CN101275826A - 非球面透镜的面偏移测量方法及装置 - Google Patents

非球面透镜的面偏移测量方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种将所制造的非球面透镜上产生的面偏移在与面斜倾分离下可高精度地测量的非球面透镜的面偏移测量方法及装置。通过计算机仿真求出被检测透镜(1)的面斜倾和面斜倾分彗差之间的关系、及被检测透镜(1)的面偏移和面偏移分彗差之间的关系。而且，通过突出部(3)的透过波前测量而求出被检测透镜(1)的面斜倾，且通过透镜部(2)的透过波前测量而求出被检测透镜(1)的彗差。通过从该彗差减去面斜倾分彗差，算出起因于面偏移的面偏移分彗差，根据该面偏移分彗差，算出被检测透镜(1)的面偏移。

Description

非球面透镜的面偏移测量方法及装置
技术领域
本发明涉及一种用于对数字照相机或光学传感器等各种光学设备中所使用的非球面透镜的面偏移进行测量的非球面透镜的面偏移测量方法及装置。
背景技术
近年来，非球面透镜大多介由模具来成型，但由于成型用的模具彼此的相对位置偏移，有时使得所成型的非球面透镜上产生面偏移(surface-misalignment)(构成非球面透镜的2个透镜面各自的轴相互间的相对位置偏移)或面斜倾(surface-tilt)(构成非球面透镜的2个透镜面各自的轴相互间的相对倾斜偏差)的现象。将这种面偏移或面斜倾在模具的机构上完全消除是困难的，但由于成为成型后的非球面透镜的像差增大的主要原因，因而，期待着在使其减少的方向上企图修改模具，为此，重要的是预先对面斜倾或面偏移以何种程度发生进行把握。
以往，用于测量非球面透镜的面偏移(偏心)的各种偏心检测机被实用化。而且，作为测量非球面透镜的面偏移和面斜倾的方法，下述专利文献1所述的方法也已公知。此方法是使用自动照准仪测量具有相对于透镜光轴被垂直设置的柄状突出部的非球面透镜的面偏移或面斜倾。
另外，可通过使用干涉计的透过波前测量来求出非球面透镜的像差。公知有以下方法，例如通过使用泽尼克(Zernike)多项式等将透过波前测量所获得的波前像差进行幂级数展开，而使赛德(Seidel)的5像差独立地数值化(参照下述专利文献2)。
【专利文献1】特许第3127003号公报
【专利文献2】特许第2951366号公报
发明内容
近年来，数值孔径(NA)大的非球面透镜的需求正在增高。在这样高NA的非球面透镜中，曾经不成问题的几μm数量级的面偏移或几十秒数量级的面斜倾的产生就被视为问题。
而且，要将所产生的面偏移和面斜倾相互分离并且高精度地进行测量的要求也存在。根据光学系统的种类，对所使用的非球面透镜的面偏移的感度高而对面斜倾的感度低这样的情况也存在，并且在可将面偏移和面斜倾相互分离来测量的前提下，可判定是否在各个光学系统中可使用或在实际使用时可采取对面偏移或面斜倾的校正措施等的理由。
然而，在至今的偏心检测机中面偏移和面斜倾不能分离而且偏心的测量误差也大到2μm左右，这是现实状况。而且，即便在使用上述专利文献1所记载的方法时，进行可与近几年所要求水平对应的高精度的面偏移测量也是困难的。
本发明鉴于这样的事情而作成的，其目的在于，提供一种可将制造后的非球面透镜所产生的面偏移在与面斜倾分离下高精度地测量的非球面透镜的面偏移测量方法及装置。
为了解决上述课题，本发明中，关注着将被检测透镜的彗差可分离为起因于面斜倾的份和起因于面偏移的份，并且将被检测透镜的面偏移在与面斜倾分离下进行高精度的测量。
即，本发明所涉及的非球面透镜的面偏移测量方法，在2个透镜面中至少一方为非球面的被检测透镜，测量上述2个透镜面各自轴相互间的相对位置偏移的面偏移，该非球面透镜的面偏移测量方法，按以下顺序进行：
彗差测量步骤，使用具备衡消光学元件的干涉计进行上述被检测透镜的透过波前测量，根据由该测量所得到的干涉条纹图像来求出上述被检测透镜的彗差；面偏移彗差算出步骤，从上述彗差测量步骤所求出的上述彗差减去起因于上述2个透镜面各自轴相互间的相对倾斜错位的面斜倾而产生的预先所求出的面斜倾分彗差，算出起因于上述面偏移而产生的面偏移分彗差；和
面偏移算出步骤，根据该面偏移彗差算出步骤中所算出的上述面偏移分彗差，算出上述面偏移。
在本发明所涉及的非球面透镜的面偏移测量方法中，可在上述面偏移彗差算出步骤之前进行由计算机仿真求出上述面斜倾和上述面斜倾分彗差之间的关系的面斜倾分彗差仿真步骤。
此时可为，上述面斜倾分彗差仿真步骤具有：在进行该仿真时决定相对于仿真用被检测透镜的仿真用衡消光学元件的中心轴的位置的面斜倾用衡消光学元件位置决定步骤，该面斜倾用衡消光学元件位置决定步骤，对赋予了上述面斜倾的上述仿真用被检测透镜，通过在该仿真上多次使上述仿真用被检测透镜和上述仿真用衡消光学元件的中心轴的相对位置错位，来进行基于上述仿真用衡消光学元件的波前像差测量的仿真，从各仿真结果求得相对于上述仿真用被检测透镜的上述仿真用衡消光学元件的中心轴的位置与上述仿真用被检测透镜的波前像差之间的关系，根据该求出的关系，决定上述仿真用衡消光学元件的中心轴的位置。
而且，可在上述彗差测量步骤之前，进行通过计算机仿真求出上述面偏移和上述面偏移分彗差之间的关系的面偏移分彗差仿真步骤。
