曲率半径測定機の被測定体保持位置補正方法および曲率半径測定機
【課題】曲率半径測定機の被測定体保持位置補正方法において、曲率半径測定機に発生する被測定体保持位置のずれを精度よく迅速に補正することができるようにする。
【解決手段】曲率半径測定機の被測定体保持位置補正方法であって、保持工程と、校正用光学部材の校正面の面頂を測定光束の集光位置に位置合わせし、位置合わせ後の干渉縞画像に基づく干渉縞画像情報を記憶する基準調整工程（ステップＳ３）と、この位置を基準位置として、基準位置から位置ずれ測定位置に被測定体を相対移動して干渉縞画像を記憶する位置移動工程と、各位置での干渉縞画像に基づいて干渉計の光軸に対する位置ずれ量を測定する位置ずれ算出工程（ステップＳ６、Ｓ１３）と、この位置ずれ量に基づいて、位置補正量を算出する位置補正工程（ステップＳ１５）と、を備え、被測定面の曲率半径の測定を行う際に、位置補正量に基づいて保持台の位置補正を行う。
【解決手段】曲率半径測定機の被測定体保持位置補正方法であって、保持工程と、校正用光学部材の校正面の面頂を測定光束の集光位置に位置合わせし、位置合わせ後の干渉縞画像に基づく干渉縞画像情報を記憶する基準調整工程（ステップＳ３）と、この位置を基準位置として、基準位置から位置ずれ測定位置に被測定体を相対移動して干渉縞画像を記憶する位置移動工程と、各位置での干渉縞画像に基づいて干渉計の光軸に対する位置ずれ量を測定する位置ずれ算出工程（ステップＳ６、Ｓ１３）と、この位置ずれ量に基づいて、位置補正量を算出する位置補正工程（ステップＳ１５）と、を備え、被測定面の曲率半径の測定を行う際に、位置補正量に基づいて保持台の位置補正を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、曲率半径測定機の被測定体保持位置補正方法および曲率半径測定機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、レンズ、ミラー、平行平板、プリズム等の光学素子の曲率半径を測定する場合に、干渉計を用いて測定を行う曲率半径測定機が知られている。
この曲率半径測定機は、干渉計の光軸上において、干渉計と被測定体とを光軸に沿う方向に相対移動可能に保持し、干渉計から出射される測定光が被測定体の面頂と、曲率中心とにそれぞれ集光される２位置を測定し、この２位置間の移動距離から曲率半径を求める。このとき、被測定体を保持する保持台の被測定体保持位置が、干渉計の光軸に対して正確に調整されていないと、測定誤差の原因になったり、測定効率が低下したりするため、曲率半径測定機では、被測定体を保持する保持台が相対移動する際に、被測定体の光軸が干渉計の光軸と整列して移動できるように保持台や相対移動機構が調整されている。
しかし、経時的には、例えば、保持台や相対移動機構が種々の外力を受けたり、摩耗したりして、相対移動時の被測定体保持位置の位置ずれが生じるおそれがある。
干渉縞画像に基づいて、光軸ずれを高精度に測定しうる技術として、特許文献１には、干渉計で測定した面形状の横座標を高精度に校正可能であって、多種多様な被検物にも容易に適用可能な干渉測定装置が記載されている。特許文献１の干渉測定装置では、校正用光学部材と被検面の面形状データを取得し、既知の校正用光学部材の面形状データをフィッティングすることにより、被検面の面形状データを校正基準座標系で表すための校正情報を得るようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１３３０５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら上記のような従来の技術には以下のような問題があった。
従来の曲率半径測定では、被測定体保持位置の位置ずれを検知したり再調整したりする手段を有しないため、測定精度を維持するには、被測定体保持位置の調整状態を定期的に検査し、必要に応じて部品交換や再調整等のメンテナンスを行う必要がある。測定精度を安定して維持するためには、頻繁に検査を行う必要がある。また、メンテナンスを行う間は、曲率半径測定が行えなくなるため、装置の稼働率が低下するという問題がある。
例えば、特許文献１に記載の技術を用いて、被測定体ごとに干渉縞画像から面形状の横座標を測定して光軸ずれを算出し、調整ステージなどにより被測定体保持位置を調整してから、曲率半径測定を行うことも考えられるが、干渉縞画像から得られる面形状データを演算処理して面形状の横座標を計算するため、データ量の大きな演算が必要となり、この演算時間が加算されるため、１つの被測定体当たりの測定時間が増大してしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、曲率半径測定機に発生する被測定体保持位置のずれを精度よく迅速に補正することができる曲率半径測定機の被測定体保持位置補正方法および曲率半径測定機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、請求項１に記載の発明では、被測定体の被測定面に向けて出射された測定光束と、該測定光束による前記被測定面での反射光束と、を干渉計で干渉させることで形成される干渉縞画像に基づいて前記被測定面の曲率半径を測定する曲率半径測定機の被測定体保持位置補正方法であって、前記被測定体を被測定体保持位置に保持する保持台に、校正面を有する校正用光学部材を保持させる保持工程と、前記干渉計と前記保持台との相対位置を調整することで、前記測定光束の集光位置を前記校正面の面頂に位置合わせして、この相対位置を前記保持台の基準位置とし、該基準位置での干渉縞画像を記憶する基準調整工程と、前記保持台を、前記基準位置から予め設定された位置ずれ測定位置に相対移動し、前記位置ずれ測定位置での干渉縞画像を記憶する位置移動工程と、前記基準位置での干渉縞画像と、前記位置ずれ測定位置での干渉縞画像と、に基づいて前記干渉計の光軸に対する前記被測定体保持位置のシフト量またはチルト量からなる位置ずれ量を算出する位置ずれ量算出工程と、前記位置ずれ量に基づいて、前記被測定体保持位置を前記干渉計に対して相対移動させる際に前記位置ずれ量を補正するための位置補正量を算出する位置補正工程と、を備える方法とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の曲率半径測定機の被測定体保持位置補正方法において、前記校正用光学部材として前記校正面が球面である球面光学素子を用いる場合に、前記位置ずれ測定位置は、前記測定光束の集光位置が前記校正面の曲率中心に一致する位置を含む方法とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の曲率半径測定機の被測定体保持位置補正方法において、前記基準調整工程、前記位置移動工程、および前記位置ずれ量算出工程は、前記校正用光学部材として前記校正面が球面である球面光学素子を用いる、第１の基準調整工程、第１の位置移動工程、および第１の位置ずれ量算出工程、と、前記校正用光学部材として前記校正面が平面である平面光学素子を用いる、第２の基準調整工程、第２の位置移動工程、および第２の位置ずれ量算出工程、と、を備え、前記第１の位置ずれ量算出工程では、前記シフト量を算出し、前記第２の位置ずれ量算出工程では、前記チルト量を算出し、前記位置補正工程では、前記シフト量および前記チルト量を補正するための位置補正量を算出する方法とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明では、曲率半径測定機において、被測定体を被測定体保持位置に保持する保持台と、前記被測定体の被測定面に向けて出射する測定光束と、該測定光束による前記被測定面での反射光束と、を干渉させて干渉縞画像を形成する干渉計と、該干渉計と前記保持台とを相対移動させて、前記干渉計に対する前記保持台の距離を変化させる相対移動機構と、前記保持台における前記被測定体保持位置の前記干渉計の光軸に対するシフト量およびチルト量の少なくともいずれかを調整する調整ステージと、前記被測定体保持位置に校正面を有する校正用光学部材を保持し、前記校正面の干渉縞画像に基づいて、前記測定光束の集光位置に前記校正面の面頂が位置合わせされた際の前記保持台の前記干渉計に対する相対位置である基準位置から予め設定された位置ずれ測定位置に前記校正面を移動させる校正位置移動制御部と、前記基準位置での干渉縞画像と、前記位置ずれ測定位置での干渉縞画像と、に基づいて、前記干渉計の光軸に対する前記被測定体保持位置のシフト量またはチルト量からなる位置ずれ量を算出する位置ずれ量算出部と、前記位置ずれ量に基づいて、前記保持台を前記干渉計に対して相対移動させる際に前記位置ずれ量を補正するための位置補正量を算出する位置補正部と、前記保持台を前記干渉計に対して相対移動させて前記被測定面の曲率半径の測定を行う際に、前記位置補正量に基づいて、前記調整ステージを駆動して、前記保持台の位置補正を行う位置補正制御部と、を備える構成とする。
【００１０】
請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の曲率半径測定機において、前記基準位置での干渉縞画像と、前記位置ずれ測定位置での干渉縞画像と、に画像処理を施して、それぞれ干渉縞画像情報を生成する画像処理部を備え、前記位置ずれ量算出部は、前記画像処理部によって生成された前記それぞれの干渉縞画像情報から、前記位置ずれ量を算出する構成とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の曲率半径測定機の被測定体保持位置補正方法および曲率半径測定機によれば、保持台の被測定体保持位置に保持した校正用光学部材の校正面の面頂を干渉計の測定光束の集光位置に位置合わせした状態を基準位置として、この基準位置から予め設定された距離だけ離間した位置ずれ測定位置で干渉縞画像を取得し、基準位置の干渉縞画像と位置ずれ測定位置での干渉縞画像とに基づいて位置ずれ量を測定し、この位置ずれ量を補正する位置補正を行うことができるため、曲率半径測定機に発生する被測定体保持位置のずれを精度よく迅速に補正することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る曲率半径測定機の概略構成を示す模式的な斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る曲率半径測定機の測定原理を説明する模式的な光路図である。
【図３】本発明の実施形態に係る曲率半径測定機の制御ユニットの機能構成を示す機能ブロック図である。
【図４】本発明の実施形態に係る曲率半径測定機の被測定体保持位置補正方法のフローチャートである。
【図５】本発明の実施形態に係る曲率半径測定機の被測定体保持位置補正方法におけるシフト量補正の補正原理を示す模式的な光路図、および干渉縞画像の模式図である。
【図６】本発明の実施形態に係る曲率半径測定機の位置ずれ測定工程のフローチャートである。
【図７】本発明の実施形態に係る曲率半径測定機の被測定体保持位置補正方法におけるチルト量補正の補正原理を示す模式的な光路図、および干渉縞画像の模式図である。
【図８】本発明の実施形態に係る曲率半径測定機の被測定体保持位置補正方法における干渉縞画像の一例を示す模式的な斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
図１は、本発明の実施形態に係る曲率半径測定機の概略構成を示す模式的な斜視図である。図２は、本発明の実施形態に係る曲率半径測定機の測定原理を説明する模式的な光路図である。図３は、本発明の実施形態に係る曲率半径測定機の制御ユニットの機能構成を示す機能ブロック図である。
【００１４】
まず、本発明の実施形態の曲率半径測定機について説明する。
図１に示すように、本実施形態の曲率半径測定機５０は、干渉計３から被測定体Ｗの被測定面Ｗａに向けて出射された測定光束Ｌ１と、測定光束Ｌ１による被測定面Ｗａでの反射光束Ｌ２とを干渉計３で干渉させ、その干渉縞画像を観察しながら被測定体Ｗを干渉計３の光軸Ｏ上で移動して、測定光束Ｌ１の集光位置が被測定面Ｗａの面頂と曲率中心とにそれぞれ一致する面頂集光位置と曲率中心集光位置との２位置を求め、これら２位置間の移動距離によって被測定面Ｗａの曲率半径を測定する装置である。
なお、本実施形態では、一例として、干渉計３の位置を固定し、干渉計３に対して被測定体Ｗを鉛直軸に沿って移動させる場合の例で説明する。ただし、相対移動方向は、鉛直軸方向には限定されない。また、被測定体Ｗの位置を固定し、被測定体Ｗに対して干渉計３を移動させる構成としてもよく、被測定体Ｗおよび干渉計３の両方を移動させる構成としてもよい。
【００１５】
被測定体Ｗは、干渉計３による干渉縞観察が可能な被測定面Ｗａを有する適宜の部材を採用することができる。被測定面Ｗａの曲率半径の設計値はＲＷであるとして説明する。
被測定体Ｗの例としては、例えば、レンズ、反射ミラー等の光学素子を挙げることができる。
以下の説明では、被測定体Ｗの具体例として、図２に示すように、被測定面Ｗａとして凹球面を有する平凹レンズの例で説明するが、被測定面Ｗａは凸球面であってもよい。
【００１６】
曲率半径測定機５０の概略構成は、図１に示すように、ベース１、架台２、１軸移動機構５（相対移動機構）、ガイド支柱６、測定ステージ７、保持台８、調整ステージ９、干渉計３、カメラ４（観察部）、モニタ１１（観察部）および制御ユニット１０を備える。
【００１７】
ベース１は装置の基台であり、ベース１上には干渉計３を固定する部材である架台２が図示略の支持部材によって支持されている
ベース１と架台２との間には、被測定体Ｗを干渉計３に対して相対移動するため、鉛直軸に沿う方向に１軸移動機構５とガイド支柱６とが設けられている。
【００１８】
１軸移動機構５は、制御ユニット１０に電気的に接続され、制御ユニット１０からの制御信号に基づいて、測定ステージ７を鉛直軸に沿う方向に平行移動する移動機構である。１軸移動機構５としては、例えば、送りねじと駆動モータとからなる構成や、リニアモータなどを採用することができる。
１軸移動機構５には、例えばエンコーダ等の位置検出器が内蔵されており、制御ユニット１０からの要求に応じて、１軸移動機構５の位置基準からの移動位置の情報を制御ユニット１０に送出できるようになっている。
ガイド支柱６は、測定ステージ７の移動を案内する軸状部材であり、測定ステージ７と摺動可能に嵌合されている。
【００１９】
測定ステージ７は、１軸移動機構５によって鉛直軸に沿って平行移動されることにより被測定体Ｗを移動する部材であり、上面側に被測定体Ｗを保持する保持台８を備えている。
保持台８は、被測定体Ｗの被測定面Ｗａを鉛直上方に向けて保持面８ａ上に載置し、例えばチャック機構等による被測定体Ｗの水平方向の位置を固定する固定機構（図示略）を備えている。これにより保持台８は、被測定体Ｗを保持面８ａ上の一定位置である被測定体保持位置に保持できるようになっている。
【００２０】
測定ステージ７と保持台８との間には、測定ステージ７に対して保持台８の位置、姿勢を調整する調整ステージ９が設けられている。
調整ステージ９の構成は、少なくとも水平方向の位置と、鉛直軸に対する傾斜を調整できればよいが、本実施形態では、水平方向の互いに直交する２軸であるＸ軸、Ｙ軸方向および鉛直軸方向であるＺ軸方向の位置を調整するＸＹＺ軸移動ステージと、Ｘ軸回りおよびＹ軸回りの傾きを調整する傾斜ステージとからなる５軸の調整が可能な構成を備える。
また、調整ステージ９は、制御ユニット１０に電気的に接続され、制御ユニット１０からの制御信号によって各軸の駆動量が制御されるようになっている。調整ステージ９の駆動量は、ミクロンオーダーの微動が可能である。
また、調整ステージ９の駆動機構には、例えばエンコーダ等の位置検出器が内蔵されており、制御ユニット１０からの要求に応じて、調整ステージ９の位置基準からの移動位置の情報を制御ユニット１０に送出できるようになっている。ここで、移動位置の情報とは、ＸＹＺ軸移動ステージの場合には、各軸における移動位置を意味し、傾斜ステージの場合には、傾斜方向を含む各軸回りの傾斜角を意味する。
【００２１】
干渉計３は、可干渉光を用いて、被測定面Ｗａの干渉縞画像を取得するもので、図２に示すように、架台２から下端側に突出した先端部に、干渉計３の光軸Ｏと同軸に設けられた参照レンズ１３を収容する参照レンズユニット３ａを備えている。
また、干渉計３は、測定ステージ７上の保持台８と対向する鉛直上方位置において架台２に対して、光軸Ｏが鉛直軸に沿う姿勢に配置されて固定されている。
参照レンズ１３は、干渉計３の最外の光学面として高精度な球面からなる参照面１３ａを備えており、可干渉光を発生する光源および干渉光学系（いずれも図示略）によって形成された測定光束Ｌ１を、参照面１３ａの曲率中心に一致する干渉計３の外部の集光点Ｑ１３に集光するものである。
