面ずれ面倒れ測定装置
【課題】面ずれと面倒れを互いに分離して高精度に測定することができ、かつ種々の被検体を測定対象とすることが可能な面ずれ面倒れ測定装置を得る。
【解決手段】回折格子２２Ａを介して、光軸Ｃ２２Ａに対する波面の進行角度が互いに異なる２つの円錐状光束を第１被検面９０Ａに照射するとともに、回折格子２２Ｂを介して、光軸Ｃ２２Ｂに対する波面の進行角度が互いに異なる２つの円錐状光束を第２被検面９０Ｂに照射する。第１被検面９０Ａからの戻り光により形成される２つの干渉縞を解析することにより、光軸Ｃ２２Ａに対する第１被検面９０Ａの面ずれおよび面倒れを求め、第２被検面９０Ｂからの戻り光により形成される２つの干渉縞を解析することにより、光軸Ｃ２２Ｂに対する第２被検面９０Ａの面ずれおよび面倒れを求め、それらの結果から、被検レンズ９の面ずれおよび面倒れを求める。
【解決手段】回折格子２２Ａを介して、光軸Ｃ２２Ａに対する波面の進行角度が互いに異なる２つの円錐状光束を第１被検面９０Ａに照射するとともに、回折格子２２Ｂを介して、光軸Ｃ２２Ｂに対する波面の進行角度が互いに異なる２つの円錐状光束を第２被検面９０Ｂに照射する。第１被検面９０Ａからの戻り光により形成される２つの干渉縞を解析することにより、光軸Ｃ２２Ａに対する第１被検面９０Ａの面ずれおよび面倒れを求め、第２被検面９０Ｂからの戻り光により形成される２つの干渉縞を解析することにより、光軸Ｃ２２Ｂに対する第２被検面９０Ａの面ずれおよび面倒れを求め、それらの結果から、被検レンズ９の面ずれおよび面倒れを求める。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転対称な曲面部を有してなる複数の被検面を備えた被検体の面ずれおよび面倒れを測定する面ずれ面倒れ測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
樹脂射出成形やガラスモールド成形によりレンズを作製する場合、２つの成形用金型の間に相対的な位置ずれや傾きずれが生じていると、成形されたレンズに面ずれ（２つのレンズ面それぞれの軸同士の相対的な位置ずれ）や面倒れ（２つのレンズ面それぞれの軸同士の相対的な傾きずれ）が発生してしまう。このような面ずれや面倒れは、成形された非球面レンズの収差を増大させる要因となるので、成形用金型間の相対的な位置ずれおよび傾きずれを無くすように調整することが望ましく、そのために成形されたレンズの面ずれおよび面倒れを高精度に測定し、その測定結果を金型の調整にフィードバックすることが要望されている。
【０００３】
従来、非球面レンズの面ずれと面倒れを測定する方法として、下記特許文献１に記載された手法が知られている。この手法は、レンズの光軸に対し垂直に設置された鍔状の張出部を有している非球面レンズの面ずれや面倒れを、オートコリメータを用いて測定するものである。
【０００４】
また、ヌル光学素子を備えた干渉計により被検レンズの透過波面測定を行って該被検レンズのコマ収差を求め、このコマ収差に基づき、被検レンズの面ずれおよび面倒れを測定する手法が、本願出願人より提案されている（下記特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３１２７００３号公報
【特許文献２】特開２００８−２４９４１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に記載されているようなオートコリメータを用いた偏心検査機では、測定対象となる被検体に発生している面ずれと面倒れを互いに分離して測定することが困難であり、また測定精度も十分とは言えない。
【０００７】
一方、上記特許文献２に記載の手法は、面ずれと面倒れを互いに分離して高精度に測定することが可能であるが、測定対象となる被検体（非球面レンズ）が替わると、それに応じてヌル光学素子を交換する必要があるため、種々の被検体を測定対象とすることが困難である。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、測定対象となる被検体に生じている面ずれと面倒れを互いに分離して高精度に測定することができ、かつ種々の被検体を測定対象とすることが可能な面ずれ面倒れ測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的達成のため本発明に係る面ずれ面倒れ測定装置は、以下の特徴を備えている。
【００１０】
すなわち、本発明に係る面ずれ面倒れ測定装置は、回転対称な曲面部を有してなる複数の被検面を備えた被検体の面ずれおよび面倒れを測定する面ずれ面倒れ測定装置であって、
測定光生成素子と、該測定光生成素子を介して測定光を前記被検体に照射するとともに該被検体からの戻り光を、該測定光生成素子を介して参照光と干渉させて干渉縞を形成する干渉光学系と、形成された干渉縞を撮像する撮像手段と、撮像された干渉縞を解析する解析手段とを備え、
前記測定光生成素子は、前記干渉光学系から出射された光束を、該測定光生成素子の光軸に対する波面の進行角度が互いに異なる複数の偏向光束に変換し、該複数の偏向光束の各々を前記測定光として前記被検体に向けて出射するとともに、前記複数の被検面において該複数の偏向光束が垂直に入射した領域からの各戻り光を前記干渉光学系に向けて出射するように構成されており、
前記解析手段は、前記各戻り光と前記参照光とによりそれぞれ形成される各干渉縞の位相情報に基づき、前記被検体の面ずれおよび面倒れを解析するように構成されている、ことを特徴とする。
【００１１】
本発明において、前記測定光生成素子は、前記複数の偏向光束として、前記光軸に対する波面の進行角度が互いに異なる複数の円錐状光束を生成するように構成することもできる。
【００１２】
また、本発明において、前記測定光生成素子、前記干渉光学系および前記撮像手段を、前記被検体を挟んでそれぞれ一対ずつ配置することができる。
【００１３】
上記「円錐状光束」とは、測定光生成素子の光軸とのなす角の大きさ（角度）が互いに等しい光線群（各光線の進行方向は互いに異なる）からなり、その波面（等位相面）が該光軸を中心軸とした円錐面状となる光束を意味する。
【００１４】
また、上記「測定光生成素子の光軸に対する波面の進行角度」とは、波面の進行方向のベクトルと測定光生成素子の光軸方向のベクトルとのなす角の大きさ（角度）を意味する。上述の円錐状光束の場合、１つの円錐状光束を構成する各光線の進行方向は互いに異なるが、波面の進行角度は一定値となる。
【００１５】
なお、前記測定光生成素子は、前記複数の偏向光束として、前記円錐状光束および前記光軸に対し波面が垂直な平行光束を生成するように構成することもできる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る面ずれ面倒れ測定装置は、上述の特徴を備えていることにより、以下のような作用効果を奏する。
【００１７】
すなわち、本発明の面ずれ面倒れ測定装置においては、干渉光学系から出射された光束が、測定光生成素子により波面の進行角度が互いに異なる複数の偏向光束に変換され、被検体が備える複数の被検面に照射される。そして、複数の被検面において、各偏向光束が垂直に入射した領域からの各戻り光と参照光とによりそれぞれ形成される各干渉縞の位相情報に基づき被検体の面ずれおよび面倒れが測定される。
【００１８】
波面の進行角度が互いに異なる複数の偏向光束を各被検面に照射することにより、各々の被検面について、担持する位相情報が異なる複数の干渉縞を得ることができるので、これらの干渉縞の位相情報を解析することにより、各被検面の相対的な面ずれおよび面倒れを互いに分離して高精度に測定することが可能となる。