此时可为，上述面偏移分彗差仿真步骤具有：在进行该仿真时决定相对于仿真用被检测透镜的仿真用衡消光学元件的中心轴的位置的面偏移用衡消光学元件位置决定步骤，该面偏移用衡消光学元件位置决定步骤，对赋予了上述面偏移的上述仿真用被检测透镜，通过在该仿真上多次使上述仿真用被检测透镜和上述仿真用衡消光学元件的中心轴的相对位置错位，来进行基于上述仿真用衡消光学元件的波前像差测量的仿真，从各仿真结果求得相对于上述仿真用被检测透镜的上述仿真用衡消光学元件的中心轴的位置和上述仿真用被检测透镜的波前像差之间的关系，根据该求出的关系，决定上述仿真用衡消光学元件的中心轴的位置。
而且，在上述面偏移彗差算出步骤之前，进行：通过计算机仿真求出相对于上述干涉计的光轴的上述衡消光学元件的倾斜与起因于该倾斜而产生的衡消光学元件倾斜分彗差之间的关系的衡消光学元件倾斜分仿真步骤、和测量相对于上述干涉计的光轴的上述衡消光学元件的实际倾斜的衡消光学元件倾斜测量步骤，并且，从上述衡消光学元件倾斜分仿真步骤所求出的上述关系而算出起因于上述衡消光学元件倾斜测量步骤所测量的上述衡消光学元件的实际倾斜而产生的彗差，将该算出的彗差从上述彗差测量步骤中所测量的彗差中减去也可。
而且，在上述面偏移彗差算出步骤之前，进行：通过计算机仿真求出相对于上述干涉计的光轴的上述被检测透镜自身的倾斜和起因于该倾斜而产生的被检测透镜倾斜分彗差之间的关系的被检测透镜倾斜分仿真步骤、和测量相对于上述干涉计的光轴的上述被检测透镜自身的实际倾斜的被检测透镜倾斜测量步骤，并且，从上述被检测透镜倾斜分仿真步骤所求出的上述关系而算出起因于上述被检测透镜倾斜测量步骤中所测量的上述被检测透镜自身的实际倾斜而产生的彗差，将该算出的彗差从上述彗差测量步骤中所测量的彗差中减去也可。
进一步，在上述被检测透镜具有按照相对于该被检测透镜的上述2个透镜面各自轴为垂直的方式设置的突出部时，在上述面偏移彗差算出步骤之前，进行通过测量上述突出部的表面和背面的相对倾斜错位来求出上述面斜倾的面斜倾测量步骤也可。
另外，本发明所涉及的非球面透镜的面偏移测量装置，在2个透镜面中至少一方为非球面的被检测透镜，测量上述2个透镜面各自轴相互间的相对位置偏移的面偏移，
该非球面透镜的面偏移测量装置具备：具有衡消光学元件的干涉计、和解析装置，
该解析装置具备以下单元而构成：彗差演算单元，基于利用上述干涉仪在上述被检测透镜的透过波前测量中所得到的干涉条纹图像，求出该被检测透镜的彗差；面偏移彗差演算单元，从上述彗差演算单元所求出的上述彗差减去起因于上述2个透镜面各自轴相互间的相对倾斜错位的面斜倾而产生的预先所求出的面斜倾分彗差，算出起因于上述面偏移而产生的面偏移分彗差；面偏移演算单元，根据该面偏移彗差演算单元所算出的上述面偏移分彗差，算出上述面偏移。
在本发明所涉及的非球面透镜的面偏移测量装置中，还具备：倾斜姿势可变单元，使上述被检测透镜和上述衡消光学元件的相对倾斜姿势变化；和3轴方向位置可变单元，使上述被检测透镜和上述衡消光学元件的相互正交的3轴方向的相对位置变化。
此时，还具有：衡消光学元件中心轴位置决定单元，在进行基于上述3轴方向位置可变单元的调整时决定相对于上述被检测透镜的上述衡消光学元件的中心轴的位置，该衡消光学元件中心轴位置决定单元，从通过多次使上述被检测透镜和上述衡消光学元件的中心轴的相对位置错位、来进行的上述被检测透镜有关的各波前像差测量的结果，求出相对于上述被检测透镜的上述衡消光学元件的中心轴的位置与上述被检测透镜的波前像差之间的关系，根据该求出的关系，决定上述衡消光学元件的中心轴的位置。
而且，还具有：衡消光学元件倾斜决定单元，在进行基于上述倾斜姿势可变单元的调整时决定相对于上述干涉计的光轴的上述衡消光学元件的中心轴的倾斜，该衡消光学元件倾斜决定单元，从通过多次使相对于上述干涉计的光轴的上述被检测透镜的旋转角度错位、来进行的上述被检测透镜有关的各波前像差测量的结果，分离上述被检测透镜自身的彗差和起因于相对上述干涉计的光轴的上述衡消光学元件的中心轴的倾斜而产生的衡消光学元件倾斜分彗差，按照使该衡消光学元件倾斜分彗差的产生大致消除的方式决定上述衡消光学元件的中心轴的倾斜。
而且，还具有：透镜倾斜决定单元，在进行基于上述倾斜姿势可变单元的调整时决定相对于上述干涉计的光轴的上述被检测透镜自身的倾斜，该透镜倾斜决定单元，从通过多次使以上述干涉计的光轴为中心的上述被检测透镜的旋转角度错位、来进行的上述被检测透镜有关的各波前像差测量的结果，分离上述被检测透镜自身的彗差和起因于相对上述干涉计的光轴的上述被检测透镜自身的倾斜而产生的被检测透镜倾斜分彗差，按照使该被检测透镜倾斜分彗差的产生大致消除的方式决定上述被检测透镜自身的倾斜。
进一步，在上述被检测透镜具有按照相对于该被检测透镜的上述2个透镜面各自轴为垂直的方式设置的突出部时，还具备：面斜倾测量演算单元，基于利用上述干涉计在上述突出部的透过波前测量中所得到的干涉条纹图像，求出上述面斜倾。
而且，上述衡消光学元件还可以取为反射型衡消光学元件或透过型衡消光学元件。
本发明所涉及的非球面透镜的面偏移测量方法及装置，通过从利用干涉计进行的透过波前测量所求出的被检测透镜的彗差减去起因于面斜倾的面斜倾分彗差，算出起因于面偏移的面偏移分彗差，通过根据此面偏移分彗差来算出被检测透镜的面偏移，可获得如以下的作用效果。
