CN106104247A - 非球面的偏心量测定方法以及形状解析方法 - Google Patents

Abstract

在具有非球面的光学元件中，在非球面部的周围形成有由平面构成的平面部，所述非球面部由与参考球面的偏差为10μm以下的非球面构成。测定平面部的平面形状，根据由该测定而得到的平面形状信息和形成平面部时使用的已知的平面形状信息，算出平面的倾斜量。将平面的倾斜量作为非球面的倾斜量，算出非球面的轴偏移量，并算出非球面形状误差量。

Description

非球面的偏心量测定方法以及形状解析方法

技术领域

本发明涉及非球面的偏心量测定方法以及形状解析方法，例如，关于由透镜面、反射镜面等光学面构成的非球面，涉及由其倾斜量以及轴偏移量构成的偏心量的测定方法和用于评价非球面形状是否与设计值吻合的解析方法。

背景技术

作为用于高精度地测定透镜、反射镜等光学元件的3维的表面形状的技术，公知有使触针接触工件来测定其位移量的接触式测定法。在这种接触式测定法中，有时需要不仅测定光学元件的表面形状而且测定光学面相对于光学元件的外形基准的错位即偏心。作为能测定这样的偏心的装置，例如，在专利文献1中提出了一种通过在夹具上配置定位球进行透镜的定位，从而测定以外形为基准的偏心量(倾斜量以及轴偏移量)的形状测定装置。在专利文献1记载的形状测定装置中，通过在作为基准的坐标系中对测定出的面形状数据进行坐标变换，以使测定出的面形状数据和已知形状数据(设计式)之差的均方根值为最小，从而算出透镜表面背面的相对位置关系。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002-71344号公报

发明内容

发明要解决的课题

在各种光学设备用的非球面透镜中，随着高像素化和小型化/薄型化，谋求通过非球面偏心量的减小来提高光学性能。但是，如专利文献1所记载的那样，在进行坐标变换以使测定出的面形状数据和已知形状数据之差的均方根值为最小时，只有在非球面与作为基准的球面的偏差(非球面偏差)非常小的非球面形状(即，接近于球面形状且非球面偏差为10μm以下的非球面形状)的情况下，难以算出测定面形状数据相对于已知形状数据的倾斜成分而不再能够算出正确的值。若不能算出正确的倾斜量，则也不能算出正确的轴偏移量，因此，不能算出偏心量，与此同时也难以算出相对于已知形状数据的正确的非球面形状误差量(非球面形状解析)。

本发明是鉴于这样的状况而作出的，其目的在于提供一种即使是与参考球面的偏差为10μm以下的非球面，也能进行高精度的非球面偏心量的测定的偏心量测定方法、以及也能进行高精度的非球面形状的解析的形状解析方法。

用于解决课题的方案

为了实现上述目的，第1个发明的非球面的偏心量测定方法是与参考球面的偏差为10μm以下的非球面的偏心量测定方法，其特征在于，

在具有所述非球面的光学元件中，在由所述非球面构成的非球面部的周围形成由平面构成的平面部，

测定所述平面部的平面形状，根据由该测定而得到的平面形状信息和形成所述平面部时使用的已知的平面形状信息，算出所述平面的倾斜量，

将所述平面的倾斜量作为所述非球面的倾斜量，算出所述非球面的轴偏移量。

第2个发明的非球面的偏心量测定方法，在所述第1个发明中，其特征在于，所述平面部的平面形状的测定位置处于与所述非球面的最外周相距0.5mm以内的位置处。

第3个发明的非球面的偏心量测定方法，在所述第1或者第2个发明中，其特征在于，所述非球面部和所述平面部由同一部件形成，并且被同轴加工或一体成形。

第4个发明的非球面的偏心量测定方法，在所述第1～第3个发明中的任一个发明中，其特征在于，所述平面部的平面由镜面构成。

第5个发明的非球面的偏心量测定方法，在所述第1～第4个发明中的任一个发明中，其特征在于，所述平面部的平面形状的测定位置在圆周上以等间隔处于8个点以上。

第6个发明的非球面的形状解析方法是与参考球面的偏差为10μm以下的非球面的形状解析方法，其特征在于，

在具有所述非球面的光学元件中，在由所述非球面构成的非球面部的周围形成由平面构成的平面部，

测定所述平面部的平面形状，根据由该测定而得到的平面形状信息和形成所述平面部时使用的已知的平面形状信息，算出所述平面的倾斜量，

将所述平面的倾斜量作为所述非球面的倾斜量，算出所述非球面的轴偏移量。

第7个发明的非球面的形状解析方法，在所述第6个发明中，其特征在于，所述平面部的平面形状的测定位置处于与所述非球面的最外周相距0.5mm以内的位置处。

第8个发明的非球面的形状解析方法，在所述第6或第7个发明中，其特征在于，所述非球面部和所述平面部由同一部件形成，并且被同轴加工或一体成形。

第9个发明的非球面的形状解析方法，在所述第6～第8个发明中的任一个发明中，其特征在于，所述平面部的平面由镜面构成。

第10个发明的非球面的形状解析方法，在所述第6～第9个发明中的任一个发明中，其特征在于，所述平面部的平面形状的测定位置在圆周上以等间隔处于8个点以上。

发明效果

即使是与参考球面的偏差为10μm以下的非球面，根据本发明的偏心量测定方法也能进行高精度的非球面偏心量的测定，另外，根据本发明的形状解析方法也能进行高精度的非球面形状的解析。