【００１９】
また、測定対象となる被検体が替わっても、各々の被検面が、各偏向光束が垂直に入射する領域を備えてさえいれば、測定光生成素子を交換することなく測定を行うことができるので、種々の被検体を測定対象とすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１実施形態に係る面ずれ面倒れ測定装置の概略構成図である。
【図２】図１に示すのと同じタイプの回折格子付き参照基準板の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について、上述の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、実施形態の説明に使用する各図は概略的な説明図であり、詳細な形状や構造を示すものではなく、各部材の大きさや部材間の距離等については適宜変更して示してある。
【００２２】
〈第１実施形態〉
本実施形態に係る面ずれ面倒れ測定装置は、図１に示すように、被検レンズ９（本実施形態における被検体）の面ずれおよび面倒れを測定するものであり、被検レンズ９を挟んで互いに対向するように配置された第１測定部１Ａおよび第２測定部１Ｂと、測定解析部３とを備えてなる。
【００２３】
上記被検レンズ９は、図示せぬ２つの金型間に形成されたキャビティに溶融樹脂を射出することにより形成された非球面レンズであり、レンズ部９１の外周部に鍔状の張出部９２を有してなる。この被検レンズ９において、図中上側を向いた第１レンズ面９３、嵌合面９５および張出部上面９６は上記２つの金型のうちの一方の金型により賦形されたものであり、図中下側を向いた第２レンズ面９４および張出部下面９７は他方の金型により賦形されたものである。なお、被検レンズ９は、図示せぬアライメント機構によりアライメント調整可能に保持されている
上記第１レンズ面９３は、その中心軸Ｃ９３（第１レンズ面９３の非球面式によって決定される）を中心とする回転対称な非球面により構成されており、上記嵌合面９５は、上記中心軸Ｃ９３を中心とする回転対称な円錐面により構成されている。また、上記張出部上面９６は上記中心軸Ｃ９３に対し垂直な円環状の平面により構成されている。なお、この被検レンズ９は、他のレンズ（図示略）と組み合わされて使用される嵌合レンズであり、嵌合面９５が他のレンズとの当接面として形成されている。一方、上記第２レンズ面９４は、その中心軸Ｃ９４（第２レンズ面９４の非球面式によって決定される）を中心とする回転対称な非球面により構成されており、上記張出部下面９７は上記中心軸Ｃ９４に対し垂直な円環状の平面により構成されている。
【００２４】
上記２つの中心軸Ｃ９３，Ｃ９４は、互いに一致するように設計されているが、上記２つの金型の設置精度等が原因となって実際には一致しないことがある。本実施形態では、上述の第１レンズ面９３、嵌合面９５および張出部上面９６を併せて第１被検面９０Ａと称し、第２レンズ面９４および張出部下面９７を併せて第２被検面９０Ｂと称する。そして、第１被検面９０Ａ（第１レンズ面９３）の中心軸Ｃ９３と第２被検面９０Ｂ（第２レンズ面９４）の中心軸Ｃ９４との相対的な傾き角（２つの中心軸Ｃ９３，Ｃ９４のなす角；２つの中心軸Ｃ９３，Ｃ９４が互いに交わらない場合は、それぞれの方向ベクトルのなす角）を、被検レンズ９の面倒れと定義する。また、第１被検面９０Ａ（中心軸Ｃ９３）は、第１レンズ面９３の中心点（中心軸Ｃ９３と第１レンズ面９３との交点）を回転中心として傾き、第２被検面９０Ｂ（中心軸Ｃ９４）は、第２レンズ面９４の中心点（中心軸Ｃ９４と第２レンズ面９４との交点）を回転中心として傾くと仮定する。
【００２５】
また、２つの中心軸Ｃ９３，Ｃ９４の一方に対し垂直な仮想平面に、第１レンズ面９３の中心点および第２レンズ面９４の中心点をそれぞれ正射影したときの、２つの正射影点の仮想平面上での位置のずれを面ずれと定義する。
【００２６】
上記第１測定部１Ａは、レーザ光源１１Ａ、ビーム径変換用レンズ１２Ａ、ビームスプリッタ１３Ａ（光束分岐面１３Ａａを有する）、コリメータレンズ１４Ａ、結像レンズ１５Ａ、撮像カメラ１６Ａ（ＣＣＤやＣＭＯＳ等からなる撮像素子１７Ａを有する）、および回折格子付き参照基準板２０Ａを備えてなる。なお、回折格子付き参照基準板２０Ａは、図示せぬアライメント機構によりアライメント調整可能に保持されており、第１測定部１Ａの他の構成部材は、回折格子付き参照基準板２０Ａのアライメント機構とは別のアライメント機構（図示略）により一体的にアライメント調整可能に保持されている。
【００２７】
この回折格子付き参照基準板２０Ａは、コリメータレンズ１４Ａと対向する側に参照基準面２１Ａを備え、被検レンズ９と対向する側に回折格子２２Ａを備えた円板状の部材である。参照基準面２１Ａは、コリメータレンズ１４Ａから光軸Ｃ１４Ａに沿って出射された光束（平行光束）を、参照基準面２１Ａにおいて２つに分岐し、一方を参照光としてコリメータレンズ１４Ａに向けて反射するとともに、他方を回折格子２２Ａに向けて出射するように構成されている。また、回折格子２２Ａは、参照基準面２１Ａからの光束を、回折することにより、波面の進行角度が互いに異なる２つの偏向光束（共に円錐状光束からなる。図中、一方の偏向光束の光線を実線で、他方の偏向光束を破線で示す）に変換し、この２つの偏向光束を第１被検面９０Ａに照射すると共に、各々の偏向光束が垂直に入射した領域（本実施形態では、第１レンズ面９３内において中心軸Ｃ９３を中心とするリング状の領域となる）からの各戻り光を、回折することにより平行光に変換して、参照基準面２１Ａに向けて出射するように構成されている。
【００２８】
上記第１測定部１Ｂは、レーザ光源１１Ｂ、ビーム径変換用レンズ１２Ｂ、ビームスプリッタ１３Ｂ（光束分岐面１３Ｂａを有する）、コリメータレンズ１４Ｂ、結像レンズ１５Ｂ、撮像カメラ１６Ｂ（ＣＣＤやＣＭＯＳ等からなる撮像素子１７Ｂを有する）、および回折格子付き参照基準板２０Ｂを備えてなる。なお、回折格子付き参照基準板２０Ｂは、図示せぬアライメント機構によりアライメント調整可能に保持されており、第２測定部１Ｂの他の構成部材は、回折格子付き参照基準板２０Ｂのアライメント機構とは別のアライメント機構（図示略）により一体的にアライメント調整可能に保持されている。
【００２９】
この回折格子付き参照基準板２０Ｂは、コリメータレンズ１４Ｂと対向する側に参照基準面２１Ｂを備え、被検レンズ９と対向する側に回折格子２２Ｂを備えた円板状の部材である。参照基準面２１Ｂは、コリメータレンズ１４Ｂから光軸Ｃ１４Ｂに沿って出射された光束（平行光束）を、参照基準面２１Ｂにおいて２つに分岐し、一方を参照光としてコリメータレンズ１４Ｂに向けて反射するとともに、他方を回折格子２２Ｂに向けて出射するように構成されている。また、回折格子２２Ｂは、参照基準面２１Ｂからの光束を、回折することにより、波面の進行角度が互いに異なる２つの偏向光束（共に円錐状光束からなる。図中、一方の偏向光束の光線を実線で、他方の偏向光束を破線で示す）に変換し、この２つの偏向光束を第２被検面９０Ｂに照射すると共に、各々の偏向光束が垂直に入射した領域（本実施形態では、第２レンズ面９４内において中心軸Ｃ９４を中心とするリング状の領域となる）からの各戻り光を、回折することにより平行光に変換して、参照基準面２１Ｂに向けて出射するように構成されている。
【００３０】
なお、本実施形態では、レーザ光源１１Ａ、ビーム径変換用レンズ１２Ａ、ビームスプリッタ１３Ａ、コリメータレンズ１４Ａ、結像レンズ１５Ａ、および回折格子付き参照基準板２０Ａの参照基準面２１Ａと、レーザ光源１１Ｂ、ビーム径変換用レンズ１２Ｂ、ビームスプリッタ１３Ｂ、コリメータレンズ１４Ｂ、結像レンズ１５Ｂ、および回折格子付き参照基準板２０Ｂの参照基準面２１Ｂとにより、それぞれ干渉光学系が構成されており、撮像カメラ１６Ａと撮像カメラ１６Ｂとにより、それぞれ撮像手段が構成されている。