即，通过使用具备衡消光学元件的干涉计进行被检测透镜的透过波前测量，可根据该测量所得到的干涉条纹图像来高精度地求出被检测透镜的彗差，而且，通过计算机仿真等可预先求出被检测透镜的面斜倾和面斜倾分彗差之间的关系、及被检测透镜的面偏移和面偏移分彗差之间的关系。而且，面斜倾分彗差和面偏移分彗差可相互分离，通过从透过波前测量所求出的彗差减去面斜倾分彗差能够求出面偏移分彗差，这些可从各种情况假定下进行的计算机仿真结果得到确认。进一步，关于被检测透镜的面斜倾，可根据突出部的透过波前测量等的结果来高精度地求出。
从而，根据本发明，即，从透过波前测量所得到的被检测透镜的彗差减去面斜倾分彗差而求出面偏移分彗差、且基于此面偏移分彗差求出被检测透镜的面偏移，可将被检测透镜的面偏移在与面斜倾分离下高精度地进行测量。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式所涉及的面偏移测量装置的示意构成图。
图2是表示反射型基准板安装后的状态的面偏移测量装置的一部分的图。
图3是表示被检测透镜的形状的示意图((A)为正视图，(B)为平面图)。
图4是面斜倾和面偏移的说明图((A)为仅面斜倾的状态，(B)为仅面偏移的状态，(C)为面斜倾和面偏移同时产生的状态)。
图中：1-被检测透镜，2-透镜部，2a-(被检测透镜的)第1透镜面，2b-(被检测透镜的)第2透镜面，3-突出部，3a-(突出部的)上面，3b-(突出部的)下面，4-透过型基准板，4a-(透过型基准板的)基准面，5-透镜装载夹具，5a-中央窗，5b-突出部用窗，5c-反射平面部用窗，6-零反射镜(反射型的衡消光学元件)，7-反射型基准板，7a-(反射型基准板的)基准面，11-手动双轴倾斜台(透过型基准板调整用)，12-手动双轴倾斜台(零反射镜调整用)，13-手动双轴倾斜台(反射型基准板调整用)，14-电动双轴倾斜台，15-电动X轴镜台，16-电动Y轴镜台，17-电动Z轴镜台，20-干涉计本体部，21-光源，22-光束径扩大用透镜，23-光束分离器，24-准直透镜，25-成像透镜，26-摄像单元，27-计算机，28-监视装置，29-输入装置，30-被检测体定位部，50-非球面透镜，51-(非球面透镜的)第1透镜面，52-(非球面透镜的)第2透镜面，C1-(第1透镜面的)中心轴，C2-(第2透镜面的)中心轴，P1-(第1透镜面的)中心点，P2-(第2透镜面的)中心点。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的实施方式。图1是示意地表示本发明的一实施方式所涉及的非球面透镜的面偏移测量装置(以下，简称为「面偏移测量装置」)的主要部分的构成的图，图2是表示反射型基准板安装后的状态的面偏移测量装置的一部分的图。而且，图3是表示被检测透镜的形状的示意图((A)为正视图，(B)为平面图)。
如图1所示，本实施方式所涉及的面偏移测量装置具备干涉计本体部20和被检测体定位部30而成。
上述干涉计本体部20是安装激光光源等的可干涉距离长的光源21的斐佐干涉计装置，其具备有：光束径扩大用透镜22、光束分离器23、准直透镜24、成像透镜25、及具有光检测面的摄像单元26。而且，此干涉计本体部20具备有：作为对由摄像单元26所摄像的图像进行图像处理、进行各种演算处理及对各种调整部进行驱动控制的、解析装置的计算机27；显示干涉条纹图像等的监视装置28；和用于对计算机27进行各种输入的输入装置29。另外，图1所示的透过型基准板4、零反射镜6、及反射型基准板7虽然通常包含于干涉计本体部20，但在本说明书中为了便于说明而在包含于被检测体定位部30的状态下进行说明。
一方面，被检测体定位部30按照朝向来自干涉计本体部20的测量用光束的行进方向(在图1为上方向)将透过型基准板4、被检测透镜1、零反射镜6、及与该零反射镜6交替使用的(参照图2)反射型基准板7依次支撑且进行位置调整的方式构成。
即，透过型基准板4，由手动双轴倾斜台11支撑，并将以X轴(沿图1的左右方向延伸的轴)及Y轴(相对于图1的纸面垂直延伸的轴)为中心的旋转角度(倾斜)在预备调整阶段进行调整。而且，被检测透镜1，介由透镜装载夹具5而由电动双轴倾斜台14支撑，并将以X轴及Y轴为中心的旋转角度(倾斜)在测量各被检测透镜1时进行自动调整。而且，零反射镜6及反射型基准板7分别由手动双轴倾斜台12、13支撑，进而，依次由电动X轴镜台15、电动Y轴镜台16及电动Z轴镜台17支撑。
在本实施方式中，被检测透镜1被安装为光传感器等的透镜，如图3所示，由透镜部2及突出部3构成。透镜部2的第1透镜面2a及第2透镜面2b皆被形成为非球面；突出部3被形成为柄状，且其上表面3a及下表面3b皆相对于透镜部2的光轴呈垂直。
如图1所示，上述透镜装载夹具5具备：用于进行被检测透镜1的透镜部2的透过波前测量的中央窗5a、置于中央窗5a外侧的突出部用窗5b、和置于突出部用窗5b的外侧的零反射镜反射平面部用窗5c而成，且从图中下侧支撑被检测透镜1的突出部3。
而且，上述零反射镜6构成反射型衡消光学元件，且具备：反射非球面部6a，对透过被检测透镜1的透镜部后暂且收敛发散的光束进行再反射；和反射平面部6b，相对于该反射非球面部6a的中心轴垂直地配置，而构成。通过手动双轴倾斜台12，将以X轴及Y轴为中心的旋转角度(倾斜)在预备调整阶段进行调整以使反射平面部6b相对于透过型基准板4的基准面4a成为平行，同时，通过电动X轴镜台15、电动Y轴镜台16及电动Z轴镜台17，使得在平行于X轴、Y轴、Z轴(沿图1的上下方向延伸的轴)的各方向上可移动调整，由此，在测量各被检测透镜1时，可自动地进行位置调整。