なお、本実施形態における参照レンズユニット３ａとしては、被測定面が平面からなる場合に干渉縞画像を取得するため、参照レンズ１３に代えて、平面の参照面を有する参照レンズ２３（図７（ａ）参照）を設けたものも用意され、参照レンズ１３を設けた参照レンズユニット３ａと交換できるようになっている。ただし、参照レンズユニット３ａは、参照レンズ１３、２３をともに備え、レボルバ機構等の移動機構によって光軸Ｏ上に位置する参照レンズ１３、２３を選択的に切り換えることができる構成としてもよい。
干渉計３のその他の詳細構成は、適宜の周知構成を採用することができる。例えば、フィゾー型干渉計を好適に採用することができる。
【００２２】
干渉計３内で形成された測定光束Ｌ１は、干渉計３の参照面１３ａにおいて、干渉計３の外部に透過する成分と、光源側に反射する成分とに分割され、参照面１３ａの外部には、集光点Ｑ１３に集光する測定光束Ｌ１が光軸Ｏに沿って出射される。外部に出射されたこの測定光束Ｌ１が被測定面Ｗａで反射すると、反射光束Ｌ２として、参照レンズ１３に再入射し、参照レンズ１３によって集光される。この結果、参照面１３ａにおいて光源側に反射される測定光束Ｌ１の成分と光源側に向かって参照面１３ａを透過する反射光束Ｌ２の成分とにより、互いの光路差に応じた干渉が起こる。
この干渉縞画像は、被測定面Ｗａの面頂ＰＷと、集光点Ｑ１３とが一致する相対位置（図２の実線参照。以下、面頂集光位置と称する）と、被測定面Ｗａの曲率中心ＱＷと集光点Ｑ１３とが一致する相対位置（図２の破線参照。以下、曲率中心集光位置と称する）とのそれぞれにおいて、参照面１３ａ上の各位置での光路差が極小となるため、干渉縞の縞本数が極小値をとる。
【００２３】
また、干渉計３は、本実施形態では、制御ユニット１０と電気的に接続され、制御ユニット１０によって、図示略の光源の点灯および消灯の制御と、図示略のシャッタを開閉することにより測定光束Ｌ１の出射および出射停止とを制御できるようになっている。
【００２４】
このような構成により、１軸移動機構５は、干渉計３と保持台８とを相対移動させて、干渉計３に対する保持台８の距離を変化させる相対移動機構を構成している。
また、調整ステージ９は、保持台８における被測定体保持位置の干渉計３の光軸Ｏに対するシフト量およびチルト量の少なくともいずれかを調整することができるようになっている。ここでシフト量とは、光軸Ｏに直交する方向における光軸Ｏに対する被測定体保持位置の中心の変位量であり、チルト量とは、光軸Ｏに直交する平面に対する被測定体保持位置の保持面の角度変位量である。以下ではシフト量を発生させる位置ずれをシフトずれ、チルト量を発生させる位置ずれをチルトずれと称する。
【００２５】
カメラ４は、干渉計３によって形成された干渉縞画像を撮像素子によって光電変換して映像信号を生成し、この映像信号を制御ユニット１０に送出するものであり、制御ユニット１０と電気的に接続されている。
カメラ４の構成としては、干渉縞画像を撮像することができれば、特に限定されない。制御ユニット１０との映像信号の接続方法はコンポジットでもよいし、ＵＳＢでもよい。また、カメラ４は常時撮像する構成としてもよいが、制御ユニット１０から干渉縞画像の取得要求が発生した場合のみ、撮像を行うようにしてもよい。
カメラ４の映像信号は、本実施形態では、制御ユニット１０により必要に応じて画像処理や信号変換を施された映像信号として、制御ユニット１０に電気的に接続されたモニタ１１に転送される。これにより、カメラ４で撮影した映像は、必要に応じてモニタ１１の表示画面１１ａに表示可能になっている。表示画面１１ａには、例えば、干渉計３の光軸Ｏに相当する位置に、十字状の基準線等のマークが表示され、画像と光軸Ｏとの相対位置が目視でも把握できるようになっている。
なお、モニタ１１は、カメラ４の映像信号に基づく映像の他にも、制御ユニット１０の演算処理等によって算出された画像データや数値データ等を表示することができるようになっている。
【００２６】
このような構成により、カメラ４およびモニタ１１は、干渉計３で形成された干渉縞画像を観察する観察部を構成している。
【００２７】
制御ユニット１０は、曲率半径測定機５０の動作全体を制御するもので、制御対象の各部材、例えば、カメラ４、１軸移動機構５、調整ステージ９、干渉計３、モニタ１１と電気的に接続されている。
また、制御ユニット１０には、制御ユニット１０の制御動作に必要な操作入力や数値入力を行うため、例えばキーボード、マウス、操作レバー、操作ボタン等の入力手段からなる操作部１２が接続されている。
制御ユニット１０の機能構成は、図３に示すように、装置制御部１００（校正位置移動制御部、位置補正制御部）、画像処理部１０１（位置ずれ量測定部）、表示制御部１０２、記憶部１０３、駆動制御部１０４、位置ずれ量算出部１０５（位置ずれ量測定部）、位置補正データ算出部１０６（位置補正部）、および曲率半径算出部１０７を備える。
【００２８】
装置制御部１００は、干渉計３、操作部１２、画像処理部１０１、表示制御部１０２、駆動制御部１０４、位置ずれ量算出部１０５、位置補正データ算出部１０６、および曲率半径算出部１０７と電気的に接続され、これらと通信を行うことにより、操作部１２からの操作入力に基づいてこれらの動作を制御するものである。
また、装置制御部１００は、記憶部１０３と電気的に接続され、記憶部１０３に記憶されたデータを適宜読み出すとともに、記憶部１０３に適宜のデータを記憶させることができるようになっている。
【００２９】
また、装置制御部１００は、動作モードとして、マニュアル操作モードと、曲率半径測定モードと、補正モードとを備える。これらの動作モードは、操作部１２からの操作入力によって選択可能になっている。
【００３０】
マニュアル操作モードは、操作部１２からの操作入力に基づいて、その都度、曲率半径測定機５０の各装置部分の動作を制御する動作モードである。本モードでは、例えば、操作部１２から駆動量を入力して１軸移動機構５による測定ステージ７の移動量を操作したり、同じく操作部１２からの操作入力により調整ステージ９による保持台８の位置または姿勢を調整したりすることができる。また、カメラ４で撮像された映像を必要に応じてモニタ１１に表示させたりする動作を行うことができる。また、干渉計３の光源の点灯および消灯の制御や、干渉計３からの測定光束Ｌ１の出射開始および出射停止の制御を行うことができる。
【００３１】
曲率半径測定モードは、曲率半径測定の際に必要な装置動作を自動的に行うための制御を行う動作モードである。本モードでは、装置制御部１００は、例えば、以下のような動作を実現する制御を行う。
すなわち、装置制御部１００は、１軸移動機構５を駆動して、保持台８に保持された被測定体Ｗの被測定面Ｗａを、面頂集光位置の近傍および曲率中心位置の近傍に移動させる。そして、モニタ１１に表示される干渉縞画像に基づいて操作者により行われる、面頂集光位置および曲率中心集光位置への位置合わせが終了すると、それぞれにおける１軸移動機構５および調整ステージ９の各位置情報を駆動制御部１０４に取得させ、それぞれ面頂集光位置情報および曲率中心集光位置情報として記憶部１０３に記憶させる。そして、これら面頂集光位置情報および曲率中心集光位置情報を記憶部１０３から読み出して、後述する曲率半径算出部１０７に送出し、曲率半径算出部１０７に曲率半径を算出する演算処理を実行させる制御を行う。
【００３２】
補正モードは、後述する基準調整工程、位置ずれ測定工程（位置移動工程、位置ずれ算出工程）、および位置補正工程に必要な装置動作を行うための制御を行う動作モードである。
【００３３】
画像処理部１０１は、装置制御部１００の制御信号に基づいて、カメラ４から映像信号を取得して、干渉縞画像の画像データを生成するとともに、この画像データに演算処理を施して、干渉縞画像情報を生成するものである。
画像処理部１０１によって生成された画像データおよび干渉縞画像情報は、記憶部１０３に記憶されるとともに、装置制御部１００の制御信号に応じて、表示制御部１０２に送出される。
【００３４】
ここで、干渉縞画像情報は、干渉縞画像に基づいて生成され、被測定体保持位置を補正するために干渉縞画像間の干渉縞の変化を把握できる情報であれば、特に限定されない。例えば、干渉縞の変化を目視で把握する場合には、干渉縞画像の画像データにノイズ処理等の画像処理を加えただけの画像データや、干渉縞画像の画像データを二値化した画像データなどを採用することができる。
ただし、本実施形態では、干渉縞の変化を定量的かつ自動的に評価するため、干渉縞画像の画像データを画像処理することにより干渉縞画像情報を生成する。具体例としては、例えば、干渉縞画像が円環状である場合には、干渉縞画像を円近似したときの近似円の直径および中心の位置座標を挙げることができる。また、例えば、干渉縞画像が直線状パターンである場合には、干渉縞画像を直線近似したときの直線の方向を挙げることができる。
【００３５】
表示制御部１０２は、画像処理部１０１および装置制御部１００から送出された画像データ、文字データ、および数値データ等を、モニタ１１に表示可能な映像信号、例えばＮＴＳＣ信号等に変換してモニタ１１に送出し、モニタ１１の表示画面１１ａに表示するものである。
【００３６】
記憶部１０３は、画像処理部１０１から送出される画像データおよび干渉縞画像情報と、装置制御部１００から送出されるデータと、後述する位置ずれ量算出部１０５から送出される位置ずれ量とを記憶するものである。
ただし、これらの記憶すべきデータが、後述する基準位置、位置ずれ測定位置等の干渉縞画像の取得位置や、干渉縞画像を取得した校正用光学部材の種類に関連付けられたデータである場合には、取得位置や校正用光学部材の種類に関連付けて記憶する。
【００３７】
駆動制御部１０４は、１軸移動機構５および調整ステージ９と電気的に接続され、装置制御部１００からの制御信号に基づいてそれぞれの駆動制御を行うものである。
また、駆動制御部１０４は、１軸移動機構５および調整ステージ９からそれぞれの駆動部の移動位置の情報を取得し、装置制御部１００に送出できるようになっている。
【００３８】
位置ずれ量算出部１０５は、補正モードにおける装置制御部１００からの制御信号に基づいて、画像処理部１０１によって生成された干渉縞画像情報から、位置ずれ量を算出するものである。
ここで、位置ずれ量とは、被測定体保持位置の、干渉計３の光軸Ｏに対するシフト量およびチルト量の少なくともいずれかを意味する。本実施形態では、位置ずれ算出部１０５は、シフト量およびチルト量の算出が可能である。ただし、後述するように校正用光学部材として球面光学素子と平面光学素子とを用いるため、球面光学素子を用いた場合の干渉縞画像からはシフト量を算出し、平面光学素子を用いた場合の干渉縞画像からはチルト量を算出することになる。
位置ずれ量算出部１０５によって算出された位置ずれ量は、記憶部１０３に送出され、記憶部１０３に記憶される。
【００３９】
位置補正データ算出部１０６は、１軸移動機構５を用いて保持台８を干渉計３に対して相対移動させる際に、位置ずれ算出部１０５によって算出され補正モードにおける装置制御部１００から送出される位置ずれ量に基づいて、被測定体保持位置を補正する位置補正量を算出するものである。このため、位置補正データ算出部１０６は、位置補正量を、位置ずれ算出部１０５で算出（測定）された位置ずれ量に基づいて算出する位置補正部を構成している。
【００４０】
曲率半径算出部１０７は、曲率半径測定モードにおいて、装置制御部１００から送出される制御信号と、面頂集光位置情報および曲率中心集光位置情報とに基づいて曲率半径を算出するものである。
本実施形態では、面頂集光位置情報および曲率中心集光位置情報として、図１に示すように、被測定面Ｗａが面頂集光位置および曲率中心集光位置に位置する際の１軸移動機構５の移動位置Ｈ１、Ｈ２が送出される。このとき、被測定面Ｗａの曲率半径ＲＷは、ＲＷ＝Ｈ２−Ｈ１として算出される。ただし、ＲＷの正負は、それぞれ被測定面Ｗａの凸凹に対応し、本実施形態では負の値である。
【００４１】
制御ユニット１０の装置構成は、本実施形態では、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採用している。そして、上記に説明した各制御機能および各演算機能を、このコンピュータ上で動作する制御プログラムおよび演算プログラムを実行することにより実現している。
【００４２】
次に、曲率半径測定機５０の動作について、被測定体保持位置補正方法における動作を中心に説明する。
図４は、本発明の実施形態に係る曲率半径測定機の被測定体保持位置補正方法のフローチャートである。図５（ａ）は、本発明の実施形態に係る曲率半径測定機の被測定体保持位置補正方法におけるシフト量補正の補正原理を示す模式的な光路図である。図５（ｂ）、（ｃ）は、シフト量補正における干渉縞画像の模式図である。図６は、本発明の実施形態に係る曲率半径測定機の被測定体保持位置補正方法の位置ずれ測定工程のフローチャートである。図７（ａ）は、本発明の実施形態に係る曲率半径測定機の被測定体保持位置補正方法におけるチルト量補正の補正原理を示す模式的な光路図である。図７（ｂ）、（ｃ）は、チルト量補正における干渉縞画像の模式図である。図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）は、本発明の実施形態に係る曲率半径測定機の被測定体保持位置補正方法における干渉縞画像の一例を示す模式的な斜視図である。
【００４３】
本実施形態の被測定体保持位置補正方法は、例えば、工場出荷後に曲率半径測定機５０が受けた外力や１軸移動機構５の可動部の摩耗などにより１軸移動機構５によって移動される被測定体保持位置に位置ずれが発生した場合でも、曲率半径測定機５０の調整ステージ９を用いて、被測定体保持位置の補正を自動的に行えるようにした方法である。
本方法は、必要に応じて、適宜のタイミングで行うことができる。例えば、曲率半径測定の開始前に毎回行ってもよい。また、曲率半径測定機５０に生じる位置ずれの程度に応じて、適宜の間隔をあけて行うことができる。例えば、装置起動時に行うようにしてもよい。また、一定の期間をおいて定期的に行ってもよいし、使用回数が所定回数に達したときに行ってもよい。
【００４４】
本実施形態の被測定体保持位置補正方法は、図４に示すフローにしたがって、ステップＳ１〜Ｓ１５を行う。
本方法のフローは、操作部１２からの操作入力により、装置制御部１００が補正モードに設定されることによって開始される。干渉計３は予め電源が投入されており、装置制御部１００の制御により、測定光束Ｌ１の出射開始および出射停止が制御できるようになっている。
【００４５】
まず、ステップＳ１では、装置制御部１００は、表示制御部１０２に画像データを送出して、モニタ１１の表示画面１１ａにシフト量補正を行うかどうかの操作入力を促す操作画面を表示させる。操作画面が表示されたら、装置制御部１００は操作入力待ちとなる。
操作部１２を通して、シフト量補正を行うとの操作入力がなされると、装置制御部１００の制御はステップＳ２に移行する。シフト量補正を行わないとの操作入力がなされると、装置制御部１００の制御はステップＳ８に移行する。
本実施形態では、シフト量補正、チルト量補正の両方を行う場合の例を説明するが、本ステップおよび後述するステップＳ８を設けて、シフト量補正、チルト量補正の選択を可能にしておくことにより、いずれか一方のみの位置ずれ補正量の更新が必要となった場合に、一方のみの更新が可能となる。
【００４６】
ステップＳ２は、被測定体保持位置に球面光学素子ＣＳを保持するステップ（保持工程）である。
球面光学素子ＣＳは、位置ずれ量としてシフト量を求めるための校正用光学部材であり、曲率半径が既知の球面からなる校正面を有する。
本実施形態で採用している球面光学素子ＣＳは、図５（ａ）に示すように、精度よく形成された曲率半径ＲＳの凹球面からなる校正面ＣＳａを有する平凹レンズである。
校正面ＣＳａの曲率半径は、被測定体Ｗの被測定面Ｗａの曲率半径の設計値ＲＷと異なっていてもよいが、設計値ＲＷと一致していればより好ましい。本実施形態では、一例としてＲＳ＝ＲＷの場合の例で説明する。
【００４７】
本ステップでは、操作者が保持台８の被測定体保持位置に球面光学素子ＣＳを手動で配置し、保持台８の固定機構（図示略）を操作して球面光学素子ＣＳの保持を完了させる。操作者は操作部１２から操作の完了を通知する操作入力を行う。これにより装置制御部１００が本ステップの終了を検知する。
ただし、保持台８の固定機構の固定状態と固定解除状態とが、装置制御部１００によって制御される構成としてもよく、この場合には、装置制御部１００によって、固定機構を固定解除状態としてから、操作者が球面光学素子ＣＳを配置し、装置制御部１００によって固定機構を固定状態とし、固定状態に切り換えられたことを装置制御部１００が検知して、本ステップを終了することも可能である。
【００４８】
次に行うステップＳ３では、基準調整工程を行う。
