非球面測定装置
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、非球面形状を、ホログラフィー技術を用いて測定する非球面測定装置に関する。
【０００２】
【従来技術およびその問題点】近年、光学装置、例えばカメラの撮影レンズなどに非球面レンズが多用されてきている。これは、光学プラスチック成形技術の進歩により、非球面レンズが比較的安価に大量生産が可能になったためである。非球面レンズの量産段階で、非球面形状が設計値通りに高精度に形成されているか否かを迅速に測定する必要がある。
【０００３】従来、非球面の測定方法として、ホログラフィー技術を利用したものが知られている。本件出願人も、先に非球面測定方法および測定装置を開発し、出願している（特開平4-240534号）。この本件出願人が先に開発した非球面測定装置は、予め設計値通りに高精度に形成して正確に配置した非球面原器からの反射光と参照光とを重ねあわせて撮影し、ホログラムを形成する。次に、このホログラムを現像処理後に撮影位置に戻し、被検面である非球面レンズを非球面原器と同じ位置に配置すれば、観測面上で観測される干渉縞は、被検面と非球面原器との差である設計値からの形状誤差が容易に測定可能となる。
【０００４】ところが、実際には、非球面レンズの外形の成形誤差、非球面レンズを測定装置に装着する際の装着誤差等により、得られた干渉縞にはアライメント誤差が含まれる。このアライメント誤差を取り除く調整作業は非常に困難であり、調整には多大な時間を必要とした。すなわち、球面測定においては、Ｘ−Ｙ−Ｚ座標系の３軸の並進調整のみでよかったが、非球面ではさらにＸ、Ｙ軸周りの傾きΔθｘ、Δθｙを加えた計５軸の調整を行なう必要があった。ここで、Ｚ軸は被検レンズへの被検光の入射方向、つまり、非球面レンズが置かれる光路の光軸Ｏ、Ｘ、Ｙは光軸Ｏに垂直な直交二方向である。
【０００５】一般に、被検面が、Ｘ軸方向にδｘ、Ｙ軸方向にδｙずれていたとすると、干渉縞には、それぞれの方向にティルト成分（■ティルト縞）とコマ収差成分（■コマ収差縞）を含んだパターン（干渉縞）が観測される。一方、Ｘ、Ｙ軸周りにそれぞれΔθｘ、Δθｙ傾いていた場合は、干渉縞には大部分のティルト成分■と、わずかなコマ収差成分■を含んだパターンが観測される。ティルト成分のみ、およびコマ収差のみによる干渉縞の様子を第２図の（Ｂ）および第３図の（Ｂ）に示した。ティルト成分■にコマ収差■が含まれると、図５に示すように表われる。また、被検面のＺ軸方向のずれは、干渉縞にデフォーカス成分を生じる。一般には、これらの三つの誤差が重なりあって干渉縞が観察される。ここで、デフォーカス成分は、他の誤差と違って軸対称パターンとして表われるため、比較的簡単に調整できる（図４の（Ｂ）参照）。
【０００６】しかし、被検面の横ずれと傾きによる誤差は、互いに近似した干渉縞を発生し、お互いに分離が困難なので、レンズのアライメント調整は試行錯誤的な段階が増えて調整時間が長くなる、という問題があった。
【０００７】また、ある程度粗い干渉縞が得られるところまでは手動で調整し、残りのアライメント誤差は、コンピュータおよび走査手段を用いたフリンジスキャン法などによる干渉縞解析法によって求め、調整する方法が知られている。しかし、この方法によると、全体として装置が高価になり、しかも縞解析時間が長くなる、という問題があり、量産現場での適用は困難であった。
【０００８】
【発明の目的】本発明は、光学素子、特に非球面の測定に際し、簡単な構成によりアライメント調整を容易に、短時間で行なうことができる非球面の測定装置を提供すると共に、特に複数の非球面レンズの測定の際に、アライメント調整を容易にすることを目的とする。
【０００９】
【発明の概要】この目的を達成する本願発明は、可干渉光源からの光束を分割し、一方を被検光学素子の被検面に照射し、該被検面で反射した被検光と、上記可干渉光源からの光束を分割した他方を参照光として、上記ホログラムで回折させた後に観測面上で重ね合わせて干渉させて干渉縞を形成する測定光学系を有する測定装置であって、上記参照光が上記ホログラムに入射する方向を調整する調整手段と、上記参照光によるホログラムの０次回折光または１次回折光を検出面に集光させてその位置により上記参照光が上記ホログラムに入射または射出する方向を検出する検出手段と、を有することに特徴を有する。
【００１０】
【実施例】以下図示実施例に基づいて本発明を説明する。先ず、本発明を適用するアライメント調整装置を備えた非球面測定装置の原理について、図１を参照して説明する。可干渉光を投光する光源としてのレーザ発振器１１から射出されたレーザは、対物レンズ１３およびコリメートレンズ１５により太径の平行光束になる。この光束は、第２ハーフミラー３３および第１ハーフミラー１７を透過し、集光レンズ１９により集束され、被検位置に配置された非球面レンズ２１の非球面（被検面）２１ａで反射して光路を逆行し、集光レンズ１９を透過して第１ハーフミラー１７でほぼ直角方向に反射される。そして、記録面５１に配置されたホログラム２３を透過し、結像レンズ２５によりＣＣＤイメージセンサ２７の感光面（観測面５３）上に結像される。ここで、被検光が非球面レンズ２１に入射する方向、つまり集光レンズ１９の光軸が測定光学系の光軸Ｏであり、Ｘ，Ｙ，Ｚ座標系のＺ軸である。
【００１１】非球面レンズ２１は、被検レンズ保持台１００上に保持される。ここで、量産工程における測定の場合、作業性を考慮すると、測定装置は必然的に縦形となり、レンズ保持台１００は鉛直方向下方に配置され、測定光学系および測定装置が鉛直上方に配置される。このレンズ保持台１００は、非球面レンズ２１を嵌合保持するレンズ載置凹部１０１と、レンズ載置凹部１０１の底部１０３に形成された円形の穴１０４を備えている。レンズ載置凹部１０１の内周面は、非球面レンズ２１の周縁部と当接して非球面レンズ２１がほぼ鉛直に真直に落し込まれるようにガイドするレンズガイド面１０２を構成している。非球面レンズの当接面が凸面の場合は、穴１０４の上端周縁部１０５が非球面レンズに当接して非球面レンズを保持し、非球面レンズの当接面が凹面のときには、底面１０３が非球面レンズの周縁部に当接して非球面レンズを保持する。本実施例では、非球面レンズ２１は第２面２１ｂが上端周縁部１０５に当接して保持されている。
【００１２】さらにこのレンズ保持台１００は、移動ステージ等により、光軸Ｏ（Ｚ軸）方向に移動可能に、Ｚ軸と直交する方向（Ｘ−Ｙ軸方向）にそれぞれ並進移動可能に支持されている。このＺ軸方向の移動によりデフォーカス調整を、Ｘ−Ｙ軸方向の移動により横ずれの調整を行なう。
【００１３】ホログラム２３は、媒体として超高解像力感光材料が使用されていて、上記レンズ保持台１００に非球面原器（図示せず）を置き、上記記録面５１に置いた高解像力感光材料に、非球面原器からの反射光と参照光とを照射して記録（露光および現像）したものである。
【００１４】一方、レーザ発振器１１から射出され、第２ハーフミラー３３を透過した平行光束の一部は、第１ハーフミラー１７においてＣＣＤイメージセンサ２７とは反対方向に反射され、さらに固定参照ミラー２９および可動参照ミラー３１により反射され、第１ハーフミラー１７を透過してホログラム２３に入射する。そして、ホログラム２３に入射した光束はホログラム２３により回折され、非球面レンズ２１からの被検光と同一方向に進み、結像レンズ２５によりＣＣＤイメージセンサ２７上に結像される。これらの参照ミラー２９、３１で反射された平行光束が参照光となる。