附图说明

图1是表示非球面的偏心量测定方法以及形状解析方法的一个实施方式的流程图。

图2是用于说明非球面偏差的示意图。

图3是表示非球面的倾斜量的算出正确的情况和不正确的情况下的非球面形状的解析结果的图。

图4是表示作为图1的实施方式的测定对象例的非球面透镜的剖视图。

图5是表示用于算出非球面的倾斜量以及轴偏移量的平面计测和非球面计测的示意图。

图6是用于说明测定中心坐标的设定的平面图。

图7是用于说明非球面透镜具有浇口(gate)部的情况下的平面计测的平面图。

图8是表示在图1的实施方式中使用的非球面测定用夹具的外观以及截面构造的图。

图9是表示图8的主要部分的放大图。

图10是表示在图1的实施方式中使用的面形状测定装置的构造的概略图。

具体实施方式

以下，说明本发明的非球面的偏心量测定方法以及形状解析方法等。本发明的非球面的偏心量测定方法以及形状解析方法，例如，在由透镜面、反射镜面等光学面构成的非球面中，关于与参考球面的偏差为10μm以下的非球面，涉及由其倾斜量以及轴偏移量构成的偏心量的测定方法和用于评价非球面形状是否与设计值吻合的解析方法。

在光学元件为球面透镜的情况下，如图2(A)所示，因为球面S0的透镜面形状相同，所以不依赖于轴的方向(箭头)。与此相对，如图2(B)所示，在光学元件为轴对称的非球面透镜的情况下，非球面S1的透镜面形状根据轴的方向(箭头)而不同。也就是说，若不能正确地知道轴的方向(即非球面的倾斜量)，则不再能够评价非球面形状是否与设计值吻合。

在图2(C)中示出了非球面S1与作为基准的球面S0(参考球面)的偏差(非球面偏差)Δ。在非球面偏差Δ相对于面形状测定装置的测定误差足够大的情况下，能够正确地算出非球面的倾斜量。与此相对，在非球面偏差Δ相对于面形状测定装置的测定误差相对较小的情况下，因为不能区别于球面S0的测定，所以不可能正确地算出非球面的倾斜量。这里，非球面偏差Δ相对于面形状测定装置的测定误差相对较小的非球面形状，具体而言是非球面偏差Δ为10μm以下的非球面形状，另外，所述参考球面不限定于球面，也可以是平面。

若不能正确地算出非球面的倾斜量，则也不能算出正确的轴偏移量，因此不能算出偏心量，与此同时也难以算出相对于已知形状数据的正确的非球面形状误差量(非球面形状解析)。在图3(A)中示出正确地算出了非球面A1的倾斜量的情况下的非球面形状A1与其已知形状(设计式)A0的位置关系，在图3(B)中示出未正确地算出非球面A1的倾斜量的情况下的非球面形状A1与其已知形状(设计式)A0的位置关系。另外，在图3(C)中示出正确地算出了非球面A1的倾斜量的情况下(图3(A))的非球面形状误差量δ，在图3(D)示出未正确地算出非球面A1的倾斜量的情况下(图3(B))的非球面形状误差量δ。若未正确地算出非球面A1的倾斜量，则如图3(D)所示未算出正确的非球面形状误差量δ，因此不能评价非球面形状是否与设计值吻合。

在图4中用截面示出由同一部件构成的轴对称的非球面透镜的一个例子。该非球面透镜LN由非球面部Pa、平面部Ph、外缘部Pe等构成。在非球面部Pa，在表面侧形成有非球面偏差Δ小的轴对称的面形状的非球面Sa，在背面侧形成有非球面偏差Δ大的轴对称的面形状的非球面Sb。即，非球面透镜LN在表面侧具有非球面偏差Δ为10μm以下的非球面Sa，在背面侧具有非球面偏差Δ超过10μm的非球面Sb。在平面部Ph的表面侧，以呈环状地包围非球面Sa的方式形成有平面Sh，以呈环状地包围该平面部Ph的方式形成有外缘部Pe。另外，也可以代替形成环状的平面Sh，而与后述的多个测定点(例如以等间隔位于圆周上的8个点以上的测定点)对应地呈圆周状地形成不连续的平面Sh。

由于非球面Sa的非球面偏差Δ为10μm以下，因此，如前所述，不可能正确地算出非球面的倾斜量。于是，在本发明的非球面的偏心量测定方法以及形状解析方法中，如图4所示在非球面透镜LN中，在由非球面Sa构成的非球面部Pa的周围形成有由平面Sh构成的平面部Ph。而且，采用如下结构：测定平面部Ph的平面Sh的形状，根据由该测定而得到的平面形状信息和形成平面部Ph时使用的已知的平面形状信息来算出平面Sh的倾斜量，将平面Sh的倾斜量作为非球面Sa的倾斜量，算出非球面Sa的轴偏移量。