【００３１】
また、回折格子付き参照基準板２０Ａの回折格子２２Ａと、回折格子付き参照基準板２０Ｂの回折格子２２Ｂは、それぞれ本実施形態における測定光生成素子を構成するものである。ここで、それらの構成を、図２を参照してより詳細に説明する。図２に示す回折格子付き参照基準板２０は、回折格子付き参照基準板２０Ａ，２０Ｂと同タイプのものであり、参照基準面２１と回折格子２２を備えている。
【００３２】
この回折格子２２は、その光軸Ｃ２２を中心とする複数の輪帯状ブレーズ型格子により構成されている。また、光軸Ｃ２２に近い領域（図中実線で示す光束が通過する領域、以下「中心部領域」と称する）と、光軸Ｃ２２から離れた外縁部の領域（図中破線で示す光束が通過する領域、以下「外縁部領域」と称する）とでは、各々の格子のピッチおよび深さを変えている。これにより、参照基準面２１から上記中心部領域に入射した平行光束を、光軸Ｃ２２に対する進行角度が図中θ１の角度（例えば１０度）となる円錐状光束（以下「第１円錐状光束」と称する）に変換して出射し、参照基準面２１から上記外縁部領域に入射した平行光束を、光軸Ｃ２２に対する進行角度が図中θ２の角度（例えば３０度）となる円錐状光束（以下「第２円錐状光束」と称する）に変換して出射するようになっている。
【００３３】
また、この回折格子２２は、上述の第１円錐状光束および第２円錐状光束が、光軸Ｃ２２上に位置する所定の空間領域Ｐ内に集光するように構成されている。これにより、この空間領域Ｐ内に測定対象となる被検体を設置することにより、被検体が有する各被検面に対し第１円錐状光束および第２円錐状光束を照射することが可能となっている。
【００３４】
上記測定解析部３は、コンピュータ等からなる解析装置３１と、干渉縞画像等を表示するモニタ装置３２と、解析装置３１に対する各種入力を行うための入力装置３３とを備えてなる。この解析装置３１は、本実施形態における解析手段を構成するものであり、ＣＰＵ、ハードディスク等の記憶部および該記憶部に格納されたプログラム等からなり、上述の撮像カメラ１６Ａおよび撮像カメラ１６Ｂによりそれぞれ撮像された各干渉縞の画像データを記憶するとともに、各々の干渉縞に位相情報に基づき、被検レンズ９の面ずれおよび面倒れを解析するように構成されている。
【００３５】
以下、本実施形態に係る面ずれ面倒れ測定装置の作用について説明する。測定を実施するのに先立って、第１測定部１Ａ、第２測定部１Ｂおよび被検レンズ９のアライメント調整が行われる。このアライメント調整は、上述の図示せぬアライメント機構を用いて、光軸Ｃ１４Ａおよび光軸Ｃ１４Ｂが互いに平行となり、光軸Ｃ２２Ａおよび光軸Ｃ２２Ｂが互いに一致するとともに光軸Ｃ１４Ａおよび光軸Ｃ１４Ｂと平行となるように、また、第１被検面９０Ａの中心軸Ｃ９３および第２被検面９０Ｂの中心軸Ｃ９４が、光軸Ｃ２２Ａおよび光軸Ｃ２２Ｂと互いに略一致するように行われる。
【００３６】
このアライメント調整後、被検レンズ９の測定を行う。以下、その測定時における作用について説明する。
【００３７】
（測定時の作用）
〈１〉図１に示す第１測定部１Ａのレーザ光源１１Ａからレーザ光が出射されると、このレーザ光は、ビーム径変換用レンズ１２Ａを介してビームスプリッタ１３Ａに入射し、該ビームスプリッタ１３Ａの光束分岐面１３Ａａにおいて図中下方に反射されてコリメータレンズ１４Ａに入射する。コリメータレンズ１４Ａに入射した光束は、平行光束に変換されて回折格子付き参照基準板２０Ａに向けて出射される。
【００３８】
〈２〉回折格子付き照基準板２０Ａに入射した光束は、参照基準面２１Ａにおいて２つに分岐され、一方は参照光としてコリメータレンズ１４Ａに向けて反射され、他方は回折格子２２Ａに向けて出射される。
【００３９】
〈３〉回折格子２２Ａに入射した平行光束は、波面の進行角度が互いに異なる２つの円錐状光束（第１円錐状光束および第２円錐状光束）に変換された後、第１被検面９０Ａに向けて出射される。
【００４０】
〈４〉回折格子２２Ａから出射された第１円錐状光束および第２円錐状光束は、第１レンズ面９３内において中心軸Ｃ９３を中心とするリング状の各領域に垂直に入射し、該各領域（第１円錐状光束が垂直に入射する領域および第２円錐状光束が垂直に入射する領域）からそれぞれ再帰反射されて回折格子２２Ａに戻る。
【００４１】
〈５〉回折格子２２Ａに入射した各領域からの戻り光は、平行光に変換されて参照基準面２１Ａに入射し、参照光と合波されて干渉光を形成する。
【００４２】
〈６〉上記干渉光は、コリメータレンズ１４Ａおよびビームスプリッタ１３Ａを経由して結像レンズ１５Ａに入射し、該結像レンズ１５Ａにより撮像カメラ１６Ａの撮像素子１７Ａ上に集光されて、第１円錐状光束が垂直に入射した領域に対応したリング状の干渉縞（以下「第１干渉縞」と称す）と、第２円錐状光束が垂直に入射した領域に対応したリング状の干渉縞（以下「第２干渉縞」と称す）が結像される。結像された第１干渉縞および第２干渉縞は、撮像カメラ１６Ａにより撮像され、それらの画像データが解析装置３１に出力され記憶部に格納される。
【００４３】
〈７〉解析装置３１において第１干渉縞および第２干渉縞の解析が行われ、回折格子２２Ａの光軸Ｃ２２Ａに対する第１被検面９０Ａの面ずれ（以下「第１の面ずれ」と称する）および面倒れ（以下「第１の面倒れ」と称する）が求められる。具体的には、第１干渉縞の位相情報により得られる方程式と、第２干渉縞の位相情報により得られる方程式とを連立させて解くことにより、第１の面ずれおよび第１の面倒れを互いに分離して高精度に求めることができる。
【００４４】
すなわち、回折格子２２Ａの光軸Ｃ２２Ａに対する第１円錐状光束の進行角度をα１、第１円錐状光束が垂直に入射した、第１レンズ面９３内のリング状の領域の直径をＬ１、光軸Ｃ２２Ａに対する第２円錐状光束の進行角度をα２、第２円錐状光束が垂直に入射した、第１レンズ面９３内のリング状の領域の直径をＬ２とする（α１、α２は回折格子２２Ａの設計データから求めることができ、Ｌ１、Ｌ２は第１レンズ面９３の設計データから求めることができる）。
【００４５】
このとき、光軸Ｃ２２Ａに対する第１被検面９０Ａの面倒れは無く、面ずれのみが距離Ｄだけ生じていると仮定すると、第１干渉縞においては、径方向に２Ｄsinα１の位相変化が生じることになる。一方、光軸Ｃ２２Ａに対する第１被検面９０Ａの面ずれは無く、面倒れのみが角度βだけ生じていると仮定すると、第１干渉縞においては、径方向にＬsin２βの位相変化が生じることになる。
【００４６】
よって、光軸Ｃ２２Ａに対する第１被検面９０Ａの面ずれが距離Ｄ、面倒れが角度βずつ生じている場合の第１干渉縞における径方向の位相変化φ１は、下式（Ａ）の方程式で表すことができる。
φ１＝２Ｄsinα１＋Ｌ１sin２β …… （Ａ）
【００４７】
同様に考えると、第２干渉縞における径方向の位相変化φ２は、下式（Ｂ）の方程式で表すことができる。
φ２＝２Ｄsinα２＋Ｌ２sin２β …… （Ｂ）
【００４８】
したがって、上式（Ａ）、（Ｂ）の２つの方程式を連立させて解くことにより、未知数であるＤおよびβを求めることができる。
【００４９】
〈８〉一方、第２測定部１Ｂのレーザ光源１１Ｂからレーザ光が出射されると、このレーザ光は、ビーム径変換用レンズ１２Ｂを介してビームスプリッタ１３Ｂに入射し、該ビームスプリッタ１３Ｂの光束分岐面１３Ｂａにおいて図中上方に反射されてコリメータレンズ１４Ｂに入射する。コリメータレンズ１４Ｂに入射した光束は、平行光束に変換されて回折格子付き参照基準板２０Ｂに向けて出射される。