另外，在本实施方式，由上述手动双轴倾斜台12构成使被检测透镜1和零反射镜6的相对的倾斜姿势改变的倾斜姿势可变单元，由上述电动X轴、Y轴、及Z轴镜台15、16、17构成使被检测透镜1和零反射镜6的3轴方向的相对位置改变的3轴方向位置可变单元。
而且，本实施方式的面偏移测量装置，按照可将由成型用模具的锁模误差等所产生的被检测透镜1的面偏移在与面斜倾分离下进行测量的方式构成，且具备有：彗差演算单元，根据由被检测透镜1的透过波前测量所得到的干涉条纹图像，求出该被检测透镜1的彗差；面偏移彗差演算单元，从由彗差演算单元所求出的彗差减去起因于面斜倾而产生的面斜倾分彗差，来算出起因于面偏移而产生的面偏移分彗差；和面偏移演算单元，根据由该面偏移彗差演算单元所算出的面偏移分彗差，算出被检测透镜1的面偏移。而且，还具备有：衡消光学元件中心轴位置决定单元，在由3轴方向位置可变单元进行调整时决定相对于被检测透镜1的零反射镜6的中心轴位置；和面斜倾测量演算单元，根据由突出部3的透过波前测量所得到的干涉条纹图像来求出被检测透镜1的面斜倾。在此，上述的彗差演算单元、面偏移彗差演算单元、面偏移演算单元、衡消光学元件中心轴位置决定单元、及面斜倾测量演算单元是由上述计算机27内的CPU及存储器内的程序等而构成的。
进一步，虽未图示，但本实施方式的面偏移测量装置具备有：用于将透镜1的加载/卸载操作自动地进行的样品台移动机构。此样品台移动机构与本申请人的特願2005-269217号说明书(以下称为「在先申请说明书1」)、及特願2006-223668号说明书(以下称为「在先申请说明书2」)所记载的相同，则省略详细的说明。
在此表示本实施方式的面斜倾和面偏移的定义。图4是面斜倾和面偏移有关的说明图，该图(A)表示仅产生面斜倾的状态，该图(B)表示仅产生面偏移的状态。而且，该图(C)表示面斜倾和面偏移同时产生的状态。另外，图4所示的非球面透镜50与上述被检测透镜1不同，但关于上述被检测透镜1或下述的仿真用被检测透镜的面斜倾和面偏移也同样定义。而且，在图4中为了简略化而将非球面50的2个透镜面(第1透镜面51及第2透镜面52)相互分离表示。
如图4(A)所示，在本实施方式，将第1透镜面51的中心轴C1(由第1透镜面51的非球面式决定)和第2透镜面52的中心轴C2(由第2透镜面52的非球面式决定)的相对倾斜角α(2个中心轴C1、C2所成的角；2个中心轴C1、C2互不相交时为各个方向矢量所成的角)定义成非球面透镜50的面斜倾(倾斜角α的大小为面斜倾量，中心轴C1对中心轴C2的倾斜方向为面斜倾方向)。而且，假设第1透镜面51及其中心轴C1以第1透镜面51的中心点P1(中心轴C1和第1透镜面51的交点)为旋转中心而倾斜；第2透镜面52及其中心轴C2以第2透镜面52的中心点P2(中心轴C2和第2透镜面52的交点)为旋转中心而倾斜。
如图4(B)所示，在本实施方式，将第1透镜面51的中心轴C1和第2透镜面52的中心轴C2的相对位置偏移(中心轴C1、C2相互平行)定义成非球面透镜50的面偏移(2个中心轴C1、C2之间的距离β为面偏移量，相对中心轴C2的中心轴C1的位置的方向为面偏移方向)。
另外，若考虑以2个中心轴C1、C2为面斜倾的旋转中心的上述假设，则此面偏移的定义表示与将相对于第2透镜面52的中心轴C2的第1透镜面51的中心点P1的位置偏移(中心轴C2和中心点P1之间的距离为面偏移量，以中心轴C2为中心而中心点P1的位置的方向为面偏移方向)定义成面偏移的情况相同的内容。即，如图4(C)所示，在非球面50同时产生面斜倾和面偏移时，在从图4(C)所示的状态去除面斜倾的状态(以中心点P1为旋转中心，使第1透镜面51及中心轴C1旋转，使2个中心轴C1、C2相互平行的状态)下残存的、2个中心轴C1、C2彼此的相对位置偏移被定义为非球面透镜50的面偏移，但其表示与在图4(C)所示的状态下中心点P1对中心轴C2的位置偏移相同的情况。
接着，对本发明的一实施方式所涉及的非球面透镜的面偏移测量方法(以下，简称为「面偏移测量方法」)进行说明。另外，本实施方式的面偏移测量方法使用上述的面偏移测量装置来进行。
<1>首先，通过计算机仿真，求出上述被检测透镜1的面偏移和起因于该面偏移由被检测透镜1所产生的彗差(面偏移分彗差)之间的关系(面偏移分彗差仿真步骤)。
在此面偏移分彗差仿真步骤中，设定模仿上述被检测透镜1的仿真用被检测透镜(以下，称为「模拟透镜」)和模仿上述零反射镜6的仿真用衡消光学元件(以下，称为「模拟零反射镜」)来进行计算机仿真，但关于模拟透镜和模拟零反射镜的中心轴的相对位置的设定方法，可考虑如以下的2个方法(方法A和方法B)。因此，在以下，分为基于方法A的情况和基于方法B的情况，对面偏移分彗差仿真步骤的顺序进行说明。方法A
(a)将模拟透镜安装在计算机上所设定的XY平面的原点位置(使得模拟透镜的第2透镜面(下面)的中心轴在XY平面的原点位置与XY平面垂直)。
(b)对模拟透镜输入规定的面偏移量(面偏移方向，例如为X方向)(在第2透镜面固定、且第1透镜面的中心轴维持平行于第2透镜面的中心轴的状态下，将第1透镜面(上面)错位(misaligned·shifted)。)
(c)输入模拟零反射镜的中心轴的位置。此时，使模拟零反射镜的中心轴和模拟透镜的第2透镜面的中心轴相互错位所定量(关于错位的方向，在模拟透镜的第1透镜面的偏移方向为X方向时，同样为X方向)。