图5(A)示出用于算出非球面Sa的倾斜量d1的平面Sh的计测作业，图5(B)示出用于算出非球面Sa的轴偏移量d2的非球面Sa的计测作业。如图5(A)所示，通过用触针PR呈圆周状地扫描平面Sh来测定平面Sh的形状。由于非球面Sa和平面Sh的位置关系是固定的，所以根据由测定而得到的平面形状信息来算出非球面轴AX1的方向，根据形成平面部Ph时使用的已知的平面形状信息(设计式)来算出基准轴AX0的方向。因此，非球面轴AX1相对于基准轴AX0的倾斜量d1既是平面Sh的倾斜量也是非球面Sa的倾斜量。接着，如图5(B)所示，通过用触针PR相对于基准轴AX0在垂直方向上扫描非球面Sa来测定非球面Sa的形状。因为非球面轴AX1的倾斜量d1相当于非球面Sa的倾斜量，所以可以使用该倾斜量d1和非球面Sa形状的测定值来算出轴偏移量d2，从而算出非球面形状误差量δ(图3)。

如上所述，构成为测定平面部Ph的平面Sh的形状，根据由该测定而得到的平面形状信息和形成平面部Ph时使用的已知的平面形状信息来算出平面Sh的倾斜量，将平面Sh的倾斜量d1作为非球面Sa的倾斜量，算出非球面Sa的轴偏移量d2，从而即使是与作为基准的球面S0的非球面偏差Δ为10μm以下的非球面S1(图2)，也能进行高精度的非球面Sa的偏心量(即，倾斜量d1以及轴偏移量d2)的测定(图5)，另外，还能进行高精度的非球面形状A1的解析(例如，非球面形状误差量δ的计算)(图3)。另外，在高精度地形成有平面部Sh的情况下，也可以选几个地方测定平面部Sh在基准轴方向上的高度，将包含该测定点在内的平面的倾斜量作为非球面Sa的倾斜量。

在计算非球面Sa的倾斜量d1方面，平面Sh是最优的面。因此，用平面Sh算出倾斜量d1，从而能提高倾斜量d1的计算精度。另外，为了在作为基准的坐标系中对测定出的面形状数据进行坐标变换，以使测定出的面形状数据和已知形状数据(设计式)之差的均方根值为最小，通常，需要利用倾斜成分(α，β，γ)和轴偏移成分(X，Y，Z)的合计6种参数来实施解析。即，需要X、Y、Z各轴方向的位移量(单位例如为μm)这3种参数和绕X、Y、Z各轴的倾转(tilt)量(单位例如为min)这3种参数，合计6种参数，进行解析。但是，若将倾斜成分(α，β，γ)作为固定值：倾斜量d1进行解析，则参数变为3种，因此轴偏移成分(X，Y，Z)的解析精度也提高。作为结果，倾斜量d1以及轴偏移量d2提高，并且面形状解析精度(测定精度)也提高。

平面部Ph的平面Sh的形状的测定位置优选处于与非球面Sa的最外周相距0.5mm以内的位置处。即，优选平面Sh在径向上的宽度w(图4)为0.5mm以内。平面Sh的宽度w：0.5mm以内是基于在圆周方向上进行扫描时所需的宽度和作为扫描基准的中心坐标(X1，Y1)的计算误差而得到的，若过宽则可能导致变形而出现不同于非球面Sa的举动。若将平面Sh的形状的测定位置相距非球面Sa的最外周设定在0.5mm以内，则在非球面透镜LN成形时，可以将从模具脱模时的变形的影响抑制在最低限度。从这样的观点出发，更优选平面部Ph的平面Sh的形状的测定位置处于与非球面Sa的最外周相距0.1mm以内的位置处。

优选非球面部Pa和平面部Ph由同一部件形成，并且被同轴加工或一体成形。即，优选非球面Sa和平面Sh由同一部件形成，并且被同轴加工或一体成形。若这样构成，则能有效地降低模具组装误差，降低加工误差等。

优选平面部Ph的平面Sh由镜面构成。通过由镜面构成平面Sh，从而可以有效地降低测定误差等。

优选平面部Ph的平面Sh的形状的测定位置在圆周上以等间隔处于8个点以上。若这样构成，则能构成考虑到局部变形部的平均化和浇口附近的影响的结构。

接着，使用图1的流程图，对非球面的偏心量测定方法以及形状解析方法的一个实施方式更具体地进行说明。在该测定流程中，将非球面透镜LN(图4)设置在非球面测定用的夹具上(#10)，在进行表面侧的非球面Sa的偏心量测定/形状解析(#20～#80)和背面侧的非球面Sb的偏心量测定/形状解析(#90～#120)之后，进行非球面Sa、Sb的表面背面间的偏心量的计算。如前所述，由于表面侧的非球面Sa的非球面偏差Δ小，所以，根据平面Sh算出非球面Sa的倾斜量d1，根据通过用触针PR扫描非球面Sa而得到的非球面Sa的形状来算出轴偏移量d2，由于背面侧的非球面Sb的非球面偏差Δ大，所以，根据通过用触针PR扫描非球面Sa而得到的非球面Sa的形状来算出倾斜量d1和轴偏移量d2。另外，作为测定对象的光学元件不限定于透镜，也可以是反射镜，作为测定对象的非球面不限定于透镜面，也可以是反射镜面。