基準調整工程は、干渉計３と保持台８との相対位置を調整することで、測定光束Ｌ１の集光点Ｑ１３（集光位置）を校正面の面頂に位置合わせして、この相対位置を保持台８の基準位置とし、この基準位置での干渉縞画像を記憶する工程である。
ステップＳ３における基準調整工程では、校正用光学部材として球面光学素子ＣＳを用いた位置合わせを行う。
【００４９】
まず、装置制御部１００は、干渉計３に制御信号を送出して測定光束Ｌ１を出射させるとともに、画像処理部１０１に制御信号を送出して、カメラ４の映像信号を取得させ、映像信号による画像をモニタ１１に表示させる。
また、装置制御部１００は、記憶部１０３に予め記憶された球面光学素子ＣＳの形状情報に基づいて、集光点Ｑ１３に球面光学素子ＣＳの校正面ＣＳａの面頂ＰＳを一致させるための保持台８の移動位置を算出し、保持台８がこの移動位置に１軸移動機構５を駆動する制御信号を駆動制御部１０４に送出する。
この移動終了後、装置制御部１００は、調整ステージ９をマニュアル操作する制御モードに移行し、操作入力待ちとなる。
【００５０】
干渉計３から出射された測定光束Ｌ１は、球面光学素子ＣＳの校正面ＣＳａ上に照射され、校正面ＣＳａからの反射光束Ｌ２が参照レンズ１３に入射する。これにより、参照面１３ａにおける測定光束Ｌ１の光源側への反射光束と、参照面１３ａを透過して光源側に向かう反射光束Ｌ２とが干渉し、光路差に応じた干渉縞がカメラ４に投影される。カメラ４の映像信号は、画像処理部１０１によって、画像データに変換され、表示制御部１０２に送出されてカメラ４に表示可能な映像信号に変換された後、モニタ１１の表示画面１１ａに表示される。
【００５１】
１軸移動機構５の移動精度や１軸移動機構５の干渉計３に対する位置関係が工場出荷時から変化していない場合（以下、「初期状態と同等」の場合と称する）には、校正面ＣＳａの面頂ＰＳが集光点Ｑ１３に一致するため、モニタ１１には干渉縞本数が極小の干渉縞画像が表示される。校正面ＣＳａは高精度に形成された球面であるため、干渉縞は円環状になる。
ただし、１軸移動機構５の移動精度や１軸移動機構５の干渉計３に対する位置関係が工場出荷時から変化している場合（以下、「位置ずれ発生状態」の場合と称する）には、面頂ＰＳが集光点Ｑ１３に対して位置ずれを起こすため、干渉縞本数が多い画像が表示されるか、明確な干渉縞画像が見えない状態になる。
【００５２】
そこで、操作者は、表示画面１１ａの画像を見ながら、操作部１２から適宜操作入力して、調整ステージ９を移動させて、干渉縞画像がはっきり見えるように位置調整する。操作者は、さらに調整ステージ９を微動させ保持台８の位置および姿勢を調整し、干渉縞の縞本数を減らすとともに、干渉縞の中心が光軸Ｏに対応する目標位置に一致するように位置合わせを行う。このようにして、例えば、図５（ｂ）、図８（ａ）に示すような干渉縞画像ＩＫ１が取得され、記憶部１０３に記憶される。
位置合わせが終了すると、操作者は、操作部１２から操作入力して、装置制御部１００に操作入力終了を通知する。
以下では、このステップＳ３における位置合わせ終了時の位置を基準位置Ｋ１と称する。
この基準位置Ｋ１は、球面光学素子ＣＳと被測定体Ｗとの形状が同一の場合には、曲率半径測定における面頂集光位置になっている。
【００５３】
装置制御部１００は、操作入力終了の通知を受信すると、駆動制御部１０４から、１軸移動機構５および調整ステージ９の各移動位置を取得する。
基準位置Ｋ１は、例えば、１軸移動機構５の移動位置であるｈＳ１、調整ステージ９のＸＹＺ軸移動ステージの各軸の移動位置であるＸＳ１、ＹＳ１、ＺＳ１、調整ステージ９の傾斜ステージの移動位置であるθＸＳ１、θＹＳ１の合計６つのパラメータで表される。
本実施形態では、校正面ＣＳａの曲率半径ＲＳが被測定体Ｗの被測定面Ｗａの曲率半径ＲＷと一致しているため、１軸移動機構５の移動位置ｈＳ１は、位置Ｈ１と略同一（同一の場合も含む）になっている。
装置制御部１００は、取得された基準位置Ｋ１の各移動位置を記憶部１０３に記憶させる。
【００５４】
また、装置制御部１００は、画像処理部１０１に制御信号を送出して、取得された干渉縞画像ＩＫ１に基づく干渉縞画像情報ＧＳ１を生成させ、記憶部１０３に記憶させる。
ステップＳ３における干渉縞画像情報ＧＳ１は、干渉縞画像ＩＫ１の干渉縞中心Ｓ１の座標（ｘ１，ｙ１）を採用している。
ｘｙ座標系は、カメラ４の撮像素子の撮像面に設定された２次元座標系であり、カメラ４の撮像倍率に応じて実寸法に換算された値とする。また本実施形態では、ｘｙ座標系のｘ軸、ｙ軸は、それぞれ調整ステージ９のＸＹＺ軸移動ステージのＸ軸、Ｙ軸に対応している。
干渉縞画像ＩＫ１の縞中心は、干渉縞画像ＩＫ１の画像データから干渉縞の近似円を求める。干渉縞画像ＩＫ１の縞が複数存在する場合には、最も中心側の干渉縞を用いて近似円を求める。
近似円の求め方は、特に限定されない。例えば、干渉縞画像ＩＫ１の縞の幅中心の座標を求めて、これらの各点を円にフィッティングするといった手法を採用することができる。
座標（ｘ１，ｙ１）は、理想的には（０，０）であるが、位置ずれ発生状態の場合には、（０，０）とはならない。
以上で、ステップＳ３が終了する。
【００５５】
次にステップＳ４では、装置制御部１００は、カウンタｎをｎ＝０に設定して、カウンタｎを初期化する。
次にステップＳ５では、装置制御部１００は、カウンタｎをｎ＝ｎ＋１として更新する。
【００５６】
次にステップＳ６では、第ｎの位置ずれ測定工程を行う。本工程は、保持台８を、基準位置から予め設定された距離だけ離間した位置ずれ測定位置に相対移動し、位置ずれ測定位置での干渉縞画像を記憶する位置移動工程と、基準位置での干渉縞画像と、位置ずれ測定位置での干渉縞画像と、に基づいて干渉計３の光軸Ｏに対する被測定体保持位置のシフト量またはチルト量からなる位置ずれ量を算出する位置ずれ量算出工程と、を備える。
【００５７】
ステップＳ６における第ｎの位置ずれ測定工程では、校正用光学部材が球面光学素子ＣＳである。また、位置ずれ測定位置は、ｎに対応して位置ずれ測定位置Ｋｎ＋１が設定されている。本実施形態では、ｎ＝１、２に対して、それぞれ位置ずれ測定位置Ｋ２、Ｋ３が設定されている。
位置ずれ測定位置Ｋ２は、図５（ａ）に破線で示すように、球面光学素子ＣＳを被測定体保持位置に保持した場合の曲率中心集光位置に対応する位置であり、基準位置Ｋ１から、光軸Ｏに沿う方向に距離｜ＲＳ｜だけ離間した位置である。すなわち、本実施形態では、１軸移動機構５の移動位置ｈＳ２とすると、ｈＳ２＝ｈＳ１＋ＲＳである。ただし、ＲＳの正負は、それぞれ校正面ＣＳａの凸凹に対応し、本実施形態では負の値である。
また、位置ずれ測定位置Ｋ３は、基準位置Ｋ１と位置ずれ測定位置Ｋ２との中間の一定位置である。このため、位置ずれ測定位置Ｋ３は、１軸移動機構５の移動位置ｈＳ３（ただし、ｈＳ２＜ｈＳ３＜ｈＳ１）で表される。
位置ずれ測定位置Ｋ３は、シフト量補正の補正精度を向上するために設けられている。位置ずれ測定位置Ｋ２のみの測定で、必要な補正精度が得られる場合には、設定しなくてもよい。
このように、位置ずれ測定位置Ｋ２、Ｋ３は、ステップＳ３で設定される基準位置Ｋ１の位置からの所定の移動量によって規定されており、記憶部１０３にはこれらの所定の移動量が記憶されている。
【００５８】
本工程の詳細のフローは、図６のステップＳ２０〜Ｓ２３を順次行う。
まずステップＳ２０では、装置制御部１００は、保持台８を第ｎ番目の位置ずれ測定位置Ｋｎ＋１に相対移動する。
本ステップでは、装置制御部１００は、ｎの値に応じて、位置ずれ測定位置Ｋｎ＋１に対応する１軸移動機構５の移動位置ｈＳ（ｎ＋１）を算出して、駆動制御部１０４に送出し駆動制御部１０４によって１軸移動機構５を駆動させる。
【００５９】
次にステップＳ２１は、干渉縞画像を取得するステップである。
本ステップでは、まず、装置制御部１００は、干渉計３に制御信号を送出して測定光束Ｌ１を出射させるとともに、画像処理部１０１に制御信号を送出して、カメラ４の映像信号を取得させ、画像データとして記憶部１０３に記憶させるとともに、映像信号による画像をモニタ１１に表示させる。
【００６０】
位置ずれ発生状態になり、校正面ＣＳａの光軸が干渉計３の光軸Ｏに対してシフトずれを起こすと、干渉縞画像の変化となって現れる。例えば、ｎ＝１の場合、図５（ａ）に二点鎖線で示すように校正面ＣＳａがシフトずれを起こしていると、図５（ｃ）、図８（ｂ）に示すように、シフト量に応じて、干渉縞中心Ｓ２が光軸Ｏに対してずれた干渉縞画像ＩＫ２が取得される。また、ｎ＝２の場合には、図８（ｂ）に示すように、シフトずれに加えて、面頂集光位置および曲率中心集光位置からも離れているため、シフト量に応じて干渉縞中心Ｓ３が光軸Ｏに対してずれるとともに干渉縞本数の多い干渉縞画像ＩＫ３が取得される。
ただし、初期状態と同等の場合には、ｎ＝１では、校正面ＣＳａが曲率中心集光位置になるため、図５（ｂ）に示すようなＩＫ１と同様に干渉縞の縞本数が極小で、縞中心が光軸Ｏの位置に一致する円環状の干渉縞画像ＩＫ２’が取得される。
以上で、ステップＳ２１が終了する。
【００６１】
次にステップＳ２２は、第ｎの干渉縞画像情報を取得するステップである。
本ステップでは、装置制御部１００は、画像処理部１０１に制御信号を送出して、取得された干渉縞画像ＩＫ（ｎ＋１）に基づく干渉縞画像情報ＧＳ（ｎ＋１）を生成させる。
画像処理部１０１は、干渉縞画像情報ＧＳ（ｎ＋１）をステップＳ３における干渉縞画像情報ＧＳ１と同様にして生成し、記憶部１０３に記憶させる。
例えば、干渉縞画像情報ＧＳ（ｎ＋１）は、縞中心の座標（ｘｎ＋１，ｙｎ＋１）である。
画像処理部１０１は、第ｎの干渉縞画像情報ＧＳ（ｎ＋１）の算出と、記憶部１０３への書き込みの終了後、これらが終了したことを装置制御部１００に通知する。
これによりステップＳ２２が終了する。
【００６２】
次にステップＳ２３は、基準位置での干渉縞画像情報と第ｎの位置ずれ測定位置での干渉縞画像情報とに基づいて干渉計３の光軸Ｏに対するシフト量からなる位置ずれ量を測定するステップである。
本ステップでは、装置制御部１００は、位置ずれ量算出部１０５に制御信号を送出して、位置ずれ量を算出させる。
位置ずれ量算出部１０５は、記憶部１０３に記憶された基準位置Ｋ１での干渉縞画像情報ＧＳ１と、第ｎの位置ずれ測定位置Ｋｎ＋１での干渉縞画像情報ＧＳ（ｎ＋１）とを読み出し、第ｎの位置ずれ測定位置Ｋｎ＋１でのシフト量ΔＳＸｎ、ΔＳＹｎを、（ΔＳＸｎ，ΔＳＹｎ）＝（ｘｎ＋１−ｘ１，ｙｎ＋１−ｙ１）として算出し、記憶部１０３に記憶する。
以上で、ステップＳ２３が終了するとともに、ステップＳ６（図４参照）が終了する。
【００６３】
ステップＳ２０〜Ｓ２２は、位置移動工程を構成し、ステップＳ２３は、位置ずれ量算出工程を構成している。
【００６４】
次に図４に示すステップＳ７では、装置制御部１００が、カウンタｎと位置ずれ測定位置Ｋｎ＋１の個数Ｎとを比較し、ｎがＮより小さい場合には、ステップＳ５に移行する。
また、ｎがＮ以上の場合には、ステップＳ８に移行する。
これにより、ステップＳ５〜Ｓ７が、Ｎ回繰り返される。
【００６５】
ステップＳ８では、装置制御部１００は、表示制御部１０２に画像データを送出して、モニタ１１の表示画面１１ａにチルト量補正を行うかどうかの操作入力を促す操作画面を表示させる。装置制御部１００は操作入力待ちとなる。
操作部１２を通して、チルト量補正を行うとの操作入力がなされると、装置制御部１００の制御はステップＳ９に移行する。チルト量補正を行わないとの操作入力がなされると、装置制御部１００は、ステップＳ１５に移行する。
【００６６】
ステップＳ９は、被測定体保持位置に平面光学素子ＣＴを保持するステップ（保持工程）であり、上記ステップＳ２における球面光学素子ＣＳに代えて平面光学素子ＣＴを用いる他は、上記ステップＳ２と同様のステップである。
平面光学素子ＣＴは、位置ずれ量としてチルト量を求めるため、精度よく形成された平面を校正面として有する校正用光学部材である。
本実施形態で採用している平面光学素子ＣＴは、図７（ａ）に示すように、精度よく形成された平面からなる校正面ＣＳａを有するガラス平板である。また、平面光学素子ＣＴの外径および厚さは、球面光学素子ＣＳの外径およびレンズ厚と同一である。
【００６７】
次のステップＳ１０、Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４は、それぞれ上記ステップＳ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７と同様または略同様のステップである。以下、相違点を中心に説明する。
【００６８】
ステップＳ１０における基準調整工程では、校正用光学部材として平面光学素子ＣＴを用いて基準位置での干渉縞画像を取得して記憶する。本工程では平面からなる校正面ＣＴａに測定光束を照射して干渉縞画像を取得する点がステップＳ３とは異なる。 このため、校正面ＣＴａには、測定光束Ｌ１を平行光束として照射する。また、校正面ＣＴａには、特定の面頂はなく、校正面ＣＴａ上は至るところ面頂である。したがって、参照面２３ａと校正面ＣＴａとの間の離間距離がどのように設定されていても干渉縞画像が観察され、参照面２３ａと校正面ＣＴａとの平行度に応じて、干渉縞の本数が変化する。すなわち、参照面２３ａと校正面ＣＴａとの間の離間距離によらず任意の位置が、面頂集光位置または曲率中心集光位置と同等である。
そこで、本ステップでは、基準位置、位置ずれ測定位置は、チルト量測定に好都合となる位置に適宜に設定することができる。なお、本実施形態では、球面光学素子ＣＳのレンズ厚と、平面光学素子ＣＴの厚さとは同じであるため、基準位置、位置ずれ測定位置は、ステップＳ３における基準位置Ｋ１、位置ずれ測定位置Ｋ２、Ｋ３を採用している。
【００６９】
まず、図７（ａ）に示すように、参照レンズ１３を参照レンズ２３に切り換える。本実施形態では、参照レンズ２３を有する参照レンズユニット３ａに交換する。
参照レンズ２３は、干渉計３の最外の光学面として高精度な平面からなる参照面２３ａを備えており、可干渉光を発生する光源および干渉光学系（いずれも図示略）によって形成された測定光束Ｌ１を、参照面２３ａから平行光束として出射するものである。
【００７０】
次に、上記ステップＳ３と同様に、測定光束Ｌ１を出射して、モニタ１１に干渉縞画像を表示させる。そして、装置制御部１００によって、保持台８を基準位置Ｋ１に移動させる。これにより、測定光束Ｌ１が、校正面ＣＴａと光軸Ｏとの交点である点ＰＴを中心として照射される。
ただし、校正面ＣＴａが完全に光軸Ｏと直交していると、干渉縞が少なくなりすぎ、後述する位置ずれ測定工程の測定基準となる直線状の干渉縞が得られにくい。このため、調整ステージ９によって、点ＰＴを中心に保持台８を、予め設定した初期チルト量だけ傾斜させる。これにより、校正面ＣＴａによる干渉縞画像は、例えば、図７（ｂ）、図８（ｄ）に示すように、初期チルト量に対応して、平行線からなる干渉縞画像ＪＫ１が形成される。
初期チルト量は、明確な干渉縞が得られる適宜値を予め設定しておく。
このような干渉縞画像ＪＫ１が得られたら、駆動制御部１０４から改めて１軸移動機構５、調整ステージ９の各移動位置を取得し、チルト量補正を行うための移動位置の初期値として、記憶部１０３に記憶させる。
【００７１】
また、装置制御部１００は、画像処理部１０１に制御信号を送出して、取得された干渉縞画像ＪＫ１に基づく干渉縞画像情報ＧＴ１を生成させ、記憶部１０３に記憶させる。
ステップＳ１０における干渉縞画像情報ＧＴ１は、干渉縞画像ＪＫ１の縞の方向の情報である。具体的には、例えば、ステップＳ３と同様のｘｙ座標系において、干渉縞を直線近似し、その直線の式から方向ベクトルｋ１＝（ｘｋ１，ｙｋ１）を求める。方向ベクトルｋ１は、任意の１本の干渉縞から求めてもよいし、すべての干渉縞の方向ベクトルの平均値としてもよい。
以上で、ステップＳ１０が終了する。
【００７２】
次に行うステップＳ１１、Ｓ１２は、上記ステップＳ４、Ｓ５と同様の工程である。
【００７３】
次にステップＳ１３では、上記ステップＳ６と略同様にして第ｎの位置ずれ測定工程を行う。
本ステップでは、図６に示すステップＳ３０〜Ｓ３３の各ステップを順次行うが、校正用光学部材は、平面光学素子ＣＴである。また、位置ずれ測定位置Ｋｎ＋１は、ステップＳ６と同様であり、ｎ＝１、２に対して、それぞれ位置ずれ測定位置Ｋ２、Ｋ３が設定されている。
【００７４】
ステップＳ３０、Ｓ３１は、ステップＳ２０、Ｓ２１と同様のステップである。
ただし、ステップＳ３１で取得される干渉縞画像は異なる。
位置ずれ発生状態となって、校正面ＣＴａが干渉計３の光軸Ｏに対してチルトずれを起こすと、干渉縞画像の変化となって現れる。例えば、ｎ＝１の場合に、図７（ａ）に二点鎖線で示すように校正面ＣＴａがチルトずれを起こしていると、図７（ｃ）、図８（ｅ）に示すように、チルト量に応じて、干渉縞の縞方向が変化した干渉縞画像ＪＫ２が取得される。また、ｎ＝２の場合には、図８（ｆ）に示すように、チルト量に応じて、干渉縞の縞方向が変化した干渉縞画像ＪＫ３が取得される。
