JP2002005619A - 干渉測定方法、装置及びその方法またはその装置により測定された物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】非破壊、非接触で高精度にレンズの肉厚や面間
隔、すなわち面位置を測定できる面間隔測定方法及び装
置を提供する。 【解決手段】コヒーレンス長が短い光源１を用いた干渉
計において、干渉計の光路中に被検物５３０を配置する
と共に２つの光路ｌ，ｍを設け、ミラー３，ビームスプ
リッター５４２との位置関係によって光路長を変化させ
るミラー駆動装置７を配置し、それぞれの光路を通る２
つの光を干渉させて光電検出器８に入射して、被検物の
面位置、偏心、面形状または物理特性を求めることがで
きるようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、干渉測定機に関
し、特に、被検物に光を入射し、得られた干渉縞から被
検物の幾何学的あるいは光学的情報を求める方法、その
ための装置、及び測定された物に関するものである。ま
た、本発明は、カメラ、デジタルカメラ、顕微鏡、内視
鏡、光ディスクピックアップ等の各種光学製品に用いら
れるレンズ、反射鏡等の光学素子、あるいは、組合せレ
ンズ、組合せミラー等の光学系あるいは動物の眼などの
測定、検査、評価に関するものである。そして、例え
ば、本発明は、レンズの肉厚や面間隔、すなわち面位置
を測定する面間隔測定方法及び測定装置、あるいは、レ
ンズの面の偏心、形状または物理特性を求める測定方法
及び測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の面間隔測定器としては、レンズ等
の光学素子の面頂からの反射像をそれぞれ検出し、面間
隔を測定する方法を採用した構成のものが知られてい
る。また、Ｘ線を用いて光学系の断面を撮影し、Ｘ線写
真から素子間の距離を求める方法を採用した構成のもの
も知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の測定器では、面間隔の測定精度が悪く、光学系の高
精度化の要求には対応できていない。

【０００４】本発明は、例えば、上記従来の問題点に鑑
みてなされたものであり、その目的は、非破壊、非接触
で高精度にレンズの肉厚や面間隔、すなわち面位置を測
定できる測定方法及び装置を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の測定方法及び装置等は例えば以下の通りである。本
第１の発明による測定方法、装置及びその方法またはそ
の装置により測定された物は、コヒーレンス長が短い光
源を用いた干渉計と、前記干渉計の光路中に被検物を配
置して干渉を生じさせて、被検物の面位置、偏心、面形
状または物理特性を求めるようにしたことを特徴とす
る。

【０００６】また、本第２の発明による測定方法、装置
及びその方法またはその装置により測定された物は、コ
ヒーレンス長が短い光源を用いた干渉計において、前記
干渉計の光路中に被検物を配置すると共に少なくとも２
つの光路を設け、それぞれの光路を通る２つの光の波面
のいずれか一方を反転あるいは回転させることによって
２つの光を干渉させて、被検物の面位置、偏心または物
理特性を求めるようにしたことを特徴とする。

【０００７】また、本発明による測定方法、装置及びそ
の方法またはその装置により測定された物は、デジタル
ホログラムを用いて被検物の面位置、偏心、面形状また
は物理特性を求めるようにしたことを特徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて説明する。第１実施例 図１は本発明による測定装置の第１実施例を示す概略構
成図である。図１の測定装置２は、光ファイバー５４１
を用いた干渉計を構成しており、研磨皿５５０に貼り付
けられた加工中のレンズ５３０の厚さの測定に用いられ
ている。

【０００９】本実施例の測定装置２では、ＳＬＤ（スー
パールミネセントダイオード）等の低コヒーレンス光源
１から出射した光が集光レンズ５４０を介してほぼ平行
になり、ビームスプリッター５４２を介して光路ｍと光
路ｌとに分けられるようになっている。光路ｌ，ｍに
は、それぞれミラー３，６が配置されており、ミラー３
は、光路ｌが光路ｍに対してΔだけ光路長が長くなるよ
うに配置されている。またミラー３は、ミラー駆動装置
７を介して可動になっており、ミラー３とビームスプリ
ッター５４２との間隔Ｐを変化させることで、このΔの
値を変えることができるようになっている。光路ｌ，ｍ
の光は、それぞれミラー３，ミラー６で反射した後、ビ
ームスプリッター５４２を介して一つに合成され、ビー
ムスプリッター５４５、レンズ４、光ファイバー５４
１、レンズ５を経由して、加工中のレンズ５３０の表面
ａ面またはｂ面に入射する。なお、レンズ５は設けなく
てもよいが、設けた方が光量が増し信号のＳ／Ｎ比が向
上するので好ましい。

【００１０】レンズ５３０で反射した光は、レンズ５を
通り、光ファイバー５４１、レンズ４を経由し、ビーム
スプリッター５４５に入射する。そして、このときビー
ムスプリッター５４５で反射した光が、レンズ５４８を
通り、光電検出器８に入射する。

【００１１】なお、本実施例では、ＳＬＤ（スーパール
ミネセントダイオード）等の低コヒーレンス光源１を使
用しているので、光源の波長に広がりがある。したがっ
て、媒質が波長分散を持つ場合、分散を考慮した群屈折
率ｎ_gを使用することで、より正確な面間隔を求めるこ
とができる。ただし、それほど高精度な測定値を必要と
しない場合には、通常の屈折率、すなわち位相屈折率ｎ
_pで代用してもよい。

【００１２】群屈折率ｎ_gは次の式(1)で表される。 ｎ_g＝ｎ_p−λ（ｄｎ_p／ｄλ） ……(1) ただし、ｎ_pは位相屈折率、λは波長である。なお、こ
の考え方は本発明全般に適用できる。

【００１３】図１において、レンズ５３０の厚さをｄと
し、光路ｍを通りｂ面で反射した光と、光路ｌを通りａ
面で反射した光との干渉を考えると、次の条件式(2)を
満足するときだけ２つの光は干渉し、さらに次の式(3)
を満足するとき、光電検出器８の干渉光の強度は最大値
をとる。 Δ−Ｌ≦ｄ・ｎ_g≦Δ＋Ｌ ……(2) ｄ・ｎ_g≒Δ ……(3) ただし、Ｌは低コヒーレンス光源１のコヒーレンス長で
ある。なお、低コヒーレンス光源１には、コヒーレンス
長Ｌが半値全幅で３００μｍ以下、望ましくは、７０μ
ｍ以下のものを用いるのがよい。

【００１４】したがって、ミラー３とビームスプリッタ
ー５４２との間隔Ｐを変化させながら、光電検出器８の
信号強度を検出し、その信号強度が最大になったとき、
次の式(4)によってｄを求めれば、レンズ５３０の厚さ
を知ることができる。 ｄ＝Δ／ｎ_g ……(4)

【００１５】光電検出器８に入射した光は、信号処理回
路５４９を介して電気信号に変換され、計算機５０４で
データ処理が施されて、その結果がモニター８６に表示
される。なお、光電検出器８の信号をオシロスコープあ
るいはテレビモニタ等に入力して目視で信号強度を判断
するようにしてもよい。

【００１６】上記とは逆に、レンズ５３０の厚さｄが既
知の場合は、次の式(5)によって群屈折率ｎ_gを求めるこ
ともできる。 ｎ_g＝Δ／ｄ ……(5) なお、それほど高精度な測定値を必要としないのであれ
ば、上述のように、上記各式において、群屈折率ｎ_gの
代わりに位相屈折率ｎ_pを用いてもよい。

【００１７】本実施例によれば、光ファイバー５４１と
レンズ５３０の間隔が変化しても光路ｌ，ｍの差Δには
変化がなく正確に厚さｄを求めることができるというメ
リットがある。

【００１８】なお、本実施例の測定装置は、図１では、
レンズ厚の測定に用いた場合を示して説明したが、本発
明の他の実施例と同様、レンズ厚に限らず、各種の面間
隔、屈折率等の物理的特性の測定にも用いることができ
る。被検物は、複数枚のレンズ、プリズム、平行平面板
等複数の光学素子からなる光学系の他、反射面を有する
物体であれば何を用いてもよい。また、図１の実施例で
は、光ファイバー５４１を用いているが、ビームスプリ
ッター５４２からの出射光を光ファイバー５４１を介さ
ずに直接レンズ５３０に入射させるようにしてもよい。
また、図１の実施例において、低コヒーレンス光源１と
光電検出器８とを入れ替えてもよい。