【００５０】
〈９〉回折格子付き照基準板２０Ｂに入射した光束は、参照基準面２１Ｂにおいて２つに分岐され、一方は参照光としてコリメータレンズ１４Ｂに向けて反射され、他方は回折格子２２Ｂに向けて出射される。
【００５１】
〈１０〉回折格子２２Ｂに入射した平行光束は、波面の進行角度が互いに異なる２つの円錐状光束（第１円錐状光束および第２円錐状光束）に変換された後、第１被検面９０Ｂに向けて出射される。
【００５２】
〈１１〉回折格子２２Ｂから出射された第１円錐状光束および第２円錐状光束は、第２レンズ面９４内において中心軸Ｃ９４を中心とするリング状の各領域に垂直に入射し、該各領域（第１円錐状光束が垂直に入射する領域および第２円錐状光束が垂直に入射する領域）からそれぞれ再帰反射されて回折格子２２Ｂに戻る。
【００５３】
〈１２〉回折格子２２Ｂに入射した各領域からの戻り光は、平行光に変換されて参照基準面２１Ｂに入射し、参照光と合波されて干渉光を形成する。
【００５４】
〈１３〉上記干渉光は、コリメータレンズ１４Ｂおよびビームスプリッタ１３Ｂを経由して結像レンズ１５Ｂに入射し、該結像レンズ１５Ｂにより撮像カメラ１６Ｂの撮像素子１７Ｂ上に集光されて、第１円錐状光束が垂直に入射した領域に対応したリング状の干渉縞（以下「第３干渉縞」と称す）と、第２円錐状光束が垂直に入射した領域に対応したリング状の干渉縞（以下「第４干渉縞」と称す）が結像される。結像された第３干渉縞および第４干渉縞は、撮像カメラ１６Ｂにより撮像され、それらの画像データが解析装置３１に出力され記憶部に格納される。
【００５５】
〈１４〉解析装置３１において第３干渉縞および第４干渉縞の解析が行われ、回折格子２２Ｂの光軸Ｃ２２Ｂに対する第２被検面９０Ｂの面ずれ（以下「第２の面ずれ」と称する）および面倒れ（以下「第２の面倒れ」と称する）が求められる。具体的には、第３干渉縞の位相情報により得られる方程式と、第４干渉縞の位相情報により得られる方程式とを連立させて解くことにより、第２の面ずれおよび第２の面倒れを互いに分離して高精度に求めることができる（詳細は、上述のＤおよびβの求め方と同様である）。
【００５６】
〈１５〉上述の手順〈７〉で求められた第１の面ずれおよび第１の面倒れと、上記手順〈１４〉で求められた第２の面ずれおよび第２の面倒れとによって、第１被検面９０Ａと第２被検面９０Ｂとの間の相対的な面ずれおよび面倒れ、すなわち、被検レンズ９の面ずれおよび面倒れを互いに分離して高精度に求めることができる。
【００５７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に態様が限定されるものではなく、種々の態様のものを実施形態とすることができる。
【００５８】
例えば、上記実施形態における測定光生成素子としての回折格子２２Ａ，２２Ｂは、複数の偏向光束として、光軸Ｃ２２Ａ，Ｃ２２Ｂに対する波面の進行角度が互いに異なる複数の円錐状光束を生成するものであるが、屈折素子を用いてこのような測定光生成素子を構成することも可能である。具体的には、互いに傾斜角度が異なる複数の円錐面を有する円錐レンズを用いることにより、波面の進行角度が互いに異なる複数の円錐状光束を生成することが可能となる。
【００５９】
また、測定光生成素子として、その光軸に対し波面が垂直な平行光束と円錐状光束を生成するものを用いることも可能である。具体的には、中央部に格子が形成されない領域を有する輪帯状のブレーズ型回折格子や、輪帯状の矩形型回折格子（０次回折光により平行光束を得る）や、上下２つの底面の傾斜角度が互いに異なる斜円錐台状に形成された屈折素子を用いることにより、光軸に対し波面が垂直な平行光束と円錐状光束を生成することが可能である。このような測定光生成素子を用いた場合には、各被検面において中心軸に対し垂直となる部分に平行光束を照射して、その戻り光により形成される干渉縞に基づき、各被検面の面倒れを求めることも可能となる。
【００６０】
また、上記実施形態では、被検体９を挟んで２つの測定部（第１測定部１Ａおよび第２測定部１Ｂ）を互いに対向するように配置して両側から測定を行っているが、１つの測定部により片側から測定を行うことも可能である。この場合、高コヒーレント光を用いると各被検面からの戻り光により多重干渉が生じるので、低コヒーレント光を用いることによりそれを防止することも可能である。低コヒーレント光を用いる場合には、干渉縞が生じる被検面の位置を特定するため、被検面からの戻り光と参照光との光路長差を調整し得るような迂回路部を設けることが好ましい。
【００６１】
また、回折格子を測定光生成素子として用いる場合は、波長可変レーザや出力波長が互いに異なる複数の光源を用いることにより、波長毎の回折角度の違いによって、波面の進行角度が互いに異なる複数の円錐状光束を生成することも可能となる。
【００６２】
また、上記実施形態では、第１レンズ面９３および第２レンズ面９４に２つの円錐状光束を照射しているが、第１レンズ面９３と張出部上面９６との境界部分や、第２レンズ面９４と張出部下面９７との境界部分に、Ｒ面やＣ面等の面取り部が形成されている場合には、この面取り部に２つの円錐状光束を照射するようにしてもよい。
【００６３】
また、射出成形用の２つの金型間に光束分岐素子を配置し、この光束分岐素子に１つの干渉光学系からの光束を照射して２つに分岐させるとともに、分岐された２つの光束の各光路上に測定光生成素子をそれぞれ配置し、各金型のキャビティに対して、波面の進行角度が互いに異なる複数の偏向光束を照射することにより、２つの金型間の面ずれおよび面倒れを直接測定するように構成することも可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１Ａ 第１測定部
１Ｂ 第２測定部
３ 測定解析部
９ 被検レンズ
１１Ａ，１１Ｂ レーザ光源
１２Ａ，１２Ｂ ビーム径変換用レンズ
１３Ａ，１３Ｂ ビームスプリッタ
１３Ａａ，１３Ｂａ 光束分岐面
１４Ａ，１４Ｂ コリメータレンズ
１５Ａ，１５Ｂ 結像レンズ
１６Ａ，１６Ｂ 撮像カメラ
１７Ａ，１７Ｂ 撮像素子
２０，２０Ａ，２０Ｂ 回折格子付き参照基準板
２１，２１Ａ，２１Ｂ 参照基準面
２２，２２Ａ，２２Ｂ 回折格子
３１ 解析装置
３２ モニタ装置
３３ 入力装置
９１ レンズ部
９２ 張出部
９３ 第１レンズ面
９４ 第２レンズ面
９５ 嵌合面
９６ 張出部上面
９７ 張出部下面
Ｃ１４Ａ，Ｃ１４Ｂ，Ｃ２２Ａ，Ｃ２２Ｂ 光軸
Ｃ９３，Ｃ９４ 中心軸
Ｐ 空間領域
θ１，θ２ 進行角度
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転対称な曲面部を有してなる複数の被検面を備えた被検体の面ずれおよび面倒れを測定する面ずれ面倒れ測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
樹脂射出成形やガラスモールド成形によりレンズを作製する場合、２つの成形用金型の間に相対的な位置ずれや傾きずれが生じていると、成形されたレンズに面ずれ（２つのレンズ面それぞれの軸同士の相対的な位置ずれ）や面倒れ（２つのレンズ面それぞれの軸同士の相対的な傾きずれ）が発生してしまう。このような面ずれや面倒れは、成形された非球面レンズの収差を増大させる要因となるので、成形用金型間の相対的な位置ずれおよび傾きずれを無くすように調整することが望ましく、そのために成形されたレンズの面ずれおよび面倒れを高精度に測定し、その測定結果を金型の調整にフィードバックすることが要望されている。
【０００３】