ただし、初期状態と同等の場合には、図７（ｂ）に示すようなＪＫ１と同様に縞方向の干渉縞画像ＪＫ２’が取得される。
以上で、ステップＳ３１が終了する。
【００７５】
次にステップＳ３２は、上記ステップＳ２２と同様、第ｎの干渉縞画像情報を取得するステップであるが、平面光学素子ＣＴを用いるため、干渉縞画像情報は異なる。
本ステップでは、装置制御部１００は、画像処理部１０１に制御信号を送出して、取得された干渉縞画像ＪＫ（ｎ＋１）に基づく干渉縞画像情報ＧＴ（ｎ＋１）を生成させる。
画像処理部１０１は、干渉縞画像情報ＧＴ（ｎ＋１）をステップＳ１０における干渉縞画像情報ＧＴ１と同様にして生成し、記憶部１０３に記憶させる。
例えば、干渉縞画像情報ＧＴ（ｎ＋１）は、直線近似された縞の方向ベクトルｋｎ＋１＝（ｘｋ（ｎ＋１），ｙｋ（ｎ＋１））である。
画像処理部１０１は、第ｎの干渉縞画像情報ＧＴ（ｎ＋１）の算出と、記憶部１０３への書き込みの終了後、これらが終了したことを装置制御部１００に通知する。
これによりステップＳ３２が終了する。
【００７６】
次にステップＳ３３では、基準位置での干渉縞画像情報と第ｎの位置ずれ測定位置での干渉縞画像情報とに基づいて干渉計３の光軸Ｏに対するチルト量からなる位置ずれ量を測定する。
本ステップでは、装置制御部１００は、位置ずれ量算出部１０５に制御信号を送出して、位置ずれ量を算出させる。
位置ずれ量算出部１０５は、記憶部１０３に記憶された基準位置Ｋ１での干渉縞画像情報ＧＴ１と、第ｎの位置ずれ測定位置Ｋｎ＋１での干渉縞画像情報ＧＴ（ｎ＋１）とを読み出して、方向ベクトルｋ１に対する方向ベクトルｋｎ＋１の回転角θｎ＋１を算出する。そして、回転角θｎ＋１を発生させるチルト量を解析して、調整ステージ９の傾斜ステージのＸ軸回り、Ｙ軸回りの傾斜に対応するチルト量ΔθＸｎ、ΔθＹｎを算出し、記憶部１０３に記憶する。
以上で、ステップＳ３３が終了するとともに、ステップＳ１３（図４参照）が終了する。
【００７７】
次に図４に示すステップＳ１４は、上記ステップＳ７と同様のステップである。
次にステップＳ１５では、位置補正工程を行う。
本工程は、ステップＳ６、Ｓ１３の各位置ずれ測定工程で測定された位置ずれ量に基づいて、保持台８を干渉計３に対して相対移動させる際に、位置ずれ量を補正するための位置補正量を算出する工程である。
【００７８】
本ステップでは、装置制御部１００は、記憶部１０３から、必要なパラメータや算出値を読み出して、位置補正データ算出部１０６に送出する。
そして、位置補正データ算出部１０６では、１軸移動機構５の移動位置ｈを変数とする調整ステージ９の制御パラメータの制御式を設定し、記憶部１０３に記憶させる。
調整ステージ９の制御パラメータは、ＸＹＺ軸移動ステージの各軸の移動位置Ｘ、Ｙ、Ｚ、調整ステージ９の傾斜ステージの移動位置θＸ、θＹである。これらの制御式を、ｆＸ（ｈ）、ｆＹ（ｈ）、ｆＺ（ｈ）、ｇＸ（ｈ）、ｇＹ（ｈ）とすると、次式（１）〜（５）で表すことができる。
【００７９】
Ｘ＝ｆＸ（ｈ） ・・・（１）
Ｙ＝ｆＹ（ｈ） ・・・（２）
Ｚ＝ｆＺ（ｈ） ・・・（３）
θＸ＝ｇＸ（ｈ） ・・・（４）
θＹ＝ｇＹ（ｈ） ・・・（５）
【００８０】
これらの制御式は、基準位置Ｋ１の制御パラメータ、第１の位置ずれ測定位置Ｋ２、第２の位置ずれ測定位置Ｋ３の位置ずれ量を用いて、最小２乗法による曲線や直線に当て嵌めを行ったり、補間演算を行ったりして決定する。ただし、ｆｚ（ｈ）は、次式（６）とする。
【００８１】
ｆｚ（ｈ）＝ＺＳ１ ・・・（６）
【００８２】
制御式の記憶方式は特に限定されない。例えば、関数として求められる場合に、関数に現れる係数を記憶するようにしてもよいし、制御式に基づく制御パラメータの変化表を数値テーブルとして記憶するようにしてもよい。
他の制御式は、例えば、補間演算の一例としては、次式（７ａ）、（７ｂ）、（７ｃ）、（８ａ）、（８ｂ）、（８ｃ）、（９ａ）、（９ｂ）、（９ｃ）、（１０ａ）、（１０ｂ）、（１０ｃ）の条件に基づいて、ｈＳ１〜ｈＳ３、ｈＳ３〜ｈＳ２の区間を線形補間する折れ線関数の例を挙げることができる。
【００８３】
ＸＳ１＝ｆＸ（ｈＳ１） ・・・（７ａ）
ＸＳ１−ΔＳＸ２＝ｆＸ（ｈＳ２） ・・・（７ｂ）
ＸＳ１−ΔＳＸ３＝ｆＸ（ｈＳ３） ・・・（７ｃ）
ＹＳ１＝ｆＹ（ｈＳ１） ・・・（８ａ）
ＹＳ１−ΔＳＹ２＝ｆＹ（ｈＳ２） ・・・（８ｂ）
ＹＳ１−ΔＳＹ３＝ｆＹ（ｈＳ３） ・・・（８ｂ）
θＸＳ１＝ｇＸ（ｈＳ１） ・・・（９ａ）
θＸＳ１−ΔθＸ２＝ｇＸ（ｈＳ２） ・・・（９ｂ）
θＸＳ１−ΔθＸ３＝ｇＸ（ｈＳ３） ・・・（９ｃ）
θＹＳ１＝ｇＹ（ｈＳ１） ・・・（１０ａ）
θＹＳ１−ΔθＹ２＝ｇＹ（ｈＳ２） ・・・（１０ｂ）
θＹＳ１−ΔθＹ３＝ｇＹ（ｈＳ３） ・・・（１０ｂ）
【００８４】
以上で、ステップＳ１５が終了する。
このようにして、本実施形態の被測定体保持位置補正方法が行われると、以後の曲率半径測定モードでは、装置制御部１００は、１軸移動機構５を駆動して保持台８を移動させる場合、移動位置ｈに応じて、上記式（１）〜（５）で決まる制御パラメータによって調整ステージ９を駆動する。
したがって、１軸移動機構５と干渉計３との相対位置が位置ずれ発生状態になっていても、曲率半径測定モードでは、調整ステージ９によって、最近の補正モードにおいて測定されたシフト量およびチルト量が自動的に補正されることになる。このため、被検体保持位置が、曲率半径測定機５０の初期状態と同等の移動精度で移動させることができる。
【００８５】
このように、装置制御部１００は、保持台８の被測定体保持位置に校正面ＣＳａを有する球面光学素子ＣＳまたは校正面ＣＴａを有する平面光学素子ＣＴを保持し、校正面ＣＳａの干渉縞画像ＩＫ１に基づいて、校正面ＣＳａの面頂を測定光束Ｌ１の集光点Ｑ１３に位置合わせされた状態を基準位置Ｋ１として、基準位置Ｋ１から予め設定された距離だけ離間した位置ずれ測定位置Ｋ２、Ｋ３に校正面ＣＳａ、ＣＴａが移動するように、１軸移動機構５を駆動する校正位置移動制御部を構成している。
【００８６】
次に、曲率半径測定機５０による曲率半径測定方法について簡単に説明する。
まず、操作者は、操作部１２から曲率半径測定モードを選択し、例えば、被測定体Ｗの曲率半径等の測定に必要な情報を入力する。
これにより、装置制御部１００の動作モードが曲率半径測定モードに設定される。
操作者は、上記ステップＳ２で球面光学素子ＣＳを保持させたのと同様にして、被測定体Ｗを保持台８の被測定体保持位置に保持させる。そして、操作部１２から曲率半径測定の開始を操作入力する。
装置制御部１００は、記憶部１０３から、被測定体Ｗの形状等の情報を参照して、被測定体Ｗを面頂集光位置に移動するための１軸移動機構５の移動位置Ｈ１を求める。
本実施形態では、Ｈ１＝ｈｓ１であるため、装置制御部１００は、駆動制御部１０４に１軸移動機構５を位置ｈｓ１に移動する制御信号を送出する。このとき、駆動制御部１０４には、記憶部１０３に記憶された上記式（１）〜（５）に基づいて移動位置の情報が送出される。
このため、１軸移動機構５とともに調整ステージ９が駆動され、保持台８は、被測定体Ｗの光軸が光軸Ｏに略整列した状態で移動される。
【００８７】
図１、２に示すように、被測定体Ｗが位置Ｈ１に移動されると、装置制御部１００は、被測定面Ｗａの干渉縞画像を取得し、モニタ１１に表示させる。このとき、被測定面Ｗａは略面頂集光位置に移動しているため、モニタ１１には、干渉縞本数の少ない干渉縞画像が表示される。
装置制御部１００は、調整ステージ９を操作者がマニュアル操作できる状態として、操作入力待ちなる。これにより、操作者が、干渉縞画像を見ながら保持台８の位置を微調整できるようにする。
微調整が終了したら、操作者は操作部１２から調整終了したことを操作入力する。
装置制御部１００は、調整終了時の被測定面Ｗａの位置を、微調整に要した調整ステージ９のＺ軸ステージの移動量も考慮して算出し、記憶部１０３に位置Ｈ１’として記憶する。
【００８８】
次に、装置制御部１００は、駆動制御部１０４に制御信号を送出し、１軸移動機構５の移動位置ｈが、ｈ＝ｈｓ１＋ＲＷとなるように、１軸移動機構５を駆動させる。この移動の際も、調整ステージ９は上記式（１）〜（５）に基づいて制御される。このため、被測定体Ｗは、干渉計３の光軸Ｏ上を平行移動することになる。
移動後、装置制御部１００は、上記と同様に調整ステージ９を操作者がマニュアル操作できる状態として、操作入力待ちなる。これにより、操作者が干渉縞画像を見ながら、調整ステージ９を操作して、被測定面Ｗａを曲率中心集光位置に移動できるようにする。
微調整が終了したら、操作者は操作部１２から調整終了したことを操作入力する。
装置制御部１００は、調整終了時の被測定面Ｗａの位置を、微調整に要した調整ステージ９のＺ軸ステージの移動量も考慮して、算出し、記憶部１０３に位置Ｈ２’として記憶する。
次に、装置制御部１００は、記憶部１０３から位置Ｈ１’、Ｈ２’を読み出し、曲率半径算出部１０７に送出する。
曲率半径算出部１０７は、曲率半径ＲＷを、ＲＷ＝Ｈ２’―Ｈ１’として、算出し、装置制御部１００に送出する。
装置制御部１００は、送出された曲率半径ＲＷを記憶部１０３に記憶するとともに、表示制御部１０２に測定結果の数値データとして送出し、表示制御部１０２によってモニタ１１に表示させる。
以上で、被測定体Ｗの曲率半径測定が終了する。
【００８９】
このように、装置制御部１００は、保持台８を干渉計３に対して相対移動させて被測定面Ｗａの曲率半径の測定を行う際に、位置補正量に基づいて、調整ステージ９を駆動して、保持台８の位置補正を行う位置補正制御部を構成している。
【００９０】
以上に説明したように、曲率半径測定機５０を用いた曲率半径測定では、位置ずれ補正された状態で、保持台８が駆動されるため、経時変化によって曲率半径測定機５０が位置ずれ発生状態になっても、被測定面Ｗａが面頂集光位置、曲率中心集光位置のごく近くに移動させることができる。
このため、被測定面Ｗａを被測定体Ｗごとの面頂集光位置、曲率中心集光位置に微調整する際の移動量が少なくて済むため、迅速に測定を行うことができる。
特に、本実施形態では、補正モードによって、被測定体Ｗの面頂集光位置および曲率中心集光位置と同一の位置で位置ずれ量を測定するため、より正確な移動が可能となる。
【００９１】
また、本実施形態によれば、被測定体Ｗの面頂集光位置および曲率中心集光位置と異なる第２の位置ずれ測定位置Ｋ３においても位置ずれ量を求めている。このため、曲率半径測定機５０で曲率半径が異なる被測定面Ｗａ’を有する被測定体Ｗ’を混合して測定する場合に、第２の位置ずれ測定位置Ｋ３を、被測定面Ｗａ’の曲率中心集光位置に設定しておけば、被測定体Ｗ’の測定時にも被測定体Ｗと同程度に正確な補正を行うことができるため好ましい。
【００９２】
なお、上記の説明では、曲率半径測定機５０が、シフト量補正とチルト量補正との両方の補正を行う場合の例で説明したが、いずれか一方の補正ができるようにした装置構成としてもよい。
【００９３】
また、上記の説明では、位置ずれ測定工程は、位置ずれ量を位置ずれ量算出部１０５によって自動的に算出する場合の例で説明したが、モニタ１１に測定用カーソルを表示しておき、操作者が測定用カーソルをモニタ１１に表示された干渉縞画像の縞中心や縞の傾きに合わせて位置取得を指示することにより、縞中心の位置や縞の傾きを測定できるようにしてもよい。
この場合、例えば、干渉縞画像にノイズがのっていて、画像処理の誤差が出やすい場合に、操作者の目視判断を優先して、測定を行うことが可能になる。
【００９４】
また、上記の説明では、第２の位置ずれ測定位置が、基準位置と第１の位置ずれ測定位置の中間である場合の例で説明したが、第２の位置ずれ測定位置は、これらの位置の中間には限定されない。
【００９５】
また、上記の実施形態に説明したすべての構成要素は、本発明の技術的思想の範囲で適宜組み合わせを代えたり、削除したりして実施することができる。
【符号の説明】
【００９６】
３ 干渉計
４ カメラ（観察部）
５ １軸移動機構（相対移動機構）
８ 保持台
８ａ 保持面
９ 調整ステージ
１０ 制御ユニット
１１ モニタ（観察部）
１３ 参照レンズ
１３ａ 参照面
５０ 曲率半径測定機
１００ 装置制御部（校正位置移動制御部、位置補正制御部）
１０１ 画像処理部（位置ずれ量測定部）
１０２ 表示制御部
１０３ 記憶部
１０４ 駆動制御部
１０５ 位置ずれ量算出部（位置ずれ量測定部）
１０６ 位置補正データ算出部（位置補正部）
１０７ 曲率半径算出部
ＣＳ 球面光学素子（校正用光学部材）
ＣＴ 平面光学素子（校正用光学部材）
ＣＳａ、ＣＴａ 校正面
Ｈ１、Ｈ２、ｈ、ｈＳ１、ｈＳ２ 移動位置
ＩＫ１、ＩＫ２、ＩＫ３、ＪＫ１、ＪＫ２、ＪＫ３ 干渉縞画像
Ｋ１ 基準位置
Ｋ２、Ｋ３ 位置ずれ測定位置
Ｌ１ 測定光束
Ｌ２ 反射光束
Ｏ 光軸
ＰＳ、ＰＷ 面頂
Ｑ１３ 集光点（集光位置）
ＱＷ 曲率中心
ＲＳ、ＲＷ 曲率半径
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３ 干渉縞中心
Ｗ 被測定体
Ｗａ 被測定面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、曲率半径測定機の被測定体保持位置補正方法および曲率半径測定機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、レンズ、ミラー、平行平板、プリズム等の光学素子の曲率半径を測定する場合に、干渉計を用いて測定を行う曲率半径測定機が知られている。
この曲率半径測定機は、干渉計の光軸上において、干渉計と被測定体とを光軸に沿う方向に相対移動可能に保持し、干渉計から出射される測定光が被測定体の面頂と、曲率中心とにそれぞれ集光される２位置を測定し、この２位置間の移動距離から曲率半径を求める。このとき、被測定体を保持する保持台の被測定体保持位置が、干渉計の光軸に対して正確に調整されていないと、測定誤差の原因になったり、測定効率が低下したりするため、曲率半径測定機では、被測定体を保持する保持台が相対移動する際に、被測定体の光軸が干渉計の光軸と整列して移動できるように保持台や相対移動機構が調整されている。
しかし、経時的には、例えば、保持台や相対移動機構が種々の外力を受けたり、摩耗したりして、相対移動時の被測定体保持位置の位置ずれが生じるおそれがある。
干渉縞画像に基づいて、光軸ずれを高精度に測定しうる技術として、特許文献１には、干渉計で測定した面形状の横座標を高精度に校正可能であって、多種多様な被検物にも容易に適用可能な干渉測定装置が記載されている。特許文献１の干渉測定装置では、校正用光学部材と被検面の面形状データを取得し、既知の校正用光学部材の面形状データをフィッティングすることにより、被検面の面形状データを校正基準座標系で表すための校正情報を得るようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１３３０５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら上記のような従来の技術には以下のような問題があった。
従来の曲率半径測定では、被測定体保持位置の位置ずれを検知したり再調整したりする手段を有しないため、測定精度を維持するには、被測定体保持位置の調整状態を定期的に検査し、必要に応じて部品交換や再調整等のメンテナンスを行う必要がある。測定精度を安定して維持するためには、頻繁に検査を行う必要がある。また、メンテナンスを行う間は、曲率半径測定が行えなくなるため、装置の稼働率が低下するという問題がある。