(d)在上述的设定条件，进行模拟透镜的透过波前测量的仿真而求出模拟透镜的透过波前像差Φ(x，y)。
(e)对所求出的透过波前像差Φ(x，y)，由下式(1)所示的2次幂级数函数F(x，y)进行最小2乘拟合而求出下述的系数A、B、C的值。
F(x，y)＝A(x2+y2)+Bx+Cy+D……(1)
(f)按照与在上述顺序(c)所输入的值不同的方式，将模拟零反射镜的中心轴的位置错位而进行输入，在此条件下，与上述顺序(d)、(e)同样，求出系数A、B、C的值。
(g)根据上述顺序(e)、(f)所得到的结果，求出表示上式(1)中代表倾斜成分的系数(沿x方向错位时为系数B)、和模拟零反射镜的中心轴的位置(沿x方向错位时为坐标x)之间的对应关系的图表(1次函数)。
(h)从求出的图表算出系数B为0时的模拟零反射镜的中心轴的位置。
(i)输入在上述顺序(h)所算出的模拟零反射镜的中心轴位置，同时在上述顺序(b)进行面偏移量设定后的模拟透镜的透过波前测量的仿真而求出模拟透镜的透过波前像差，由此求出模拟透镜的彗差(或彗差RMS)。
(j)按照不同于在上述顺序(b)所输入的值的方式对模拟透镜输入其他的面偏移量以后，进行上述顺序(c)～(i)而求出赋予上述其他面偏移量后的模拟透镜的彗差。
(k)根据上述顺序(i)和上述顺序(j)(多次进行也可)的结果，求出在上述系数B为0的条件下的模拟透镜的面偏移和起因于该面偏移的面偏移分彗差之间的关系。
方法B
(a′)将模拟透镜安装在设定于计算机上的XY平面的原点位置(使得模拟透镜的第2透镜面(下面)的中心轴在XY平面的原点位置与XY平面垂直)。
(b′)在模拟透镜输入规定的面偏移量(在第2透镜面固定的状态下，将第1透镜面(上面)在维持其中心轴与第2透镜面的中心轴平行的状态下错位。)
(c′)输入模拟零反射镜的中心轴的位置。此时，使模拟零反射镜的中心轴和模拟透镜的第2透镜面的中心轴相互错位所定量。
(d′)在上述的设定条件下，进行模拟透镜的透过波前测量的仿真而求出模拟透镜的透过波前像差Φ(x，y)。
(e′)使用规定的幂级数(例如，泽尼克多项式)展开所求出的透过波前像差Φ(x，y)。
(f′)从由上述顺序(e′)所得到的展开式，求出塞德尔像差(3次像差)的倾斜系数和彗差系数的各值。
(g′)使得不同于在上述顺序(c′)所输入的值，偏移模拟零反射镜的中心轴的位置而输入的同时，在于此条件，进行上述顺序(d′)～(f′)而再次求出倾斜系数的值。
(h′)由分别在上述顺序(f′)、(g′)所得到的结果，求出表示倾斜系数的值和模拟零反射镜的中心轴的位置的对应关系的图表(1次函数)。
(i′)由下式(2)求出在上述顺序(f′)所求出的倾斜系数的值和彗差的值的2分之1的值。
((倾斜系数的值)-(彗差系数的值))/2……(2)
(j′)将在上式(2)所求出的值作为相移系数，将模拟零反射镜的中心轴的位置错位而输入，同时在该条件下，进行上述顺序(d′)～(f′)而更新在上述顺序(g′)所求出的倾斜系数的值。
(k′)由上式(2)求出所更新的倾斜系数的值和在上述顺序(f′)所求出的彗差系数的值的差的2分之1的值。
(l′)多次反复进行上述顺序(j′)、(k′)，从在上述顺序(h′)所得到的图表中求出在倾斜系数的值和慧差系数的值相互大致相等时的模拟零反射镜的中心轴的位置。
(m′)输入在倾斜系数的值和慧差系数的值相互大致相等时的模拟零反射镜的中心轴的位置，同时在上述顺序(b′)进行面偏移量设定后的模拟透镜的透过波前测量的仿真而求出模拟透镜的透过波前像差，由此，求出模拟透镜的彗差(或慧差RMS)。
(n′)按照不同于在上述顺序(b′)所输入的值的方式向模拟透镜输入其他的面偏移量以后，进行上述顺序(c′)～(m′)而求出赋予上述其他面偏移量时的模拟透镜的彗差。
(k′)根据上述顺序(m′)和上述顺序(n′)(多数次进行也可)的结果，求出在倾斜系数的值和慧差系数的值相互大致相等时的条件下的模拟透镜的面偏移和起因于该面偏移的面偏移分彗差之间的关系。
<2>接着上述面偏移分慧差仿真步骤，通过计算机仿真求出上述被检测透镜1的面斜倾和起因于该面斜倾在被检测透镜1所产生的彗差(面斜倾分慧差)之间的关系(面斜倾分慧差仿真步骤)。
在该面斜倾分慧差仿真步骤中，关于模拟透镜和模拟零反射镜的中心轴的相对位置的设定方法，也可考虑分别按照上述方法A、B的2个方法。关于详细的顺序，将在上述方法A、B的各顺序所记载的「面偏移」、「面偏移量」及「面偏移方向」分别替成「面斜倾」、「面斜倾量」及「面斜倾方向」即可。而且，在向模拟透镜输入面斜倾量时，在第2透镜面固定的状态下，将第1透镜面按照其中心轴以第1透镜面的中心点作为旋转中心而倾动的方式倾斜。
另外，使用上述方法A、B，对多个情况分别仿真的结果，可确定通常在将面偏移量设为u、将面偏移分慧差设为t1时，面偏移和面偏移分慧差之间的关系可用下式(3)的1次函数表示，在将面斜倾量设为v、将面斜倾分慧差设为t2时，面斜倾和面斜倾分慧差之间的关系可用下式(4)的1次函数表示。而且，也可确定在面偏移和面斜倾同时产生时所发生的彗差t可用面偏移分慧差t1和面斜倾分慧差t2的和(t＝t1+t2)表示。此处，a、b、c、d为定数。
t1＝au+b……(3)
t2＝cv+b……(4)