【００１５】ここで、本実施例では、可動参照ミラー３１を、反射面の法線に直交する二方向に回転可能に構成してある。なお、この二方向は、図１においては紙面内と紙面に直交する方向とする。
【００１６】上記非球面レンズ２１の非球面２１ａで反射された被検光と、参照ミラー２９、３１で反射された参照光との重ね合わせによる干渉縞がＣＣＤイメージセンサ２７により撮像される。この干渉縞は、非球面原器５５の非球面形状からの差、すなわち設計形状からの差として得られる。したがって、ＣＣＤイメージセンサ２７により撮像されたこの干渉縞をＴＶモニタ４１に再生して観測または測定することにより、非球面レンズ２１の加工精度、状態を知ることができる。また、ここで観測される干渉縞は、非球面原器を記録するときと被検レンズを測定するときとで同じ光学系を使用するため、つまり、集光レンズ１９および第１ハーフミラー１７を光束が通るので、非球面原器記録時と被検レンズ形状測定時に光学系の持つ収差が互いに打ち消し合い、測定装置の光学系に起因する測定誤差は生じない。
【００１７】さらに、上記非球面２１ａ（被検面）とホログラム２３（記録面）とが共役関係に配設され、かつホログラム２３とＣＣＤイメージセンサ２７（観測面）とが共役関係に配設されている。このような共役関係に配設することにより、被検面上での座標と観測面上での座標とが一対一で対応し、被検レンズ測定時に参照光の傾き（ホログラム２３への入射角）を変化させても収差の影響を受けず、アライメント調整が容易になる。
【００１８】なお、本実施例は、球面レンズの測定も可能である。コリメートレンズ１５から射出された平行光束の一部は、第２ハーフミラー３３によりほぼ直角方向に反射され、さらに第２の参照光束を作り出す第３ミラー３５で反射されて光路を逆行し、第２ハーフミラー３３を透過して結像レンズ３７によりＣＣＤイメージセンサ３９上に結像される。また、第２ハーフミラー３３を透過した光束は、集光レンズ１９により被検面で反射され、光路を逆行して第２ハーフミラー３３で反射され、結像レンズ３７によりＣＣＤイメージセンサ３９上に結像される。この両光が重ね合わさってＣＣＤイメージセンサ３９上に干渉縞が得られる。この干渉縞をＣＣＤイメージセンサ３９により撮像してＴＶモニタ４２に映し出すことにより、球面レンズの球面形状を測定することができる。
【００１９】また、被検面が非球面レンズの場合、非球面レンズ２１の非球面２１ａで反射して集束レンズ１９を透過した光束の一部は、第１ハーフミラー１７を透過して平行光束として第２ハーフミラー３３まで光路を逆行し、第２ハーフミラー３３により結像レンズ３７方向に反射され、ＣＣＤイメージセンサ３９上に至る。したがって、第３ミラー３５で反射された光と非球面レンズ２１で反射された被検光とがセンサ３９の受光面上で干渉して干渉縞が形成される。この干渉縞を観測することにより、非球面レンズ２１のアライメント状態のチェックができる。ただし、干渉縞の粗い部分が輪帯状にできるので被検面によっては測定し難い。なお、非球面レンズ２１のティルト、コマ収差および各種収差が存在しない場合には、干渉縞は同心円状になる。
【００２０】さて、非球面レンズ２１のアライメント誤差、すなわち測定装置に対して、非球面原器と相対的に設定位置が違う場合に生じる誤差が存在すると、ティルト、コマ収差およびデフォーカスにより観測面５３上に干渉縞を生じる。図２ないし図４には、ティルトのみ、コマ収差のみ、およびデフォーカスのみがそれぞれ単独で生じている場合の波面の様子をそれぞれ示している。同図において、符号（Ａ）は、観測面５３上での波面収差を３次元的にプロットした図、符号（Ｂ）は観測面５３上の干渉縞の様子を示した正面図、符号（Ｃ）は（Ａ）図において光軸ＯおよびＹ軸を通る縦断面における波面収差を示した図である。
【００２１】非球面レンズの非球面形状を測定する場合、通常、先ず、先に述べたように基準となる非球面原器により露光、現像してホログラム２３を形成する。
【００２２】ホログラム２３が完成すると、ホログラム２３を所定の位置にセットした後、被検非球面レンズ２１をレンズ保持台１００に載せて、非球面２１ａのＸ、Ｙ、Ｚ軸方向のずれ調整を行なう。レンズ保持台１００は鉛直方向下方に配置され、測定光学系および測定装置が鉛直上方に配置されている。ここで、非球面自身の偏心（横ずれ）や傾きのみならず、レンズ保持台１００のレンズ保持縁部１０４に非球面レンズ２１の対向面２１ｂを当て付けるので、当て付け部に対する非球面レンズの光軸Ｏに対する傾きを生じ、さらに、レンズガイド面１０２と非球面レンズ２１の周縁輪郭間とのクリアランスにより被検非球面レンズ２１は、必然的に測定装置の光軸Ｏに対して傾きΔθｘ、Δθｙおよび横ずれδｘ、δｙを生じる。
【００２３】次に、本実施例における調整方法について、従来の調整方法と比較して説明する。被検非球面レンズ２１は、有効半径が7.20mm、非球面２１ａの形状が非球面式１で表わされる非球面レンズである。
【数１】
近軸ｒ：-27.682 (mm)ｋ ： 0.00000α4 ：-2.79670×10-5α6 ： 7.25141×10-8α8 ：-6.30504×10-9α10、α12： 0.00000×10-0
【００２４】この被検非球面２１ａは、有効半径上（ｈ＝ｈmax ）で非球面量が0.111mm 、λ＝0.6328μm のときに往復で350 λの波面収差を生じる非球面となる。ここで、被検非球面２１ａのアライメント誤差として、傾きΔθが１′存在したとき、および横ずれδ（方向は任意）が10μm 存在したときのそれぞれの場合に、■ティルト誤差に基づく干渉縞（以下「■ティルト縞」という）、および■コマ収差（以下「■コマ収差縞」）に基づく干渉縞がそれぞれ表１に示した本数の干渉縞が観測される。
【表１】
【００２５】この表１は、被検非球面の傾きΔθおよび横ずれδと、観測される干渉縞の■ティルト縞および■コマ収差縞との関係を示している。この例では、被検非球面に傾きΔθが１′発生すると、■ティルト縞が13.2本、■コマ収差縞が0.65本表われ、被検非球面に横ずれδが10μm 発生すると■ティルト縞が16.4本、■コマ収差縞が6.70本表われる。
【００２６】ここで特徴的なのは、被検面の傾きΔθの影響は、■ティルト縞の本数に大きく関係し、■のコマ収差縞にはほとんど関係していないこと（ただし、０ではない）、および横ずれδは■コマ収差縞の本数に大きく関係していることである。
【００２７】かかる条件下における従来の調整手順と波面収差との関係を、表２を参照して説明する。従来の被検非球面レンズのアライメント調整方法では、被検面自体を光軸に対して傾け、光軸と直交する方向に横ずれさせて調整を行ない、この傾きおよび横ずれの調整を、独立した調整段階により行なっていた。ここで、傾きΔθが１′、横ずれδが10μm 生じ、各々により発生する誤差が同じ方向だったとすると、■ティルト縞が29.6本（13.2＋16.4＝29.6）、■コマ収差縞が7.35本（0.65＋3.7 ＝7.35）表われていた場合（表２の（１）参照）における従来の調整方法について、表２を参照して説明する。