【００１９】第２実施例 図２は本発明による測定装置の第２実施例を示す概略構
成図である。本実施例は第１実施例の変形例であり、図
１の構成より低コヒーレンス光源１と光電検出器８との
位置を入れ替えるとともに、集光レンズとレンズ５４８
の位置も入れ替えている。これにより、図２の変形例に
おいては、ミラー３，ビームスプリッター５４２との位
置関係によって光路長を変化させる部材（ミラー駆動装
置７）は、被検レンズ５３０の出射光路上に配置されて
いる。この場合でも、図１の実施例で述べた上記式(2)
〜(5)は同様に適用できる。

【００２０】本実施例の場合も、図１の実施例と同様
に、ビームスプリッター５４２からの出射光を光ファイ
バー５４１を介さずに直接レンズ５３０に入射させるよ
うにしてもよい。

【００２１】また、ミラー３及びミラー駆動装置７など
の光路長の差Δを変化させる手段は、被検レンズ５３０
の入射光路側、出射光路側の両方に配置してもよい。

【００２２】第３実施例 図３は本発明による測定装置の第３実施例を示す概略構
成図である。本実施例の測定装置は、ハーフミラー１０
を光路中に配置するとともに、ビームスプリッター５４
５を取り除いて構成されており、図１，２の実施例に比
べて構造が単純で、コストが安く、強度が強く、振動に
も強いというメリットがある。

【００２３】本実施例の測定装置では、低コヒーレンス
光源１から出射した光が集光レンズ５４０でほぼ平行に
なり、ビームスプリッター５４２に入射し、ビームスプ
リッター５４２を透過した光が、レンズ４、光ファイバ
ー５４１、レンズ５を経由して接合レンズ５３０のいず
れかのレンズ面５３０ａ，５３０ｂ，５３０ｃ，５３０
ｄに入射する。接合レンズ５３０で反射した光は、レン
ズ５を通り、光ファイバー５４１、レンズ４を経由し
て、ビームスプリッター５４２に入射する。そして、こ
のときビームスプリッター５４２で反射した光は、その
一部がハーフミラー１０で反射し、他の一部がハーフミ
ラー１０を透過しミラー３で反射して、それぞれ光路
ｌ，ｍを通り、ビームスプリッター５４２、レンズ５４
８を通り、光電検出器８に入射する。光路ｌ，ｍの光路
長差Δは、図１，２の実施例と同様に、上記式(2)〜(5)
が成り立つように設定されている。その他、図１の実施
例と同じ部材には、同じ符号を付し、説明は省略する。

【００２４】なお、上述のように、被測定物には、本実
施例では、例えば接合剤１１で貼り合わされた接合レン
ズ５３０を用いている。図３に示す接合レンズ５３０
は、５３０ａ，ｂ，ｃ，ｄの４つの面を持つが、いずれ
かの２つの面の組合せで決まる面間隔についても、本実
施例の測定装置を用いて測定が可能である。なお、図
１，２の実施例においても本実施例と同様に、被測定物
に接合レンズを用いてもよい。

【００２５】複数の屈折率の異なる物質を含む面間隔を
測定する場合、光路ｌ，ｍの光路長差Δは２つの面間隔
の空気換算長を与える。つまり次の式(6)で表すことが
できる。 ただし、ｎ_giはｉ番目の媒質の群屈折率、ｄ_iはｉ番目
の媒質の厚さである。なお、ｎ_giを近似的にｎ_piで置き
換えてもよい。ただし、ｎ_piはｉ番目の媒質の位相屈折
率である。

【００２６】第４実施例 図４は本発明による測定装置の第４実施例を示す概略構
成図である。なお、図１の実施例と同じ部材には、同じ
符号を付し、説明は省略する。本実施例の測定装置は、
ミラー３とその他の構造物との間をファイバー１１で結
ぶことで、可動のミラー３を分離して振動に強い構成と
している。なお、符号１４，１５はレンズである。

【００２７】本実施例の測定装置は、光ファイバー５４
１を省略して、ビームスプリッター５４２からの出射光
を光ファイバー５４１を介さずにレンズ５３０に入射さ
せる構成となっており、光ファイバー５４１を介さない
分、光ファイバー５４１を設けた場合に比べて、光電検
出器８に入射する光量を多くすることができるというメ
リットがある。

【００２８】本実施例の測定装置では、低コヒーレンス
光源１から出射した光が集光レンズ５４０でほぼ平行に
なり、ビームスプリッター５４２に入射し、ビームスプ
リッター５４２を透過した光が、レンズ１４、ファイバ
ー１１、レンズ１５を経由して、その一部がハーフミラ
ー１０で反射し、他の一部がハーフミラー１０を透過し
ミラー３で反射して、それぞれ光路ｌ，ｍを通り、レン
ズ１４、ファイバー１１、レンズ１５を経由して、ビー
ムスプリッター５４２に入射する。そして、このときビ
ームスプリッター５４２で反射した光が、レンズ４を経
由してレンズ５３０のいずれかのレンズ面ａ，ｂに入射
する。レンズ５３０で反射した光は、レンズ４を経由し
て、ビームスプリッター５４２に入射する。そして、こ
のときビームスプリッター５４２を透過した光が、レン
ズ５４８を通り、光電検出器８に入射する。

【００２９】なお、被検物は、本発明の他の実施例と同
様に、複数枚のレンズ、プリズム、平行平面板等複数の
光学素子からなる光学系の他、生物の組織など、反射面
を有する物体であれば何を用いてもよい。

【００３０】なお、総ての実施例に共通していえること
であるが、本発明に用いるファイバーには、シングルモ
ードファイバーを用いるのが良いが、それ以外のファイ
バーを用いてもよい。

【００３１】また、本発明に共通していえることである
が、光電検出器８としては、ＣＣＤのような１次元又は
２次元の固体撮像素子、撮像管、フォトダイオード等を
用いることができる。２次元の光電変換素子を用いれ
ば、被検物の測定すべき各面からの反射像がＣＲＴ上で
確認できるので、被検物となるレンズの位置決めがしや
すいというメリットがある。もちろん、光電検出器８の
代わりに干渉縞を摺りガラス等のスクリーンに投影して
目視で見てもよい。

【００３２】なお、被検光学要素としては、カメラ，デ
ジタルカメラのズームレンズ、単焦点レンズ、顕微鏡、
内視鏡のレンズ、メガネレンズ、コンタクトレンズ、生
物の組織、昆虫の眼等がある。

【００３３】また、低コヒーレンス光源１には、コヒー
レンス長が半値全幅０．１μｍ〜３００μｍ又は波長の
半値全幅で０．７ｎｍ〜５００ｎｍの光源を用いること
ができる。例えば、スーパールミネセントダイオード
（ＳＬＤ）が近年よく知られているが、半導体レーザを
閾値電流以下で動作させるか、又は、短いパルスレー
ザ、ハロゲンランプ、ＬＥＤ等を用いてもよい。

【００３４】シングルモード発振の半導体レーザは、一
般的に直線偏光した光束を射出する。その半導体レーザ
を閾値電流以下で動作させれば、コヒーレンス長が短
く、かつ、直線偏光の光束が得られる。また、直線偏光
のパルスレーザを用いても、同様にコヒーレンス長が短
くかつ直線偏光の光束が得られる。また、これらのレー
ザには可視域の光を射出するものがあり、それを用いれ
ば散乱光等を目視でき、アライメントが容易になる。ま
た、半導体レーザは安価なものが多いので、測定装置の
製作コストを安価にすることができる。

【００３５】また、本発明に共通していえることである
が、可動ミラー３の位置あるいは移動量を知るには、レ
ーザ測長器を用いると、高精度な可動ミラー３の位置又
は移動量を知ることができるので好ましい。

【００３６】また、同様の目的でレーザ測長器の代わり
に、商品名ソニーマグネスケール、あるいはガラススケ
ール等を用いれば、安価になるのでよい。あるいは、物
差し、ノギス、マイクロメータ等を用いてもよい。