<3>通过上述的计算机仿真求出面偏移和面偏移分慧差之间的关系、及面斜倾和面斜倾分慧差之间的关系以后，移到被检测透镜1的测量，但在此测量之前，进行上述面偏移测量装置的预备调整。例如，按照图1所示的透过型基准板4的基准面4a和测量用光束的轴为相互垂直的方式进行设定的基准面斜倾调整、或按照透镜装载夹具5的透镜装载面(图中上面)和基准面4a为相互平行的方式进行设定的透镜装载夹具5的倾斜调整。关于该些调整的具体顺序，记载在上述在先申请说明书2而省略详细的说明。
<4>结束上述预备调整以后，在透镜装载夹具5安装被检测透镜1，测量被检测透镜1的面斜倾。按以下的顺序进行此面斜倾的测量。
首先如图2所示，由电动X轴镜台15将反射型基准板7移动到被检测透镜1的图中上方。
接着，由手动双轴倾斜台13调整反射型基准板7的倾斜以使反射型基准板7的基准面7a和透过型基准板4的基准面4相互平行。按照透过透过型基准板4而照射反射型基准板7的基准面7a的光束的回光、与来自透过型基准板4的基准面4的回光之间的干涉所得到的干涉条纹成为零条纹的方式进行此倾斜调整。另外，在难以使反射型基准板7的基准面7a完全平行于透过型基准板4的基准面4a时，从上述干涉条纹求出两基准面4a、7a的相对的倾斜，在解析被检测透镜1的面斜倾时进行校正也可。
在调整反射型基准板7的倾斜以后，根据透过了透过型基准板4及突出部3而照射反射型基准板7的基准面7a的光束的回光(在基准面7a被反射以后再次透过突出部3)、与来自透过型基准板4的基准面4的回光之间的干涉所得到的干涉条纹，进行被检测透镜1的突出部3的透过波前的测量解析。通过此测量解析，求出被检测透镜1的突出部3的楔形不均，即，突出部3的上面3a(表面)和下面3b(里面)的相对的倾斜错位，将其设为被检测透镜1的面斜倾(将上面3a和下面3b所成的角的大小设为面斜倾量，将上面3a对下面3b的倾斜方向设为面斜倾方向)(面斜倾测量步骤)。
<5>根据所求出的被检测透镜1的面斜倾、与由上述顺序<2>所得到的面斜倾和面斜倾分慧差之间的关系，求出被检测透镜1实际上产生的面斜倾分慧差。
<6>接着，进行被检测透镜1的透镜部2的透过波前测量，根据由该测量所得到的干涉条纹图像，求出被检测透镜1的彗差(慧差测量步骤)。用以下的顺序进行该慧差测量。
首先，如图1所示，通过电动X轴镜台15，将零反射镜6移动到被检测透镜1的图中上方，替代反射型基准板7。
接着，由手动双轴倾斜台12调整零反射镜6的倾斜以使零反射镜6的中心轴和透过型基准板4的基准面4a相互垂直。按照透过了透过型基准板4而照射零反射镜6的反射平面部6b的光束的回光、和来自透过型基准板4的基准面4a的回光之间的干涉所得到的干涉条纹成为零条纹的方式，进行此倾斜调整。
随后，通过电动X轴镜台15及电动Y轴镜台16决定相对于被检测透镜1的零反射镜6的中心轴的相对位置。一边多次使被检测透镜1和零反射镜6的中心轴的相对位置错位一边进行被检测透镜1的透镜部2有关的波前像差测量，同时从各波前像差测量的结果求出相对于被检测透镜1的零反射镜6的中心轴的位置和被检测透镜1的波前像差的关系，且根据此求出的关系来进行上述相对位置的决定。更具体而言，适用在以上述顺序<1>、<2>进行的计算机仿真所使用的方法A、B，可决定零反射镜6的中心轴的位置。
在决定的位置设置零反射镜6，进行对于被检测透镜1的透镜部2的波前像差测量。即，对透过了透过型基准板4及透镜部2而照射零反射镜6的反射非球面部6a的光束的回光(在反射非球面部6a反射以后再次透过透镜部2)、与来自透过型基准板4的基准面4a的回光之间的干涉所得到的干涉条纹进行解析，求出被检测透镜1实际上所产生的全体慧差。
<7>从求出的被检测透镜1的彗差减去由上述顺序<5>所得到的面斜倾分慧差，且将该算出结果求出作为起因于被检测透镜1的面偏移而产生的面偏移分慧差(面偏移慧差算出步骤)。
<8>根据求出的面偏移分慧差、和由上述顺序<1>所得到的面偏移和面偏移分慧差之间的关系，算出被检测透镜1的面偏移(面偏移算出步骤)。
由以上的顺序，就可将被检测透镜1的面偏移在与面斜倾分离下高精度地测量。
另外，在上述顺序<4>中，在透镜装载夹具5安装被检测透镜1时，被检测透镜1的突出面3的下面3a和透过型基准板4的基准面4a相互平行配置，由此，以相对于干涉计本体部20的光轴适当配置被检测透镜1为前提。但是，实际上在突出面3的下面3a和透镜装载夹具5之间产生间隙或在透镜装载夹具5有颤动，也可能相对于干涉计本体部20的光轴而倾斜配置被检测透镜1。在这样的情况，通过计算机仿真预先求出相对于干涉计本体部20的光轴的被检测透镜1自身的倾斜、和起因于该倾斜而产生的彗差(被检测透镜倾斜分慧差)之间的关系(被检测透镜倾斜分仿真步骤)，同时由突出面3的下面3a和基准面4a的相对的倾斜等而测量被检测透镜1自身的实际倾斜(被检测透镜倾斜测量步骤)。而且，从在上述被检测透镜倾斜分仿真步骤所求出的关系而算出起因于上述被检测透镜1自身的实际倾斜而产生的彗差，将此算出的彗差从上述慧差测量步骤(上述顺序<6>)所测量的彗差中减去即可。
而且，在上述顺序<6>中，通过调整零反射镜6的倾斜，将可调整得零反射镜6的中心轴和透过型基准板4的基准面4相互垂直为前提，但也可能不进行使零反射镜6的中心轴对基准面4垂直那样的高精度的倾斜调整，而相对于干涉计本体部20的光轴使零反射镜6倾斜配置。在这样的情况，通过计算机仿真预先求出相对于干涉计本体部20的光轴的零反射镜6的倾斜、和起因于该倾斜而产生的彗差(衡消光学元件倾斜分慧差)之间的关系(衡消光学元件倾斜分仿真步骤)，同时通过零反射镜6的反射平面部6b和透过型基准板4的基准面4的相对的倾斜等而测量相对于干涉计本体部20的光轴的零反射镜6的实际倾斜(衡消光学元件倾斜测量步骤)。而且，从上述衡消光学元件倾斜分仿真步骤所求出的关系而算出起因于上述零反射镜6的实际倾斜而产生的彗差，并将算出的彗差从上述慧差测量步骤(上述顺序<6>)所测量的彗差中减去即可。