【表２】
【００２８】先ず、アライメント誤差によって発生した収差である■コマ収差縞の本数を確認するために、■コマ収差縞よりも多数発生している■ティルト縞の本数を低減する。そのため、上述した被検面と干渉縞の特質上、先ず、被検面の傾き調整を行なう。ここで、被検非球面の傾きΔθa を、発生したティルト縞の本数が少なくなる方向に、Δθa ＝（29.6／13.2）≒2.4 ′だけ回転調整する。この傾きΔθa の調整により、傾きΔθ＝−1.2 ′、■ティルト縞が０、■コマ収差縞が5.89本（−2.2 ×0.65＋7.35＝5.89）になる（表２（２）参照）。
【００２９】次に、この5.89本の■コマ収差縞を０にすべく、被検非球面をコマ収差を打ち消す方向に、δa ＝（5.89／6.70）×10≒8.8 μm だけ移動させる。この横ずれδa の調整により横ずれδ＝1.2 μm 、■コマ収差縞は０になるが、■ティルト縞が−14.4本発生してしまう（表２（３）参照）。ここで、本来、残留しているコマ収差縞は０になるが、ティルト縞が多く発生しているのでその様子が視認できない。
【００３０】そこで今度は、■ティルト縞数を０にすべく被検非球面の傾きΔθa をティルト縞が減少する方向に、Δθa ＝（14.4／13.2）≒1.1 ′だけ回転調整する。この傾きΔθa の調整により、傾きΔθ＝−0.1 ′、■ティルト縞は０になるが、■コマ収差縞が約0.71本発生してしまう（表２（４）参照）。
【００３１】そこで再び、■コマ収差縞を０にすべく被検非球面をコマ収差縞を打ち消す方向に、δa ＝10×（0.71／6.70）≒1.1 μm だけ移動させる。しかし、この横ずれ調整により横ずれδ＝0.2 μm になり、■コマ収差縞は０になるが、■ティルト縞が−1.7 本発生してしまう（表２（５）参照）。ここで、■ティルト縞の本数が少なくなったので、ようやく、■コマ収差縞の本数が０になったことを視認できる。
【００３２】このように、被検非球面の傾きΔθa の調整および光軸と直交する方向の横ずれδの調整を交互に、■ティルト縞数および■コマ収差縞数が許容値以下になるまで何回も繰り返すのである。
【００３３】以上述べた従来の調整方法は、被検非球面の光軸の傾き調整を行なう際に、横ずれδは生じない、という仮定に基づいての説明であったが、この仮定が成立するのは、被検面の回転軸が被検非球面の面頂（光心）に一致したときのみである。実際にはこの仮定が必ずしも成立しておらず、この条件が崩れると調整には多大な時間を必要とする、という問題があった。しかも従来の調整方法は、ティルト誤差による干渉縞とコマ収差による干渉縞とを分離して調整できなかったので、上述のように条件が崩れた場合の調整が煩雑であった。
【００３４】この従来の測定方法から、アライメント調整で重要なのは、必要な情報であるコマ収差成分が不要な情報であるティルト成分に埋もれないようにして、如何に視認を容易にするかであり、視認の容易さが調整時間の大小を決定することが分かる。
【００３５】かかる分析に基づいてなされた本発明について、さらに図６ないし図８を参照して説明する。観測面状における、光軸を通る干渉縞の様子を図６のグラフに示した。図６において、横軸ρは、非球面レンズ２１の光軸からの高さ（半径）をｈ、有効高さをｈmax （有効半径Ｄ）としたときに、ｈ／ｈmax で表わされる値であり、縦軸Δω（本）は、干渉縞の変形量である。既に述べた表１の値は、このグラフのρ＝１の値である。このグラフから、干渉縞の変形量Δωは非球面の横ずれδに依存し、傾きΔに対する依存量は非球面の横ずれδに比して十分小さい、という特徴を持つことが分かる。
【００３６】この点に着目してなされた本発明の測定装置は、このコマ収差成分とティルト成分とを分離して独立調整可能にしたことに特徴を有する。つまり、初期に設定された参照光の方をアライメント調整時に傾けて、被検非球面のアライメント誤差により生じたティルト成分のみを独立して補正し、調整の効率化を図るものである。具体的には、コマ収差成分の調整は被検非球面レンズの移動により行ない、ティルト成分の調整は、被検非球面レンズは傾けずに、参照光の方を傾けて行なうことに特徴を有する。このように本実施例の装置は、被検非球面のコマ収差成分はすべて被検非球面レンズの並進ずれ調整のみで解消できる。
【００３７】この本発明の思想を実現する実施例の動作原理を、さらに図７を参照して説明する。図７において、紙面に対して直交する方向がＸ軸、紙面内でＸ軸および光軸Ｏと直交するする軸をＹ軸とする。可動参照ミラー３１は、軸心の延長が反射面の中心で直交するＸ軸方向軸およびＹ軸方向軸を中心として回動可能に構成されている。ここで、可動参照ミラー３１を、Ｘ軸方向軸を中心としてΔφ傾けた場合を考える。図７に示した通り、可動参照ミラー３１をΔφ傾けると、ホログラム２３に入射する参照光は、入射角が２Δφ傾く。さらにホログラム２３で回折された参照光は、結像レンズ２５を透過して、入射角αで観測面５３に入射する。ここで、結像レンズ２５に対し、ホログラム２３と観測面５３とが共役の場合には、結像レンズ２５による結像倍率をｍとすると、入射角αは、α＝２ｍΔφとなる。
【００３８】さらにこの例では、被検面と観測面も当然共役になっている。ここで、ホログラムで回折し、結像レンズ２５を透過してきた光束は、単にα傾くのみで、回折して来た波面の波面形状自体は変化しない。したがって、この入射角αで観測面５３に入射する参照光は、被検非球面２１ａからの反射光でホログラム２３を透過した光（物体光）と、結像レンズ２５を透過した後、観測面５３上で重なり、この結果、干渉縞が形成される。このとき観測面５３上での光束径をＤとすると、ｋ＝Ｄαなる本数の縞、つまりティルトにより発生する干渉縞がｋ本観測されるのみで、コマ収差は発生しない。図２に示した実施例では９本のティルト縞が発生していることが分かる。
【００３９】本実施例では、可動参照ミラー３１をティルトさせてアライメント調整を行なうことに特徴がある。可動参照ミラー３１が１′ティルトした（傾いた）ときに生じる干渉縞の本数を表３に示した。この表３は、可動参照ミラー３１の傾きΔφが１′増減すると、■ティルト縞が31.9本発生するが、■コマ収差縞は０であることを示している。
【表３】
【００４０】次に、本発明の調整方法および調整装置による調整について、さらに表４および図８を参照して説明する。本実施例は、非球面レンズ２１は、光軸Ｏおよびこれと直交する方向にしか移動させないこと、および可動参照ミラー３１を回転調整することに特徴を有する。
【表４】
【００４１】先ず、被検非球面レンズ２１を被検レンズ保持台１００にセットする（ステップ（Ｓ）１１）。そして、デフォーカスが発生していれば、非球面レンズ２１（被検レンズ保持台１００）をＺ軸方向に移動調整してデフォーカスを０にする（Ｓ１３）。
【００４２】デフォーカス調整後、被検非球面２１ａのアライメント誤差として傾きΔθおよび横ずれδがそれぞれ同方向に、傾きΔθが１′、横ずれδが10μm 発生していたと仮定する。これは、表２の（１）と同条件である。このときの■ティルト縞は29.6本、■コマ収差縞は7.35本であった（表４の（１）参照）。