例えば、特許文献１に記載の技術を用いて、被測定体ごとに干渉縞画像から面形状の横座標を測定して光軸ずれを算出し、調整ステージなどにより被測定体保持位置を調整してから、曲率半径測定を行うことも考えられるが、干渉縞画像から得られる面形状データを演算処理して面形状の横座標を計算するため、データ量の大きな演算が必要となり、この演算時間が加算されるため、１つの被測定体当たりの測定時間が増大してしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、曲率半径測定機に発生する被測定体保持位置のずれを精度よく迅速に補正することができる曲率半径測定機の被測定体保持位置補正方法および曲率半径測定機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、請求項１に記載の発明では、被測定体の被測定面に向けて出射された測定光束と、該測定光束による前記被測定面での反射光束と、を干渉計で干渉させることで形成される干渉縞画像に基づいて前記被測定面の曲率半径を測定する曲率半径測定機の被測定体保持位置補正方法であって、前記被測定体を被測定体保持位置に保持する保持台に、校正面を有する校正用光学部材を保持させる保持工程と、前記干渉計と前記保持台との相対位置を調整することで、前記測定光束の集光位置を前記校正面の面頂に位置合わせして、この相対位置を前記保持台の基準位置とし、該基準位置での干渉縞画像を記憶する基準調整工程と、前記保持台を、前記基準位置から予め設定された位置ずれ測定位置に相対移動し、前記位置ずれ測定位置での干渉縞画像を記憶する位置移動工程と、前記基準位置での干渉縞画像と、前記位置ずれ測定位置での干渉縞画像と、に基づいて前記干渉計の光軸に対する前記被測定体保持位置のシフト量またはチルト量からなる位置ずれ量を算出する位置ずれ量算出工程と、前記位置ずれ量に基づいて、前記被測定体保持位置を前記干渉計に対して相対移動させる際に前記位置ずれ量を補正するための位置補正量を算出する位置補正工程と、を備える方法とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の曲率半径測定機の被測定体保持位置補正方法において、前記校正用光学部材として前記校正面が球面である球面光学素子を用いる場合に、前記位置ずれ測定位置は、前記測定光束の集光位置が前記校正面の曲率中心に一致する位置を含む方法とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の曲率半径測定機の被測定体保持位置補正方法において、前記基準調整工程、前記位置移動工程、および前記位置ずれ量算出工程は、前記校正用光学部材として前記校正面が球面である球面光学素子を用いる、第１の基準調整工程、第１の位置移動工程、および第１の位置ずれ量算出工程、と、前記校正用光学部材として前記校正面が平面である平面光学素子を用いる、第２の基準調整工程、第２の位置移動工程、および第２の位置ずれ量算出工程、と、を備え、前記第１の位置ずれ量算出工程では、前記シフト量を算出し、前記第２の位置ずれ量算出工程では、前記チルト量を算出し、前記位置補正工程では、前記シフト量および前記チルト量を補正するための位置補正量を算出する方法とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明では、曲率半径測定機において、被測定体を被測定体保持位置に保持する保持台と、前記被測定体の被測定面に向けて出射する測定光束と、該測定光束による前記被測定面での反射光束と、を干渉させて干渉縞画像を形成する干渉計と、該干渉計と前記保持台とを相対移動させて、前記干渉計に対する前記保持台の距離を変化させる相対移動機構と、前記保持台における前記被測定体保持位置の前記干渉計の光軸に対するシフト量およびチルト量の少なくともいずれかを調整する調整ステージと、前記被測定体保持位置に校正面を有する校正用光学部材を保持し、前記校正面の干渉縞画像に基づいて、前記測定光束の集光位置に前記校正面の面頂が位置合わせされた際の前記保持台の前記干渉計に対する相対位置である基準位置から予め設定された位置ずれ測定位置に前記校正面を移動させる校正位置移動制御部と、前記基準位置での干渉縞画像と、前記位置ずれ測定位置での干渉縞画像と、に基づいて、前記干渉計の光軸に対する前記被測定体保持位置のシフト量またはチルト量からなる位置ずれ量を算出する位置ずれ量算出部と、前記位置ずれ量に基づいて、前記保持台を前記干渉計に対して相対移動させる際に前記位置ずれ量を補正するための位置補正量を算出する位置補正部と、前記保持台を前記干渉計に対して相対移動させて前記被測定面の曲率半径の測定を行う際に、前記位置補正量に基づいて、前記調整ステージを駆動して、前記保持台の位置補正を行う位置補正制御部と、を備える構成とする。
【００１０】
請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の曲率半径測定機において、前記基準位置での干渉縞画像と、前記位置ずれ測定位置での干渉縞画像と、に画像処理を施して、それぞれ干渉縞画像情報を生成する画像処理部を備え、前記位置ずれ量算出部は、前記画像処理部によって生成された前記それぞれの干渉縞画像情報から、前記位置ずれ量を算出する構成とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の曲率半径測定機の被測定体保持位置補正方法および曲率半径測定機によれば、保持台の被測定体保持位置に保持した校正用光学部材の校正面の面頂を干渉計の測定光束の集光位置に位置合わせした状態を基準位置として、この基準位置から予め設定された距離だけ離間した位置ずれ測定位置で干渉縞画像を取得し、基準位置の干渉縞画像と位置ずれ測定位置での干渉縞画像とに基づいて位置ずれ量を測定し、この位置ずれ量を補正する位置補正を行うことができるため、曲率半径測定機に発生する被測定体保持位置のずれを精度よく迅速に補正することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る曲率半径測定機の概略構成を示す模式的な斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る曲率半径測定機の測定原理を説明する模式的な光路図である。
【図３】本発明の実施形態に係る曲率半径測定機の制御ユニットの機能構成を示す機能ブロック図である。
【図４】本発明の実施形態に係る曲率半径測定機の被測定体保持位置補正方法のフローチャートである。
【図５】本発明の実施形態に係る曲率半径測定機の被測定体保持位置補正方法におけるシフト量補正の補正原理を示す模式的な光路図、および干渉縞画像の模式図である。
【図６】本発明の実施形態に係る曲率半径測定機の位置ずれ測定工程のフローチャートである。
【図７】本発明の実施形態に係る曲率半径測定機の被測定体保持位置補正方法におけるチルト量補正の補正原理を示す模式的な光路図、および干渉縞画像の模式図である。
【図８】本発明の実施形態に係る曲率半径測定機の被測定体保持位置補正方法における干渉縞画像の一例を示す模式的な斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
図１は、本発明の実施形態に係る曲率半径測定機の概略構成を示す模式的な斜視図である。図２は、本発明の実施形態に係る曲率半径測定機の測定原理を説明する模式的な光路図である。図３は、本発明の実施形態に係る曲率半径測定機の制御ユニットの機能構成を示す機能ブロック図である。
【００１４】
まず、本発明の実施形態の曲率半径測定機について説明する。
図１に示すように、本実施形態の曲率半径測定機５０は、干渉計３から被測定体Ｗの被測定面Ｗａに向けて出射された測定光束Ｌ１と、測定光束Ｌ１による被測定面Ｗａでの反射光束Ｌ２とを干渉計３で干渉させ、その干渉縞画像を観察しながら被測定体Ｗを干渉計３の光軸Ｏ上で移動して、測定光束Ｌ１の集光位置が被測定面Ｗａの面頂と曲率中心とにそれぞれ一致する面頂集光位置と曲率中心集光位置との２位置を求め、これら２位置間の移動距離によって被測定面Ｗａの曲率半径を測定する装置である。
なお、本実施形態では、一例として、干渉計３の位置を固定し、干渉計３に対して被測定体Ｗを鉛直軸に沿って移動させる場合の例で説明する。ただし、相対移動方向は、鉛直軸方向には限定されない。また、被測定体Ｗの位置を固定し、被測定体Ｗに対して干渉計３を移動させる構成としてもよく、被測定体Ｗおよび干渉計３の両方を移動させる構成としてもよい。
【００１５】
被測定体Ｗは、干渉計３による干渉縞観察が可能な被測定面Ｗａを有する適宜の部材を採用することができる。被測定面Ｗａの曲率半径の設計値はＲＷであるとして説明する。
被測定体Ｗの例としては、例えば、レンズ、反射ミラー等の光学素子を挙げることができる。
以下の説明では、被測定体Ｗの具体例として、図２に示すように、被測定面Ｗａとして凹球面を有する平凹レンズの例で説明するが、被測定面Ｗａは凸球面であってもよい。
【００１６】
曲率半径測定機５０の概略構成は、図１に示すように、ベース１、架台２、１軸移動機構５（相対移動機構）、ガイド支柱６、測定ステージ７、保持台８、調整ステージ９、干渉計３、カメラ４（観察部）、モニタ１１（観察部）および制御ユニット１０を備える。
【００１７】
ベース１は装置の基台であり、ベース１上には干渉計３を固定する部材である架台２が図示略の支持部材によって支持されている
ベース１と架台２との間には、被測定体Ｗを干渉計３に対して相対移動するため、鉛直軸に沿う方向に１軸移動機構５とガイド支柱６とが設けられている。
【００１８】
１軸移動機構５は、制御ユニット１０に電気的に接続され、制御ユニット１０からの制御信号に基づいて、測定ステージ７を鉛直軸に沿う方向に平行移動する移動機構である。１軸移動機構５としては、例えば、送りねじと駆動モータとからなる構成や、リニアモータなどを採用することができる。
１軸移動機構５には、例えばエンコーダ等の位置検出器が内蔵されており、制御ユニット１０からの要求に応じて、１軸移動機構５の位置基準からの移動位置の情報を制御ユニット１０に送出できるようになっている。
ガイド支柱６は、測定ステージ７の移動を案内する軸状部材であり、測定ステージ７と摺動可能に嵌合されている。
【００１９】
測定ステージ７は、１軸移動機構５によって鉛直軸に沿って平行移動されることにより被測定体Ｗを移動する部材であり、上面側に被測定体Ｗを保持する保持台８を備えている。
保持台８は、被測定体Ｗの被測定面Ｗａを鉛直上方に向けて保持面８ａ上に載置し、例えばチャック機構等による被測定体Ｗの水平方向の位置を固定する固定機構（図示略）を備えている。これにより保持台８は、被測定体Ｗを保持面８ａ上の一定位置である被測定体保持位置に保持できるようになっている。
【００２０】
測定ステージ７と保持台８との間には、測定ステージ７に対して保持台８の位置、姿勢を調整する調整ステージ９が設けられている。
調整ステージ９の構成は、少なくとも水平方向の位置と、鉛直軸に対する傾斜を調整できればよいが、本実施形態では、水平方向の互いに直交する２軸であるＸ軸、Ｙ軸方向および鉛直軸方向であるＺ軸方向の位置を調整するＸＹＺ軸移動ステージと、Ｘ軸回りおよびＹ軸回りの傾きを調整する傾斜ステージとからなる５軸の調整が可能な構成を備える。
また、調整ステージ９は、制御ユニット１０に電気的に接続され、制御ユニット１０からの制御信号によって各軸の駆動量が制御されるようになっている。調整ステージ９の駆動量は、ミクロンオーダーの微動が可能である。
また、調整ステージ９の駆動機構には、例えばエンコーダ等の位置検出器が内蔵されており、制御ユニット１０からの要求に応じて、調整ステージ９の位置基準からの移動位置の情報を制御ユニット１０に送出できるようになっている。ここで、移動位置の情報とは、ＸＹＺ軸移動ステージの場合には、各軸における移動位置を意味し、傾斜ステージの場合には、傾斜方向を含む各軸回りの傾斜角を意味する。
【００２１】
干渉計３は、可干渉光を用いて、被測定面Ｗａの干渉縞画像を取得するもので、図２に示すように、架台２から下端側に突出した先端部に、干渉計３の光軸Ｏと同軸に設けられた参照レンズ１３を収容する参照レンズユニット３ａを備えている。
また、干渉計３は、測定ステージ７上の保持台８と対向する鉛直上方位置において架台２に対して、光軸Ｏが鉛直軸に沿う姿勢に配置されて固定されている。
参照レンズ１３は、干渉計３の最外の光学面として高精度な球面からなる参照面１３ａを備えており、可干渉光を発生する光源および干渉光学系（いずれも図示略）によって形成された測定光束Ｌ１を、参照面１３ａの曲率中心に一致する干渉計３の外部の集光点Ｑ１３に集光するものである。
なお、本実施形態における参照レンズユニット３ａとしては、被測定面が平面からなる場合に干渉縞画像を取得するため、参照レンズ１３に代えて、平面の参照面を有する参照レンズ２３（図７（ａ）参照）を設けたものも用意され、参照レンズ１３を設けた参照レンズユニット３ａと交換できるようになっている。ただし、参照レンズユニット３ａは、参照レンズ１３、２３をともに備え、レボルバ機構等の移動機構によって光軸Ｏ上に位置する参照レンズ１３、２３を選択的に切り換えることができる構成としてもよい。
干渉計３のその他の詳細構成は、適宜の周知構成を採用することができる。例えば、フィゾー型干渉計を好適に採用することができる。
【００２２】
干渉計３内で形成された測定光束Ｌ１は、干渉計３の参照面１３ａにおいて、干渉計３の外部に透過する成分と、光源側に反射する成分とに分割され、参照面１３ａの外部には、集光点Ｑ１３に集光する測定光束Ｌ１が光軸Ｏに沿って出射される。外部に出射されたこの測定光束Ｌ１が被測定面Ｗａで反射すると、反射光束Ｌ２として、参照レンズ１３に再入射し、参照レンズ１３によって集光される。この結果、参照面１３ａにおいて光源側に反射される測定光束Ｌ１の成分と光源側に向かって参照面１３ａを透過する反射光束Ｌ２の成分とにより、互いの光路差に応じた干渉が起こる。
この干渉縞画像は、被測定面Ｗａの面頂ＰＷと、集光点Ｑ１３とが一致する相対位置（図２の実線参照。以下、面頂集光位置と称する）と、被測定面Ｗａの曲率中心ＱＷと集光点Ｑ１３とが一致する相対位置（図２の破線参照。以下、曲率中心集光位置と称する）とのそれぞれにおいて、参照面１３ａ上の各位置での光路差が極小となるため、干渉縞の縞本数が極小値をとる。
【００２３】
また、干渉計３は、本実施形態では、制御ユニット１０と電気的に接続され、制御ユニット１０によって、図示略の光源の点灯および消灯の制御と、図示略のシャッタを開閉することにより測定光束Ｌ１の出射および出射停止とを制御できるようになっている。
【００２４】
このような構成により、１軸移動機構５は、干渉計３と保持台８とを相対移動させて、干渉計３に対する保持台８の距離を変化させる相対移動機構を構成している。
また、調整ステージ９は、保持台８における被測定体保持位置の干渉計３の光軸Ｏに対するシフト量およびチルト量の少なくともいずれかを調整することができるようになっている。ここでシフト量とは、光軸Ｏに直交する方向における光軸Ｏに対する被測定体保持位置の中心の変位量であり、チルト量とは、光軸Ｏに直交する平面に対する被測定体保持位置の保持面の角度変位量である。以下ではシフト量を発生させる位置ずれをシフトずれ、チルト量を発生させる位置ずれをチルトずれと称する。
【００２５】
カメラ４は、干渉計３によって形成された干渉縞画像を撮像素子によって光電変換して映像信号を生成し、この映像信号を制御ユニット１０に送出するものであり、制御ユニット１０と電気的に接続されている。
カメラ４の構成としては、干渉縞画像を撮像することができれば、特に限定されない。制御ユニット１０との映像信号の接続方法はコンポジットでもよいし、ＵＳＢでもよい。また、カメラ４は常時撮像する構成としてもよいが、制御ユニット１０から干渉縞画像の取得要求が発生した場合のみ、撮像を行うようにしてもよい。
カメラ４の映像信号は、本実施形態では、制御ユニット１０により必要に応じて画像処理や信号変換を施された映像信号として、制御ユニット１０に電気的に接続されたモニタ１１に転送される。これにより、カメラ４で撮影した映像は、必要に応じてモニタ１１の表示画面１１ａに表示可能になっている。表示画面１１ａには、例えば、干渉計３の光軸Ｏに相当する位置に、十字状の基準線等のマークが表示され、画像と光軸Ｏとの相対位置が目視でも把握できるようになっている。
なお、モニタ１１は、カメラ４の映像信号に基づく映像の他にも、制御ユニット１０の演算処理等によって算出された画像データや数値データ等を表示することができるようになっている。
【００２６】
このような構成により、カメラ４およびモニタ１１は、干渉計３で形成された干渉縞画像を観察する観察部を構成している。
【００２７】
制御ユニット１０は、曲率半径測定機５０の動作全体を制御するもので、制御対象の各部材、例えば、カメラ４、１軸移動機構５、調整ステージ９、干渉計３、モニタ１１と電気的に接続されている。
また、制御ユニット１０には、制御ユニット１０の制御動作に必要な操作入力や数値入力を行うため、例えばキーボード、マウス、操作レバー、操作ボタン等の入力手段からなる操作部１２が接続されている。
制御ユニット１０の機能構成は、図３に示すように、装置制御部１００（校正位置移動制御部、位置補正制御部）、画像処理部１０１（位置ずれ量測定部）、表示制御部１０２、記憶部１０３、駆動制御部１０４、位置ずれ量算出部１０５（位置ずれ量測定部）、位置補正データ算出部１０６（位置補正部）、および曲率半径算出部１０７を備える。
【００２８】
装置制御部１００は、干渉計３、操作部１２、画像処理部１０１、表示制御部１０２、駆動制御部１０４、位置ずれ量算出部１０５、位置補正データ算出部１０６、および曲率半径算出部１０７と電気的に接続され、これらと通信を行うことにより、操作部１２からの操作入力に基づいてこれらの動作を制御するものである。
また、装置制御部１００は、記憶部１０３と電気的に接続され、記憶部１０３に記憶されたデータを適宜読み出すとともに、記憶部１０３に適宜のデータを記憶させることができるようになっている。
【００２９】
また、装置制御部１００は、動作モードとして、マニュアル操作モードと、曲率半径測定モードと、補正モードとを備える。これらの動作モードは、操作部１２からの操作入力によって選択可能になっている。