【００３７】また、本発明の測定装置は、光学素子の以
下のような加工中における厚さの検査にも用いることが
できる。光学素子がレンズの場合は、加工中とは、レン
ズの屈折面の研磨、削り（精研削）中、レンズ１個の心
取り加工中（コバの削り中）、レンズ組み立て中の複数
のレンズの面間隔調整と偏心調整（２個以上のレンズの
心合わせ）、接合レンズ後のレンズ肉厚管理（接合レン
ズの心合わせ、接合レンズのレンズ厚、接着剤の厚さ、
エアースペース接合の場合のエアー間隔、両レンズの心
合わせ）等が含まれる。

【００３８】次に本発明による測定装置のさらに他の実
施例について述べる。組合せレンズの鏡枠内偏心を測定
する目的では、図１４に示すような組上がり偏心測定機
が提案されている（ＯＰＴＲＯＮＩＣＳ（１９９５）Ｎ
ｏ３，ｐ．１２０〜１２１）。

【００３９】この偏心測定機を簡単に説明すると、光源
である半導体レーザー２０１からのレーザー光を測定用
光学系２０２、ビームスプリッタ２０４を介して被検物
である被測定レンズ２０３の各面の曲率中心に対して順
々に投射し、この反射光によるスポット像をＣＣＤ２０
７でとらえ、演算処理部２１０で画像処理して位置検出
することにより偏心を測定する。その際、被測定レンズ
２０３を回転させないため、ビームスプリッタ２０４で
分けられた測定用光学系２０２の光軸の延長上にイメー
ジローテータ２０５を用いた基準軸設定用光学系２０６
が設けられている。イメージローテータ２０５を回転さ
せると、基準軸設定用光学系２０６を往復してきた光束
のスポット像は、ＣＣＤ２０７の像面上で回転する。こ
の回転中心が偏心の基準となり、像面上で回転するスポ
ット像を回転軌跡上の４点で画像取り込みをしてこれら
の位置を求め、これから回転の基準位置を求め、この基
準位置に対する被測定レンズ２０３各面の球心像の振れ
量を求めることにより、組上がり偏心データが求められ
る。

【００４０】しかしながら、図１４に示すような組上が
り偏心測定機は、精度がやや悪いこと、非球面を含むレ
ンズ系の各レンズの偏心がこの測定機単独では求まらな
いこと等の欠点があった。

【００４１】そこで、従来技術のこのような問題点に鑑
みて、例えば非球面を含む組合せレンズの幾何学的情
報、例えば偏心、面形状あるいは面位置を、レンズ系の
組上がり後に、非破壊、非接触で測定できる測定機を提
供すること、また、例えば、屈折率等の光学的情報を測
定できる測定機を提供することを目的とした本発明の実
施例を次に説明する。

【００４２】第５実施例 図５は本発明による測定装置の第５実施例を示す概略構
成図である。本実施例の測定装置は、非球面レンズを含
む組合せレンズ系３１の各レンズ面の偏心、面位置ある
いは面形状を測定する測定機３２を構成している。

【００４３】本実施例の測定装置では、ＳＬＤ等の低コ
ヒーレンス光源３３から出射した光は、シリンドリカル
レンズ４４を経てレンズ３４でほぼ平行になりビームス
プリッター３５に入射する。ビームスプリッター３５に
入射した光束のうちの一方の光束Ｎは、ビームスプリッ
ター３５を透過して光路ｌを通る。即ち、参照ミラー３
６に入射し、参照ミラー３６で反射してビームスプリッ
ター３５に入射する。なお、参照ミラー３６はｘ方向に
移動でき、光路ｌの光路長を調整できるようになってい
る。

【００４４】ビームスプリッター３５に入射した光のう
ちビームスプリッター３５で下方に反射した光路ｍを通
る他方の光束Ｍは、レンズ３７，３８と可変開口絞り３
９を経由して組合せレンズ系３１に入射する。このと
き、レンズ３７，３８の少なくとも一方の位置を変化さ
せることによって、組合せレンズ系３１の測定を所望の
面ｉのほぼ球心に光束が入射するようにしてもよい。面
ｉで反射した光束Ｍは、可変開口絞り３９、レンズ３
８，３７を経由して、ビームスプリッター３５に入射
し、ビームスプリッター３５において、光路ｌを通りビ
ームスプリッター３５で反射した光束Ｎと重ね合わされ
て、撮像素子４０に入射する。

【００４５】測定機３２において、ビームスプリッター
３５の中心から測定した光束Ｎ，Ｍの空気換算長をそれ
ぞれＬ_l，Ｌ_mとする。Ｌ_mを計算するときは、図５の実
施例では、レンズ３７，３８、ａ，ｂの中心厚ｔにそれ
ぞれの材料の群屈折率ｎ_gを掛け、さらに空気間隔の和
を加えてＬ_mとすればよい。

【００４６】低コヒーレンス光源３３のコヒーレンス長
をＳとすると、Ｓは半値全幅で測るとして、次の条件式
(7)を満たすとき２つの光束は干渉し、干渉縞が撮像素
子４０の上にできる。 Ｌ_l−２Ｓ≦Ｌ_m≦Ｌ_l＋２Ｓ ……(7)

【００４７】そこで、参照ミラー３６をｘ方向に動かし
て上記条件式(7)を満足するようにすれば、面ｉからの
反射光による干渉縞を撮像素子４０で受光できる。そし
て、Ｌ_m＝Ｌ_lのとき干渉縞の強度はピークとなる。この
とき参照ミラー３６の位置から、組合せレンズ系３１の
どの面で光が反射しているかを知ることができる。そし
て、各面の干渉縞強度がピークになる参照ミラー３６の
位置を知ることで、レンズ面間隔、レンズ厚等の光学系
の面間隔を知ることもできる。

【００４８】撮像素子４０の上に形成された干渉縞は、
信号処理回路４１で画像信号となりコンピュータ４２に
取り込まれる。そして、この信号はコンピュータ４２で
デジタルホログラムとして処理される。なお、図５の実
施例は、光線がビームスプリッター３５と参照ミラー３
６との間及びビームスプリッター３５と撮像素子４０と
の間でほぼ平行となるフーリエ変換型デジタルホログラ
ムの例を示しているが、必ずしもフーリエ変換型のデジ
タルホログラムでなくてもよい。

【００４９】コンピュータ４２でデジタルホログラムを
再生する場合に、組合せレンズ系３１のｉ面で反射した
光線によって作られる輝点像を再生すれば、その位置か
らｉ面の偏心量及び面位置を求めることができる。本実
施例の測定機において、組合せレンズ系３１の各面の偏
心を求めるには、まず参照ミラー３６をｘ方向に移動し
て、第１面の干渉縞を撮像素子４０の上に形成し、第１
面の輝点像から第１面の偏心を求め、次に参照ミラー３
６を右に動かして、第２面の輝点像から見かけの第２面
の偏心を求めたうえで、第１面の偏心を考慮して組合せ
レンズ系３１について光線追跡等を行なうことによって
第２面の偏心を求めればよく、以後の各面についても同
様の手順を繰り返せばよい。

【００５０】なお、ｉ面が非球面の場合は、再生した輝
点像の形状が球面の場合と異なるので、光線追跡等で求
めた輝点像の形状と比べることによって、非球面の偏心
を求めることができる。

【００５１】ここで、面の偏心について説明する。図６
は、Ｚ軸回りの面ｉの偏心を、非球面の場合も含めてε
_i，δ_iを用いて定義するための説明図である。ε_iは非
球面軸の傾き角で、ｘ成分ε_xi，ｙ成分ε_yiを持つ。δ
_iは非球面軸のシフト（平行移動）で、ｘ成分δ_xi，ｙ
成分δ_yiを持つ。なお、被検レンズである組合せレンズ
系３１を構成するレンズの各面は平面又は球面あるいは
軸対称な非球面であるものとする。

【００５２】以上の説明では、デジタルホログラムの再
生像として点像を選んだが、瞳面での干渉縞（つまり、
フーリエ変換型ホログラムであれば撮像素子４０の上に
形成される干渉縞そのもの）を再生し、その縞の位相を
Ｚｅｒｎｉｋｅ関数等に展開し、そのＴｉｌｔ成分、コ
マ成分等の非対称項の展開係数を、ミラー駆動装置７、
光電検出器８、組合せレンズ系３１について光線追跡等
のシミュレーションで求めた波面の位相の展開係数と比
較することによって、各面の偏心を求めてもよい。