【００４３】そこで、先ず、■ティルト縞を０にすべく、可動参照ミラー３１を回転調整する（Ｓ１５）。ここで、■ティルト縞が29.6本であるから、可動参照ミラー３１を■ティルト縞を打ち消す方向に（29.6／31.9）≒0.93′回転させて、可動参照ミラー３１の初期設定方向からの傾きΔφを−0.9 ′にし、■ティルト縞を０にする。この操作結果、非球面レンズ２１の横ずれδはそのままなので、■コマ収差縞が7.35本残った（表４（２）参照）。
【００４４】次に、■コマ収差縞を０にすべく、非球面レンズ２１をコマ収差を打ち消す方向に11μm 移動させる（Ｓ１７）。この移動により、横ずれδが−１μm になるが、■コマ収差縞が０になる。この過程で■ティルト縞が発生するが、被検面調整とは独立して可動参照ミラー３１を傾ければ、■ティルト縞の本数は増えず、０本にすることもできる。以上の操作により、■ティルト縞および■コマ収差縞がほぼ０になる。なお、可動参照ミラー３１の傾きΔφは、0.6 ′減って約0.4′になっている。
【００４５】以上の調整により■ティルト縞および■コマ収差縞の調整後の残量の絶対値が許容値未満になったら、加工誤差等により生じた被検面の形状誤差を測定し、被検非球面２１ａの良否を判定する（Ｓ１９、Ｓ２１、Ｓ２３）。判定が終了したら、被検非球面レンズ２１をレンズ保持台１００から取り除き、先の判定に基づいて処理する。そして、新たな被検非球面レンズをレンズ保持台１００上に載せて、上記Ｓ１１〜Ｓ２３の処理を行なう。
【００４６】以上の通りこの非球面測定装置では、被検非球面２１ａの傾き（光軸Ｏに対する非球面レンズ２１の光軸の傾き）、つまり■ティルト縞の調整を、被検非球面２１ａは傾けずに、可動参照ミラー３１の角度調整により参照光の入射角を変えて調整するので、被検非球面２１ａは横ずれの調整だけで済む。しかも、参照光の方を傾けても■コマ収差縞に影響を及ぼさないので、■ティルト縞と■コマ収差縞を分離して独立調整ができるようになり、被検非球面のアライメント調整時間が大幅に短縮できる。
【００４７】図示実施例では、参照光を傾けるために、可動参照ミラー３１を回転させたが、可動参照ミラー３１と固定参照ミラー２９とを入れ替えてもよく、要するに、参照光がホログラム、観測面に入射する角度（光軸Ｏに対する角度）の調整ができる構成であればよい。
【００４８】ところで、この測定装置において種々の非球面レンズを測定する場合、ホログラムをそれぞれの非球面レンズに合わせて予め製作しておき、測定時には対応するホログラムと交換する必要がある。本実施例では、非球面レンズの非球面形状を測定する際に、可動参照ミラー３１を動かす。そのため、可動参照ミラー３１で反射してホログラムに入射する参照光の入射角度が、ホログラム記録時と、ホログラム交換時とで異なってしまうことがある。例えば、ホログラムを記録した後、他のホログラムを使用して非球面レンズ測定時のアライメント調整のために可動参照ミラー３１を回転調整した場合である。そのため、このように場合には、ホログラム、観測面に入射する参照光の位置、角度などの条件が、記録時とホログラム交換時とで異なってしまう。
【００４９】しかし、ホログラムに入射する参照光の条件は、ホログラム記録時と交換時とで同じにする必要がある。このようにしないと、ホログラムの調整が正しく行なえない。すなわち、非球面原器を設定し、原器からの反射光でホログラムを透過する光（０次回折光）と参照光でホログラムを回折する光による干渉縞の本数を０本にできない。
【００５０】そこで本発明は、参照光がホログラムに入射する角度、方向または位置を検出して、ホログラム記録時と交換時とで同一の入射条件に調整できる装置を提供する。この本発明の実施例について、さらに図９ないし図１１を参照して説明する。なお、図１に示した実施例と同一の構成部材には同一の符号を付して説明を省略する。
【００５１】図９には、ホログラム２３を透過した参照光（０次回折光）により可動参照ミラー３１の傾きを検出する実施例を示してある。可動参照ミラー３１で反射され、第１ハーフミラー１７およびホログラム２３を透過した参照光（０次回折光）は、集光レンズ６３によって、受光面が検出面を構成するＣＣＤイメージセンサ６５上に結像される。この参照光の像は点像６６として現われるので（図１０参照）、その点像６６をＴＶモニタ６７に映し出して観測する。ここで、ホログラム記録時における点像６６の位置（座標）を記録しておき、ホログラム交換時にはその記録位置を読み出して、その位置に点像６６が来るように可動参照ミラー３１の角度調整を行なう。この角度調整により、ホログラム２３を記録したときと同一の角度で入射する参照光によりホログラム入射を設定ができる。なお、集光レンズ６３、ＣＣＤイメージセンサ６５が検出手段を構成している。
【００５２】また、ホログラム記録時に点像が特定の座標に位置するように可動参照ミラー３１を角度調整する構成にすれば、種々のホログラム記録の度に点像６６の座標を記録しなくて済む。なお、参照光のホログラム入射位置を検出する手段は、集光レンズ６３、ＣＣＤイメージセンサ６５およびＴＶモニタ６７に限定されるものではない。
【００５３】以上は透過光（０次回折光）を利用した実施例であったが、１次回折光を利用する実施例について図１１を参照して説明する。ホログラム２３と結像レンズ２５との間に第３のハーフミラー７１を配設してある。可動参照ミラー３１で反射して第１ハーフミラー１７を透過し、ホログラム２３で回折された参照光の一部は、第３のハーフミラー７１で観測面５３と直交する方向に反射する。この第３のハーフミラー７１で反射した参照光は、集光レンズ７３によりＣＣＤイメージセンサ７５に結像される。この参照光の像は、点像として表われるので、これをＴＶモニタ７７に映し出して観察し、また記録する。この実施例では、観測面上で、被検面からの反射光も点像として観測できるので、両者の相対的な角度ずれが測定でき、被検面の傾き情報が得られる、という特徴もある。
【００５４】以上の通り本実施例は、ホログラムに入射する参照光の位置を検出できるので、種々の非球面レンズを測定するためにホログラムを交換する場合に、そのホログラム記録時の参照光入射位置と同一位置になるように可動参照ミラー３１の角度調整を行なうことができる。したがって、可動参照ミラー３１を動かすことにより生じる悪影響を除去して、可動参照ミラー３１の角度調整および非球面レンズ２１ａの横ずれ調整を迅速にかつ短時間で行なうことができる。
【００５５】
【発明の効果】以上の説明から明らかな通り本発明によれば、参照光によるホログラムの０次回折光または１次回折光を検出面に集光させてその位置により上記参照光が上記ホログラムに入射または射出する方向をを検出手段により検出できるので、非球面測定時に参照光がホログラムに入射する条件がホログラム記録時と変わっていても、ホログラム記録時に検出手段により参照光の集光位置を検出しておけば、この集光位置に測定時の参照光の集光位置が記録時の集光位置に合致するように合調整手段により調整すれば、ホログラム記録時と同一の条件に調整できるので、種々のホログラムを取り替えての光学素子の測定が容易、迅速かつ短時間で行なえ、特に、複数の非球面レンズの測定の際のアライメント調整が容易かつ短時間で行なえる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用する、ホログラムを利用した非球面測定装置の一実施例の光路図である。