非球面透镜LN(图4)，如前所述，假定非球面Sa的非球面偏差Δ：10μm以下、平面Sh在径向上的宽度w：0.1mm。在非球面透镜LN为塑料透镜的情况下，由于成形时和从模具脱模时容易产生变形，所以更优选平面Sh在从非球面Sa的外周到0.1mm以内的较近范围内形成。另外，塑料透镜用模具一般由多个模具部件形成，但为了使非球面部Pa和平面部Ph的斜度一致，优选用一体的同一部件同时加工(同轴加工)。

为了测定非球面透镜LN(图4)的表面背面，需要在表面背面测定时具有共同的基准的专用夹具。因此，将设置有非球面透镜LN的非球面测定用夹具10(#10)作为具体例子进行说明。图8(a)是非球面测定用夹具10的平面图，图8(b)是图8(a)的非球面测定用夹具10的AA方向剖视图。另外，图9(a)是图8(a)所示的夹具10的中央部的局部放大平面图，图9(b)是与图9(a)对应的局部放大剖视图。

非球面测定用夹具10用于保持作为测定对象的非球面透镜LN并设置于后述的面形状测定装置100(图10)的保持部。另外，在面形状测定装置100中，能够从表面侧和背面侧来计测非球面透镜LN的透镜面形状，并且能够计测非球面透镜LN的偏心。非球面测定用夹具10出于上述目的而具有以下进行详细记述的基板20、具有球面部30的外形基准检测装置40、夹持装置50、球状被计测部件60以及旋转限制部件70。

基板20具有四边形厚板状的外观，具有第1面和其背面的第2面。在中央处具有用于载置非球面透镜LN的圆形台21。圆形台21在中央处具有开口22，通过开口22的边缘部分来支承非球面透镜LN的外缘部Pe。由此，能够从表面侧(图8(a))和背面侧这两侧来观察在圆形台21上被支承的非球面透镜LN，从而能够将面形状测定装置100的计测用的触针PR(图10)放下至非球面透镜LN的两透镜面Sa、Sb(图9)。另外，基板20还作为将外形基准检测装置40、夹持装置50以及球状被计测部件60支承于非球面透镜LN的保持位置周围的适当位置时的支承体而发挥作用。

球面部30是在基板20上配置有3个的大致相同形状的球体，作为后述的外形基准检测装置40的一部分，分别固定在前端。各个球面部30具有已知的球面形状，如图9所示，与非球面透镜LN的外缘部Pe的侧面抵接。各个球面部30与非球面透镜LN的侧面抵接的位置对应于将外缘部Pe进行3等分而得到的均分的位置，配置于相对于非球面透镜LN的中心而相差120°的3个方向(绕光轴AX均等分割的方向)。另外，这里的均等分割的位置，不仅仅是严格地等分的位置，还包括大致等分的位置。

各个球面部30被施力而与非球面透镜LN的外缘部Pe的侧面抵接，并且从与外缘部Pe的侧面垂直的方向以适当大小的推压力推压外缘部Pe的侧面。施加于各个球面部30的推压力也依赖于非球面透镜LN的材料和尺寸，但设为不使非球面透镜LN的形状变形的程度，并且设为能够充分确保球面部30和外缘部Pe侧面的紧贴度的程度。具体而言，在设该推压力为F’(N)时，设为0.01＜F’＜1的程度。这样一来，使具有已知的球面形状的3个球面部30适度地紧贴在外缘部Pe的适当位置，从而能求得外缘部Pe的中心，也能算出与非球面透镜LN的光轴AX的错位量即偏心。

另外，在此，多个外形基准检测装置40中的各个球面部30不需要构成为全部以具有作用力地对非球面透镜侧面进行推压的方式与之抵接，只要至少任意一个如上所述进行抵接即可。在这种情况下，其他的外形基准检测装置40也可以相对于基板20固定地配置。

外形基准检测装置40具有杆41、滑动机构42以及施力部件43，所述杆41将球面部30固定于前端，所述滑动机构42使所述杆41在轴向上平滑地移动，所述施力部件43内置对杆41向前端侧施力的弹簧43a并且调节弹簧的根部位置。如图9(a)所示，杆41在被刻设于圆形台21的槽21a引导的状态下沿着槽21a往返移动。滑动机构42是固定设置在基板20上表面的引导件，与杆41的根部侧嵌合，可以沿着杆41的轴向平滑地移动。