进一步，上述顺序<6>对零反射镜6具备反射平面部6b的情况进行了说明，但也可使用未具备这样的反射平面部6b的零反射镜(图示略)。在此情况下，设置决定相对于干涉计本体部20的光轴的零反射镜的中心轴的倾斜的衡消光学元件倾斜决定单元(由计算机27内的CPU及存储器内的程序等构成)。此衡消光学元件倾斜决定单元被构成为：从通过多次使相对于干涉计本体部20的光轴的被检测透镜1的旋转角度错位、来进行的被检测透镜1有关的各波前像差测量的结果，分离被检测透镜1自身的彗差和起因于相对干涉计本体部20的光轴的零反射镜的中心轴的倾斜而产生的彗差(衡消光学元件倾斜分慧差)，按照使该衡消光学元件倾斜分慧差的产生大致消除的方式决定零反射镜的中心轴的倾斜。
而且，在上述实施方式中，对测量具备突出部3的被检测透镜1的情况进行了说明，但也可能测量未具备这样的突出部3的被检测透镜(不图示)。在此情况下，设置决定相对于干涉计本体部20的光轴的被检测透镜自身的倾斜的透镜倾斜决定单元(由计算机27内的CPU及存储器内的程序等构成)。此透镜倾斜决定单元被构成为：从通过多次使相对于干涉计本体部20的光轴的被检测透镜的旋转角度错位、来进行的被检测透镜有关的各波前像差测量的结果，分离被检测透镜自身的彗差和起因于相对于干涉计本体部20的光轴的被检测透镜自身的倾斜而产生的彗差(被检测透镜倾斜分彗差)，按照使该被检测透镜倾斜分彗差的产生大致消除的方式决定被检测透镜自身的倾斜。
而且，在上述实施方式中，例举了面偏移和面偏移分彗差的关系、及面斜倾和面斜倾分慧差的关系皆为线形的情况(上式(3)、(4)所表示的情况)，但在这些关系为非线形的情况(例如，上式(3)的系数a成为面偏移量u的函数的情况或上式(4)的系数c成为面斜倾量v的函数的情况)也可适用本发明。
而且，在上述实施方式中，例举两面皆由非球面构成的非球面透镜作为测量对象，但本发明也可能将一方的透镜面由非球面而另一方的透镜面由球面构成的非球面透镜作为测量对象。
而且，本发明也可适用于使用如在由本申请人提出的特願2006-268745号说明书所公开的透过型的衡消光学元件(零透镜)的测量中。

Claims (16)

1.一种非球面透镜的面偏移测量方法，
在2个透镜面中至少一方为非球面的被检测透镜，测量上述2个透镜面各自轴相互间的相对位置偏移的面偏移，
该非球面透镜的面偏移测量方法，按以下顺序进行：
彗差测量步骤，使用具备衡消光学元件的干涉计进行上述被检测透镜的透过波前测量，根据由该测量所得到的干涉条纹图像来求出上述被检测透镜的彗差；
面偏移彗差算出步骤，从上述彗差测量步骤所求出的上述彗差减去起因于上述2个透镜面各自轴相互间的相对倾斜错位的面斜倾而产生的预先所求出的面斜倾分彗差，算出起因于上述面偏移而产生的面偏移分彗差；和
面偏移算出步骤，根据该面偏移彗差算出步骤中所算出的上述面偏移分彗差，算出上述面偏移。
2.根据权利要求1所述的非球面透镜的面偏移测量方法，其特征在于：
在上述面偏移彗差算出步骤之前进行通过计算机仿真求出上述面斜倾和上述面斜倾分彗差之间的关系的面斜倾分彗差仿真步骤。
3.根据权利要求2所述的非球面透镜的面偏移测量方法，其特征在于：
上述面斜倾分彗差仿真步骤具有：在进行该仿真时决定相对于仿真用被检测透镜的仿真用衡消光学元件的中心轴的位置的面斜倾用衡消光学元件位置决定步骤，
该面斜倾用衡消光学元件位置决定步骤，对赋予了上述面斜倾的上述仿真用被检测透镜，通过在该仿真上多次使上述仿真用被检测透镜和上述仿真用衡消光学元件的中心轴的相对位置错位，来进行基于上述仿真用衡消光学元件的波前像差测量的仿真，从各仿真结果求得相对于上述仿真用被检测透镜的上述仿真用衡消光学元件的中心轴的位置与上述仿真用被检测透镜的波前像差之间的关系，根据该求出的关系，决定上述仿真用衡消光学元件的中心轴的位置。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的非球面透镜的面偏移测量方法，其特征在于：
在上述彗差测量步骤之前，进行通过计算机仿真求出上述面偏移和上述面偏移分彗差之间的关系的面偏移分彗差仿真步骤。
5.根据权利要求4所述的非球面透镜的面偏移测量方法，其特征在于：
上述面偏移分彗差仿真步骤具有：在进行该仿真时决定相对于仿真用被检测透镜的仿真用衡消光学元件的中心轴的位置的面偏移用衡消光学元件位置决定步骤，
该面偏移用衡消光学元件位置决定步骤，对赋予了上述面偏移的上述仿真用被检测透镜，通过在该仿真上多次使上述仿真用被检测透镜和上述仿真用衡消光学元件的中心轴的相对位置错位，来进行基于上述仿真用衡消光学元件的波前像差测量的仿真，从各仿真结果求得相对于上述仿真用被检测透镜的上述仿真用衡消光学元件的中心轴的位置和上述仿真用被检测透镜的波前像差之间的关系，根据该求出的关系，决定上述仿真用衡消光学元件的中心轴的位置。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的非球面透镜的面偏移测量方法，其特征在于：