【００５３】表１にＺｅｒｎｉｋｅ関数の一例を示す。
なお、Ｚｅｒｎｉｋｅ関数以外の関数系列を用いても良
いのは言うまでもない。

【００５４】表１ 項 ＦＲＩＮＧＥゼルニケ関数 １ １ ２ Ｒｃｏｓ（Ａ） ３ Ｒｓｉｎ（Ａ） ４ ２Ｒ^**２−１ ５ Ｒ^**２ｃｏｓ（２Ａ） ６ Ｒ^**２ｓｉｎ（２Ａ） ７ （３Ｒ^**３−２Ｒ）ｃｏｓ（Ａ） ８ （３Ｒ^**３−２Ｒ）ｓｉｎ（Ａ） ９ ６Ｒ^**４−６^*Ｒ^**２＋１ １０ Ｒ^**３ｃｏｓ（３Ａ） １１ Ｒ^**３ｓｉｎ（３Ａ） １２ （４Ｒ^**４−３Ｒ^**２）ｃｏｓ（２Ａ） １３ （４Ｒ^**４−３Ｒ^**２）ｓｉｎ（２Ａ） １４ （１０Ｒ^**５−１２Ｒ^**３＋３Ｒ）ｃｏｓ（Ａ） １５ （１０Ｒ^**５−１２Ｒ^**３＋３Ｒ）ｓｉｎ（Ａ） １６ ２０Ｒ^**６−３０Ｒ^**４＋１２Ｒ^**２−１ １７ Ｒ^**４ｃｏｓ（４Ａ） １８ Ｒ^**４ｓｉｎ（４Ａ） １９ （５Ｒ^**５−４Ｒ^**３）ｃｏｓ（３Ａ） ２０ （５Ｒ^**５−４Ｒ^**３）ｓｉｎ（３Ａ） ２１ （１５Ｒ^**６−２０Ｒ^**４＋６Ｒ^**２）ｃｏｓ（２Ａ） ２２ （１５Ｒ^**６−２０Ｒ^**４＋６Ｒ^**２）ｓｉｎ（２Ａ） ２３ （３５Ｒ^**７−６０Ｒ^**５＋３０Ｒ^**３−４Ｒ）ｃｏｓ（Ａ） ２４ （３５Ｒ^**７−６０Ｒ^**５＋３０Ｒ^**３−４Ｒ）ｓｉｎ（Ａ） ２５ ７０Ｒ^**８−１４０Ｒ^**６＋９０Ｒ^**４−２０Ｒ^**２＋１ ２６ Ｒ^**５ｃｏｓ（５Ａ） ２７ Ｒ^**５ｓｉｎ（５Ａ） ２８ （６Ｒ^**６−５Ｒ^**４）ｃｏｓ（４Ａ） ２９ （６Ｒ^**６−５Ｒ^**４）ｓｉｎ（４Ａ） ３０ （２１Ｒ^**７−３０Ｒ^**５＋１０Ｒ^**３）ｃｏｓ（３Ａ） ３１ （２１Ｒ^**７−３０Ｒ^**５＋１０Ｒ^**３）ｓｉｎ（３Ａ） ３２ （５６Ｒ^**８−１０５Ｒ^**６＋６０Ｒ^**４−１０Ｒ^**２） ×ｃｏｓ（２Ａ） ３３ （５６Ｒ^**８−１０５Ｒ^**６＋６０Ｒ^**４−１０Ｒ^**２） ×ｓｉｎ（２Ａ） ３４ （１２６Ｒ^**９−２８０Ｒ^**７＋２１０Ｒ^**５−６０Ｒ^**３ ＋５Ｒ）ｃｏｓ（Ａ） ３５ （１２６Ｒ^**９−２８０Ｒ^**７＋２１０Ｒ^**５−６０Ｒ^**３ ＋５Ｒ）ｓｉｎ（Ａ） ３６ ２５２Ｒ^**１０−６３０Ｒ^**８＋５６０Ｒ^**６ −２１０Ｒ^**４＋３０Ｒ^**２−１ ３７ ９２４Ｒ^**１２−２７７２Ｒ^**１０＋３１５０Ｒ^**８ −１６８０Ｒ^**６＋４２０Ｒ^**４−４２Ｒ^**２＋１ ただし、Ｒは半径、Ａは方位角である。

【００５５】なお、図５の測定機において、レンズ３７
を可動とし、組合せレンズ系３１の各面の測定ごとにレ
ンズ３７を動かして、ビームスプリッター３５と撮像素
子４０との間の光束をほぼ平行にしてフーリエ変換型デ
ジタルホログラムを撮像素子４０の上に形成してもよい
が、レンズ３７を固定とし、フーリエ変換型でないホロ
グラムを撮像素子４０の上に形成して、それより再生像
を作り各面の偏心及び面位置あるいは面間隔を求めても
よい。

【００５６】また、参照ミラー３６を例えば１／４波長
ずつ５回動かしてホログラムを撮影する、いわゆる位相
シフト法を用いて波面の位相を求めて再生像を作れば、
ホログラムの虚像を消去することもでき、精度の良い偏
心測定をすることができる。

【００５７】また、参照ミラー３６を固定とし、低コヒ
ーレンス光源３３の代わりにレーザーのようなコヒーレ
ンス長の長い光源を用いても良い。この場合、組合せレ
ンズ系３１の各面の総ての反射光で形成されるホログラ
ムが撮像素子４０の上にでき、各面の反射光の点像を再
生すれば、総ての面の点像が一つのホログラムで求まる
ので測定が簡単になり便利である。

【００５８】また、位相シフトを行なう場合は、一組の
複数のホログラムから位相を再生し、各面の反射光の再
生像（点像あるいは瞳面の位相など）を求め、それらか
ら各面の偏心あるいは面位置を求めればよい。

【００５９】なお、図５の実施例では、光源に非点収差
が少ない場合には、シリンドリカルレンズ４４は無くて
もよい。また、図５の実施例では、必ずしもフーリエ変
換型ではないデジタルホログラムを撮像するのであれ
ば、レンズ３７，３８は無くてもよい。

【００６０】また、図５の実施例では、組合せレンズ系
３１を回転軸まわりに回転させ且つ複数のデジタルホロ
グラムを撮像し、それらの再生像から組合せレンズ系３
１の各面の偏心あるいは面位置を求めてもよい。複数の
デジタルホログラムから再生像を求め、各面の偏心ある
いは面位置を求めれば、精度の良い測定ができる。

【００６１】また、図５の実施例では、参照ミラー３６
として、平面鏡を用いているが、コーナーキューブ、ダ
ハプリズム、ダハミラーを用いてもよい。コーナーキュ
ーブを用いれば、移動時に駆動機構にブレ等の誤差があ
ってもキャンセルされるというメリットがある。

【００６２】なお、図５の実施例における複数の面から
なる光学系の各面の偏心を求めるためのフローチャート
を図７に示す。図７のフローチャートについて説明する
と、先ず、ｉ面（偏心を求める面）を含むホログラムを
撮像し、再生像を作る（ステップＳ１）。これと並行し
て１面からｉ−１面までの既知の偏心データを用いて、
ｉ面の偏心ε_i，δ_iを変数にして干渉縞をシミュレーシ
ョンし、再生像を作る（ステップＳ２）。次に、両再生
像を比較し（ステップＳ３）、一致しないときは、
ε_i，δ_iの値を変えてシミュレーションを行ない再生像
を作り（ステップＳ２）、両再生像を比較し（ステップ
Ｓ３）、一致するまで繰り返す。そして、両再生像が一
致したときのε_i，δ_iの値をもってｉ面の偏心とする
（ステップＳ４）。全ての面について偏心を求めたかを
チェックし（ステップＳ５）、全ての面について求め終
えていない場合には、次の面をｉ面として、再度ステッ
プＳ１〜Ｓ５の処理を繰り返す。これにより全ての面の
偏心が求まることになる。