施力部件43是可以装卸地安装在基板20上表面的机构，通过被作为弹性部件的弹簧43a推压而欲突出的销43b，能够对杆41向前端方向施力，并且能够用规定的力将球面部30推压在非球面透镜LN的外缘部Pe侧面上。这里，施力部件43具有收纳弹簧43a和销43b并在外周形成有螺纹的调节部43c作为调节装置，通过对调节部43c的拧入量进行调节，能够微调弹簧43a的根部位置。通过该调节部43c，能够适当调节杆41的标准位置和对杆41的作用力。另外，通过调节部43c的调节，也能在一定范围内应对变更了作为被测定对象的非球面透镜LN的尺寸的情况。

夹持装置50具有3个板簧状的夹持部件51和支承各个夹持部件51的支承框52。在各个夹持部件51的前端部的背面，如图9(b)等所示，形成有与非球面透镜LN的外缘部Pe的上表面抵接的接触部51a。各个接触部51a的外形为半球状，与外缘部Pe抵接而对非球面透镜LN向与基板20的板面垂直的光轴AX方向施力的同时，将外缘部Pe夹持在其与基板20之间。施加于各个接触部51a的推压力也依赖于非球面透镜LN的材料和尺寸，但设为不使非球面透镜LN的形状变形的程度，并且设为非球面透镜LN的移动被由接触部51a的作用力引起的摩擦力阻碍的程度。具体而言，在设该推压力为F(N)时，设为0.1＜F＜10的程度。

接触部51a可以通过将支承框52的前端部加工成半球状而形成，或构成具有圆弧状的前端的板状而形成，或在支承框52的前端部安装钢球而形成。另一方面，支承框52从非球面透镜LN的周围支承夹持部件51的根部侧，各个夹持部件51朝向非球面透镜LN的中心从相差120°的方向延伸。即，设置在3个夹持部件51的前端的3个接触部51a的位置对应于将外缘部Pe进行3等分而得到的均分的位置。这样，通过由3个接触部51a以点接触的方式均等地支承外缘部Pe，从而能够高精度且稳定地支承非球面透镜LN。

另外，各个夹持部件51相对于支承框52能够装卸，从而能够与非球面透镜LN的形状的尺寸和形状相匹配地进行更换。在更换夹持部件51时，与非球面透镜LN的形状相匹配地调节翘起状况等，从而能够调节施加于各个接触部51a的作用力。另外，作为形成夹持部件51的弹簧材料，可以使用铍合金、磷青铜、不锈钢等。

球状被计测部件60是在基板20上配置有3个的大致相同形状的球体，通过设置在基板20上的固定部件25无错位地牢牢被固定于基板20。另外，在基板20上的固定有球状被计测部件60的位置形成有开口23，能够从如图8(a)所示的表面侧和相反的背面侧这两侧观察由固定部件25固定的球状被计测部件60，从而能够使面形状测定装置100的触针PR与球状被计测部件60的上下表面接触地移动来描绘该上下表面。

旋转限制部件70整体上具有扇状的外形，是安装在基板20中央的圆形台21的一部分，固定在1个夹持部件51的下方。旋转限制部件70在非球面透镜LN侧具有凹部71(图9(a))，该凹部71和形成在非球面透镜LN上的主要是平坦部FP卡合，从而调节绕非球面透镜LN的光轴AX的旋转位置。上述的平坦部FP(图9(a))以及突起部PP(图9(b))是在外缘部Pe的轮廓上与邻接部不同的不规则部，在非球面透镜LN的注塑成形时不可避免地形成，其中的突起部PP的前端被称作浇口切割部。

凹部71的位置处于1个夹持部件51的下侧，从而避免了平坦部FP和突起部PP与3个球面部30接触。这样，通过防止球面部30与平坦部FP和突起部PP接触，从而可以防止外缘部Pe的检测精度降低。另外，在上述说明中，不规则部是与轮廓形状的大部分不同的外形形状部分，所述外形形状部分包括如非球面透镜的浇口切割部那样存在于曲面的一部分的凹凸状的部分和在切掉圆形的一部分后的D形切割形状的非球面透镜的该直线状的外形部分等。

在以上已说明的非球面测定用夹具10中，3个球面部30和3个接触部51a沿着非球面透镜LN的外缘部Pe等间隔地交替配置。其结果是，能够在防止球面部30和接触部51a的干涉的同时高效地配置两者，从而能够切实地进行球面部30和非球面透镜LN的非球面Sa的计测，能够提高其作业性。

图10表示使用非球面测定用夹具10(图8)的面形状测定装置100的简略构造。在图10中，(a)是主视图，(b)是侧视图。该面形状测定装置100具有在平台81上固定有XY移动台装置82和Z驱动装置84的构造。XY移动台装置82和Z驱动装置84的动作由控制装置99控制。