【図２】同測定装置の観測面に表われた、被検非球面のティルトによる干渉縞の様子を立体、平面および断面で示す図である。
【図３】同測定装置の観測面に表われた、被検非球面のコマ収差による干渉縞の様子を立体、平面および断面で示す図である。
【図４】同測定装置の観測面に表われた、被検非球面のデフォーカスによる干渉縞の様子を立体、平面および断面で示す図である。
【図５】同測定装置の観測面に表われた、被検面のティルトおよびコマ収差による干渉縞の様子を示す平面図である。
【図６】ティルトΔθが１′、横ずれδが10μm 生じたときの干渉縞の曲がりの様子を示すグラフ図である。
【図７】本実施例における可動参照ミラーの回転角と参照光の偏向との関係を説明する図である。
【図８】本実施例の測定手順を説明するフローチャート図である。
【図９】本発明における参照光入射位置検出手段の一実施例を示す光路図である。
【図１０】同参照光入射位置検出手段により得られる像の様子を示す図である。
【図１１】本発明における参照光入射位置検出手段の他の実施例を示す光路図である。
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、非球面形状を、ホログラフィー技術を用いて測定する非球面測定装置に関する。
【０００２】
【従来技術およびその問題点】近年、光学装置、例えばカメラの撮影レンズなどに非球面レンズが多用されてきている。これは、光学プラスチック成形技術の進歩により、非球面レンズが比較的安価に大量生産が可能になったためである。非球面レンズの量産段階で、非球面形状が設計値通りに高精度に形成されているか否かを迅速に測定する必要がある。
【０００３】従来、非球面の測定方法として、ホログラフィー技術を利用したものが知られている。本件出願人も、先に非球面測定方法および測定装置を開発し、出願している（特開平4-240534号）。この本件出願人が先に開発した非球面測定装置は、予め設計値通りに高精度に形成して正確に配置した非球面原器からの反射光と参照光とを重ねあわせて撮影し、ホログラムを形成する。次に、このホログラムを現像処理後に撮影位置に戻し、被検面である非球面レンズを非球面原器と同じ位置に配置すれば、観測面上で観測される干渉縞は、被検面と非球面原器との差である設計値からの形状誤差が容易に測定可能となる。
【０００４】ところが、実際には、非球面レンズの外形の成形誤差、非球面レンズを測定装置に装着する際の装着誤差等により、得られた干渉縞にはアライメント誤差が含まれる。このアライメント誤差を取り除く調整作業は非常に困難であり、調整には多大な時間を必要とした。すなわち、球面測定においては、Ｘ−Ｙ−Ｚ座標系の３軸の並進調整のみでよかったが、非球面ではさらにＸ、Ｙ軸周りの傾きΔθｘ、Δθｙを加えた計５軸の調整を行なう必要があった。ここで、Ｚ軸は被検レンズへの被検光の入射方向、つまり、非球面レンズが置かれる光路の光軸Ｏ、Ｘ、Ｙは光軸Ｏに垂直な直交二方向である。
【０００５】一般に、被検面が、Ｘ軸方向にδｘ、Ｙ軸方向にδｙずれていたとすると、干渉縞には、それぞれの方向にティルト成分（
【０００６】しかし、被検面の横ずれと傾きによる誤差は、互いに近似した干渉縞を発生し、お互いに分離が困難なので、レンズのアライメント調整は試行錯誤的な段階が増えて調整時間が長くなる、という問題があった。
【０００７】また、ある程度粗い干渉縞が得られるところまでは手動で調整し、残りのアライメント誤差は、コンピュータおよび走査手段を用いたフリンジスキャン法などによる干渉縞解析法によって求め、調整する方法が知られている。しかし、この方法によると、全体として装置が高価になり、しかも縞解析時間が長くなる、という問題があり、量産現場での適用は困難であった。
【０００８】
【発明の目的】本発明は、光学素子、特に非球面の測定に際し、簡単な構成によりアライメント調整を容易に、短時間で行なうことができる非球面の測定装置を提供すると共に、特に複数の非球面レンズの測定の際に、アライメント調整を容易にすることを目的とする。
【０００９】
【発明の概要】この目的を達成する本願発明は、可干渉光源からの光束を分割し、一方を被検光学素子の被検面に照射し、該被検面で反射した被検光と、上記可干渉光源からの光束を分割した他方を参照光として、上記ホログラムで回折させた後に観測面上で重ね合わせて干渉させて干渉縞を形成する測定光学系を有する測定装置であって、上記参照光が上記ホログラムに入射する方向を調整する調整手段と、上記参照光によるホログラムの０次回折光または１次回折光を検出面に集光させてその位置により上記参照光が上記ホログラムに入射または射出する方向を検出する検出手段と、を有することに特徴を有する。
【００１０】
【実施例】以下図示実施例に基づいて本発明を説明する。先ず、本発明を適用するアライメント調整装置を備えた非球面測定装置の原理について、図１を参照して説明する。可干渉光を投光する光源としてのレーザ発振器１１から射出されたレーザは、対物レンズ１３およびコリメートレンズ１５により太径の平行光束になる。この光束は、第２ハーフミラー３３および第１ハーフミラー１７を透過し、集光レンズ１９により集束され、被検位置に配置された非球面レンズ２１の非球面（被検面）２１ａで反射して光路を逆行し、集光レンズ１９を透過して第１ハーフミラー１７でほぼ直角方向に反射される。そして、記録面５１に配置されたホログラム２３を透過し、結像レンズ２５によりＣＣＤイメージセンサ２７の感光面（観測面５３）上に結像される。ここで、被検光が非球面レンズ２１に入射する方向、つまり集光レンズ１９の光軸が測定光学系の光軸Ｏであり、Ｘ，Ｙ，Ｚ座標系のＺ軸である。
【００１１】非球面レンズ２１は、被検レンズ保持台１００上に保持される。ここで、量産工程における測定の場合、作業性を考慮すると、測定装置は必然的に縦形となり、レンズ保持台１００は鉛直方向下方に配置され、測定光学系および測定装置が鉛直上方に配置される。このレンズ保持台１００は、非球面レンズ２１を嵌合保持するレンズ載置凹部１０１と、レンズ載置凹部１０１の底部１０３に形成された円形の穴１０４を備えている。レンズ載置凹部１０１の内周面は、非球面レンズ２１の周縁部と当接して非球面レンズ２１がほぼ鉛直に真直に落し込まれるようにガイドするレンズガイド面１０２を構成している。非球面レンズの当接面が凸面の場合は、穴１０４の上端周縁部１０５が非球面レンズに当接して非球面レンズを保持し、非球面レンズの当接面が凹面のときには、底面１０３が非球面レンズの周縁部に当接して非球面レンズを保持する。本実施例では、非球面レンズ２１は第２面２１ｂが上端周縁部１０５に当接して保持されている。
【００１２】さらにこのレンズ保持台１００は、移動ステージ等により、光軸Ｏ（Ｚ軸）方向に移動可能に、Ｚ軸と直交する方向（Ｘ−Ｙ軸方向）にそれぞれ並進移動可能に支持されている。このＺ軸方向の移動によりデフォーカス調整を、Ｘ−Ｙ軸方向の移動により横ずれの調整を行なう。
【００１３】ホログラム２３は、媒体として超高解像力感光材料が使用されていて、上記レンズ保持台１００に非球面原器（図示せず）を置き、上記記録面５１に置いた高解像力感光材料に、非球面原器からの反射光と参照光とを照射して記録（露光および現像）したものである。