【００６３】第６実施例 図８は本発明による測定装置の第６実施例を示す概略構
成図である。本実施例の測定装置４５は、図５の実施例
の測定機のように組合せレンズ系３１を回転させる代わ
りに、イメージローテーター４９を回転させることによ
って、図５の実施例と同様の効果を得るように構成され
ており、組合せレンズ系３１を回転させなくて済むとい
うメリットがある。本実施例の測定装置では、コヒーレ
ンシーの良い光源（例えばレーザー）４６から出射した
光が、ビームエキスパンダー４７を介して径を広げら
れ、ビームスプリッター３５に入射し、そのうちの一部
の光がビームスプリッター３５を介して下方へ曲げられ
る。ビームスプリッター３５を介して下方へ曲げられた
光のうちの一部は、参照面４８で反射して上方へ進み、
ビームスプリッター３５、レンズ５０を通り、後述する
もう一方の光と干渉して撮像素子４０の上にホログラム
を作る。

【００６４】ビームスプリッター３５で下方へ曲げられ
た光のうちのもう一部は、参照面４８を透過し、イメー
ジローテーター４９、レンズ３７、可変開口絞り３９を
経由して組合せレンズ系３１に入射する。組合せレンズ
系３１の面ｉで反射した光は、上方へ進み、可変開口絞
り３、レンズ３７、イメージローテーター４９、参照面
４８、ビームスプリッター３５、レンズ５０を通り、上
述の参照面４８で反射した一方の光と干渉して撮像素子
４０の上にホログラムを作る。

【００６５】この撮像素子４０の上に形成されたホログ
ラムを、信号処理回路４１で画像信号に変換し、コンピ
ュータ４２でデジタルホログラムを再生し、図５の実施
例と同様の手順で、組合せレンズ系３１の面の偏心を求
める。また、再生した反射像の位置から面位置も求める
ことができる。なお、イメージローテーター４９を回転
させて、複数のデジタルホログラムを作成し、それらか
ら再生像を作り、組合せレンズ系３１の面の偏心を求め
てもよい。また、イメージローテータ４９を取り除き、
撮像した干渉縞から組合せレンズ系３１の面の偏心を求
めることもできる。その場合は、構造が簡単になって良
い。

【００６６】なお、図８の実施例では、コヒーレンシー
の良い光源（例えばレーザー）４６の代わりに、低コヒ
ーレンス光源３３を用いると共に、参照面４８を取り除
き、さらにビームスプリッター３５の左側に参照ミラー
３６を配置して、参照波を作り、参照ミラー３６の位置
を動かすことによって組合せレンズ系３１のｉ面の反射
鏡のみの干渉縞を撮像素子４０の上に形成して、デジタ
ルホログラムを作り、その再生像から組合せレンズ系３
１の面の偏心又は面位置を求めてもよい。

【００６７】また、本実施例では、図５の実施例と同様
に、参照ミラー３６又は参照面４８を光波長の数分の一
ずつ何回か動かし、複数枚の干渉縞から波面の位相を作
り（つまり位相シフトを行ない）、デジタルホログラム
として再生し、組合せレンズ系３１の面の偏心あるいは
面位置を求めてもよい。

【００６８】また、参照ミラー３６を移動させるとき、
参照ミラー３６の移動方向に対する傾きが、移動機構の
誤差などでわずかに変動することがあるが、その場合は
参照ミラー３６の傾きの変動をコンピュータ４２を介し
て補正してもよい。例えば、デジタルホログラム撮像時
の参照ミラー３６の位置と補正角度を表にして記憶して
おき、それを参照しながら再生すればよい。

【００６９】第７実施例 図９は本発明による測定装置の第７実施例を示す概略構
成図である。本実施例の測定装置は、デジタルホログラ
ムを用いた測定機６１を構成している。本実施例の測定
機では、低コヒーレンス光源３３を出射した光が、レン
ズ３４、ハーフプリズム３５Ａ、ハーフプリズム３５Ｂ
と進み、ハーフプリズム３５Ｂで反射した光が組合せレ
ンズ系３１に入射する。組合せレンズ系３１に入射した
光のうちｉ面で反射した光は、一部がハーフプリズム３
５Ｂを透過して上方（光路Ｐ）へ進み、イメージローテ
ータ６２、ミラー６３Ａを経由し、ハーフプリズム３５
Ｃ、レンズ６４を通り撮像素子４０の上に導かれる。一
方、ハーフプリズム３５Ｂで右（光路Ｑ）へ反射した光
は、ハーフプリズム３５Ａに入射し、そのうちの一部が
ハーフプリズム３５Ａで反射して上方へ進み、ミラー６
３Ｂ、プリズム６５、ミラー６３Ｃ、ハーフプリズム３
５Ｃ、レンズ６４と進み、上述の光路Ｐを経由した光と
干渉して撮像素子４０の上にデジタルホログラムを作
る。

【００７０】このとき、イメージローテータ６２により
光路Ｐを通る光の波面は光路Ｑを通る光の波面に対し反
転しているため、ほぼ近似した波面同士が光路Ｐと光路
Ｑとを経て撮像素子４０の上で干渉することになり、ホ
ログラムの縞の間隔が広がり、撮像素子４０の画素が粗
くても測定において悪影響を及ぼさずに済むというメリ
ットがある。また、偏心に対する感度が向上するという
メリットもある。

【００７１】なお、組合せレンズ系３１が無偏心の場合
は、撮像素子４０の上に作られるホログラムには干渉縞
が見られなくなるように、ミラー、プリズム等の配置を
調整しておく。プリズム６５は、ｘ方向に移動可能に設
けられている。そこで、Ｐ，Ｑの２つの光路長が等しく
なるようにプリズム６５の位置を調整して、測定を行な
う。調整後、プリズム６５は固定してもよい。

【００７２】レンズ６４，３４は、ｘ方向に移動可能に
構成されている。そこで、組合せレンズ系３１に入射し
た光が効率よく撮像素子４０の上に来るようにレンズ６
４，３４の位置を調整する。なお、組合せレンズ系３１
の各面の球心が非球面の場合、近似球心に光が入射する
ようにレンズ３４を動かすとよい。

【００７３】ただし、レンズ３４，６４は、それらの一
方又は両方が固定されていてもよい。なぜなら、それで
もホログラムは撮像素子４０の上に形成されるので、面
の偏心あるいは面位置の測定はできるからである。同様
の理由でレンズ３４，６４の少なくとも一方は無くても
よい。

【００７４】また、プリズム６５を波長のオーダーで複
数回動かし、位相シフトを行なってホログラムを得ても
よい。

【００７５】イメージローテータ６２は、固定してもよ
いが、Ｚ軸回りに回転させて、複数のデジタルホログラ
ムから組合せレンズ系３１の面の偏心又は位置を求めれ
ば、さらに精度の良い測定ができる。

【００７６】また、イメージローテータ６２は、奇数回
反射の光学系であれば、シュミットプリズムに限らず、
３枚のミラーを組み合わせた光学系、または図８の実施
例におけるイメージローテータ４９のようなプリズム等
どのような光学系でもよい。なお、本明細書では以上述
べた奇数回反射の光学系をイメージローテータと呼んで
いる。

【００７７】また、図９の実施例において、低コヒーレ
ンス光源３３の代わりにコヒーレンシーの良い光源（例
えばレーザー）４６を用いると共に、ミラー６３Ｂ、プ
リズム６５、ミラー６３Ｃを削除して、シンプルな構成
のメリットを持つ干渉計を作り、これを用いて、組合せ
レンズ系３１の偏心を測定してもよい。

【００７８】また、図９の実施例において、イメージロ
ーテータ６２を取り除くと共に、ミラー６３Ａを後述の
位相共役鏡に置き換えても、撮像素子４０の上にデジタ
ルホログラムは形成されるので、組合せレンズ系３１の
偏心あるいは面位置の測定をすることができる。

【００７９】図１０は、位相共役鏡を用いた場合の光路
を示す要部概略構成図である。位相共役鏡６６はチタン
酸バリウム等の結晶で作ることができる。なお、図中、
６７はハーフミラー、６８は波面の形を変形するための
レンズで、組合せレンズ系３１に応じて適宜配置する。