XY移动台装置82由省略说明的驱动机构驱动而动作，能够使可装卸地固定在载置台82a上的非球面测定用夹具10在XY面内以2维方式平滑地移动至任意位置，所述载置台82a设置在XY移动台装置82的上部。非球面测定用夹具10的位置利用设置于载置台82a的X反射镜83a和Y反射镜83b进行检测。即，利用与X反射镜83a相向地安装在平台81上的激光干涉仪83d来获知载置台82a在X轴方向上的位置。另外，利用与Y反射镜83b相向地安装在平台81上的激光干涉仪83e来获知载置台82a在Y轴方向上的位置。

Z驱动装置84将升降机构86固定在框架85上，升降机构86具有支承轴86a、升降部件86b、升降驱动装置(未图示)、触针保持部86d以及触针PR，所述支承轴86a固定在框架85上部并沿Z方向延伸，所述升降部件86b由支承轴86a支承并在Z轴方向移动，所述升降驱动装置(未图示)使升降部件86b升降，所述触针保持部86d由升降部件86b支承，所述触针PR由触针保持部86d支承为可升降。

升降机构86的升降部件86b由支承轴86a非接触地支承而平滑地升降运动。升降保持部86d保持触针PR，并随之平滑地升降运动。另外，进行反馈地使未图示的升降驱动装置动作，以使触针PR能够在将恒定的负荷施加于前端的状态下高精度且平滑地升降。其结果是，若使触针PR以低应力进行升降的同时，使XY移动台装置82适当动作而使其移动以便对载置在非球面测定用夹具上的非球面透镜LN以2维方式进行扫描，则能够使触针PR的前端沿着固定在非球面测定用夹具10上的非球面透镜LN的透镜面等以2维方式移动。此时，触针PR的前端位置利用设置在与触针PR一同升降的部件的上端的Z反射镜91a进行检测。即，利用与Z反射镜91a相向地安装在框架85上的激光干涉仪91b来获知触针PR下端在Z轴方向上的位置。

这里，回到测定流程(图1)的说明。将非球面透镜LN(图4)设置在非球面测定用夹具10上后(#10)，将非球面测定用夹具10(#10)设置在面形状测定装置100上(图10)(#20)。该步骤(#10～#20)虽然由机器人也能进行，但通常由操作人员进行。若具体地说明内容，则将非球面透镜LN的表面侧的非球面Sa作为上侧地安装在非球面测定用夹具10上(参照图8)。即，在拆除了3个板簧状的夹持部件51的状态下，使3个外形基准检测装置40处于解除状态，将非球面透镜LN载置在圆形台21上。之后，将3个外形基准检测装置40以成为卡止状态的方式安装，从非球面透镜LN的周围对3个球面部30的保持进行施力，并且将3个板簧状的夹持部件51安装在固定位置。由此，非球面透镜LN的固定结束。在这种情况下，非球面透镜LN的外缘部Pe也由3个球面部30从周围保持，并由3个板簧状的夹持部件51夹持在其与基板20之间而被固定。此时，非球面透镜LN的外缘部Pe由3个球面部30从周围施加适当的力，由3个板簧状的夹持部件51向基板20的表面侧施力而被固定。之后，将像这样固定有非球面透镜LN的非球面测定用夹具10固定于XY移动台装置82上的载置台82a。

用面形状测定装置100开始表面侧的测定(#20)。首先，计测配置在基板20的周边部的3个球状被计测部件60的表面形状，从而设定表面侧的基准坐标系。具体而言，在将触针PR配置在各个球状被计测部件60的顶点附近的状态下，使XY移动台装置82动作而相对于球状被计测部件60的表面使触针PR例如呈十字地移动的同时，使驱动装置84动作而使触针PR前端以不从球状被计测部件60的表面离开的方式移动。由此，算出各个球状被计测部件60的顶点以及球心。包含该球心3点的XY平面成为倾斜的基准平面。

接着，计测配置在非球面透镜LN周围的3个球面部30的表面形状，从而设定基准坐标。具体而言，在将触针PR配置在各个球面部30的顶点附近的状态下，使XY移动台装置82动作而相对于球面部30的表面使触针PR呈十字地移动的同时，使驱动装置84动作而使触针PR前端以不从球面部30的表面离开的方式移动。由此，算出各个球面部30的顶点以及球心。该球心3点的中心(重心)作为轴偏移的基准。

如上所述，用非球面测定用夹具10确定基准坐标系(Xtilt，Ytilt，Ztilt)、(Xshift，Yshift，Zshift)。另外，(Xtilt，Ytilt，Ztilt)相当于倾斜量d1(图5(A))的基准坐标系，(Xshift，Yshift，Zshift)相当于轴偏移量d2(图5(B))的基准坐标系。

接着，算出测定中心坐标(X1，Y1)(#30)。构成非球面透镜LN的外缘部Pe和非球面Sa被高精度定位的模具结构，如图6所示，使球面部30在3处或3处以上外切于外缘部Pe的外周，将这些球心描绘的圆(虚线)的中心作为测定中心坐标(X1，Y1)算出。即，假设外缘部Pe的侧面为正圆，算出通过3个球面部30的中心的圆的中心而得到的坐标是测定中心坐标(X1，Y1)。另外，测定中心坐标(X1，Y1)的计算方法不限定于求出通过3个球面部30的中心的圆。例如，也可以在非球面中心附近使触针PR接触而扫描并与球面形状进行拟合，从而作为XY平面上的中心坐标(X1，Y1)。