従来、非球面レンズの面ずれと面倒れを測定する方法として、下記特許文献１に記載された手法が知られている。この手法は、レンズの光軸に対し垂直に設置された鍔状の張出部を有している非球面レンズの面ずれや面倒れを、オートコリメータを用いて測定するものである。
【０００４】
また、ヌル光学素子を備えた干渉計により被検レンズの透過波面測定を行って該被検レンズのコマ収差を求め、このコマ収差に基づき、被検レンズの面ずれおよび面倒れを測定する手法が、本願出願人より提案されている（下記特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３１２７００３号公報
【特許文献２】特開２００８−２４９４１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に記載されているようなオートコリメータを用いた偏心検査機では、測定対象となる被検体に発生している面ずれと面倒れを互いに分離して測定することが困難であり、また測定精度も十分とは言えない。
【０００７】
一方、上記特許文献２に記載の手法は、面ずれと面倒れを互いに分離して高精度に測定することが可能であるが、測定対象となる被検体（非球面レンズ）が替わると、それに応じてヌル光学素子を交換する必要があるため、種々の被検体を測定対象とすることが困難である。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、測定対象となる被検体に生じている面ずれと面倒れを互いに分離して高精度に測定することができ、かつ種々の被検体を測定対象とすることが可能な面ずれ面倒れ測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的達成のため本発明に係る面ずれ面倒れ測定装置は、以下の特徴を備えている。
【００１０】
すなわち、本発明に係る面ずれ面倒れ測定装置は、回転対称な曲面部を有してなる複数の被検面を備えた被検体の面ずれおよび面倒れを測定する面ずれ面倒れ測定装置であって、
測定光生成素子と、該測定光生成素子を介して測定光を前記被検体に照射するとともに該被検体からの戻り光を、該測定光生成素子を介して参照光と干渉させて干渉縞を形成する干渉光学系と、形成された干渉縞を撮像する撮像手段と、撮像された干渉縞を解析する解析手段とを備え、
前記測定光生成素子は、前記干渉光学系から出射された光束を、該測定光生成素子の光軸に対する波面の進行角度が互いに異なる複数の偏向光束に変換し、該複数の偏向光束の各々を前記測定光として前記被検体に向けて出射するとともに、前記複数の被検面において該複数の偏向光束が垂直に入射した領域からの各戻り光を前記干渉光学系に向けて出射するように構成されており、
前記解析手段は、前記各戻り光と前記参照光とによりそれぞれ形成される各干渉縞の位相情報に基づき、前記被検体の面ずれおよび面倒れを解析するように構成されている、ことを特徴とする。
【００１１】
本発明において、前記測定光生成素子は、前記複数の偏向光束として、前記光軸に対する波面の進行角度が互いに異なる複数の円錐状光束を生成するように構成することもできる。
【００１２】
また、本発明において、前記測定光生成素子、前記干渉光学系および前記撮像手段を、前記被検体を挟んでそれぞれ一対ずつ配置することができる。
【００１３】
上記「円錐状光束」とは、測定光生成素子の光軸とのなす角の大きさ（角度）が互いに等しい光線群（各光線の進行方向は互いに異なる）からなり、その波面（等位相面）が該光軸を中心軸とした円錐面状となる光束を意味する。
【００１４】
また、上記「測定光生成素子の光軸に対する波面の進行角度」とは、波面の進行方向のベクトルと測定光生成素子の光軸方向のベクトルとのなす角の大きさ（角度）を意味する。上述の円錐状光束の場合、１つの円錐状光束を構成する各光線の進行方向は互いに異なるが、波面の進行角度は一定値となる。
【００１５】
なお、前記測定光生成素子は、前記複数の偏向光束として、前記円錐状光束および前記光軸に対し波面が垂直な平行光束を生成するように構成することもできる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る面ずれ面倒れ測定装置は、上述の特徴を備えていることにより、以下のような作用効果を奏する。
【００１７】
すなわち、本発明の面ずれ面倒れ測定装置においては、干渉光学系から出射された光束が、測定光生成素子により波面の進行角度が互いに異なる複数の偏向光束に変換され、被検体が備える複数の被検面に照射される。そして、複数の被検面において、各偏向光束が垂直に入射した領域からの各戻り光と参照光とによりそれぞれ形成される各干渉縞の位相情報に基づき被検体の面ずれおよび面倒れが測定される。
【００１８】
波面の進行角度が互いに異なる複数の偏向光束を各被検面に照射することにより、各々の被検面について、担持する位相情報が異なる複数の干渉縞を得ることができるので、これらの干渉縞の位相情報を解析することにより、各被検面の相対的な面ずれおよび面倒れを互いに分離して高精度に測定することが可能となる。
【００１９】
また、測定対象となる被検体が替わっても、各々の被検面が、各偏向光束が垂直に入射する領域を備えてさえいれば、測定光生成素子を交換することなく測定を行うことができるので、種々の被検体を測定対象とすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１実施形態に係る面ずれ面倒れ測定装置の概略構成図である。
【図２】図１に示すのと同じタイプの回折格子付き参照基準板の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について、上述の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、実施形態の説明に使用する各図は概略的な説明図であり、詳細な形状や構造を示すものではなく、各部材の大きさや部材間の距離等については適宜変更して示してある。
【００２２】
〈第１実施形態〉
本実施形態に係る面ずれ面倒れ測定装置は、図１に示すように、被検レンズ９（本実施形態における被検体）の面ずれおよび面倒れを測定するものであり、被検レンズ９を挟んで互いに対向するように配置された第１測定部１Ａおよび第２測定部１Ｂと、測定解析部３とを備えてなる。
【００２３】
上記被検レンズ９は、図示せぬ２つの金型間に形成されたキャビティに溶融樹脂を射出することにより形成された非球面レンズであり、レンズ部９１の外周部に鍔状の張出部９２を有してなる。この被検レンズ９において、図中上側を向いた第１レンズ面９３、嵌合面９５および張出部上面９６は上記２つの金型のうちの一方の金型により賦形されたものであり、図中下側を向いた第２レンズ面９４および張出部下面９７は他方の金型により賦形されたものである。なお、被検レンズ９は、図示せぬアライメント機構によりアライメント調整可能に保持されている
上記第１レンズ面９３は、その中心軸Ｃ９３（第１レンズ面９３の非球面式によって決定される）を中心とする回転対称な非球面により構成されており、上記嵌合面９５は、上記中心軸Ｃ９３を中心とする回転対称な円錐面により構成されている。また、上記張出部上面９６は上記中心軸Ｃ９３に対し垂直な円環状の平面により構成されている。なお、この被検レンズ９は、他のレンズ（図示略）と組み合わされて使用される嵌合レンズであり、嵌合面９５が他のレンズとの当接面として形成されている。一方、上記第２レンズ面９４は、その中心軸Ｃ９４（第２レンズ面９４の非球面式によって決定される）を中心とする回転対称な非球面により構成されており、上記張出部下面９７は上記中心軸Ｃ９４に対し垂直な円環状の平面により構成されている。
【００２４】