【００８０】なお、本明細書の実施例に共通していえる
ことであるが、ミラー、プリズム等の代わりにファイバ
ーを用いて光路を形成してもよい。ファイバーを用いて
光路を形成する方が、自由に光路を形成する部材の位置
を決められるというメリットがある。

【００８１】第８実施例 図１１は本発明による測定装置の第８実施例を示す概略
構成図である。本実施例は図９の実施例の変形例であ
り、図９の実施例におけるイメージローテータ６２の代
わりに正立光学系（例えば正立プリズム６９）を用いて
構成している。図１１に示すように、本変形例の測定機
では、正立プリズム６９として３つの２等辺三角形のプ
リズムを組合せたポロプリズムを用いている。なお、こ
れに限らず像の上下右左を反転する光学系であれば、ダ
ハ面を持つシュミットプリズム、レンズを用いたリレー
光学系、偶数回反射のミラーを用いた光学系など、どの
ような光学系を用いてもよい。

【００８２】本実施例の測定機では、低コヒーレンス光
源３３を出射した光が、レンズ３４、ハーフプリズム３
５Ａ、ハーフミラー７０と進み、ハーフミラー７０で反
射した光が組合せレンズ系３１に入射する。組合せレン
ズ系３１に入射した光のうちｉ面で反射した光は、一部
がハーフミラー３５Ｂを透過して上方（光路Ｐ）へ進
み、イメージローテータ６２、ミラー６３Ａを経由し、
ハーフプリズム３５Ｃ、レンズ６４を通り、撮像素子４
０の上に導かれる。一方、ハーフミラー７０で右（光路
Ｑ）へ反射した光は、ハーフプリズム３５Ａに入射し、
そのうちの一部がハーフプリズム３５Ａで反射して上方
へ進み、ミラー６３Ｂ、ミラー７１Ａ、ミラー７１Ｂ、
ミラー６３Ｃ、ハーフプリズム３５Ｃ、レンズ６４と進
み、上述の光路Ｐを経由した光と干渉して撮像素子４０
の上にデジタルホログラムを作る。

【００８３】図１１の測定機は、図８の測定機に比べ
て、２つの光路Ｐ，Ｑを通った波面が互いに１８０度回
転した状態で重ねられて撮像素子４０の上に干渉縞を作
るため、組合せレンズ系３１の面の偏心に対する感度が
良く、また、ほぼ同じ形の波面が干渉するので干渉縞の
間隔が広がり、撮像素子４０で干渉縞を撮像しやすい点
で優れている。

【００８４】なお、図１１の測定機では、図９の測定機
におけるハーフプリズム３５Ｂの代わりにハーフミラー
７０を、プリズム６５の代わりに２つのミラー７１Ａ，
７１Ｂの載った移動台６５Ｂを用いているが、もちろん
それぞれハーフプリズム３５Ｂ，プリズム６５で構成し
てもよい。また、移動台６５Ｂは、Ｐ，Ｑの２つの光路
長が等しくなるように調整後固定してもよい。あるいは
位相シフトのために動かしてもよい。また、組合せレン
ズ系３１の複数の面で反射した干渉縞が撮像素子４０の
上で重なって区別がつきにくい場合には、組合せレンズ
系３１をｘ軸又はｙ軸のまわりに多少回転させて、組合
せレンズ系３１の異なる姿勢での干渉縞を複数撮影し、
回転に伴うそれらの干渉縞の変化を分析して組合せレン
ズ系３１のどの面の干渉縞かを明らかにしてもよい。そ
れらの干渉縞から、組合せレンズ系３１の各面の偏心を
求めることができる。

【００８５】図９，１０，１１の実施例に共通にいえる
ことであるが、低コヒーレンス光源３３の代わりに図８
の実施例のようにコヒーレンシーの良い光源（例えばレ
ーザー）４６を用い、組合せレンズ系３１の単数又は複
数の面で反射した干渉縞を同時に撮像素子４０の上に作
り、デジタルホログラムとして再生し、組合せレンズ系
３１の面の偏心あるいは面位置を求めても良い。この場
合、プリズム６５、移動台６５Ｂ、ミラー６３Ｂ，６３
Ｃは無くてもよく、ハーフプリズム３５Ａで反射した光
路Ｑの光をハーフプリズム３５Ｃに直接入射させればよ
い。

【００８６】また、図９，１０，１１の実施例に共通に
いえることであるが、レンズ３４又は６４の少なくとも
一方、あるいは両方は固定でもよい。固定でも撮像素子
４０の上に干渉縞を形成することができるからである。

【００８７】また、組合せレンズ系３１としては、カメ
ラ、デジタルカメラのズームレンズを用いる場合が多い
が、それらに限らず、まず組合せレンズ系を組み立て
て，本発明の偏心測定機で偏心を測定し、偏心の原因を
調べ、レンズ等の光学素子の不良部分、あるいはそれら
を支える枠の不良部分を直し、つまり、設計変更、加工
の修正を行ない、改良した組合せレンズを組み立てて、
再度、本発明の偏心測定機で偏心を測定するようにし、
このサイクルを繰り返せば、偏心が殆ど無い高精度の組
合せレンズを得ることができる。

【００８８】また、図５，８の実施例では、干渉縞の形
状から組合せレンズ系３１の各面の形状を求めることが
できる。撮像素子４０の上に作られる干渉縞からデジタ
ルホログラムで像を再生する際に、参照波面の形状が分
かっているので、それを考慮することで組合せレンズ系
３１の各面の形状を求めることもできる。

【００８９】図９，１０，１１の実施例においても、例
えば、組合せレンズ系３１の各面の形状の設計値が分か
っていれば、撮像素子４０の上に形成された干渉縞から
設計値との違いがわかるので、組合せレンズ系３１の各
面の形状を求めることができる。

【００９０】第９実施例 図１２は本発明による測定装置の第９実施例を示す概略
構成図である。本実施例の測定機は図１１の実施例の測
定機を改良したものである。図９，１１の実施例では、
組合せレンズ系３１の各面からの反射光による複数の干
渉縞が同時に撮像素子４０の上に形成されるため、重な
った複数の干渉縞が、どの面の反射光に対応するのかを
区別するのが困難な場合がある。

【００９１】図１２の実施例は、この点を改良したもの
で、図９，１１の実施例の構成に加えて、補助光路Ｒを
設けてある。補助光路Ｒでは、低コヒーレンス光源３３
を出射し、ハーフミラー７０を透過した光が、コーナー
キューブ７５、ミラー６３Ｅ，６３Ｆを経由して、ビー
ムスプリッター３５Ｆへと進み撮像素子４０に至るよう
になっている。なお、図中、７７，７８，７９はシャッ
ターである。

【００９２】ここで、撮像素子４０の上に形成される、
組合せレンズ系３１のｉ面からの反射光による光路Ｐ，
Ｑを通る光による干渉縞に注目する。なお、シャッター
７７，７８は開いており、シャッター７９は閉じている
ものとする。

【００９３】この状態で、シャッター７９を開くと、コ
ーナーキューブ７５をｘ方向に動かすことにより、３つ
の光路Ｒ，Ｐ，Ｑの光路長がそろったときには、撮像素
子４０の上に形成される組合せレンズ系３１のｉ面の干
渉縞は、３つの光路Ｐ，Ｑ，Ｒを通る光の波面が干渉し
てでき、２つの光路Ｐ，Ｑのみを通る光の波面が干渉し
たときとは状態が変化する。

【００９４】従って、コーナーキューブ７５の位置を変
えることで、撮像素子４０の上に形成されうる複数の干
渉縞の中から、ｉ面の干渉縞を選別することができる。
この選別はコンピュータ４２の内部で行なうことができ
る。なお、この場合には、後述のレンズ８０は不要であ
る。

【００９５】あるいは、次のような動作をさせてもよ
い。シャッター７７，７９を開き、シャッター７８を閉
じる。コーナーキューブ７５を調整し、ｉ面のみの干渉
縞を撮像素子４０の上に作る。光路Ｒには、レンズ８０
を設け、その位置を調整し、撮像素子４０の上にｉ面か
らの反射波面に近い波面で縞間隔の広い干渉縞Ｄｉ₁を
作る。次に、レンズ８０は固定したままで、シャッター
７７を閉じ、シャッター７８を開くと、撮像素子４０の
上にはｉ面からの干渉縞Ｄｉ₂が形成される。