接着，将测定中心坐标(X1，Y1)作为基准，用触针PR在圆周方向上扫描平面Sh，取得平面形状信息(即，Z坐标)(#40)。此时的扫描是通过触针PR相对于平面Sh的相对移动进行的。因此，既可以通过触针PR的移动来进行，也可以通过非球面透镜LN的移动来进行。

在非球面透镜LN为通过注塑成形而形成的塑料透镜等的情况下，考虑到如图7所示的浇口部Pg的附近会产生局部变形，优选取得XY轴上的4点和其中间点合计8点以上、平面Sh的坐标。测定点数越少，该点处的影响就越大，因此需要一定程度以上的多个测定点数。另外，优选平面Sh与非球面Sa同样地由镜面形成，以使测定精度提高。

接着，根据由平面Sh的测定(#40)而得到的平面形状信息和形成平面部Ph时使用的已知的平面形状信息(设计式)，算出相对于基准坐标系(Xtilt，Ytilt，Ztilt)的平面Sh的倾斜量(Xtilta，Ytilta，Ztilta)(#50)，将该平面Sh的倾斜量作为非球面Sa的倾斜量(相当于图5(A)中的非球面轴AX1的倾斜量d1)。

将非球面中心坐标(X1，Y1)作为基准，用触针PR扫描非球面Sa，取得非球面形状信息(即，Z坐标)(#60)。此时的扫描优选在非球面Sa内部整个区域进行。具体而言，在将触针PR配置在非球面透镜LN的非球面Sa上方的状态下，使XY移动台装置82动作而使触针PR相对于非球面透镜LN以2维方式扫描移动的同时，使驱动装置84动作而使触针PR前端以不从非球面Sa离开的方式移动。由此，得到2维的表面形状数据。

接着，根据由非球面Sa的测定(#60)而得到的非球面形状信息和形成非球面部Pa时使用的已知的非球面形状信息(设计式)，算出相对于基准坐标系(Xshift，Yshift，Zshift)的非球面Sa的轴偏移量(Xshifta，Yshifta，Zshifta)(#70)。此时，将通过算出平面Sh的倾斜量(#50)而得到的非球面Sa的倾斜量(Xtilta，Ytilta，Ztilta)作为固定值，从而可以仅利用轴偏移量(相当于图5(B)中的非球面轴AX1的轴偏移量d2。)进行解析。

使用如上所述算出的倾斜量(Xtilta，Ytilta，Ztilta)和轴偏移量(Xshifta，Yshifta，Zshifta)，进行非球面Sa的形状解析(非球面形状误差量δ(图3)的计算)(#80)。具体而言，设非球面形状信息为Z，设设计值为Z0，在上述算出的倾斜量(Xtilta，Ytilta，Ztilta)和轴偏移量(Xshifta，Yshifta，Zshifta)的基础上进行坐标变换，算出Zd＝Z0－Z。此时，坐标变换所需要的数据作为坐标变换数据被保存。

接着，将非球面测定用夹具10翻转并设置在面形状测定装置100(图10)的保持部，与表面侧的测定(#20，#60～#80)同样地，通过面形状测定装置100进行背面侧的测定(#90～#120)。由于背面侧的非球面Sb的非球面偏差Δ大，因此，不需要进行平面形状的测定(#40)，但在非球面Sb的非球面偏差Δ也小的情况下，需要进行与表面侧的非球面Sa同样地形成平面部的应对。

更具体地说明内容。将固定有非球面透镜LN的非球面测定用夹具10从XY移动台装置82上的载置台82a拆下，将非球面测定用夹具10直接上下翻转并再次固定于载置台82a。计测配置在基板20周边部的3个球状被计测部件60的表面形状，从而设定背面侧的基准坐标系。具体而言，在将触针PR配置在各个球状被计测部件60的顶点附近的状态下，使XY移动台装置82动作而相对于球状被计测部件60的背面使触针PR例如呈十字地移动的同时，使驱动装置84动作而使触针PR前端以不从球状被计测部件60的表面离开的方式移动。由此，算出各个球状被计测部件60的顶点以及球心。若利用球状被计测部件60的测定结果，则可以得到基板20的表面侧基准坐标系和背面侧基准坐标系的关系。算出与非球面透镜LN的外缘部Pe的中心对应的测定中心坐标(X1，Y1)。这里，背面侧的测定中心坐标(X1，Y1)通过利用表面侧基准坐标系和背面侧基准坐标系的关系对表面侧的测定中心坐标(X1，Y1)进行坐标变换而得到。

接着，测定非球面透镜LN的背面侧的非球面Sb的形状(#100)。具体而言，在将触针PR配置在非球面透镜LN的非球面Sb上方的状态下，使XY移动台装置82动作而使触针PR相对于非球面透镜LN以2维方式扫描移动的同时，使驱动装置84动作而使触针PR前端以不从非球面Sb离开的方式移动。由此，得到2维的背面形状数据。

