示出放大光学系统的配置例的图。对与图3(b)相同的结构标注相同的标号而省略详细的说明。 [0094] 如图4所示，在第二光路OP2中配置有放大光学系统40。更详细地说，在五角棱镜31与第二摄像元件5之间配置有放大光学系统40。作为放大光学系统40，例如可以使用增距镜。另外，放大光学系统40的放大倍率例如为2倍。 [0095] 通过放大光学系统40来放大形成在第二摄像元件5上的被检物9的像。由此，能够更加准确地测定被检物9的像的位置。另外，在配置放大光学系统40的情况下，并不一定要配置五角棱镜31。即，也可以在图1和图3(a)的第二光路OP2中配置放大光学系统40。 [0096] 另外，在本实施方式的测定头中，优选光路分割元件由平行平板构成，在第二光路中具有柱面透镜。 [0097] 在图1(a)中，在光路分割元件7中使用具有半反射镜面的棱镜。然而，作为光路分割元件7，也可以使用具有半反射镜面的平行平板。在这里，若半反射镜面的平面度低，则难以使从物镜光学系统6射出的光束平行，除此之外，使形成在第一摄像元件4上的光源部3的像也产生像差。因此，为了较高地保持半反射镜面的平面度，最好使平行平板的板厚尽可能厚。 [0098] 然而，光路分割元件7配置在光束收敛的地方。若在收敛光束中倾斜地配置平行平板，则会产生像散。像散的产生量随着平行平板的厚度增加而变多。在这种情况下，由于被检物的像的像差也增加，因此难以准确地计测被检物的像的位置。因此，优选在第二光路中配置柱面透镜。 [0099] 图5是示出柱面透镜的配置例的图。对与图3(b)相同的结构标注相同的标号而省略详细的说明。 [0100] 在图5中，作为光路分割元件7而使用具有半反射镜面的平行平板50，在第二光路OP2中配置有柱面透镜51。更详细地说，在五角棱镜31与第二摄像元件5之间配置有柱面透镜51。 [0101] 通过柱面透镜51能够良好地校正平行平板50所产生的像散。其结果是，即使使用厚度大的平行平板50，也能够更加准确地测定被检物9的像的位置。另外，也可以使形成在第一摄像元件4上的光源部3的像为像差少的像。 [0102] 另外，在配置平行平板50和柱面透镜51的情况下，并不一定要配置五角棱镜31。即，在图1和图3(a)中，也可以代替光路分割元件7而配置平行平板50，并且在第二光路OP2中配置柱面透镜51。 [0103] 另外，在本实施方式的测定头中，优选光路分割元件具有分色镜面。 [0104] 在光路分割元件7中使用具有半反射镜面的光学元件的情况下，在半反射镜面上产生光强度的损失。因此，只要在光路分割元件7中使用具有分色镜面的光学元件即可。由此，在光束L1、L2以及光束L3中的任意光束中，均能够防止光强度的损失。 [0105] 在分色镜中，入射光被分割成反射光和透射光。反射光的波段和透射光的波段、以及反射光的光强度和透射光强度由分色镜的分光特性确定。 [0106] 在作为光束L1而使用红色光的情况下，只要将分色镜的分光特性设定为反射与红色对应的波段的光而透射除此以外的波段的光即可。这样，光束L1被光路分割元件7反射，而几乎不会产生光强度的损失。其结果是，能够以比使用半反射镜的情况更加明亮的状态使光束L2照射到被检物9。 [0107] 另外，被被检物9反射后的光束L3也被光路分割元件7反射，而几乎不会产生光强度的损失。其结果是，能够以比使用半反射镜的情况更加明亮的状态使光束L3入射到第一摄像元件4。由此，可以获得比使用半反射镜的情况更加明亮的光源部3的像。 [0108] 另外，本实施方式的测定头优选在第二光路中具有照明用光源。 [0109] 在光路分割元件7中使用具有对与红色对应的波段的光进行反射的分色镜面的光学元件，作为光束L4而使用红色光的情况下，该光束L4被光路分割元件7反射。在这种情况下，由于光束L4未入射到第二摄像元件5，因此无法进行移位量的测定。 [0110] 为了进行移位量的测定，只要使光束L4中的光的波段与光束L1中的波段不同即可。为此，只要准备用于产生光束L4的照明光源即可。由此，光束L4未被光路分割元件7反射。如果光束L4中的光的波段与光束L1中的波段不同，则照明光源并未特别限定。例如，作为照明光源也可以使用白色光源。 [0111] 图6是示出照明用光源的配置例的图，(a)是示出第一配置例的图，(b)是示出第二配置例的图。对与图1(b)相同的结构标注相同的标号而省略详细的说明。 [0112] 在第一配置例中，照明用光源与测定头分开。具体而言，如图6(a)所示，照明用光源60隔着被检物9而配置在与测定头1相反的一侧。 [0113] 从照明用光源60射出照明光。在光束L1为红色光的情况下，照明光的波段与红色光的波段不同。例如，照明光的波段为与绿色光对应的波段。来自照明用光源60的照明光照射到被检物9。由于从与物镜光学系统6相反的一侧进行照明，因此被检物9被透射照明。 [0114] 从被检物9产生的光束L4穿过物镜光学系统6而入射到光路分割元件7。在这里，由于光束L4是绿色光，因此在使用具有对与红色对应的波段的光进行反射的分色镜面的光路分割元件7的情况下，光束L4在光路分割元件7中透射。透射后的光束L4入射到第二摄像元件5。其结果是，在第二摄像元件5上形成有被检物9的像。 [0115] 在第一配置例中，由于光束L4是透射过被检物9和光路分割元件7的光，因此光强度的损失较少。因此，在被检物9中形成有分度线的情况下，能够通过第二摄像元件5以较高的对比度获取分度线的像。但是，由于照明用光源60与测定头1分开，因此在位置调整上需要时间。 [0116] 在第二配置例中，照明用光源配置在测定头1内。具体而言，如图6(b)所示，照明用光源61配置在第二光路OP2中。 [0117] 从照明用光源61射出照明光。在光束L1为红色光的情况下，照明光的波段与红色光的波段不同。例如，照明光的波段为与蓝色光对应的波段。照明光被分束器62反射而入射到光路分割元件7。在这里，由于光束L4是蓝色光，因此照明光在光路分割元件7中透射。并且，照明光穿过物镜光学系统6而照射到被检物9。由于从与物镜光学系统6相同的一侧进行照明，因此被检物9被落射式照明。 [0118] 从被检物9产生的光束L4穿过物镜光学系统6而入射到光路分割元件7。在这里，由于光束L4是蓝色光，因此光束L4在光路分割元件7中透射。透射后的光束L4入射到第二摄像元件5。其结果是，在第二摄像元件5上形成有被检物9的像。 [0119] 在第二配置例中，由于光束L4是被被检物9反射的光，因此光强度的损失比第一配置例大。然而，由于照明用光源61与测定头1是一体的，因此在位置调整上不需要时间。 [0120] 另外，本实施方式的偏心测定装置的特征在于，该偏心测定装置具有主体部、移动机构、测定头、保持部件、处理装置，测定头、保持部件以及移动机构设置在主体部上，测定头和保持部件被定位成，测定头和由保持部件保持的被检物位于测定轴上，移动机构使测定头和保持部件中的至少一方在沿测定轴的方向上移动，处理装置与移动机构和测定头连接，测定头是上述的测定头。 [0121] 图7是示出本实施方式的偏心测定装置的图。偏心测定装置70具有主体部71、移动机构72、测定头73、保持部件74、处理装置75。移动机构72、测定头73以及保持部件74设置在主体部71上。 [0122] 移动机构72固定在主体部71上。移动机构72例如是线性平台。测定头73隔着调整机构76载置在移动机构72上。保持部件74隔着调整机构77固定在主体部71上。保持部件74保持被检物(未图示)。 [0123] 测定头73和被检物位于测定轴79上。这样，对测定头73和保持部件74进行定位。在该定位中使用调整机构76和调整机构77。 [0124] 但是，也可以将测定头73直接安装在移动机构72上，按照被检物更换保持部件74。这样，能够使测定头73和由保持部件74保持的被检物位于测定轴79上。在这种情况下，不需要调整机构76和调整机构77。 [0125] 移动机构72使测定头73在沿测定轴的方向上移动。由此，能够调整测定头73与被检物之间的间隔。其结果是，能够使被检物的像形成在第二摄像元件5上。移动机构72也可以配置在保持部件74这一方。并且，也可以在测定头73和保持部件74这两方设置移动机构。 [0126] 处理装置75与移动机构72和测定头73连接。根据来自处理装置75的指示而驱动移动机构72，由此进行测定头73的位置的调整。