上記２つの中心軸Ｃ９３，Ｃ９４は、互いに一致するように設計されているが、上記２つの金型の設置精度等が原因となって実際には一致しないことがある。本実施形態では、上述の第１レンズ面９３、嵌合面９５および張出部上面９６を併せて第１被検面９０Ａと称し、第２レンズ面９４および張出部下面９７を併せて第２被検面９０Ｂと称する。そして、第１被検面９０Ａ（第１レンズ面９３）の中心軸Ｃ９３と第２被検面９０Ｂ（第２レンズ面９４）の中心軸Ｃ９４との相対的な傾き角（２つの中心軸Ｃ９３，Ｃ９４のなす角；２つの中心軸Ｃ９３，Ｃ９４が互いに交わらない場合は、それぞれの方向ベクトルのなす角）を、被検レンズ９の面倒れと定義する。また、第１被検面９０Ａ（中心軸Ｃ９３）は、第１レンズ面９３の中心点（中心軸Ｃ９３と第１レンズ面９３との交点）を回転中心として傾き、第２被検面９０Ｂ（中心軸Ｃ９４）は、第２レンズ面９４の中心点（中心軸Ｃ９４と第２レンズ面９４との交点）を回転中心として傾くと仮定する。
【００２５】
また、２つの中心軸Ｃ９３，Ｃ９４の一方に対し垂直な仮想平面に、第１レンズ面９３の中心点および第２レンズ面９４の中心点をそれぞれ正射影したときの、２つの正射影点の仮想平面上での位置のずれを面ずれと定義する。
【００２６】
上記第１測定部１Ａは、レーザ光源１１Ａ、ビーム径変換用レンズ１２Ａ、ビームスプリッタ１３Ａ（光束分岐面１３Ａａを有する）、コリメータレンズ１４Ａ、結像レンズ１５Ａ、撮像カメラ１６Ａ（ＣＣＤやＣＭＯＳ等からなる撮像素子１７Ａを有する）、および回折格子付き参照基準板２０Ａを備えてなる。なお、回折格子付き参照基準板２０Ａは、図示せぬアライメント機構によりアライメント調整可能に保持されており、第１測定部１Ａの他の構成部材は、回折格子付き参照基準板２０Ａのアライメント機構とは別のアライメント機構（図示略）により一体的にアライメント調整可能に保持されている。
【００２７】
この回折格子付き参照基準板２０Ａは、コリメータレンズ１４Ａと対向する側に参照基準面２１Ａを備え、被検レンズ９と対向する側に回折格子２２Ａを備えた円板状の部材である。参照基準面２１Ａは、コリメータレンズ１４Ａから光軸Ｃ１４Ａに沿って出射された光束（平行光束）を、参照基準面２１Ａにおいて２つに分岐し、一方を参照光としてコリメータレンズ１４Ａに向けて反射するとともに、他方を回折格子２２Ａに向けて出射するように構成されている。また、回折格子２２Ａは、参照基準面２１Ａからの光束を、回折することにより、波面の進行角度が互いに異なる２つの偏向光束（共に円錐状光束からなる。図中、一方の偏向光束の光線を実線で、他方の偏向光束を破線で示す）に変換し、この２つの偏向光束を第１被検面９０Ａに照射すると共に、各々の偏向光束が垂直に入射した領域（本実施形態では、第１レンズ面９３内において中心軸Ｃ９３を中心とするリング状の領域となる）からの各戻り光を、回折することにより平行光に変換して、参照基準面２１Ａに向けて出射するように構成されている。
【００２８】
上記第１測定部１Ｂは、レーザ光源１１Ｂ、ビーム径変換用レンズ１２Ｂ、ビームスプリッタ１３Ｂ（光束分岐面１３Ｂａを有する）、コリメータレンズ１４Ｂ、結像レンズ１５Ｂ、撮像カメラ１６Ｂ（ＣＣＤやＣＭＯＳ等からなる撮像素子１７Ｂを有する）、および回折格子付き参照基準板２０Ｂを備えてなる。なお、回折格子付き参照基準板２０Ｂは、図示せぬアライメント機構によりアライメント調整可能に保持されており、第２測定部１Ｂの他の構成部材は、回折格子付き参照基準板２０Ｂのアライメント機構とは別のアライメント機構（図示略）により一体的にアライメント調整可能に保持されている。
【００２９】
この回折格子付き参照基準板２０Ｂは、コリメータレンズ１４Ｂと対向する側に参照基準面２１Ｂを備え、被検レンズ９と対向する側に回折格子２２Ｂを備えた円板状の部材である。参照基準面２１Ｂは、コリメータレンズ１４Ｂから光軸Ｃ１４Ｂに沿って出射された光束（平行光束）を、参照基準面２１Ｂにおいて２つに分岐し、一方を参照光としてコリメータレンズ１４Ｂに向けて反射するとともに、他方を回折格子２２Ｂに向けて出射するように構成されている。また、回折格子２２Ｂは、参照基準面２１Ｂからの光束を、回折することにより、波面の進行角度が互いに異なる２つの偏向光束（共に円錐状光束からなる。図中、一方の偏向光束の光線を実線で、他方の偏向光束を破線で示す）に変換し、この２つの偏向光束を第２被検面９０Ｂに照射すると共に、各々の偏向光束が垂直に入射した領域（本実施形態では、第２レンズ面９４内において中心軸Ｃ９４を中心とするリング状の領域となる）からの各戻り光を、回折することにより平行光に変換して、参照基準面２１Ｂに向けて出射するように構成されている。
【００３０】
なお、本実施形態では、レーザ光源１１Ａ、ビーム径変換用レンズ１２Ａ、ビームスプリッタ１３Ａ、コリメータレンズ１４Ａ、結像レンズ１５Ａ、および回折格子付き参照基準板２０Ａの参照基準面２１Ａと、レーザ光源１１Ｂ、ビーム径変換用レンズ１２Ｂ、ビームスプリッタ１３Ｂ、コリメータレンズ１４Ｂ、結像レンズ１５Ｂ、および回折格子付き参照基準板２０Ｂの参照基準面２１Ｂとにより、それぞれ干渉光学系が構成されており、撮像カメラ１６Ａと撮像カメラ１６Ｂとにより、それぞれ撮像手段が構成されている。
【００３１】
また、回折格子付き参照基準板２０Ａの回折格子２２Ａと、回折格子付き参照基準板２０Ｂの回折格子２２Ｂは、それぞれ本実施形態における測定光生成素子を構成するものである。ここで、それらの構成を、図２を参照してより詳細に説明する。図２に示す回折格子付き参照基準板２０は、回折格子付き参照基準板２０Ａ，２０Ｂと同タイプのものであり、参照基準面２１と回折格子２２を備えている。
【００３２】
この回折格子２２は、その光軸Ｃ２２を中心とする複数の輪帯状ブレーズ型格子により構成されている。また、光軸Ｃ２２に近い領域（図中実線で示す光束が通過する領域、以下「中心部領域」と称する）と、光軸Ｃ２２から離れた外縁部の領域（図中破線で示す光束が通過する領域、以下「外縁部領域」と称する）とでは、各々の格子のピッチおよび深さを変えている。これにより、参照基準面２１から上記中心部領域に入射した平行光束を、光軸Ｃ２２に対する進行角度が図中θ１の角度（例えば１０度）となる円錐状光束（以下「第１円錐状光束」と称する）に変換して出射し、参照基準面２１から上記外縁部領域に入射した平行光束を、光軸Ｃ２２に対する進行角度が図中θ２の角度（例えば３０度）となる円錐状光束（以下「第２円錐状光束」と称する）に変換して出射するようになっている。
【００３３】
また、この回折格子２２は、上述の第１円錐状光束および第２円錐状光束が、光軸Ｃ２２上に位置する所定の空間領域Ｐ内に集光するように構成されている。これにより、この空間領域Ｐ内に測定対象となる被検体を設置することにより、被検体が有する各被検面に対し第１円錐状光束および第２円錐状光束を照射することが可能となっている。
【００３４】
上記測定解析部３は、コンピュータ等からなる解析装置３１と、干渉縞画像等を表示するモニタ装置３２と、解析装置３１に対する各種入力を行うための入力装置３３とを備えてなる。この解析装置３１は、本実施形態における解析手段を構成するものであり、ＣＰＵ、ハードディスク等の記憶部および該記憶部に格納されたプログラム等からなり、上述の撮像カメラ１６Ａおよび撮像カメラ１６Ｂによりそれぞれ撮像された各干渉縞の画像データを記憶するとともに、各々の干渉縞に位相情報に基づき、被検レンズ９の面ずれおよび面倒れを解析するように構成されている。
【００３５】