【００９６】ここで、位相シフト等を行ない、干渉縞Ｄ
ｉ₁，Ｄｉ₂を波面Ｗｉ₁，Ｗｉ₂に変換する。このとき、
２つの波面の差 ΔＷ≡Ｗｉ₁−Ｗｉ₂ が、ｉ面の偏心の情報を含むことになり、デジタルホロ
グラムとして解析すれば、ｉ面の偏心が求まる。

【００９７】なお、レンズ８０，３４，６４は固定でも
よく、あるいは無くてもよい。本実施例においてレンズ
８０は、組合せレンズ系３１のｉ面からの反射波面に近
い波面を作るためにあり、そのため撮像素子４０の上に
縞間隔の広い干渉縞が形成される。なお、光路Ｒのハー
フミラー７０，コーナーキューブ７５，ミラー６３Ｆに
至る部分を平行光束が通るようにすると、コーナーキュ
ーブ７５の移動時の偏心、傾きの影響がキャンセルされ
てよい。

【００９８】第１０実施例 図１３は本発明による測定装置の第１０実施例を示す概
略構成図である。本実施例の測定機は図５の実施例の測
定機を改良したものである。本実施例の測定機は、図５
の実施例の参照ミラー３６の代わりに、基準レンズ系３
１Ｒを配置すると共に、ビームスプリッター３５と基準
レンズ系３１Ｒとの間に光路ｍに配置されたレンズ３
７，３８と同様のレンズを配置して構成されている。基
準レンズ系３１Ｒは、組合せレンズ系３１と同じ設計値
でもって製作されたレンズであるが、特に、製作誤差が
極力少なく作られている。本実施例の測定機では、低コ
ヒーレンス光源３３を出射した光は、ビームスプリッタ
ー３５に入射した後、ビームスプリッター３５を透過し
た光束とビームスプリッター３５を反射した光束とが、
それぞれ同様の光学要素が配置された光路ｌ，ｍを経由
して、再びビームスプリッター３５で合成されて撮像素
子４０の上に入射する。これにより、基準レンズ系３１
Ｒの各面に対する組合せレンズ３１の各面の偏心、光軸
方向の面位置の差、面形状の差が、各面同時に撮像素子
４０の上に干渉縞として記録される。

【００９９】本実施例の測定機によれば、組合せレンズ
３１の全ての面の測定を同時に行なうことができるの
で、測定を高速化できるというメリットがある。なお、
本実施例において、被検レンズが組合せレンズ系３１で
はなく、１枚のレンズである場合には、被検レンズと同
様の設計値でもって誤差を極力少なくして製作されたレ
ンズを基準レンズとして図１３における基準レンズ系３
１Ｒの位置に配置して測定を行なう。なお、その他の特
徴、デジタルホログラムとしての解析方法、構造上の変
形例等は、図９，図１２の実施例とほぼ同様である。

【０１００】なお、本発明のデジタルホログラムに共通
して言えることであるが、像を再生するときの再生面は
任意に選んでよい。撮像素子表面でもよいし点像の結像
位置でもよい。

【０１０１】また、本発明は、人体、動物の眼あるいは
皮膚、植物等、生体の媒質境界面間の距離、あるいは偏
心、あるいは境界面形状を測定することもできる。人体
を対象とする場合には、光源として生体観察用の低出力
光源を用いる。

【０１０２】また、本発明は、光学素子の加工中の厚さ
あるいは偏心の検査にも使える。光学素子がレンズの場
合は、加工中とは、レンズの屈折面の研磨、削り（精研
削）中、レンズ１個の心取り加工中（コバの削り中）、
レンズの組み立て中の複数のレンズの面間隔調整と偏心
調整（２個以上のレンズの心合わせ）、接合レンズ後の
レンズ肉厚管理（接合レンズの心合わせ、接合レンズの
レンズ厚、接着剤の厚さ、エアースペース接合の場合の
エアー間隔、両レンズの心合わせ）が含まれる。

【０１０３】また、本発明に共通して言えることである
が、測定対象としては既に述べた対象に加えて、各種機
械、すなわち光学素子の製造装置、光学装置の製造装置
等、光学関連製造装置、あるいは光学以外の機械の面な
ども含まれる。光学素子、光学系、光学装置、各種機械
を含めて、特に面形状が非平面の場合に本発明は有効で
ある。面形状が非球面の場合には、光束入射点近傍での
接球面あるいは近似球面に対して、これまでの説明を適
用すればよい。例えば、“球心”としては接球面あるい
は近似球面の球心を当てはめればよい。

【０１０４】以上説明したように、測定方法、装置及び
その方法又はその装置により測定された物は、特許請求
の範囲に記載された特徴のほかに下記に示すような特徴
も備えている。 （１）コヒーレンス長が短い光源を用いたファイバーを
用いた干渉計と、前記干渉計の光路中に被検物を配置し
て干渉を生じさせて、被検物の面位置、偏心または物理
特性を求めるようにしたことを特徴とする測定方法、装
置及びその方法またはその装置により測定された物。

【０１０５】（２）コヒーレンス長が短い光源を用いた
ファイバーを用いた干渉計において、前記干渉計の光路
中に光路長を変化させる部材を設けると共に、被検物を
配置して干渉を生じさせて、被検物の面位置、偏心また
は物理特性を求めるようにしたことを特徴とする測定方
法、装置及びその方法またはその装置により測定された
物。

【０１０６】（３）コヒーレンス長が短い光源を用いた
ファイバーを用いた干渉計において、前記干渉計の光路
中に被検物を配置すると共に、光路長を変化させる部材
を設け、前記光路長を変化させる部材を通った光と、通
らない光とを干渉させて、被検物の面位置、偏心または
物理特性を求めるようにしたことを特徴とする測定方
法、装置及びその方法またはその装置により測定された
物。

【０１０７】（４）コヒーレンス長が短い光源を用いた
ファイバーを用いた干渉計において、光を前記干渉計の
光路中に設けた光路長を変化させる部材に入射させ、そ
の出射光を前記光路長を変化させる部材を通らない光と
共に被検物に入射させ、それらの出射光を干渉させて、
被検物の面位置、偏心または物理特性を求めるようにし
たことを特徴とする測定方法、装置及びその方法または
その装置により測定された物。

【０１０８】（５）コヒーレンス長が短い光源を用いた
ファイバーを用いた干渉計において、前記干渉計の光路
中に被検物を配置し、被検物からの出射光の一部を、前
記干渉計の光路中に設けた光路長を変化させる部材に入
射させ、前記光路長を変化させる部材を通らない被検物
からの出射光と干渉させて、被検物の面位置、偏心また
は物理特性を求めるようにしたことを特徴とする測定方
法、装置及びその方法またはその装置により測定された
物。

【０１０９】（６）光路分割手段を有し、前記ファイバ
ーを被検物と前記光路分割手段との間に配置して、被検
物の面位置、面間隔、偏心または物理特性を求めるよう
にしたことを特徴とする上記（１）〜（５）のいずれか
に記載の測定方法、装置及びその方法またはその装置に
より測定された物。

【０１１０】（７）光路分割手段を有し、前記ファイバ
ーを被検物とファイバー以外の光学要素で構成された光
路分割手段との間に配置して、被検物の面位置、面間
隔、偏心または物理特性を求めるようにしたことを特徴
とする上記（１）〜（５）のいずれかに記載の測定方
法、装置及びその方法またはその装置により測定された
物。

【０１１１】（８）コヒーレンス長が短い光源を用いた
干渉計において、前記干渉計の光路中に被検物を配置す
ると共に、光路長を変化させる部材を設け、前記光路長
を変化させる部材を通った光と、通らない光とを干渉さ
せて、被検物の面位置、偏心、面形状または物理特性を
求めるようにしたことを特徴とする測定方法、装置及び
その方法またはその装置により測定された物。

【０１１２】（９）可干渉性の良い光源を用いた干渉計
において、前記干渉計の光路中に被検物を配置し、被検
物からの出射光と、被検物を通らない光とを干渉させ
て、被検物の面位置、偏心、面形状または物理特性を求
めるようにしたことを特徴とする測定方法、装置及びそ
の方法またはその装置により測定された物。