【００３０】
マニュアル操作モードは、操作部１２からの操作入力に基づいて、その都度、曲率半径測定機５０の各装置部分の動作を制御する動作モードである。本モードでは、例えば、操作部１２から駆動量を入力して１軸移動機構５による測定ステージ７の移動量を操作したり、同じく操作部１２からの操作入力により調整ステージ９による保持台８の位置または姿勢を調整したりすることができる。また、カメラ４で撮像された映像を必要に応じてモニタ１１に表示させたりする動作を行うことができる。また、干渉計３の光源の点灯および消灯の制御や、干渉計３からの測定光束Ｌ１の出射開始および出射停止の制御を行うことができる。
【００３１】
曲率半径測定モードは、曲率半径測定の際に必要な装置動作を自動的に行うための制御を行う動作モードである。本モードでは、装置制御部１００は、例えば、以下のような動作を実現する制御を行う。
すなわち、装置制御部１００は、１軸移動機構５を駆動して、保持台８に保持された被測定体Ｗの被測定面Ｗａを、面頂集光位置の近傍および曲率中心位置の近傍に移動させる。そして、モニタ１１に表示される干渉縞画像に基づいて操作者により行われる、面頂集光位置および曲率中心集光位置への位置合わせが終了すると、それぞれにおける１軸移動機構５および調整ステージ９の各位置情報を駆動制御部１０４に取得させ、それぞれ面頂集光位置情報および曲率中心集光位置情報として記憶部１０３に記憶させる。そして、これら面頂集光位置情報および曲率中心集光位置情報を記憶部１０３から読み出して、後述する曲率半径算出部１０７に送出し、曲率半径算出部１０７に曲率半径を算出する演算処理を実行させる制御を行う。
【００３２】
補正モードは、後述する基準調整工程、位置ずれ測定工程（位置移動工程、位置ずれ算出工程）、および位置補正工程に必要な装置動作を行うための制御を行う動作モードである。
【００３３】
画像処理部１０１は、装置制御部１００の制御信号に基づいて、カメラ４から映像信号を取得して、干渉縞画像の画像データを生成するとともに、この画像データに演算処理を施して、干渉縞画像情報を生成するものである。
画像処理部１０１によって生成された画像データおよび干渉縞画像情報は、記憶部１０３に記憶されるとともに、装置制御部１００の制御信号に応じて、表示制御部１０２に送出される。
【００３４】
ここで、干渉縞画像情報は、干渉縞画像に基づいて生成され、被測定体保持位置を補正するために干渉縞画像間の干渉縞の変化を把握できる情報であれば、特に限定されない。例えば、干渉縞の変化を目視で把握する場合には、干渉縞画像の画像データにノイズ処理等の画像処理を加えただけの画像データや、干渉縞画像の画像データを二値化した画像データなどを採用することができる。
ただし、本実施形態では、干渉縞の変化を定量的かつ自動的に評価するため、干渉縞画像の画像データを画像処理することにより干渉縞画像情報を生成する。具体例としては、例えば、干渉縞画像が円環状である場合には、干渉縞画像を円近似したときの近似円の直径および中心の位置座標を挙げることができる。また、例えば、干渉縞画像が直線状パターンである場合には、干渉縞画像を直線近似したときの直線の方向を挙げることができる。
【００３５】
表示制御部１０２は、画像処理部１０１および装置制御部１００から送出された画像データ、文字データ、および数値データ等を、モニタ１１に表示可能な映像信号、例えばＮＴＳＣ信号等に変換してモニタ１１に送出し、モニタ１１の表示画面１１ａに表示するものである。
【００３６】
記憶部１０３は、画像処理部１０１から送出される画像データおよび干渉縞画像情報と、装置制御部１００から送出されるデータと、後述する位置ずれ量算出部１０５から送出される位置ずれ量とを記憶するものである。
ただし、これらの記憶すべきデータが、後述する基準位置、位置ずれ測定位置等の干渉縞画像の取得位置や、干渉縞画像を取得した校正用光学部材の種類に関連付けられたデータである場合には、取得位置や校正用光学部材の種類に関連付けて記憶する。
【００３７】
駆動制御部１０４は、１軸移動機構５および調整ステージ９と電気的に接続され、装置制御部１００からの制御信号に基づいてそれぞれの駆動制御を行うものである。
また、駆動制御部１０４は、１軸移動機構５および調整ステージ９からそれぞれの駆動部の移動位置の情報を取得し、装置制御部１００に送出できるようになっている。
【００３８】
位置ずれ量算出部１０５は、補正モードにおける装置制御部１００からの制御信号に基づいて、画像処理部１０１によって生成された干渉縞画像情報から、位置ずれ量を算出するものである。
ここで、位置ずれ量とは、被測定体保持位置の、干渉計３の光軸Ｏに対するシフト量およびチルト量の少なくともいずれかを意味する。本実施形態では、位置ずれ算出部１０５は、シフト量およびチルト量の算出が可能である。ただし、後述するように校正用光学部材として球面光学素子と平面光学素子とを用いるため、球面光学素子を用いた場合の干渉縞画像からはシフト量を算出し、平面光学素子を用いた場合の干渉縞画像からはチルト量を算出することになる。
位置ずれ量算出部１０５によって算出された位置ずれ量は、記憶部１０３に送出され、記憶部１０３に記憶される。
【００３９】
位置補正データ算出部１０６は、１軸移動機構５を用いて保持台８を干渉計３に対して相対移動させる際に、位置ずれ算出部１０５によって算出され補正モードにおける装置制御部１００から送出される位置ずれ量に基づいて、被測定体保持位置を補正する位置補正量を算出するものである。このため、位置補正データ算出部１０６は、位置補正量を、位置ずれ算出部１０５で算出（測定）された位置ずれ量に基づいて算出する位置補正部を構成している。
【００４０】
曲率半径算出部１０７は、曲率半径測定モードにおいて、装置制御部１００から送出される制御信号と、面頂集光位置情報および曲率中心集光位置情報とに基づいて曲率半径を算出するものである。
本実施形態では、面頂集光位置情報および曲率中心集光位置情報として、図１に示すように、被測定面Ｗａが面頂集光位置および曲率中心集光位置に位置する際の１軸移動機構５の移動位置Ｈ１、Ｈ２が送出される。このとき、被測定面Ｗａの曲率半径ＲＷは、ＲＷ＝Ｈ２−Ｈ１として算出される。ただし、ＲＷの正負は、それぞれ被測定面Ｗａの凸凹に対応し、本実施形態では負の値である。
【００４１】
制御ユニット１０の装置構成は、本実施形態では、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採用している。そして、上記に説明した各制御機能および各演算機能を、このコンピュータ上で動作する制御プログラムおよび演算プログラムを実行することにより実現している。
【００４２】
次に、曲率半径測定機５０の動作について、被測定体保持位置補正方法における動作を中心に説明する。
図４は、本発明の実施形態に係る曲率半径測定機の被測定体保持位置補正方法のフローチャートである。図５（ａ）は、本発明の実施形態に係る曲率半径測定機の被測定体保持位置補正方法におけるシフト量補正の補正原理を示す模式的な光路図である。図５（ｂ）、（ｃ）は、シフト量補正における干渉縞画像の模式図である。図６は、本発明の実施形態に係る曲率半径測定機の被測定体保持位置補正方法の位置ずれ測定工程のフローチャートである。図７（ａ）は、本発明の実施形態に係る曲率半径測定機の被測定体保持位置補正方法におけるチルト量補正の補正原理を示す模式的な光路図である。図７（ｂ）、（ｃ）は、チルト量補正における干渉縞画像の模式図である。図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）は、本発明の実施形態に係る曲率半径測定機の被測定体保持位置補正方法における干渉縞画像の一例を示す模式的な斜視図である。
【００４３】
本実施形態の被測定体保持位置補正方法は、例えば、工場出荷後に曲率半径測定機５０が受けた外力や１軸移動機構５の可動部の摩耗などにより１軸移動機構５によって移動される被測定体保持位置に位置ずれが発生した場合でも、曲率半径測定機５０の調整ステージ９を用いて、被測定体保持位置の補正を自動的に行えるようにした方法である。
本方法は、必要に応じて、適宜のタイミングで行うことができる。例えば、曲率半径測定の開始前に毎回行ってもよい。また、曲率半径測定機５０に生じる位置ずれの程度に応じて、適宜の間隔をあけて行うことができる。例えば、装置起動時に行うようにしてもよい。また、一定の期間をおいて定期的に行ってもよいし、使用回数が所定回数に達したときに行ってもよい。
【００４４】
本実施形態の被測定体保持位置補正方法は、図４に示すフローにしたがって、ステップＳ１〜Ｓ１５を行う。
本方法のフローは、操作部１２からの操作入力により、装置制御部１００が補正モードに設定されることによって開始される。干渉計３は予め電源が投入されており、装置制御部１００の制御により、測定光束Ｌ１の出射開始および出射停止が制御できるようになっている。
【００４５】
まず、ステップＳ１では、装置制御部１００は、表示制御部１０２に画像データを送出して、モニタ１１の表示画面１１ａにシフト量補正を行うかどうかの操作入力を促す操作画面を表示させる。操作画面が表示されたら、装置制御部１００は操作入力待ちとなる。
操作部１２を通して、シフト量補正を行うとの操作入力がなされると、装置制御部１００の制御はステップＳ２に移行する。シフト量補正を行わないとの操作入力がなされると、装置制御部１００の制御はステップＳ８に移行する。
本実施形態では、シフト量補正、チルト量補正の両方を行う場合の例を説明するが、本ステップおよび後述するステップＳ８を設けて、シフト量補正、チルト量補正の選択を可能にしておくことにより、いずれか一方のみの位置ずれ補正量の更新が必要となった場合に、一方のみの更新が可能となる。
【００４６】
ステップＳ２は、被測定体保持位置に球面光学素子ＣＳを保持するステップ（保持工程）である。
球面光学素子ＣＳは、位置ずれ量としてシフト量を求めるための校正用光学部材であり、曲率半径が既知の球面からなる校正面を有する。
本実施形態で採用している球面光学素子ＣＳは、図５（ａ）に示すように、精度よく形成された曲率半径ＲＳの凹球面からなる校正面ＣＳａを有する平凹レンズである。
校正面ＣＳａの曲率半径は、被測定体Ｗの被測定面Ｗａの曲率半径の設計値ＲＷと異なっていてもよいが、設計値ＲＷと一致していればより好ましい。本実施形態では、一例としてＲＳ＝ＲＷの場合の例で説明する。
【００４７】
本ステップでは、操作者が保持台８の被測定体保持位置に球面光学素子ＣＳを手動で配置し、保持台８の固定機構（図示略）を操作して球面光学素子ＣＳの保持を完了させる。操作者は操作部１２から操作の完了を通知する操作入力を行う。これにより装置制御部１００が本ステップの終了を検知する。
ただし、保持台８の固定機構の固定状態と固定解除状態とが、装置制御部１００によって制御される構成としてもよく、この場合には、装置制御部１００によって、固定機構を固定解除状態としてから、操作者が球面光学素子ＣＳを配置し、装置制御部１００によって固定機構を固定状態とし、固定状態に切り換えられたことを装置制御部１００が検知して、本ステップを終了することも可能である。
【００４８】
次に行うステップＳ３では、基準調整工程を行う。
基準調整工程は、干渉計３と保持台８との相対位置を調整することで、測定光束Ｌ１の集光点Ｑ１３（集光位置）を校正面の面頂に位置合わせして、この相対位置を保持台８の基準位置とし、この基準位置での干渉縞画像を記憶する工程である。
ステップＳ３における基準調整工程では、校正用光学部材として球面光学素子ＣＳを用いた位置合わせを行う。
【００４９】
まず、装置制御部１００は、干渉計３に制御信号を送出して測定光束Ｌ１を出射させるとともに、画像処理部１０１に制御信号を送出して、カメラ４の映像信号を取得させ、映像信号による画像をモニタ１１に表示させる。
また、装置制御部１００は、記憶部１０３に予め記憶された球面光学素子ＣＳの形状情報に基づいて、集光点Ｑ１３に球面光学素子ＣＳの校正面ＣＳａの面頂ＰＳを一致させるための保持台８の移動位置を算出し、保持台８がこの移動位置に１軸移動機構５を駆動する制御信号を駆動制御部１０４に送出する。
この移動終了後、装置制御部１００は、調整ステージ９をマニュアル操作する制御モードに移行し、操作入力待ちとなる。
【００５０】
干渉計３から出射された測定光束Ｌ１は、球面光学素子ＣＳの校正面ＣＳａ上に照射され、校正面ＣＳａからの反射光束Ｌ２が参照レンズ１３に入射する。これにより、参照面１３ａにおける測定光束Ｌ１の光源側への反射光束と、参照面１３ａを透過して光源側に向かう反射光束Ｌ２とが干渉し、光路差に応じた干渉縞がカメラ４に投影される。カメラ４の映像信号は、画像処理部１０１によって、画像データに変換され、表示制御部１０２に送出されてカメラ４に表示可能な映像信号に変換された後、モニタ１１の表示画面１１ａに表示される。
【００５１】
１軸移動機構５の移動精度や１軸移動機構５の干渉計３に対する位置関係が工場出荷時から変化していない場合（以下、「初期状態と同等」の場合と称する）には、校正面ＣＳａの面頂ＰＳが集光点Ｑ１３に一致するため、モニタ１１には干渉縞本数が極小の干渉縞画像が表示される。校正面ＣＳａは高精度に形成された球面であるため、干渉縞は円環状になる。
ただし、１軸移動機構５の移動精度や１軸移動機構５の干渉計３に対する位置関係が工場出荷時から変化している場合（以下、「位置ずれ発生状態」の場合と称する）には、面頂ＰＳが集光点Ｑ１３に対して位置ずれを起こすため、干渉縞本数が多い画像が表示されるか、明確な干渉縞画像が見えない状態になる。
【００５２】
そこで、操作者は、表示画面１１ａの画像を見ながら、操作部１２から適宜操作入力して、調整ステージ９を移動させて、干渉縞画像がはっきり見えるように位置調整する。操作者は、さらに調整ステージ９を微動させ保持台８の位置および姿勢を調整し、干渉縞の縞本数を減らすとともに、干渉縞の中心が光軸Ｏに対応する目標位置に一致するように位置合わせを行う。このようにして、例えば、図５（ｂ）、図８（ａ）に示すような干渉縞画像ＩＫ１が取得され、記憶部１０３に記憶される。
位置合わせが終了すると、操作者は、操作部１２から操作入力して、装置制御部１００に操作入力終了を通知する。
以下では、このステップＳ３における位置合わせ終了時の位置を基準位置Ｋ１と称する。
この基準位置Ｋ１は、球面光学素子ＣＳと被測定体Ｗとの形状が同一の場合には、曲率半径測定における面頂集光位置になっている。
【００５３】
装置制御部１００は、操作入力終了の通知を受信すると、駆動制御部１０４から、１軸移動機構５および調整ステージ９の各移動位置を取得する。
基準位置Ｋ１は、例えば、１軸移動機構５の移動位置であるｈＳ１、調整ステージ９のＸＹＺ軸移動ステージの各軸の移動位置であるＸＳ１、ＹＳ１、ＺＳ１、調整ステージ９の傾斜ステージの移動位置であるθＸＳ１、θＹＳ１の合計６つのパラメータで表される。
本実施形態では、校正面ＣＳａの曲率半径ＲＳが被測定体Ｗの被測定面Ｗａの曲率半径ＲＷと一致しているため、１軸移動機構５の移動位置ｈＳ１は、位置Ｈ１と略同一（同一の場合も含む）になっている。
装置制御部１００は、取得された基準位置Ｋ１の各移動位置を記憶部１０３に記憶させる。
【００５４】
また、装置制御部１００は、画像処理部１０１に制御信号を送出して、取得された干渉縞画像ＩＫ１に基づく干渉縞画像情報ＧＳ１を生成させ、記憶部１０３に記憶させる。
ステップＳ３における干渉縞画像情報ＧＳ１は、干渉縞画像ＩＫ１の干渉縞中心Ｓ１の座標（ｘ１，ｙ１）を採用している。
ｘｙ座標系は、カメラ４の撮像素子の撮像面に設定された２次元座標系であり、カメラ４の撮像倍率に応じて実寸法に換算された値とする。また本実施形態では、ｘｙ座標系のｘ軸、ｙ軸は、それぞれ調整ステージ９のＸＹＺ軸移動ステージのＸ軸、Ｙ軸に対応している。
干渉縞画像ＩＫ１の縞中心は、干渉縞画像ＩＫ１の画像データから干渉縞の近似円を求める。干渉縞画像ＩＫ１の縞が複数存在する場合には、最も中心側の干渉縞を用いて近似円を求める。
近似円の求め方は、特に限定されない。例えば、干渉縞画像ＩＫ１の縞の幅中心の座標を求めて、これらの各点を円にフィッティングするといった手法を採用することができる。
座標（ｘ１，ｙ１）は、理想的には（０，０）であるが、位置ずれ発生状態の場合には、（０，０）とはならない。
以上で、ステップＳ３が終了する。
【００５５】
次にステップＳ４では、装置制御部１００は、カウンタｎをｎ＝０に設定して、カウンタｎを初期化する。
次にステップＳ５では、装置制御部１００は、カウンタｎをｎ＝ｎ＋１として更新する。
【００５６】
次にステップＳ６では、第ｎの位置ずれ測定工程を行う。本工程は、保持台８を、基準位置から予め設定された距離だけ離間した位置ずれ測定位置に相対移動し、位置ずれ測定位置での干渉縞画像を記憶する位置移動工程と、基準位置での干渉縞画像と、位置ずれ測定位置での干渉縞画像と、に基づいて干渉計３の光軸Ｏに対する被測定体保持位置のシフト量またはチルト量からなる位置ずれ量を算出する位置ずれ量算出工程と、を備える。