【００１４】一方、レーザ発振器１１から射出され、第２ハーフミラー３３を透過した平行光束の一部は、第１ハーフミラー１７においてＣＣＤイメージセンサ２７とは反対方向に反射され、さらに固定参照ミラー２９および可動参照ミラー３１により反射され、第１ハーフミラー１７を透過してホログラム２３に入射する。そして、ホログラム２３に入射した光束はホログラム２３により回折され、非球面レンズ２１からの被検光と同一方向に進み、結像レンズ２５によりＣＣＤイメージセンサ２７上に結像される。これらの参照ミラー２９、３１で反射された平行光束が参照光となる。
【００１５】ここで、本実施例では、可動参照ミラー３１を、反射面の法線に直交する二方向に回転可能に構成してある。なお、この二方向は、図１においては紙面内と紙面に直交する方向とする。
【００１６】上記非球面レンズ２１の非球面２１ａで反射された被検光と、参照ミラー２９、３１で反射された参照光との重ね合わせによる干渉縞がＣＣＤイメージセンサ２７により撮像される。この干渉縞は、非球面原器５５の非球面形状からの差、すなわち設計形状からの差として得られる。したがって、ＣＣＤイメージセンサ２７により撮像されたこの干渉縞をＴＶモニタ４１に再生して観測または測定することにより、非球面レンズ２１の加工精度、状態を知ることができる。また、ここで観測される干渉縞は、非球面原器を記録するときと被検レンズを測定するときとで同じ光学系を使用するため、つまり、集光レンズ１９および第１ハーフミラー１７を光束が通るので、非球面原器記録時と被検レンズ形状測定時に光学系の持つ収差が互いに打ち消し合い、測定装置の光学系に起因する測定誤差は生じない。
【００１７】さらに、上記非球面２１ａ（被検面）とホログラム２３（記録面）とが共役関係に配設され、かつホログラム２３とＣＣＤイメージセンサ２７（観測面）とが共役関係に配設されている。このような共役関係に配設することにより、被検面上での座標と観測面上での座標とが一対一で対応し、被検レンズ測定時に参照光の傾き（ホログラム２３への入射角）を変化させても収差の影響を受けず、アライメント調整が容易になる。
【００１８】なお、本実施例は、球面レンズの測定も可能である。コリメートレンズ１５から射出された平行光束の一部は、第２ハーフミラー３３によりほぼ直角方向に反射され、さらに第２の参照光束を作り出す第３ミラー３５で反射されて光路を逆行し、第２ハーフミラー３３を透過して結像レンズ３７によりＣＣＤイメージセンサ３９上に結像される。また、第２ハーフミラー３３を透過した光束は、集光レンズ１９により被検面で反射され、光路を逆行して第２ハーフミラー３３で反射され、結像レンズ３７によりＣＣＤイメージセンサ３９上に結像される。この両光が重ね合わさってＣＣＤイメージセンサ３９上に干渉縞が得られる。この干渉縞をＣＣＤイメージセンサ３９により撮像してＴＶモニタ４２に映し出すことにより、球面レンズの球面形状を測定することができる。
【００１９】また、被検面が非球面レンズの場合、非球面レンズ２１の非球面２１ａで反射して集束レンズ１９を透過した光束の一部は、第１ハーフミラー１７を透過して平行光束として第２ハーフミラー３３まで光路を逆行し、第２ハーフミラー３３により結像レンズ３７方向に反射され、ＣＣＤイメージセンサ３９上に至る。したがって、第３ミラー３５で反射された光と非球面レンズ２１で反射された被検光とがセンサ３９の受光面上で干渉して干渉縞が形成される。この干渉縞を観測することにより、非球面レンズ２１のアライメント状態のチェックができる。ただし、干渉縞の粗い部分が輪帯状にできるので被検面によっては測定し難い。なお、非球面レンズ２１のティルト、コマ収差および各種収差が存在しない場合には、干渉縞は同心円状になる。
【００２０】さて、非球面レンズ２１のアライメント誤差、すなわち測定装置に対して、非球面原器と相対的に設定位置が違う場合に生じる誤差が存在すると、ティルト、コマ収差およびデフォーカスにより観測面５３上に干渉縞を生じる。図２ないし図４には、ティルトのみ、コマ収差のみ、およびデフォーカスのみがそれぞれ単独で生じている場合の波面の様子をそれぞれ示している。同図において、符号（Ａ）は、観測面５３上での波面収差を３次元的にプロットした図、符号（Ｂ）は観測面５３上の干渉縞の様子を示した正面図、符号（Ｃ）は（Ａ）図において光軸ＯおよびＹ軸を通る縦断面における波面収差を示した図である。
【００２１】非球面レンズの非球面形状を測定する場合、通常、先ず、先に述べたように基準となる非球面原器により露光、現像してホログラム２３を形成する。
【００２２】ホログラム２３が完成すると、ホログラム２３を所定の位置にセットした後、被検非球面レンズ２１をレンズ保持台１００に載せて、非球面２１ａのＸ、Ｙ、Ｚ軸方向のずれ調整を行なう。レンズ保持台１００は鉛直方向下方に配置され、測定光学系および測定装置が鉛直上方に配置されている。ここで、非球面自身の偏心（横ずれ）や傾きのみならず、レンズ保持台１００のレンズ保持縁部１０４に非球面レンズ２１の対向面２１ｂを当て付けるので、当て付け部に対する非球面レンズの光軸Ｏに対する傾きを生じ、さらに、レンズガイド面１０２と非球面レンズ２１の周縁輪郭間とのクリアランスにより被検非球面レンズ２１は、必然的に測定装置の光軸Ｏに対して傾きΔθｘ、Δθｙおよび横ずれδｘ、δｙを生じる。
【００２３】次に、本実施例における調整方法について、従来の調整方法と比較して説明する。被検非球面レンズ２１は、有効半径が7.20mm、非球面２１ａの形状が非球面式１で表わされる非球面レンズである。
【数１】
近軸ｒ：-27.682 (mm)ｋ ： 0.00000α4 ：-2.79670×10-5α6 ： 7.25141×10-8α8 ：-6.30504×10-9α10、α12： 0.00000×10-0
【００２４】この被検非球面２１ａは、有効半径上（ｈ＝ｈmax ）で非球面量が0.111mm 、λ＝0.6328μm のときに往復で350 λの波面収差を生じる非球面となる。ここで、被検非球面２１ａのアライメント誤差として、傾きΔθが１′存在したとき、および横ずれδ（方向は任意）が10μm 存在したときのそれぞれの場合に、
【表１】
【００２５】この表１は、被検非球面の傾きΔθおよび横ずれδと、観測される干渉縞の
【００２６】ここで特徴的なのは、被検面の傾きΔθの影響は、
【００２７】かかる条件下における従来の調整手順と波面収差との関係を、表２を参照して説明する。従来の被検非球面レンズのアライメント調整方法では、被検面自体を光軸に対して傾け、光軸と直交する方向に横ずれさせて調整を行ない、この傾きおよび横ずれの調整を、独立した調整段階により行なっていた。ここで、傾きΔθが１′、横ずれδが10μm 生じ、各々により発生する誤差が同じ方向だったとすると、
【表２】
【００２８】先ず、アライメント誤差によって発生した収差である
【００２９】次に、この5.89本の
【００３０】そこで今度は、
【００３１】そこで再び、
【００３２】このように、被検非球面の傾きΔθa の調整および光軸と直交する方向の横ずれδの調整を交互に、