根据由非球面Sb的测定(#100)而得到的非球面形状信息和形成非球面部Pb时使用的已知的非球面形状信息(设计式)，算出相对于基准坐标系(Xshift，Yshift，Zshift)的非球面Sb的倾斜量(Xtiltb，Ytiltb，Ztiltb)和轴偏移量(Xshiftb，Yshiftb，Zshiftb)(#110)。

使用如上所述算出的倾斜量(Xtiltb，Ytiltb，Ztiltb)和轴偏移量(Xshiftb，Yshiftb，Zshiftb)，进行非球面Sb的形状解析(非球面形状误差量δ(图3)的计算)(#120)。具体而言，设非球面形状信息为Z，设设计值为Z0，进行坐标变换以使它们的差分即Zd＝Z0－Z的最小均方根值(RMS)为最小。此时，坐标变换所需要的数据作为坐标变换数据被保存。

根据在上述同一基准下算出的(Xtilta，Ytilta，Ztilta)、(Xshifta，Yshifta，Zshifta)、Xtiltb，Ytiltb，Ztiltb)、(Xshiftb，Yshiftb，Zshiftb)，算出非球面透镜LN的表面背面的相对的偏心量(#130)。即，利用表面侧基准坐标系和背面侧基准坐标系的关系(#90)对通过非球面Sa、Sb的形状解析(#80，#120)而得到的坐标变换数据进行比较，从而算出非球面透镜LN的两个非球面Sa、Sb的相对的偏心量(表面背面偏心，外形基准偏心)。使球面部30外切于非球面透镜LN的外缘部Pe外周而算出测定中心坐标(X1，Y1)(图6)，从而可以算出将非球面透镜LN的外径作为基准的偏心量。

另外，虽然在实施例中非球面透镜周围的平坦部与非球面轴垂直，但只要知道平坦部相对于非球面轴的角度(平面形状信息)，即使平坦部相对于非球面轴倾斜，也能算出非球面透镜相对于基准轴的倾斜量。

附图标记说明

LN 非球面透镜(光学元件)

S0 球面(参考球面)

S1 非球面

AX0 基准轴

AX1 非球面轴

A0 已知形状(设计式)

A1 非球面形状

Sa 表面侧的非球面(透镜面)

Sb 背面侧的非球面(透镜面)

Sh 平面

Pa 非球面部

Ph 平面部

Pe 外缘部

PR 触针

AX 光轴

10 非球面测定用夹具

20 基板

30 球面部

40 外形基准检测装置

50 夹持装置

60 球状被计测部件

70 旋转限制部件

82 XY移动台装置

84 Z驱动装置

99 控制装置

100 面形状测定装置

Claims (10)

1.一种偏心量测定方法，是与参考球面的偏差为10μm以下的非球面的偏心量测定方法，其特征在于，

在具有所述非球面的光学元件中，在由所述非球面构成的非球面部的周围形成有由平面构成的平面部，

测定所述平面部的平面形状，根据由该测定而得到的平面形状信息和形成所述平面部时使用的已知的平面形状信息，算出所述平面的倾斜量，

将所述平面的倾斜量作为所述非球面的倾斜量，算出所述非球面的轴偏移量。

2.如权利要求1所述的偏心量测定方法，其特征在于，

所述平面部的平面形状的测定位置处于与所述非球面的最外周相距0.5mm以内的位置处。

3.如权利要求1或2所述的偏心量测定方法，其特征在于，

所述非球面部和所述平面部由同一部件形成，并且被同轴加工或一体成形。

4.如权利要求1～3中任一项所述的偏心量测定方法，其特征在于，

所述平面部的平面由镜面构成。

5.如权利要求1～4中任一项所述的偏心量测定方法，其特征在于，

所述平面部的平面形状的测定位置在圆周上以等间隔处于8个点以上。

6.一种形状解析方法，是与参考球面的偏差为10μm以下的非球面的形状解析方法，其特征在于，

在具有所述非球面的光学元件中，在由所述非球面构成的非球面部的周围形成有由平面构成的平面部，

测定所述平面部的平面形状，根据由该测定而得到的平面形状信息和形成所述平面部时使用的已知的平面形状信息，算出所述平面的倾斜量，

将所述平面的倾斜量作为所述非球面的倾斜量，算出所述非球面的轴偏移量。

7.如权利要求6所述的形状解析方法，其特征在于，

所述平面部的平面形状的测定位置处于与所述非球面的最外周相距0.5mm以内的位置处。

8.如权利要求6或7所述的形状解析方法，其特征在于，

所述非球面部和所述平面部由同一部件形成，并且被同轴加工或一体成形。

9.如权利要求6～8中任一项所述的形状解析方法，其特征在于，

所述平面部的平面由镜面构成。

10.如权利要求6～9中任一项所述的形状解析方法，其特征在于，

所述平面部的平面形状的测定位置在圆周上以等间隔处于8个点以上。