【００５７】
ステップＳ６における第ｎの位置ずれ測定工程では、校正用光学部材が球面光学素子ＣＳである。また、位置ずれ測定位置は、ｎに対応して位置ずれ測定位置Ｋｎ＋１が設定されている。本実施形態では、ｎ＝１、２に対して、それぞれ位置ずれ測定位置Ｋ２、Ｋ３が設定されている。
位置ずれ測定位置Ｋ２は、図５（ａ）に破線で示すように、球面光学素子ＣＳを被測定体保持位置に保持した場合の曲率中心集光位置に対応する位置であり、基準位置Ｋ１から、光軸Ｏに沿う方向に距離｜ＲＳ｜だけ離間した位置である。すなわち、本実施形態では、１軸移動機構５の移動位置ｈＳ２とすると、ｈＳ２＝ｈＳ１＋ＲＳである。ただし、ＲＳの正負は、それぞれ校正面ＣＳａの凸凹に対応し、本実施形態では負の値である。
また、位置ずれ測定位置Ｋ３は、基準位置Ｋ１と位置ずれ測定位置Ｋ２との中間の一定位置である。このため、位置ずれ測定位置Ｋ３は、１軸移動機構５の移動位置ｈＳ３（ただし、ｈＳ２＜ｈＳ３＜ｈＳ１）で表される。
位置ずれ測定位置Ｋ３は、シフト量補正の補正精度を向上するために設けられている。位置ずれ測定位置Ｋ２のみの測定で、必要な補正精度が得られる場合には、設定しなくてもよい。
このように、位置ずれ測定位置Ｋ２、Ｋ３は、ステップＳ３で設定される基準位置Ｋ１の位置からの所定の移動量によって規定されており、記憶部１０３にはこれらの所定の移動量が記憶されている。
【００５８】
本工程の詳細のフローは、図６のステップＳ２０〜Ｓ２３を順次行う。
まずステップＳ２０では、装置制御部１００は、保持台８を第ｎ番目の位置ずれ測定位置Ｋｎ＋１に相対移動する。
本ステップでは、装置制御部１００は、ｎの値に応じて、位置ずれ測定位置Ｋｎ＋１に対応する１軸移動機構５の移動位置ｈＳ（ｎ＋１）を算出して、駆動制御部１０４に送出し駆動制御部１０４によって１軸移動機構５を駆動させる。
【００５９】
次にステップＳ２１は、干渉縞画像を取得するステップである。
本ステップでは、まず、装置制御部１００は、干渉計３に制御信号を送出して測定光束Ｌ１を出射させるとともに、画像処理部１０１に制御信号を送出して、カメラ４の映像信号を取得させ、画像データとして記憶部１０３に記憶させるとともに、映像信号による画像をモニタ１１に表示させる。
【００６０】
位置ずれ発生状態になり、校正面ＣＳａの光軸が干渉計３の光軸Ｏに対してシフトずれを起こすと、干渉縞画像の変化となって現れる。例えば、ｎ＝１の場合、図５（ａ）に二点鎖線で示すように校正面ＣＳａがシフトずれを起こしていると、図５（ｃ）、図８（ｂ）に示すように、シフト量に応じて、干渉縞中心Ｓ２が光軸Ｏに対してずれた干渉縞画像ＩＫ２が取得される。また、ｎ＝２の場合には、図８（ｂ）に示すように、シフトずれに加えて、面頂集光位置および曲率中心集光位置からも離れているため、シフト量に応じて干渉縞中心Ｓ３が光軸Ｏに対してずれるとともに干渉縞本数の多い干渉縞画像ＩＫ３が取得される。
ただし、初期状態と同等の場合には、ｎ＝１では、校正面ＣＳａが曲率中心集光位置になるため、図５（ｂ）に示すようなＩＫ１と同様に干渉縞の縞本数が極小で、縞中心が光軸Ｏの位置に一致する円環状の干渉縞画像ＩＫ２’が取得される。
以上で、ステップＳ２１が終了する。
【００６１】
次にステップＳ２２は、第ｎの干渉縞画像情報を取得するステップである。
本ステップでは、装置制御部１００は、画像処理部１０１に制御信号を送出して、取得された干渉縞画像ＩＫ（ｎ＋１）に基づく干渉縞画像情報ＧＳ（ｎ＋１）を生成させる。
画像処理部１０１は、干渉縞画像情報ＧＳ（ｎ＋１）をステップＳ３における干渉縞画像情報ＧＳ１と同様にして生成し、記憶部１０３に記憶させる。
例えば、干渉縞画像情報ＧＳ（ｎ＋１）は、縞中心の座標（ｘｎ＋１，ｙｎ＋１）である。
画像処理部１０１は、第ｎの干渉縞画像情報ＧＳ（ｎ＋１）の算出と、記憶部１０３への書き込みの終了後、これらが終了したことを装置制御部１００に通知する。
これによりステップＳ２２が終了する。
【００６２】
次にステップＳ２３は、基準位置での干渉縞画像情報と第ｎの位置ずれ測定位置での干渉縞画像情報とに基づいて干渉計３の光軸Ｏに対するシフト量からなる位置ずれ量を測定するステップである。
本ステップでは、装置制御部１００は、位置ずれ量算出部１０５に制御信号を送出して、位置ずれ量を算出させる。
位置ずれ量算出部１０５は、記憶部１０３に記憶された基準位置Ｋ１での干渉縞画像情報ＧＳ１と、第ｎの位置ずれ測定位置Ｋｎ＋１での干渉縞画像情報ＧＳ（ｎ＋１）とを読み出し、第ｎの位置ずれ測定位置Ｋｎ＋１でのシフト量ΔＳＸｎ、ΔＳＹｎを、（ΔＳＸｎ，ΔＳＹｎ）＝（ｘｎ＋１−ｘ１，ｙｎ＋１−ｙ１）として算出し、記憶部１０３に記憶する。
以上で、ステップＳ２３が終了するとともに、ステップＳ６（図４参照）が終了する。
【００６３】
ステップＳ２０〜Ｓ２２は、位置移動工程を構成し、ステップＳ２３は、位置ずれ量算出工程を構成している。
【００６４】
次に図４に示すステップＳ７では、装置制御部１００が、カウンタｎと位置ずれ測定位置Ｋｎ＋１の個数Ｎとを比較し、ｎがＮより小さい場合には、ステップＳ５に移行する。
また、ｎがＮ以上の場合には、ステップＳ８に移行する。
これにより、ステップＳ５〜Ｓ７が、Ｎ回繰り返される。
【００６５】
ステップＳ８では、装置制御部１００は、表示制御部１０２に画像データを送出して、モニタ１１の表示画面１１ａにチルト量補正を行うかどうかの操作入力を促す操作画面を表示させる。装置制御部１００は操作入力待ちとなる。
操作部１２を通して、チルト量補正を行うとの操作入力がなされると、装置制御部１００の制御はステップＳ９に移行する。チルト量補正を行わないとの操作入力がなされると、装置制御部１００は、ステップＳ１５に移行する。
【００６６】
ステップＳ９は、被測定体保持位置に平面光学素子ＣＴを保持するステップ（保持工程）であり、上記ステップＳ２における球面光学素子ＣＳに代えて平面光学素子ＣＴを用いる他は、上記ステップＳ２と同様のステップである。
平面光学素子ＣＴは、位置ずれ量としてチルト量を求めるため、精度よく形成された平面を校正面として有する校正用光学部材である。
本実施形態で採用している平面光学素子ＣＴは、図７（ａ）に示すように、精度よく形成された平面からなる校正面ＣＳａを有するガラス平板である。また、平面光学素子ＣＴの外径および厚さは、球面光学素子ＣＳの外径およびレンズ厚と同一である。
【００６７】
次のステップＳ１０、Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４は、それぞれ上記ステップＳ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７と同様または略同様のステップである。以下、相違点を中心に説明する。
【００６８】
ステップＳ１０における基準調整工程では、校正用光学部材として平面光学素子ＣＴを用いて基準位置での干渉縞画像を取得して記憶する。本工程では平面からなる校正面ＣＴａに測定光束を照射して干渉縞画像を取得する点がステップＳ３とは異なる。 このため、校正面ＣＴａには、測定光束Ｌ１を平行光束として照射する。また、校正面ＣＴａには、特定の面頂はなく、校正面ＣＴａ上は至るところ面頂である。したがって、参照面２３ａと校正面ＣＴａとの間の離間距離がどのように設定されていても干渉縞画像が観察され、参照面２３ａと校正面ＣＴａとの平行度に応じて、干渉縞の本数が変化する。すなわち、参照面２３ａと校正面ＣＴａとの間の離間距離によらず任意の位置が、面頂集光位置または曲率中心集光位置と同等である。
そこで、本ステップでは、基準位置、位置ずれ測定位置は、チルト量測定に好都合となる位置に適宜に設定することができる。なお、本実施形態では、球面光学素子ＣＳのレンズ厚と、平面光学素子ＣＴの厚さとは同じであるため、基準位置、位置ずれ測定位置は、ステップＳ３における基準位置Ｋ１、位置ずれ測定位置Ｋ２、Ｋ３を採用している。
【００６９】
まず、図７（ａ）に示すように、参照レンズ１３を参照レンズ２３に切り換える。本実施形態では、参照レンズ２３を有する参照レンズユニット３ａに交換する。
参照レンズ２３は、干渉計３の最外の光学面として高精度な平面からなる参照面２３ａを備えており、可干渉光を発生する光源および干渉光学系（いずれも図示略）によって形成された測定光束Ｌ１を、参照面２３ａから平行光束として出射するものである。
【００７０】
次に、上記ステップＳ３と同様に、測定光束Ｌ１を出射して、モニタ１１に干渉縞画像を表示させる。そして、装置制御部１００によって、保持台８を基準位置Ｋ１に移動させる。これにより、測定光束Ｌ１が、校正面ＣＴａと光軸Ｏとの交点である点ＰＴを中心として照射される。
ただし、校正面ＣＴａが完全に光軸Ｏと直交していると、干渉縞が少なくなりすぎ、後述する位置ずれ測定工程の測定基準となる直線状の干渉縞が得られにくい。このため、調整ステージ９によって、点ＰＴを中心に保持台８を、予め設定した初期チルト量だけ傾斜させる。これにより、校正面ＣＴａによる干渉縞画像は、例えば、図７（ｂ）、図８（ｄ）に示すように、初期チルト量に対応して、平行線からなる干渉縞画像ＪＫ１が形成される。
初期チルト量は、明確な干渉縞が得られる適宜値を予め設定しておく。
このような干渉縞画像ＪＫ１が得られたら、駆動制御部１０４から改めて１軸移動機構５、調整ステージ９の各移動位置を取得し、チルト量補正を行うための移動位置の初期値として、記憶部１０３に記憶させる。
【００７１】
また、装置制御部１００は、画像処理部１０１に制御信号を送出して、取得された干渉縞画像ＪＫ１に基づく干渉縞画像情報ＧＴ１を生成させ、記憶部１０３に記憶させる。
ステップＳ１０における干渉縞画像情報ＧＴ１は、干渉縞画像ＪＫ１の縞の方向の情報である。具体的には、例えば、ステップＳ３と同様のｘｙ座標系において、干渉縞を直線近似し、その直線の式から方向ベクトルｋ１＝（ｘｋ１，ｙｋ１）を求める。方向ベクトルｋ１は、任意の１本の干渉縞から求めてもよいし、すべての干渉縞の方向ベクトルの平均値としてもよい。
以上で、ステップＳ１０が終了する。
【００７２】
次に行うステップＳ１１、Ｓ１２は、上記ステップＳ４、Ｓ５と同様の工程である。
【００７３】
次にステップＳ１３では、上記ステップＳ６と略同様にして第ｎの位置ずれ測定工程を行う。
本ステップでは、図６に示すステップＳ３０〜Ｓ３３の各ステップを順次行うが、校正用光学部材は、平面光学素子ＣＴである。また、位置ずれ測定位置Ｋｎ＋１は、ステップＳ６と同様であり、ｎ＝１、２に対して、それぞれ位置ずれ測定位置Ｋ２、Ｋ３が設定されている。
【００７４】
ステップＳ３０、Ｓ３１は、ステップＳ２０、Ｓ２１と同様のステップである。
ただし、ステップＳ３１で取得される干渉縞画像は異なる。
位置ずれ発生状態となって、校正面ＣＴａが干渉計３の光軸Ｏに対してチルトずれを起こすと、干渉縞画像の変化となって現れる。例えば、ｎ＝１の場合に、図７（ａ）に二点鎖線で示すように校正面ＣＴａがチルトずれを起こしていると、図７（ｃ）、図８（ｅ）に示すように、チルト量に応じて、干渉縞の縞方向が変化した干渉縞画像ＪＫ２が取得される。また、ｎ＝２の場合には、図８（ｆ）に示すように、チルト量に応じて、干渉縞の縞方向が変化した干渉縞画像ＪＫ３が取得される。
ただし、初期状態と同等の場合には、図７（ｂ）に示すようなＪＫ１と同様に縞方向の干渉縞画像ＪＫ２’が取得される。
以上で、ステップＳ３１が終了する。
【００７５】
次にステップＳ３２は、上記ステップＳ２２と同様、第ｎの干渉縞画像情報を取得するステップであるが、平面光学素子ＣＴを用いるため、干渉縞画像情報は異なる。
本ステップでは、装置制御部１００は、画像処理部１０１に制御信号を送出して、取得された干渉縞画像ＪＫ（ｎ＋１）に基づく干渉縞画像情報ＧＴ（ｎ＋１）を生成させる。
画像処理部１０１は、干渉縞画像情報ＧＴ（ｎ＋１）をステップＳ１０における干渉縞画像情報ＧＴ１と同様にして生成し、記憶部１０３に記憶させる。
例えば、干渉縞画像情報ＧＴ（ｎ＋１）は、直線近似された縞の方向ベクトルｋｎ＋１＝（ｘｋ（ｎ＋１），ｙｋ（ｎ＋１））である。
画像処理部１０１は、第ｎの干渉縞画像情報ＧＴ（ｎ＋１）の算出と、記憶部１０３への書き込みの終了後、これらが終了したことを装置制御部１００に通知する。
これによりステップＳ３２が終了する。
【００７６】
次にステップＳ３３では、基準位置での干渉縞画像情報と第ｎの位置ずれ測定位置での干渉縞画像情報とに基づいて干渉計３の光軸Ｏに対するチルト量からなる位置ずれ量を測定する。
本ステップでは、装置制御部１００は、位置ずれ量算出部１０５に制御信号を送出して、位置ずれ量を算出させる。
位置ずれ量算出部１０５は、記憶部１０３に記憶された基準位置Ｋ１での干渉縞画像情報ＧＴ１と、第ｎの位置ずれ測定位置Ｋｎ＋１での干渉縞画像情報ＧＴ（ｎ＋１）とを読み出して、方向ベクトルｋ１に対する方向ベクトルｋｎ＋１の回転角θｎ＋１を算出する。そして、回転角θｎ＋１を発生させるチルト量を解析して、調整ステージ９の傾斜ステージのＸ軸回り、Ｙ軸回りの傾斜に対応するチルト量ΔθＸｎ、ΔθＹｎを算出し、記憶部１０３に記憶する。
以上で、ステップＳ３３が終了するとともに、ステップＳ１３（図４参照）が終了する。
【００７７】
次に図４に示すステップＳ１４は、上記ステップＳ７と同様のステップである。
次にステップＳ１５では、位置補正工程を行う。
本工程は、ステップＳ６、Ｓ１３の各位置ずれ測定工程で測定された位置ずれ量に基づいて、保持台８を干渉計３に対して相対移動させる際に、位置ずれ量を補正するための位置補正量を算出する工程である。
【００７８】
本ステップでは、装置制御部１００は、記憶部１０３から、必要なパラメータや算出値を読み出して、位置補正データ算出部１０６に送出する。
そして、位置補正データ算出部１０６では、１軸移動機構５の移動位置ｈを変数とする調整ステージ９の制御パラメータの制御式を設定し、記憶部１０３に記憶させる。
調整ステージ９の制御パラメータは、ＸＹＺ軸移動ステージの各軸の移動位置Ｘ、Ｙ、Ｚ、調整ステージ９の傾斜ステージの移動位置θＸ、θＹである。これらの制御式を、ｆＸ（ｈ）、ｆＹ（ｈ）、ｆＺ（ｈ）、ｇＸ（ｈ）、ｇＹ（ｈ）とすると、次式（１）〜（５）で表すことができる。
【００７９】
Ｘ＝ｆＸ（ｈ） ・・・（１）
Ｙ＝ｆＹ（ｈ） ・・・（２）
Ｚ＝ｆＺ（ｈ） ・・・（３）
θＸ＝ｇＸ（ｈ） ・・・（４）
θＹ＝ｇＹ（ｈ） ・・・（５）
【００８０】
これらの制御式は、基準位置Ｋ１の制御パラメータ、第１の位置ずれ測定位置Ｋ２、第２の位置ずれ測定位置Ｋ３の位置ずれ量を用いて、最小２乗法による曲線や直線に当て嵌めを行ったり、補間演算を行ったりして決定する。ただし、ｆｚ（ｈ）は、次式（６）とする。
【００８１】
ｆｚ（ｈ）＝ＺＳ１ ・・・（６）
【００８２】
制御式の記憶方式は特に限定されない。例えば、関数として求められる場合に、関数に現れる係数を記憶するようにしてもよいし、制御式に基づく制御パラメータの変化表を数値テーブルとして記憶するようにしてもよい。
他の制御式は、例えば、補間演算の一例としては、次式（７ａ）、（７ｂ）、（７ｃ）、（８ａ）、（８ｂ）、（８ｃ）、（９ａ）、（９ｂ）、（９ｃ）、（１０ａ）、（１０ｂ）、（１０ｃ）の条件に基づいて、ｈＳ１〜ｈＳ３、ｈＳ３〜ｈＳ２の区間を線形補間する折れ線関数の例を挙げることができる。
【００８３】
ＸＳ１＝ｆＸ（ｈＳ１） ・・・（７ａ）
ＸＳ１−ΔＳＸ２＝ｆＸ（ｈＳ２） ・・・（７ｂ）
ＸＳ１−ΔＳＸ３＝ｆＸ（ｈＳ３） ・・・（７ｃ）
ＹＳ１＝ｆＹ（ｈＳ１） ・・・（８ａ）
ＹＳ１−ΔＳＹ２＝ｆＹ（ｈＳ２） ・・・（８ｂ）
ＹＳ１−ΔＳＹ３＝ｆＹ（ｈＳ３） ・・・（８ｂ）
θＸＳ１＝ｇＸ（ｈＳ１） ・・・（９ａ）
θＸＳ１−ΔθＸ２＝ｇＸ（ｈＳ２） ・・・（９ｂ）
θＸＳ１−ΔθＸ３＝ｇＸ（ｈＳ３） ・・・（９ｃ）
θＹＳ１＝ｇＹ（ｈＳ１） ・・・（１０ａ）
θＹＳ１−ΔθＹ２＝ｇＹ（ｈＳ２） ・・・（１０ｂ）
θＹＳ１−ΔθＹ３＝ｇＹ（ｈＳ３） ・・・（１０ｂ）
【００８４】
以上で、ステップＳ１５が終了する。
このようにして、本実施形態の被測定体保持位置補正方法が行われると、以後の曲率半径測定モードでは、装置制御部１００は、１軸移動機構５を駆動して保持台８を移動させる場合、移動位置ｈに応じて、上記式（１）〜（５）で決まる制御パラメータによって調整ステージ９を駆動する。
したがって、１軸移動機構５と干渉計３との相対位置が位置ずれ発生状態になっていても、曲率半径測定モードでは、調整ステージ９によって、最近の補正モードにおいて測定されたシフト量およびチルト量が自動的に補正されることになる。このため、被検体保持位置が、曲率半径測定機５０の初期状態と同等の移動精度で移動させることができる。
【００８５】