以下、本実施形態に係る面ずれ面倒れ測定装置の作用について説明する。測定を実施するのに先立って、第１測定部１Ａ、第２測定部１Ｂおよび被検レンズ９のアライメント調整が行われる。このアライメント調整は、上述の図示せぬアライメント機構を用いて、光軸Ｃ１４Ａおよび光軸Ｃ１４Ｂが互いに平行となり、光軸Ｃ２２Ａおよび光軸Ｃ２２Ｂが互いに一致するとともに光軸Ｃ１４Ａおよび光軸Ｃ１４Ｂと平行となるように、また、第１被検面９０Ａの中心軸Ｃ９３および第２被検面９０Ｂの中心軸Ｃ９４が、光軸Ｃ２２Ａおよび光軸Ｃ２２Ｂと互いに略一致するように行われる。
【００３６】
このアライメント調整後、被検レンズ９の測定を行う。以下、その測定時における作用について説明する。
【００３７】
（測定時の作用）
〈１〉図１に示す第１測定部１Ａのレーザ光源１１Ａからレーザ光が出射されると、このレーザ光は、ビーム径変換用レンズ１２Ａを介してビームスプリッタ１３Ａに入射し、該ビームスプリッタ１３Ａの光束分岐面１３Ａａにおいて図中下方に反射されてコリメータレンズ１４Ａに入射する。コリメータレンズ１４Ａに入射した光束は、平行光束に変換されて回折格子付き参照基準板２０Ａに向けて出射される。
【００３８】
〈２〉回折格子付き照基準板２０Ａに入射した光束は、参照基準面２１Ａにおいて２つに分岐され、一方は参照光としてコリメータレンズ１４Ａに向けて反射され、他方は回折格子２２Ａに向けて出射される。
【００３９】
〈３〉回折格子２２Ａに入射した平行光束は、波面の進行角度が互いに異なる２つの円錐状光束（第１円錐状光束および第２円錐状光束）に変換された後、第１被検面９０Ａに向けて出射される。
【００４０】
〈４〉回折格子２２Ａから出射された第１円錐状光束および第２円錐状光束は、第１レンズ面９３内において中心軸Ｃ９３を中心とするリング状の各領域に垂直に入射し、該各領域（第１円錐状光束が垂直に入射する領域および第２円錐状光束が垂直に入射する領域）からそれぞれ再帰反射されて回折格子２２Ａに戻る。
【００４１】
〈５〉回折格子２２Ａに入射した各領域からの戻り光は、平行光に変換されて参照基準面２１Ａに入射し、参照光と合波されて干渉光を形成する。
【００４２】
〈６〉上記干渉光は、コリメータレンズ１４Ａおよびビームスプリッタ１３Ａを経由して結像レンズ１５Ａに入射し、該結像レンズ１５Ａにより撮像カメラ１６Ａの撮像素子１７Ａ上に集光されて、第１円錐状光束が垂直に入射した領域に対応したリング状の干渉縞（以下「第１干渉縞」と称す）と、第２円錐状光束が垂直に入射した領域に対応したリング状の干渉縞（以下「第２干渉縞」と称す）が結像される。結像された第１干渉縞および第２干渉縞は、撮像カメラ１６Ａにより撮像され、それらの画像データが解析装置３１に出力され記憶部に格納される。
【００４３】
〈７〉解析装置３１において第１干渉縞および第２干渉縞の解析が行われ、回折格子２２Ａの光軸Ｃ２２Ａに対する第１被検面９０Ａの面ずれ（以下「第１の面ずれ」と称する）および面倒れ（以下「第１の面倒れ」と称する）が求められる。具体的には、第１干渉縞の位相情報により得られる方程式と、第２干渉縞の位相情報により得られる方程式とを連立させて解くことにより、第１の面ずれおよび第１の面倒れを互いに分離して高精度に求めることができる。
【００４４】
すなわち、回折格子２２Ａの光軸Ｃ２２Ａに対する第１円錐状光束の進行角度をα１、第１円錐状光束が垂直に入射した、第１レンズ面９３内のリング状の領域の直径をＬ１、光軸Ｃ２２Ａに対する第２円錐状光束の進行角度をα２、第２円錐状光束が垂直に入射した、第１レンズ面９３内のリング状の領域の直径をＬ２とする（α１、α２は回折格子２２Ａの設計データから求めることができ、Ｌ１、Ｌ２は第１レンズ面９３の設計データから求めることができる）。
【００４５】
このとき、光軸Ｃ２２Ａに対する第１被検面９０Ａの面倒れは無く、面ずれのみが距離Ｄだけ生じていると仮定すると、第１干渉縞においては、径方向に２Ｄsinα１の位相変化が生じることになる。一方、光軸Ｃ２２Ａに対する第１被検面９０Ａの面ずれは無く、面倒れのみが角度βだけ生じていると仮定すると、第１干渉縞においては、径方向にＬsin２βの位相変化が生じることになる。
【００４６】
よって、光軸Ｃ２２Ａに対する第１被検面９０Ａの面ずれが距離Ｄ、面倒れが角度βずつ生じている場合の第１干渉縞における径方向の位相変化φ１は、下式（Ａ）の方程式で表すことができる。
φ１＝２Ｄsinα１＋Ｌ１sin２β …… （Ａ）
【００４７】
同様に考えると、第２干渉縞における径方向の位相変化φ２は、下式（Ｂ）の方程式で表すことができる。
φ２＝２Ｄsinα２＋Ｌ２sin２β …… （Ｂ）
【００４８】
したがって、上式（Ａ）、（Ｂ）の２つの方程式を連立させて解くことにより、未知数であるＤおよびβを求めることができる。
【００４９】
〈８〉一方、第２測定部１Ｂのレーザ光源１１Ｂからレーザ光が出射されると、このレーザ光は、ビーム径変換用レンズ１２Ｂを介してビームスプリッタ１３Ｂに入射し、該ビームスプリッタ１３Ｂの光束分岐面１３Ｂａにおいて図中上方に反射されてコリメータレンズ１４Ｂに入射する。コリメータレンズ１４Ｂに入射した光束は、平行光束に変換されて回折格子付き参照基準板２０Ｂに向けて出射される。
【００５０】
〈９〉回折格子付き照基準板２０Ｂに入射した光束は、参照基準面２１Ｂにおいて２つに分岐され、一方は参照光としてコリメータレンズ１４Ｂに向けて反射され、他方は回折格子２２Ｂに向けて出射される。
【００５１】
〈１０〉回折格子２２Ｂに入射した平行光束は、波面の進行角度が互いに異なる２つの円錐状光束（第１円錐状光束および第２円錐状光束）に変換された後、第１被検面９０Ｂに向けて出射される。
【００５２】
〈１１〉回折格子２２Ｂから出射された第１円錐状光束および第２円錐状光束は、第２レンズ面９４内において中心軸Ｃ９４を中心とするリング状の各領域に垂直に入射し、該各領域（第１円錐状光束が垂直に入射する領域および第２円錐状光束が垂直に入射する領域）からそれぞれ再帰反射されて回折格子２２Ｂに戻る。
【００５３】
〈１２〉回折格子２２Ｂに入射した各領域からの戻り光は、平行光に変換されて参照基準面２１Ｂに入射し、参照光と合波されて干渉光を形成する。
【００５４】
〈１３〉上記干渉光は、コリメータレンズ１４Ｂおよびビームスプリッタ１３Ｂを経由して結像レンズ１５Ｂに入射し、該結像レンズ１５Ｂにより撮像カメラ１６Ｂの撮像素子１７Ｂ上に集光されて、第１円錐状光束が垂直に入射した領域に対応したリング状の干渉縞（以下「第３干渉縞」と称す）と、第２円錐状光束が垂直に入射した領域に対応したリング状の干渉縞（以下「第４干渉縞」と称す）が結像される。結像された第３干渉縞および第４干渉縞は、撮像カメラ１６Ｂにより撮像され、それらの画像データが解析装置３１に出力され記憶部に格納される。
【００５５】
〈１４〉解析装置３１において第３干渉縞および第４干渉縞の解析が行われ、回折格子２２Ｂの光軸Ｃ２２Ｂに対する第２被検面９０Ｂの面ずれ（以下「第２の面ずれ」と称する）および面倒れ（以下「第２の面倒れ」と称する）が求められる。具体的には、第３干渉縞の位相情報により得られる方程式と、第４干渉縞の位相情報により得られる方程式とを連立させて解くことにより、第２の面ずれおよび第２の面倒れを互いに分離して高精度に求めることができる（詳細は、上述のＤおよびβの求め方と同様である）。
【００５６】
〈１５〉上述の手順〈７〉で求められた第１の面ずれおよび第１の面倒れと、上記手順〈１４〉で求められた第２の面ずれおよび第２の面倒れとによって、第１被検面９０Ａと第２被検面９０Ｂとの間の相対的な面ずれおよび面倒れ、すなわち、被検レンズ９の面ずれおよび面倒れを互いに分離して高精度に求めることができる。
【００５７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に態様が限定されるものではなく、種々の態様のものを実施形態とすることができる。