另外，测定头73所获得的信息被发送给处理装置75，由处理装置75进行各种处理。 [0127] 在测定头73中未配置照明用光源的情况下，只要在主体部71上设置照明用光源78即可。照明用光源78隔着保持部件74而配置在与测定头73对置的位置上。在设置有照明用光源78的情况下，处理装置75与照明用光源78连接。由此，能够对照明用光源78进行控制。 [0128] 对利用偏心测定装置70的测定例进行说明。被检物是单焦点光学系统的镜筒。单焦点光学系统由五个单透镜构成。另外，在下面的说明中，代替“移动机构72”而使用“线性平台72”。 [0129] 图8是示出镜筒的例子的图。由于单焦点光学系统由五个单透镜构成，因此保持透镜的透镜框的数量也为五个。如图8所示，在镜筒80的内部插入有透镜框81、透镜框82、透镜框83、透镜框84、透镜框85。 [0130] 在透镜框81上形成有保持透镜的开口部。在该开口部上形成有承托透镜的面(下面称为“承托面”)。期望承托面的法线与透镜框81的中心轴所成的角为零。然而，若存在加工误差，则承托面的法线与透镜框81的中心轴所成的角不为零。在这种情况下，在开口部产生倾斜。 [0131] 另外，期望开口部形成在透镜框81的中心。然而，若存在加工误差，则在从透镜框81的中心偏移的位置上形成有开口部。在这种情况下，在开口部产生移位。 [0132] 这样，在透镜框81的开口部因加工误差而产生倾斜和移位。若在由透镜框81保持透镜的状态下形成像，则会在所形成的像中产生像差。对于透镜框82、透镜框83、透镜框84以及透镜框85也与透镜框81是同样的。 [0133] 当在由各个透镜框81～85保持透镜的状态下将各透镜框插入到镜筒80中时，单焦点光学系统的成像性能降低。因此，重要的是能够测定各透镜框处的倾斜量和移位量。 [0134] 若能够测定各透镜框处的倾斜量和移位量，则能够根据测定结果来进行透镜框的再加工。由此，能够降低透镜框处的倾斜量和移位量。或者，将测定结果反馈到最初的加工工序中。这样，在最初的加工工序中制造出的透镜框中能够降低倾斜量和移位量。 [0135] 为了求出透镜框处的倾斜量和移位量，在利用偏心测定装置70的测定中使用形成有分度线的平行平板(下面称为“测定用平板”)。图9是示出测定用平板的图。 [0136] 测定用平板100是透明的平行平板101。在平行平板101的一个表面上形成有分度线102。分度线102准确地形成在平行平板101的中心。 [0137] 由透镜框81～85保持这样的测定用平板100。在图8中，由透镜框81保持测定用平板86，由透镜框82保持测定用平板87，由透镜框83保持测定用平板88，由透镜框84保持测定用平板89，由透镜框85保持测定用平板90。 [0138] 由此，测定用平板中的分度线的位置与透镜框处的移位量实质上是等效的。另外，测定用平板中的面的法线的朝向与透镜框处的倾斜量实质上是等效的。 [0139] 在透镜框81中，开口部向右方向发生移位，承托面的法线朝向左上斜上方向。在透镜框82中，开口部未发生移位，承托面的法线朝向左斜上方向。在透镜框83中，开口部向右方向发生移位，承托面的法线朝向左斜上方向。在透镜框84中，开口部朝向左方向发生移位，承托面的法线朝向右斜上方向。在透镜框85中，开口部未发生移位，承托面的法线朝向右斜上方向。这里的左右上下意味着纸面内的上下。 [0140] 另外，在镜筒80的一侧配置有夹具91。夹具91由透镜框92和测定用平板93构成。透镜框92的开口部以较高的精度形成。因此，透镜框92处的倾斜量和移位量都几乎为零。 [0141] 在进行测定之前，由保持部件74保持镜筒80和夹具91。此时，以使镜筒80位于比夹具91靠测定头73侧的位置的方式保持镜筒80和夹具91。 [0142] 测定头73配置在与镜筒80正对的位置上。在进行测定时，测定头73通过线性平台72而沿测定轴79移动。线性平台72和测定头73以使测定轴79与夹具91上的测定用平板93的面呈直角的方式安装在主体部71上。为了显现垂直度，也可以使夹具91、线性平台72以及测定头73各自具有用于倾斜调整的机构。该调整只要能根据需要来进行即可。