【００３３】以上述べた従来の調整方法は、被検非球面の光軸の傾き調整を行なう際に、横ずれδは生じない、という仮定に基づいての説明であったが、この仮定が成立するのは、被検面の回転軸が被検非球面の面頂（光心）に一致したときのみである。実際にはこの仮定が必ずしも成立しておらず、この条件が崩れると調整には多大な時間を必要とする、という問題があった。しかも従来の調整方法は、ティルト誤差による干渉縞とコマ収差による干渉縞とを分離して調整できなかったので、上述のように条件が崩れた場合の調整が煩雑であった。
【００３４】この従来の測定方法から、アライメント調整で重要なのは、必要な情報であるコマ収差成分が不要な情報であるティルト成分に埋もれないようにして、如何に視認を容易にするかであり、視認の容易さが調整時間の大小を決定することが分かる。
【００３５】かかる分析に基づいてなされた本発明について、さらに図６ないし図８を参照して説明する。観測面状における、光軸を通る干渉縞の様子を図６のグラフに示した。図６において、横軸ρは、非球面レンズ２１の光軸からの高さ（半径）をｈ、有効高さをｈmax （有効半径Ｄ）としたときに、ｈ／ｈmax で表わされる値であり、縦軸Δω（本）は、干渉縞の変形量である。既に述べた表１の値は、このグラフのρ＝１の値である。このグラフから、干渉縞の変形量Δωは非球面の横ずれδに依存し、傾きΔに対する依存量は非球面の横ずれδに比して十分小さい、という特徴を持つことが分かる。
【００３６】この点に着目してなされた本発明の測定装置は、このコマ収差成分とティルト成分とを分離して独立調整可能にしたことに特徴を有する。つまり、初期に設定された参照光の方をアライメント調整時に傾けて、被検非球面のアライメント誤差により生じたティルト成分のみを独立して補正し、調整の効率化を図るものである。具体的には、コマ収差成分の調整は被検非球面レンズの移動により行ない、ティルト成分の調整は、被検非球面レンズは傾けずに、参照光の方を傾けて行なうことに特徴を有する。このように本実施例の装置は、被検非球面のコマ収差成分はすべて被検非球面レンズの並進ずれ調整のみで解消できる。
【００３７】この本発明の思想を実現する実施例の動作原理を、さらに図７を参照して説明する。図７において、紙面に対して直交する方向がＸ軸、紙面内でＸ軸および光軸Ｏと直交するする軸をＹ軸とする。可動参照ミラー３１は、軸心の延長が反射面の中心で直交するＸ軸方向軸およびＹ軸方向軸を中心として回動可能に構成されている。ここで、可動参照ミラー３１を、Ｘ軸方向軸を中心としてΔφ傾けた場合を考える。図７に示した通り、可動参照ミラー３１をΔφ傾けると、ホログラム２３に入射する参照光は、入射角が２Δφ傾く。さらにホログラム２３で回折された参照光は、結像レンズ２５を透過して、入射角αで観測面５３に入射する。ここで、結像レンズ２５に対し、ホログラム２３と観測面５３とが共役の場合には、結像レンズ２５による結像倍率をｍとすると、入射角αは、α＝２ｍΔφとなる。
【００３８】さらにこの例では、被検面と観測面も当然共役になっている。ここで、ホログラムで回折し、結像レンズ２５を透過してきた光束は、単にα傾くのみで、回折して来た波面の波面形状自体は変化しない。したがって、この入射角αで観測面５３に入射する参照光は、被検非球面２１ａからの反射光でホログラム２３を透過した光（物体光）と、結像レンズ２５を透過した後、観測面５３上で重なり、この結果、干渉縞が形成される。このとき観測面５３上での光束径をＤとすると、ｋ＝Ｄαなる本数の縞、つまりティルトにより発生する干渉縞がｋ本観測されるのみで、コマ収差は発生しない。図２に示した実施例では９本のティルト縞が発生していることが分かる。
【００３９】本実施例では、可動参照ミラー３１をティルトさせてアライメント調整を行なうことに特徴がある。可動参照ミラー３１が１′ティルトした（傾いた）ときに生じる干渉縞の本数を表３に示した。この表３は、可動参照ミラー３１の傾きΔφが１′増減すると、
【表３】
【００４０】次に、本発明の調整方法および調整装置による調整について、さらに表４および図８を参照して説明する。本実施例は、非球面レンズ２１は、光軸Ｏおよびこれと直交する方向にしか移動させないこと、および可動参照ミラー３１を回転調整することに特徴を有する。
【表４】
【００４１】先ず、被検非球面レンズ２１を被検レンズ保持台１００にセットする（ステップ（Ｓ）１１）。そして、デフォーカスが発生していれば、非球面レンズ２１（被検レンズ保持台１００）をＺ軸方向に移動調整してデフォーカスを０にする（Ｓ１３）。
【００４２】デフォーカス調整後、被検非球面２１ａのアライメント誤差として傾きΔθおよび横ずれδがそれぞれ同方向に、傾きΔθが１′、横ずれδが10μm 発生していたと仮定する。これは、表２の（１）と同条件である。このときの
【００４３】そこで、先ず、
【００４４】次に、
【００４５】以上の調整により
【００４６】以上の通りこの非球面測定装置では、被検非球面２１ａの傾き（光軸Ｏに対する非球面レンズ２１の光軸の傾き）、つまり
【００４７】図示実施例では、参照光を傾けるために、可動参照ミラー３１を回転させたが、可動参照ミラー３１と固定参照ミラー２９とを入れ替えてもよく、要するに、参照光がホログラム、観測面に入射する角度（光軸Ｏに対する角度）の調整ができる構成であればよい。
【００４８】ところで、この測定装置において種々の非球面レンズを測定する場合、ホログラムをそれぞれの非球面レンズに合わせて予め製作しておき、測定時には対応するホログラムと交換する必要がある。本実施例では、非球面レンズの非球面形状を測定する際に、可動参照ミラー３１を動かす。そのため、可動参照ミラー３１で反射してホログラムに入射する参照光の入射角度が、ホログラム記録時と、ホログラム交換時とで異なってしまうことがある。例えば、ホログラムを記録した後、他のホログラムを使用して非球面レンズ測定時のアライメント調整のために可動参照ミラー３１を回転調整した場合である。そのため、このように場合には、ホログラム、観測面に入射する参照光の位置、角度などの条件が、記録時とホログラム交換時とで異なってしまう。
【００４９】しかし、ホログラムに入射する参照光の条件は、ホログラム記録時と交換時とで同じにする必要がある。このようにしないと、ホログラムの調整が正しく行なえない。すなわち、非球面原器を設定し、原器からの反射光でホログラムを透過する光（０次回折光）と参照光でホログラムを回折する光による干渉縞の本数を０本にできない。
【００５０】そこで本発明は、参照光がホログラムに入射する角度、方向または位置を検出して、ホログラム記録時と交換時とで同一の入射条件に調整できる装置を提供する。この本発明の実施例について、さらに図９ないし図１１を参照して説明する。なお、図１に示した実施例と同一の構成部材には同一の符号を付して説明を省略する。
【００５１】図９には、ホログラム２３を透過した参照光（０次回折光）により可動参照ミラー３１の傾きを検出する実施例を示してある。可動参照ミラー３１で反射され、第１ハーフミラー１７およびホログラム２３を透過した参照光（０次回折光）は、集光レンズ６３によって、受光面が検出面を構成するＣＣＤイメージセンサ６５上に結像される。この参照光の像は点像６６として現われるので（図１０参照）、その点像６６をＴＶモニタ６７に映し出して観測する。ここで、ホログラム記録時における点像６６の位置（座標）を記録しておき、ホログラム交換時にはその記録位置を読み出して、その位置に点像６６が来るように可動参照ミラー３１の角度調整を行なう。この角度調整により、ホログラム２３を記録したときと同一の角度で入射する参照光によりホログラム入射を設定ができる。なお、集光レンズ６３、ＣＣＤイメージセンサ６５が検出手段を構成している。