【００５８】
例えば、上記実施形態における測定光生成素子としての回折格子２２Ａ，２２Ｂは、複数の偏向光束として、光軸Ｃ２２Ａ，Ｃ２２Ｂに対する波面の進行角度が互いに異なる複数の円錐状光束を生成するものであるが、屈折素子を用いてこのような測定光生成素子を構成することも可能である。具体的には、互いに傾斜角度が異なる複数の円錐面を有する円錐レンズを用いることにより、波面の進行角度が互いに異なる複数の円錐状光束を生成することが可能となる。
【００５９】
また、測定光生成素子として、その光軸に対し波面が垂直な平行光束と円錐状光束を生成するものを用いることも可能である。具体的には、中央部に格子が形成されない領域を有する輪帯状のブレーズ型回折格子や、輪帯状の矩形型回折格子（０次回折光により平行光束を得る）や、上下２つの底面の傾斜角度が互いに異なる斜円錐台状に形成された屈折素子を用いることにより、光軸に対し波面が垂直な平行光束と円錐状光束を生成することが可能である。このような測定光生成素子を用いた場合には、各被検面において中心軸に対し垂直となる部分に平行光束を照射して、その戻り光により形成される干渉縞に基づき、各被検面の面倒れを求めることも可能となる。
【００６０】
また、上記実施形態では、被検体９を挟んで２つの測定部（第１測定部１Ａおよび第２測定部１Ｂ）を互いに対向するように配置して両側から測定を行っているが、１つの測定部により片側から測定を行うことも可能である。この場合、高コヒーレント光を用いると各被検面からの戻り光により多重干渉が生じるので、低コヒーレント光を用いることによりそれを防止することも可能である。低コヒーレント光を用いる場合には、干渉縞が生じる被検面の位置を特定するため、被検面からの戻り光と参照光との光路長差を調整し得るような迂回路部を設けることが好ましい。
【００６１】
また、回折格子を測定光生成素子として用いる場合は、波長可変レーザや出力波長が互いに異なる複数の光源を用いることにより、波長毎の回折角度の違いによって、波面の進行角度が互いに異なる複数の円錐状光束を生成することも可能となる。
【００６２】
また、上記実施形態では、第１レンズ面９３および第２レンズ面９４に２つの円錐状光束を照射しているが、第１レンズ面９３と張出部上面９６との境界部分や、第２レンズ面９４と張出部下面９７との境界部分に、Ｒ面やＣ面等の面取り部が形成されている場合には、この面取り部に２つの円錐状光束を照射するようにしてもよい。
【００６３】
また、射出成形用の２つの金型間に光束分岐素子を配置し、この光束分岐素子に１つの干渉光学系からの光束を照射して２つに分岐させるとともに、分岐された２つの光束の各光路上に測定光生成素子をそれぞれ配置し、各金型のキャビティに対して、波面の進行角度が互いに異なる複数の偏向光束を照射することにより、２つの金型間の面ずれおよび面倒れを直接測定するように構成することも可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１Ａ 第１測定部
１Ｂ 第２測定部
３ 測定解析部
９ 被検レンズ
１１Ａ，１１Ｂ レーザ光源
１２Ａ，１２Ｂ ビーム径変換用レンズ
１３Ａ，１３Ｂ ビームスプリッタ
１３Ａａ，１３Ｂａ 光束分岐面
１４Ａ，１４Ｂ コリメータレンズ
１５Ａ，１５Ｂ 結像レンズ
１６Ａ，１６Ｂ 撮像カメラ
１７Ａ，１７Ｂ 撮像素子
２０，２０Ａ，２０Ｂ 回折格子付き参照基準板
２１，２１Ａ，２１Ｂ 参照基準面
２２，２２Ａ，２２Ｂ 回折格子
３１ 解析装置
３２ モニタ装置
３３ 入力装置
９１ レンズ部
９２ 張出部
９３ 第１レンズ面
９４ 第２レンズ面
９５ 嵌合面
９６ 張出部上面
９７ 張出部下面
Ｃ１４Ａ，Ｃ１４Ｂ，Ｃ２２Ａ，Ｃ２２Ｂ 光軸
Ｃ９３，Ｃ９４ 中心軸
Ｐ 空間領域
θ１，θ２ 進行角度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転対称な曲面部を有してなる複数の被検面を備えた被検体の面ずれおよび面倒れを測定する面ずれ面倒れ測定装置であって、
測定光生成素子と、該測定光生成素子を介して測定光を前記被検体に照射するとともに該被検体からの戻り光を、該測定光生成素子を介して参照光と干渉させて干渉縞を形成する干渉光学系と、形成された干渉縞を撮像する撮像手段と、撮像された干渉縞を解析する解析手段とを備え、
前記測定光生成素子は、前記干渉光学系から出射された光束を、該測定光生成素子の光軸に対する波面の進行角度が互いに異なる複数の偏向光束に変換し、該複数の偏向光束の各々を前記測定光として前記被検体に向けて出射するとともに、前記複数の被検面において該複数の偏向光束が垂直に入射した領域からの各戻り光を前記干渉光学系に向けて出射するように構成されており、
前記解析手段は、前記各戻り光と前記参照光とによりそれぞれ形成される各干渉縞の位相情報に基づき、前記被検体の面ずれおよび面倒れを解析するように構成されている、ことを特徴とする面ずれ面倒れ測定装置。
【請求項２】
前記測定光生成素子は、前記複数の偏向光束として、前記光軸に対する波面の進行角度が互いに異なる複数の円錐状光束を生成するように構成されている、ことを特徴とする請求項１記載の面ずれ面倒れ測定装置。
【請求項３】
前記測定光生成素子、前記干渉光学系および前記撮像手段は、前記被検体を挟んでそれぞれ一対ずつ配置されている、ことを特徴とする請求項１または２記載の面ずれ面倒れ測定装置。
【請求項１】
回転対称な曲面部を有してなる複数の被検面を備えた被検体の面ずれおよび面倒れを測定する面ずれ面倒れ測定装置であって、
測定光生成素子と、該測定光生成素子を介して測定光を前記被検体に照射するとともに該被検体からの戻り光を、該測定光生成素子を介して参照光と干渉させて干渉縞を形成する干渉光学系と、形成された干渉縞を撮像する撮像手段と、撮像された干渉縞を解析する解析手段とを備え、
前記測定光生成素子は、前記干渉光学系から出射された光束を、該測定光生成素子の光軸に対する波面の進行角度が互いに異なる複数の偏向光束に変換し、該複数の偏向光束の各々を前記測定光として前記被検体に向けて出射するとともに、前記複数の被検面において該複数の偏向光束が垂直に入射した領域からの各戻り光を前記干渉光学系に向けて出射するように構成されており、
前記解析手段は、前記各戻り光と前記参照光とによりそれぞれ形成される各干渉縞の位相情報に基づき、前記被検体の面ずれおよび面倒れを解析するように構成されている、ことを特徴とする面ずれ面倒れ測定装置。
【請求項２】
前記測定光生成素子は、前記複数の偏向光束として、前記光軸に対する波面の進行角度が互いに異なる複数の円錐状光束を生成するように構成されている、ことを特徴とする請求項１記載の面ずれ面倒れ測定装置。
【請求項３】
前記測定光生成素子、前記干渉光学系および前記撮像手段は、前記被検体を挟んでそれぞれ一対ずつ配置されている、ことを特徴とする請求項１または２記載の面ずれ面倒れ測定装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−２６０８（Ｐ２０１２−２６０８Ａ）
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３６６２５（Ｐ２０１０−１３６６２５）
【出願日】平成２２年６月１５日（２０１０．６．１５）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１５日（２０１０．６．１５）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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