这样，能够进行保证了测定用平板93与测定头73的垂直度的测定。另外，在线性平台72上也设置有调整机构。 [0143] 使测定头73移动到线性平台72上的基准位置。该基准位置是表示机械原点的位置。由此，可以进行测定头73向机械原点的恢复。 [0144] 朝向保持部件74照射光束。从测定头73的光源部3射出光束L1，光束L2被照射到镜筒80和夹具91。在测定头73内配置有照明用光源的情况下，从该照明用光源将照明光照射到镜筒80和夹具91。在测定头73内未配置照明用光源的情况下，从照明用光源78将照明光照射到镜筒80和夹具91。 [0145] 对夹具91和镜筒80分别进行分度线像的位置的测定和光源部3的像的位置的测定。图10是测定方法的流程图。 [0146] 在步骤S100中，设定被测定面的数量。被测定面的数量根据测定用平板的数量来求出。但是，在被测定面的数量中不包含夹具的测定用平板的数量。由于镜筒80中的测定用平板的数量为五张，因此N＝5。而且，在步骤S101中，将测定头73移动到线性平台72上的基准位置。由此，完成测定的准备。 [0147] 首先，对夹具91进行测定。通过照明光照射到夹具91，能够形成测定用平板93的分度线102的像Io(下面称为“分度线像Io”)。因此，在步骤S102中，使测定头73移动，从而在第二摄像元件5上形成分度线像Io。此时，也可以一边使测定头73移动一边求出分度线像Io的对比度，在分度线像Io的对比度为最大时，停止测定头73的移动。这样，能够自动地使焦点对准到分度线102。 [0148] 在该状态下，在第二摄像元件5上形成有鲜明的分度线像Io。因此，通过对分度线像Io进行拍摄来求出分度线像Io的坐标So(δxo，δyo)。在步骤S103中，存储所求出的So(δxo，δyo)。 [0149] 另一方面，在第一摄像元件4上形成有光源部3的像(下面称为“光斑像”)。由于测定用平板的数量是六，因此光斑像的数量为六。六个光斑像通过测定用平板86～90以及93的各表面处的反射而产生。光束L2的光强度每次穿过测定用平板就变弱。因此，六个光斑像的明亮度各不相同。 [0150] 在六个光斑像中，最明亮的光斑像是来自位于最靠近测定头73的位置的测定用平板的反射产生的像。另一方面，最暗的光斑像是来自位于最远离测定头73的位置的测定用平板的反射产生的像。 [0151] 测定用平板93位于最远离测定头73的位置。因此，从六个光斑像中确定最暗的光斑像，并求出最暗的光斑像的坐标To(εxo，εyo)。在步骤S104中，存储所求出的To(εxo，εyo)。 [0152] 另外，存储测定头73在测定轴79上的位置Zo(zo)。由此，结束夹具91中的分度线像的位置的测定和光斑像的位置的测定。 [0153] 如上所述，在夹具91中，移位量和倾斜量几乎接近零。因此，能够将So(δxo，δyo)用作移位原点。另外，能够将To(εxo，εyo)用作倾斜原点。 [0154] 接着，对镜筒80进行测定。在镜筒80处的测定中，使用变量n对镜筒80处的测定次数进行计数。因此，在步骤S105中，对n的值进行初始化。 [0155] 在夹具91处的测定结束的状态下，焦点对准到测定用平板93的分度线102。因此，如果根据位于最靠近测定用平板93的位置的测定用平板来进行分度线像的位置的测定和光斑像的位置的测定，则可以进行有效的测定。但是，对测定用平板进行测定的顺序可以从位于最远离测定用平板93的位置的测定用平板开始，另外，也可以是随机的。 [0156] 位于最靠近测定用平板93的位置的测定用平板是测定用平板90。测定用平板90位于比测定用平板93靠测定头73侧的位置。因此，在步骤S106中，使测定头73向远离镜筒80的方向移动，从而在第二摄像元件5上形成分度线像I1。分度线像I1是形成在测定用平板90上的分度线的像。此时，也可以求出分度线像I1的对比度，在分度线像I1的对比度为最大时，停止测定头73的移动。 [0157] 在该状态下，在第二摄像元件5上形成有鲜明的分度线像I1。因此，通过对分度线像I1进行拍摄来求出测定用平板90的分度线像I1的坐标S1(δx1，δy1)。在步骤S107中，存储求出的S1(δx1，δy1)。 [0158] 另外，测定用平板90的位置是离测定头73第二远的位置。因此，从六个光斑像中确定第二暗的光斑像，并求出第二暗的光斑像的坐标T1(εx1，εy1)。在步骤S108中，存储求出的T1(εx1，εy1)。 [0159] 在步骤S109中，进行测定次数的确认。在n与N-1不一致的情况下，不结束所有的测定用平板处的测定。在这种情况下，执行步骤S110。在步骤S110中，将变量n的值递增。 [0160] 这里，也可以求出最暗的光斑像的坐标To1(εxo1，εyo1)，并存储求出的To1(εxo1，εyo1)。在这种情况下，执行步骤S111。步骤S111只要根据需要来执行即可。 [0161] 最暗的光斑像的坐标在测定用平板93处的测定中已经求出(步骤S104)。然而，在测定用平板90处的测定和测定用平板93处的测定中，测定头73的位置不同。因此，在测定用平板90处测定出的坐标和在测定用平板93处测定出的坐标有时不一定一致。关于这一点在后面说明。 [0162] 另外，存储测定头73在测定轴79上的位置Z1(z1)。由此，结束测定用平板90处的测定。 [0163] 然后，按照测定用平板89、测定用平板88、测定用平板87、测定用平板86的顺序反复进行在测定用平板90处进行的处理。 [0164] 当结束测定用平板86中的分度线的坐标和光斑像的坐标的存储时，结束镜筒80中的分度线像的位置的测定和光斑像的位置的测定。 [0165] 分度线像的位置的测定数据和光斑像的位置的测定数据与测定头73的位置数据一起存储到处理装置75。 [0166] 能够根据存储在处理装置75中的测定数据来求出各透镜框处的倾斜量和移位量。 [0167] 优选测定用平板93的面的法线与测定轴79平行。然而，使两者完全平行是非常难的。在测定用平板93的面的法线与测定轴79交叉的状态下，当测定头73沿测定轴79移动时，测定头73也在与测定用平板93的面的法线垂直的方向上逐渐移动。这样的移动在分度线像的位置的测定和光斑像的位置的测定中会成为误差。作为因测定头73的移动而引起的误差的主要原因，存在测定头73的俯仰或偏转。 [0168] 如上所述，在测定用平板86～测定用平板90的测定中，当进行最暗的光斑像的坐标的测定时，能够使用最暗的光斑像的坐标的测定数据来检测测定头73的俯仰所引起的偏移量或偏转所引起的偏移量。通过使用所检测的偏移量来校正倾斜量和移位量，能够高精度地进行偏心测定。 [0169] 以上，对单焦点光学系统的镜筒中的偏心测定进行了说明，但在变焦镜头框中也能够进行同样的偏心测定。 [0170] 另外，通过使用测定头73，能够非接触且简单地测定圆筒内构造的平行度和同轴度。 [0171] 另外，如果能使用测定头73中的公共光路OPC和第一光路OP1，则能够将测定头73作为自动准直仪来使用。即，偏心测定装置70也可以是不求出透镜框的移位量而测定透镜框的倾斜量的装置。在这种情况下，能够同时对多个测定用平板测定倾斜量。 [0172] 工业上的可利用性 [0173] 如上所述，本发明适于测定轴方向上的测定范围宽的测定头以及具备该测定头的偏心测定装置。 [0174] 标号说明 [0175] 1：测定头；2：壳体；3：光源部；4：第一摄像元件；5：第二摄像元件；6：物镜光学系统；7：光路分割元件；8：分束器；9：被检物；10：测定轴；20、21、22、23：透镜；30：镜子；31：五角棱镜；40：放大光学系统；50：平行平板；51：柱面透镜；60、61：照明用光源；62：分束器；70：偏心测定装置；71：主体部；72：移动机构(线性平台)；73：测定头；74：保持部件；75：处理装置；76、77：调整机构； [0176] 78：照明用光源；79：测定轴；80：镜筒；81、82、83、84、85、92：透镜框；86、87、88、89、90、93：测定用平板；91：夹具；100：测定用平板；101：平行平板；102：分度线；OPC：公共光路； OP1：第一光路；OP2：第二光路；L1、L2、L3、L4：光束。 |
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