【００５２】また、ホログラム記録時に点像が特定の座標に位置するように可動参照ミラー３１を角度調整する構成にすれば、種々のホログラム記録の度に点像６６の座標を記録しなくて済む。なお、参照光のホログラム入射位置を検出する手段は、集光レンズ６３、ＣＣＤイメージセンサ６５およびＴＶモニタ６７に限定されるものではない。
【００５３】以上は透過光（０次回折光）を利用した実施例であったが、１次回折光を利用する実施例について図１１を参照して説明する。ホログラム２３と結像レンズ２５との間に第３のハーフミラー７１を配設してある。可動参照ミラー３１で反射して第１ハーフミラー１７を透過し、ホログラム２３で回折された参照光の一部は、第３のハーフミラー７１で観測面５３と直交する方向に反射する。この第３のハーフミラー７１で反射した参照光は、集光レンズ７３によりＣＣＤイメージセンサ７５に結像される。この参照光の像は、点像として表われるので、これをＴＶモニタ７７に映し出して観察し、また記録する。この実施例では、観測面上で、被検面からの反射光も点像として観測できるので、両者の相対的な角度ずれが測定でき、被検面の傾き情報が得られる、という特徴もある。
【００５４】以上の通り本実施例は、ホログラムに入射する参照光の位置を検出できるので、種々の非球面レンズを測定するためにホログラムを交換する場合に、そのホログラム記録時の参照光入射位置と同一位置になるように可動参照ミラー３１の角度調整を行なうことができる。したがって、可動参照ミラー３１を動かすことにより生じる悪影響を除去して、可動参照ミラー３１の角度調整および非球面レンズ２１ａの横ずれ調整を迅速にかつ短時間で行なうことができる。
【００５５】
【発明の効果】以上の説明から明らかな通り本発明によれば、参照光によるホログラムの０次回折光または１次回折光を検出面に集光させてその位置により上記参照光が上記ホログラムに入射または射出する方向をを検出手段により検出できるので、非球面測定時に参照光がホログラムに入射する条件がホログラム記録時と変わっていても、ホログラム記録時に検出手段により参照光の集光位置を検出しておけば、この集光位置に測定時の参照光の集光位置が記録時の集光位置に合致するように合調整手段により調整すれば、ホログラム記録時と同一の条件に調整できるので、種々のホログラムを取り替えての光学素子の測定が容易、迅速かつ短時間で行なえ、特に、複数の非球面レンズの測定の際のアライメント調整が容易かつ短時間で行なえる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用する、ホログラムを利用した非球面測定装置の一実施例の光路図である。
【図２】同測定装置の観測面に表われた、被検非球面のティルトによる干渉縞の様子を立体、平面および断面で示す図である。
【図３】同測定装置の観測面に表われた、被検非球面のコマ収差による干渉縞の様子を立体、平面および断面で示す図である。
【図４】同測定装置の観測面に表われた、被検非球面のデフォーカスによる干渉縞の様子を立体、平面および断面で示す図である。
【図５】同測定装置の観測面に表われた、被検面のティルトおよびコマ収差による干渉縞の様子を示す平面図である。
【図６】ティルトΔθが１′、横ずれδが10μm 生じたときの干渉縞の曲がりの様子を示すグラフ図である。
【図７】本実施例における可動参照ミラーの回転角と参照光の偏向との関係を説明する図である。
【図８】本実施例の測定手順を説明するフローチャート図である。
【図９】本発明における参照光入射位置検出手段の一実施例を示す光路図である。
【図１０】同参照光入射位置検出手段により得られる像の様子を示す図である。
【図１１】本発明における参照光入射位置検出手段の他の実施例を示す光路図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 可干渉光源からの光束を分割し、一方を被検光学素子の被検面に照射し、該被検面で反射した被検光と、上記可干渉光源からの光束を分割した他方を参照光として、上記ホログラムで回折させた後に観測面上で重ね合わせて干渉させて干渉縞を形成する測定光学系を有する測定装置であって、上記参照光が上記ホログラムに入射する方向を調整する調整手段と、上記参照光によるホログラムの０次回折光または１次回折光を検出面に集光させてその位置により上記参照光が上記ホログラムに入射または射出する方向を検出する検出手段と、を有することを特徴とする非球面測定装置。
【請求項１】 可干渉光源からの光束を分割し、一方を被検光学素子の被検面に照射し、該被検面で反射した被検光と、上記可干渉光源からの光束を分割した他方を参照光として、上記ホログラムで回折させた後に観測面上で重ね合わせて干渉させて干渉縞を形成する測定光学系を有する測定装置であって、上記参照光が上記ホログラムに入射する方向を調整する調整手段と、上記参照光によるホログラムの０次回折光または１次回折光を検出面に集光させてその位置により上記参照光が上記ホログラムに入射または射出する方向を検出する検出手段と、を有することを特徴とする非球面測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図９】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図９】
【図１１】
【特許番号】特許第３３８５０８２号（Ｐ３３８５０８２）
【登録日】平成１４年１２月２７日（２００２．１２．２７）
【発行日】平成１５年３月１０日（２００３．３．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願平５−３１２２６３
【出願日】平成５年１２月１３日（１９９３．１２．１３）
【公開番号】特開平７−１６７７３９
【公開日】平成７年７月４日（１９９５．７．４）
【審査請求日】平成１２年８月１０日（２０００．８．１０）
【出願人】（００００００５２７）ペンタックス株式会社 (1,878)
【参考文献】
【文献】特開 平４−２４０５３４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 昭６２−４４６０７（ＪＰ，Ａ）
【登録日】平成１４年１２月２７日（２００２．１２．２７）
【発行日】平成１５年３月１０日（２００３．３．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成５年１２月１３日（１９９３．１２．１３）
【公開番号】特開平７−１６７７３９
【公開日】平成７年７月４日（１９９５．７．４）
【審査請求日】平成１２年８月１０日（２０００．８．１０）
【出願人】（００００００５２７）ペンタックス株式会社 (1,878)
【参考文献】
【文献】特開 平４−２４０５３４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 昭６２−４４６０７（ＪＰ，Ａ）
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