このように、装置制御部１００は、保持台８の被測定体保持位置に校正面ＣＳａを有する球面光学素子ＣＳまたは校正面ＣＴａを有する平面光学素子ＣＴを保持し、校正面ＣＳａの干渉縞画像ＩＫ１に基づいて、校正面ＣＳａの面頂を測定光束Ｌ１の集光点Ｑ１３に位置合わせされた状態を基準位置Ｋ１として、基準位置Ｋ１から予め設定された距離だけ離間した位置ずれ測定位置Ｋ２、Ｋ３に校正面ＣＳａ、ＣＴａが移動するように、１軸移動機構５を駆動する校正位置移動制御部を構成している。
【００８６】
次に、曲率半径測定機５０による曲率半径測定方法について簡単に説明する。
まず、操作者は、操作部１２から曲率半径測定モードを選択し、例えば、被測定体Ｗの曲率半径等の測定に必要な情報を入力する。
これにより、装置制御部１００の動作モードが曲率半径測定モードに設定される。
操作者は、上記ステップＳ２で球面光学素子ＣＳを保持させたのと同様にして、被測定体Ｗを保持台８の被測定体保持位置に保持させる。そして、操作部１２から曲率半径測定の開始を操作入力する。
装置制御部１００は、記憶部１０３から、被測定体Ｗの形状等の情報を参照して、被測定体Ｗを面頂集光位置に移動するための１軸移動機構５の移動位置Ｈ１を求める。
本実施形態では、Ｈ１＝ｈｓ１であるため、装置制御部１００は、駆動制御部１０４に１軸移動機構５を位置ｈｓ１に移動する制御信号を送出する。このとき、駆動制御部１０４には、記憶部１０３に記憶された上記式（１）〜（５）に基づいて移動位置の情報が送出される。
このため、１軸移動機構５とともに調整ステージ９が駆動され、保持台８は、被測定体Ｗの光軸が光軸Ｏに略整列した状態で移動される。
【００８７】
図１、２に示すように、被測定体Ｗが位置Ｈ１に移動されると、装置制御部１００は、被測定面Ｗａの干渉縞画像を取得し、モニタ１１に表示させる。このとき、被測定面Ｗａは略面頂集光位置に移動しているため、モニタ１１には、干渉縞本数の少ない干渉縞画像が表示される。
装置制御部１００は、調整ステージ９を操作者がマニュアル操作できる状態として、操作入力待ちなる。これにより、操作者が、干渉縞画像を見ながら保持台８の位置を微調整できるようにする。
微調整が終了したら、操作者は操作部１２から調整終了したことを操作入力する。
装置制御部１００は、調整終了時の被測定面Ｗａの位置を、微調整に要した調整ステージ９のＺ軸ステージの移動量も考慮して算出し、記憶部１０３に位置Ｈ１’として記憶する。
【００８８】
次に、装置制御部１００は、駆動制御部１０４に制御信号を送出し、１軸移動機構５の移動位置ｈが、ｈ＝ｈｓ１＋ＲＷとなるように、１軸移動機構５を駆動させる。この移動の際も、調整ステージ９は上記式（１）〜（５）に基づいて制御される。このため、被測定体Ｗは、干渉計３の光軸Ｏ上を平行移動することになる。
移動後、装置制御部１００は、上記と同様に調整ステージ９を操作者がマニュアル操作できる状態として、操作入力待ちなる。これにより、操作者が干渉縞画像を見ながら、調整ステージ９を操作して、被測定面Ｗａを曲率中心集光位置に移動できるようにする。
微調整が終了したら、操作者は操作部１２から調整終了したことを操作入力する。
装置制御部１００は、調整終了時の被測定面Ｗａの位置を、微調整に要した調整ステージ９のＺ軸ステージの移動量も考慮して、算出し、記憶部１０３に位置Ｈ２’として記憶する。
次に、装置制御部１００は、記憶部１０３から位置Ｈ１’、Ｈ２’を読み出し、曲率半径算出部１０７に送出する。
曲率半径算出部１０７は、曲率半径ＲＷを、ＲＷ＝Ｈ２’―Ｈ１’として、算出し、装置制御部１００に送出する。
装置制御部１００は、送出された曲率半径ＲＷを記憶部１０３に記憶するとともに、表示制御部１０２に測定結果の数値データとして送出し、表示制御部１０２によってモニタ１１に表示させる。
以上で、被測定体Ｗの曲率半径測定が終了する。
【００８９】
このように、装置制御部１００は、保持台８を干渉計３に対して相対移動させて被測定面Ｗａの曲率半径の測定を行う際に、位置補正量に基づいて、調整ステージ９を駆動して、保持台８の位置補正を行う位置補正制御部を構成している。
【００９０】
以上に説明したように、曲率半径測定機５０を用いた曲率半径測定では、位置ずれ補正された状態で、保持台８が駆動されるため、経時変化によって曲率半径測定機５０が位置ずれ発生状態になっても、被測定面Ｗａが面頂集光位置、曲率中心集光位置のごく近くに移動させることができる。
このため、被測定面Ｗａを被測定体Ｗごとの面頂集光位置、曲率中心集光位置に微調整する際の移動量が少なくて済むため、迅速に測定を行うことができる。
特に、本実施形態では、補正モードによって、被測定体Ｗの面頂集光位置および曲率中心集光位置と同一の位置で位置ずれ量を測定するため、より正確な移動が可能となる。
【００９１】
また、本実施形態によれば、被測定体Ｗの面頂集光位置および曲率中心集光位置と異なる第２の位置ずれ測定位置Ｋ３においても位置ずれ量を求めている。このため、曲率半径測定機５０で曲率半径が異なる被測定面Ｗａ’を有する被測定体Ｗ’を混合して測定する場合に、第２の位置ずれ測定位置Ｋ３を、被測定面Ｗａ’の曲率中心集光位置に設定しておけば、被測定体Ｗ’の測定時にも被測定体Ｗと同程度に正確な補正を行うことができるため好ましい。
【００９２】
なお、上記の説明では、曲率半径測定機５０が、シフト量補正とチルト量補正との両方の補正を行う場合の例で説明したが、いずれか一方の補正ができるようにした装置構成としてもよい。
【００９３】
また、上記の説明では、位置ずれ測定工程は、位置ずれ量を位置ずれ量算出部１０５によって自動的に算出する場合の例で説明したが、モニタ１１に測定用カーソルを表示しておき、操作者が測定用カーソルをモニタ１１に表示された干渉縞画像の縞中心や縞の傾きに合わせて位置取得を指示することにより、縞中心の位置や縞の傾きを測定できるようにしてもよい。
この場合、例えば、干渉縞画像にノイズがのっていて、画像処理の誤差が出やすい場合に、操作者の目視判断を優先して、測定を行うことが可能になる。
【００９４】
また、上記の説明では、第２の位置ずれ測定位置が、基準位置と第１の位置ずれ測定位置の中間である場合の例で説明したが、第２の位置ずれ測定位置は、これらの位置の中間には限定されない。
【００９５】
また、上記の実施形態に説明したすべての構成要素は、本発明の技術的思想の範囲で適宜組み合わせを代えたり、削除したりして実施することができる。
【符号の説明】
【００９６】
３ 干渉計
４ カメラ（観察部）
５ １軸移動機構（相対移動機構）
８ 保持台
８ａ 保持面
９ 調整ステージ
１０ 制御ユニット
１１ モニタ（観察部）
１３ 参照レンズ
１３ａ 参照面
５０ 曲率半径測定機
１００ 装置制御部（校正位置移動制御部、位置補正制御部）
１０１ 画像処理部（位置ずれ量測定部）
１０２ 表示制御部
１０３ 記憶部
１０４ 駆動制御部
１０５ 位置ずれ量算出部（位置ずれ量測定部）
１０６ 位置補正データ算出部（位置補正部）
１０７ 曲率半径算出部
ＣＳ 球面光学素子（校正用光学部材）
ＣＴ 平面光学素子（校正用光学部材）
ＣＳａ、ＣＴａ 校正面
Ｈ１、Ｈ２、ｈ、ｈＳ１、ｈＳ２ 移動位置
ＩＫ１、ＩＫ２、ＩＫ３、ＪＫ１、ＪＫ２、ＪＫ３ 干渉縞画像
Ｋ１ 基準位置
Ｋ２、Ｋ３ 位置ずれ測定位置
Ｌ１ 測定光束
Ｌ２ 反射光束
Ｏ 光軸
ＰＳ、ＰＷ 面頂
Ｑ１３ 集光点（集光位置）
ＱＷ 曲率中心
ＲＳ、ＲＷ 曲率半径
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３ 干渉縞中心
Ｗ 被測定体
Ｗａ 被測定面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定体の被測定面に向けて出射された測定光束と、該測定光束による前記被測定面での反射光束と、を干渉計で干渉させることで形成される干渉縞画像に基づいて前記被測定面の曲率半径を測定する曲率半径測定機の被測定体保持位置補正方法であって、
前記被測定体を被測定体保持位置に保持する保持台に、校正面を有する校正用光学部材を保持させる保持工程と、
前記干渉計と前記保持台との相対位置を調整することで、前記測定光束の集光位置を前記校正面の面頂に位置合わせして、この相対位置を前記保持台の基準位置とし、該基準位置での干渉縞画像を記憶する基準調整工程と、
前記保持台を、前記基準位置から予め設定された位置ずれ測定位置に相対移動し、前記位置ずれ測定位置での干渉縞画像を記憶する位置移動工程と、
前記基準位置での干渉縞画像と、前記位置ずれ測定位置での干渉縞画像と、に基づいて前記干渉計の光軸に対する前記被測定体保持位置のシフト量またはチルト量からなる位置ずれ量を算出する位置ずれ量算出工程と、
前記位置ずれ量に基づいて、前記被測定体保持位置を前記干渉計に対して相対移動させる際に前記位置ずれ量を補正するための位置補正量を算出する位置補正工程と、
を備える曲率半径測定機の被測定体保持位置補正方法。
【請求項２】
前記校正用光学部材として前記校正面が球面である球面光学素子を用いる場合に、
前記位置ずれ測定位置は、
前記測定光束の集光位置が前記校正面の曲率中心に一致する位置を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の曲率半径測定機の被測定体保持位置補正方法。
【請求項３】
前記基準調整工程、前記位置移動工程、および前記位置ずれ量算出工程は、
前記校正用光学部材として前記校正面が球面である球面光学素子を用いる、第１の基準調整工程、第１の位置移動工程、および第１の位置ずれ量算出工程、と、
前記校正用光学部材として前記校正面が平面である平面光学素子を用いる、第２の基準調整工程、第２の位置移動工程、および第２の位置ずれ量算出工程、と、を備え、
前記第１の位置ずれ量算出工程では、前記シフト量を算出し、
前記第２の位置ずれ量算出工程では、前記チルト量を算出し、
前記位置補正工程では、前記シフト量および前記チルト量を補正するための位置補正量を算出する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の曲率半径測定機の被測定体保持位置補正方法。
【請求項４】
被測定体を被測定体保持位置に保持する保持台と、
前記被測定体の被測定面に向けて出射する測定光束と、該測定光束による前記被測定面での反射光束と、を干渉させて干渉縞画像を形成する干渉計と、
該干渉計と前記保持台とを相対移動させて、前記干渉計に対する前記保持台の距離を変化させる相対移動機構と、
前記保持台における前記被測定体保持位置の前記干渉計の光軸に対するシフト量およびチルト量の少なくともいずれかを調整する調整ステージと、
前記被測定体保持位置に校正面を有する校正用光学部材を保持し、前記校正面の干渉縞画像に基づいて、前記測定光束の集光位置に前記校正面の面頂が位置合わせされた際の前記保持台の前記干渉計に対する相対位置である基準位置から予め設定された位置ずれ測定位置に前記校正面を移動させる校正位置移動制御部と、
前記基準位置での干渉縞画像と、前記位置ずれ測定位置での干渉縞画像と、に基づいて、前記干渉計の光軸に対する前記被測定体保持位置のシフト量またはチルト量からなる位置ずれ量を算出する位置ずれ量算出部と、
前記位置ずれ量に基づいて、前記保持台を前記干渉計に対して相対移動させる際に前記位置ずれ量を補正するための位置補正量を算出する位置補正部と、
前記保持台を前記干渉計に対して相対移動させて前記被測定面の曲率半径の測定を行う際に、前記位置補正量に基づいて、前記調整ステージを駆動して、前記保持台の位置補正を行う位置補正制御部と、
を備える曲率半径測定機。
【請求項５】
前記基準位置での干渉縞画像と、前記位置ずれ測定位置での干渉縞画像と、に画像処理を施して、それぞれ干渉縞画像情報を生成する画像処理部を備え、
前記位置ずれ量算出部は、前記画像処理部によって生成された前記それぞれの干渉縞画像情報から、前記位置ずれ量を算出する
ことを特徴とする請求項４に記載の曲率半径測定機。
【請求項１】
被測定体の被測定面に向けて出射された測定光束と、該測定光束による前記被測定面での反射光束と、を干渉計で干渉させることで形成される干渉縞画像に基づいて前記被測定面の曲率半径を測定する曲率半径測定機の被測定体保持位置補正方法であって、
前記被測定体を被測定体保持位置に保持する保持台に、校正面を有する校正用光学部材を保持させる保持工程と、
前記干渉計と前記保持台との相対位置を調整することで、前記測定光束の集光位置を前記校正面の面頂に位置合わせして、この相対位置を前記保持台の基準位置とし、該基準位置での干渉縞画像を記憶する基準調整工程と、
前記保持台を、前記基準位置から予め設定された位置ずれ測定位置に相対移動し、前記位置ずれ測定位置での干渉縞画像を記憶する位置移動工程と、
前記基準位置での干渉縞画像と、前記位置ずれ測定位置での干渉縞画像と、に基づいて前記干渉計の光軸に対する前記被測定体保持位置のシフト量またはチルト量からなる位置ずれ量を算出する位置ずれ量算出工程と、
前記位置ずれ量に基づいて、前記被測定体保持位置を前記干渉計に対して相対移動させる際に前記位置ずれ量を補正するための位置補正量を算出する位置補正工程と、
を備える曲率半径測定機の被測定体保持位置補正方法。
【請求項２】
前記校正用光学部材として前記校正面が球面である球面光学素子を用いる場合に、
前記位置ずれ測定位置は、
前記測定光束の集光位置が前記校正面の曲率中心に一致する位置を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の曲率半径測定機の被測定体保持位置補正方法。
【請求項３】
前記基準調整工程、前記位置移動工程、および前記位置ずれ量算出工程は、
前記校正用光学部材として前記校正面が球面である球面光学素子を用いる、第１の基準調整工程、第１の位置移動工程、および第１の位置ずれ量算出工程、と、
前記校正用光学部材として前記校正面が平面である平面光学素子を用いる、第２の基準調整工程、第２の位置移動工程、および第２の位置ずれ量算出工程、と、を備え、
前記第１の位置ずれ量算出工程では、前記シフト量を算出し、
前記第２の位置ずれ量算出工程では、前記チルト量を算出し、
前記位置補正工程では、前記シフト量および前記チルト量を補正するための位置補正量を算出する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の曲率半径測定機の被測定体保持位置補正方法。
【請求項４】
被測定体を被測定体保持位置に保持する保持台と、
前記被測定体の被測定面に向けて出射する測定光束と、該測定光束による前記被測定面での反射光束と、を干渉させて干渉縞画像を形成する干渉計と、
該干渉計と前記保持台とを相対移動させて、前記干渉計に対する前記保持台の距離を変化させる相対移動機構と、
前記保持台における前記被測定体保持位置の前記干渉計の光軸に対するシフト量およびチルト量の少なくともいずれかを調整する調整ステージと、
前記被測定体保持位置に校正面を有する校正用光学部材を保持し、前記校正面の干渉縞画像に基づいて、前記測定光束の集光位置に前記校正面の面頂が位置合わせされた際の前記保持台の前記干渉計に対する相対位置である基準位置から予め設定された位置ずれ測定位置に前記校正面を移動させる校正位置移動制御部と、
前記基準位置での干渉縞画像と、前記位置ずれ測定位置での干渉縞画像と、に基づいて、前記干渉計の光軸に対する前記被測定体保持位置のシフト量またはチルト量からなる位置ずれ量を算出する位置ずれ量算出部と、
前記位置ずれ量に基づいて、前記保持台を前記干渉計に対して相対移動させる際に前記位置ずれ量を補正するための位置補正量を算出する位置補正部と、
前記保持台を前記干渉計に対して相対移動させて前記被測定面の曲率半径の測定を行う際に、前記位置補正量に基づいて、前記調整ステージを駆動して、前記保持台の位置補正を行う位置補正制御部と、
を備える曲率半径測定機。
【請求項５】
前記基準位置での干渉縞画像と、前記位置ずれ測定位置での干渉縞画像と、に画像処理を施して、それぞれ干渉縞画像情報を生成する画像処理部を備え、
前記位置ずれ量算出部は、前記画像処理部によって生成された前記それぞれの干渉縞画像情報から、前記位置ずれ量を算出する
ことを特徴とする請求項４に記載の曲率半径測定機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２４２０８５（Ｐ２０１２−２４２０８５Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０８７４１（Ｐ２０１１−１０８７４１）
【出願日】平成２３年５月１３日（２０１１．５．１３）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１３日（２０１１．５．１３）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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