在上述面偏移彗差算出步骤之前，进行
通过计算机仿真求出相对于上述干涉计的光轴的上述衡消光学元件的倾斜与起因于该倾斜而产生的衡消光学元件倾斜分彗差之间的关系的衡消光学元件倾斜分仿真步骤、和
测量相对于上述干涉计的光轴的上述衡消光学元件的实际倾斜的衡消光学元件倾斜测量步骤，并且，
从上述衡消光学元件倾斜分仿真步骤所求出的上述关系而算出起因于上述衡消光学元件倾斜测量步骤所测量的上述衡消光学元件的实际倾斜而产生的彗差，将该算出的彗差从上述彗差测量步骤中所测量的彗差中减去。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的非球面透镜的面偏移测量方法，其特征在于：
在上述面偏移彗差算出步骤之前，进行
通过计算机仿真求出相对于上述干涉计的光轴的上述被检测透镜自身的倾斜和起因于该倾斜而产生的被检测透镜倾斜分彗差之间的关系的被检测透镜倾斜分仿真步骤、和
测量相对于上述干涉计的光轴的上述被检测透镜自身的实际倾斜的被检测透镜倾斜测量步骤，并且，
从上述被检测透镜倾斜分仿真步骤所求出的上述关系而算出起因于上述被检测透镜倾斜测量步骤中所测量的上述被检测透镜自身的实际倾斜而产生的彗差，将该算出的彗差从上述彗差测量步骤中所测量的彗差中减去。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的非球面透镜的面偏移测量方法，其特征在于：
在上述被检测透镜具有按照相对于该被检测透镜的上述2个透镜面各自轴为垂直的方式设置的突出部时，
在上述面偏移彗差算出步骤之前，进行通过测量上述突出部的表面和背面的相对倾斜错位来求出上述面斜倾的面斜倾测量步骤。
9.一种非球面透镜的面偏移测量装置，
在2个透镜面中至少一方为非球面的被检测透镜，测量上述2个透镜面各自轴相互间的相对位置偏移的面偏移，
该非球面透镜的面偏移测量装置具备：具有衡消光学元件的干涉计、和解析装置，
该解析装置具备以下单元而构成：
彗差演算单元，基于利用上述干涉仪在上述被检测透镜的透过波前测量中所得到的干涉条纹图像，求出该被检测透镜的彗差；
面偏移彗差演算单元，从上述彗差演算单元所求出的上述彗差减去起因于上述2个透镜面各自轴相互间的相对倾斜错位的面斜倾而产生的预先所求出的面斜倾分彗差，算出起因于上述面偏移而产生的面偏移分彗差；
面偏移演算单元，根据该面偏移彗差演算单元所算出的上述面偏移分彗差，算出上述面偏移。
10.根据权利要求9所述的非球面透镜的面偏移测量装置，其特征在于，还具备：
倾斜姿势可变单元，使上述被检测透镜和上述衡消光学元件的相对倾斜姿势变化；和
3轴方向位置可变单元，使上述被检测透镜和上述衡消光学元件的相互正交的3轴方向的相对位置变化。
11.根据权利要求10所述的非球面透镜的面偏移测量装置，其特征在于：
还具有：
衡消光学元件中心轴位置决定单元，在进行基于上述3轴方向位置可变单元的调整时，决定相对于上述被检测透镜的上述衡消光学元件的中心轴的位置，
该衡消光学元件中心轴位置决定单元，从通过多次使上述被检测透镜和上述衡消光学元件的中心轴的相对位置错位、来进行的上述被检测透镜有关的各波前像差测量的结果，求出相对于上述被检测透镜的上述衡消光学元件的中心轴的位置与上述被检测透镜的波前像差之间的关系，根据该求出的关系，决定上述衡消光学元件的中心轴的位置。
12.根据权利要求10或11所述的非球面透镜的面偏移测量装置，其特征在于：
还具有：
衡消光学元件倾斜决定单元，在进行基于上述倾斜姿势可变单元的调整时，决定相对于上述干涉计的光轴的上述衡消光学元件的中心轴的倾斜，
该衡消光学元件倾斜决定单元，从通过多次使相对于上述干涉计的光轴的上述被检测透镜的旋转角度错位、来进行的上述被检测透镜有关的各波前像差测量的结果，分离上述被检测透镜自身的彗差和起因于相对上述干涉计的光轴的上述衡消光学元件的中心轴的倾斜而产生的衡消光学元件倾斜分彗差，按照使该衡消光学元件倾斜分彗差的产生大致消除的方式决定上述衡消光学元件的中心轴的倾斜。
13.根据权利要求10或11所述的非球面透镜的面偏移测量装置，其特征在于：
还具有：
透镜倾斜决定单元，在进行基于上述倾斜姿势可变单元的调整时，决定相对于上述干涉计的光轴的上述被检测透镜自身的倾斜，
该透镜倾斜决定单元，从通过多次使以上述干涉计的光轴为中心的上述被检测透镜的旋转角度错位、来进行的上述被检测透镜有关的各波前像差测量的结果，分离上述被检测透镜自身的彗差和起因于相对上述干涉计的光轴的上述被检测透镜自身的倾斜而产生的被检测透镜倾斜分彗差，按照使该被检测透镜倾斜分彗差的产生大致消除的方式决定上述被检测透镜自身的倾斜。
14.根据权利要求9至11中任一项所述的非球面透镜的面偏移测量装置，其特征在于：
在上述被检测透镜具有按照相对于该被检测透镜的上述2个透镜面各自轴为垂直的方式设置的突出部时，
还具备：
面斜倾测量演算单元，基于利用上述干涉计在上述突出部的透过波前测量中所得到的干涉条纹图像，求出上述面斜倾。
15.根据权利要求9至11中任一项所述的非球面透镜的面偏移测量装置，其特征在于：
上述衡消光学元件为反射型衡消光学元件。
16.根据权利要求9至11中任一项所述的非球面透镜的面偏移测量装置，其特征在于：
上述衡消光学元件为透过型衡消光学元件。
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