【０１１３】（１０）可干渉性の良い光源を用いた干渉
計において、前記干渉計の光路中に被検物を配置し、被
検物からの出射光を２つの波面に分け、いずれか一方の
波面を反転または回転させて両方の波面を干渉させて、
被検物の面位置、偏心、面形状または物理特性を求める
ようにしたことを特徴とする測定方法、装置及びその方
法またはその装置により測定された物。

【０１１４】（１１）コヒーレンス長が短い光源を用い
た干渉計において、デジタルホログラムを用いて、被検
物の面位置、偏心、面形状または物理特性を求めるよう
にしたことを特徴とする測定方法、装置及びその方法ま
たはその装置により測定された物。

【０１１５】（１２）コヒーレンス長が短い光源を用い
た干渉計において、前記干渉計の光路中に被検物を配置
すると共に、光路長を変化させる部材を設け、前記光路
長を変化させる部材を通った光と、通らない光とを干渉
させて、デジタルホログラムを用いて被検物の面位置、
偏心、面形状または物理特性を求めるようにしたことを
特徴とする測定方法、装置及びその方法またはその装置
により測定された物。

【０１１６】（１３）コヒーレンス長が短い光源を用い
た干渉計において、前記干渉計の光路中に被検物を配置
すると共に、少なくとも２つの光路を設け、前記少なく
とも２つの光路の波面のいずれか一方を反転あるいは回
転させることにより干渉させて、被検物の面位置、偏心
または物理特性を求めるようにしたことを特徴とする測
定方法、装置及びその方法またはその装置により測定さ
れた物。

【０１１７】（１４）可干渉性の良い光源を用いた干渉
計において、デジタルホログラムを用いて、被検物の面
位置、偏心、面形状または物理特性を求めるようにした
ことを特徴とする測定方法、装置及びその方法またはそ
の装置により測定された物。

【０１１８】（１５）可干渉性の良い光源を用いた干渉
計において、前記干渉計の光路中に被検物を配置し、被
検物からの出射光と、被検物を通らない光とを干渉させ
て、デジタルホログラムを用いて被検物の面位置、偏
心、面形状または物理特性を求めるようにしたことを特
徴とする測定方法、装置及びその方法またはその装置に
より測定された物。

【０１１９】（１６）可干渉性の良い光源を用いた干渉
計において、前記干渉計の光路中に被検物を配置し、被
検物からの出射光を２つの波面に分け、いずれか一方の
波面を反転または回転させて両方の波面を干渉させて、
デジタルホログラムを用いて被検物の面位置、偏心また
は物理特性を求めるようにしたことを特徴とする測定方
法、装置及びその方法またはその装置により測定された
物。

【０１２０】（１７）イメージローテータを有する干渉
計の光路中に被検物を配置し、被検物の面位置、偏心、
面形状または物理特性を求めるようにしたことを特徴と
する測定方法、装置及びその方法またはその装置により
測定された物。

【０１２１】（１８）イメージローテータを有する干渉
計の光路中に被検物を配置し、異なるイメージローテー
タの回転位置に対応する複数の干渉縞から被検物の面位
置、偏心、面形状または物理特性を求めるようにしたこ
とを特徴とする測定方法、装置及びその方法またはその
装置により測定された物。

【０１２２】（１９）イメージローテータを有する干渉
計の光路中に被検物を配置し、異なるイメージローテー
タの回転位置に対応する複数の干渉縞からデジタルホロ
グラムを用いて被検物の面位置、偏心、面形状または物
理特性を求めるようにしたことを特徴とする測定方法、
装置及びその方法またはその装置により測定された物。

【０１２３】（２０）コヒーレンス長が短い光源を用い
た干渉計において、前記干渉計の光路中に被検物を配置
すると共に、３つ以上の光路を設け、それらの光路のう
ち２つ以上の光路の波面を干渉させて、被検物の面位
置、偏心または物理特性を求めるようにしたことを特徴
とする測定方法、装置及びその方法またはその装置によ
り測定された物。

【０１２４】（２１）コヒーレンス長が短い光源を用い
た干渉計において、前記干渉計の光路中に被検物を配置
すると共に、３つ以上の光路を設け、それらの光路のう
ち１つ以上の光路の波面を反転あるいは回転させ、２つ
以上の光路の波面を干渉させて、被検物の面位置、偏心
または物理特性を求めるようにしたことを特徴とする測
定方法、装置及びその方法またはその装置により測定さ
れた物。

【０１２５】（２２）コヒーレンス長が短い光源を用い
た干渉計において、前記干渉計の光路中に被検物を配置
すると共に、光路長を変化させる部材を設け、前記光路
長を変化させる部材を通った光と、通らない光と、合わ
せて３つ以上の光路を設け、それらの光路のうち２つ以
上の光路の波面を干渉させて、被検物の面位置、偏心ま
たは物理特性を求めるようにしたことを特徴とする測定
方法、装置及びその方法またはその装置により測定され
た物。

【０１２６】（２３）コヒーレンス長が短い光源を用い
た干渉計において、前記干渉計の光路中に被検物を配置
すると共に、光路長を変化させる部材を設け、前記光路
長を変化させる部材を通った光と、通らない光と、合わ
せて３つ以上の光路を設け、それらの光路のうち、１つ
以上の光路の波面を反転あるいは回転させ、２つ以上の
光路の波面を干渉させて、被検物の面位置、偏心または
物理特性を求めるようにしたことを特徴とする測定方
法、装置及びその方法またはその装置により測定された
物。

【０１２７】（２４）デジタルホログラムを用いて被検
物の面位置、偏心または物理特性を求めるようにしたこ
とを特徴とする上記（２０）〜（２３）のいずれかに記
載の測定方法、装置及びその方法またはその装置により
測定された物。

【０１２８】（２５）位相シフト法を用いて被検物の面
位置、偏心または物理特性を求めるようにしたことを特
徴とする請求項１〜３、上記（１）〜（２４）のいずれ
かに記載の測定方法、装置及びその方法またはその装置
により測定された物。

【０１２９】（２６）複数の面からなる被検物の面位
置、偏心、面形状または物理特性を求めるようにしたこ
とを特徴とする請求項１〜３、上記（１）〜（２５）の
いずれかに記載の測定方法、装置及びその方法またはそ
の装置により測定された物。

【０１３０】（２７）請求項１〜３、上記（１）〜（２
６）のいずれかに記載の測定装置を用いて、被検物を測
定し、被検物の製作誤差が低減するように被検物の設計
又は製造法を改良し、改良された被検物を請求項１〜
３、上記（１）〜（２６）のいずれかに記載の測定装置
を用いて測定するようにしたことを特徴とする被検査物
の開発方法。

【０１３１】（２８）コヒーレンス長が短い光源を用い
た干渉計において、基準レンズとの差を干渉縞としてと
らえ、その干渉縞から被検レンズの偏心、面位置、面形
状または物理特性を求めるようにしたことを特徴とする
測定方法、装置及びその方法またはその装置により測定
された物。

【０１３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高精度の干渉測定結果が得られる。そして、この干渉測
定機は、光学系の面形状、面間隔、偏心等の幾何学的情
報あるいは光学的情報あるいは屈折率等の物理的特性の
いずれか１つ以上を精度よく測定できる点で優れてい
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による測定装置の第１実施例を示す概略
構成図である。

【図２】本発明による測定装置の第２実施例を示す概略
構成図である。

【図３】本発明による測定装置の第３実施例を示す概略
構成図である。

【図４】本発明による測定装置の第４実施例を示す概略
構成図である。

【図５】本発明による測定装置の第５実施例を示す概略
構成図である。

【図６】Ｚ軸回りの面ｉの偏心を、非球面の場合も含め
てε_i，δ_iで定義するための説明図である。

【図７】図５の実施例における複数の面からなる光学系
の各面の偏心を求めるためのフローチャートである。

【図８】本発明による測定装置の第６実施例を示す概略
構成図である。

【図９】本発明による測定装置の第７実施例を示すデジ
タルホログラムを用いた測定機の概略構成図である。

【図１０】図９の変形例の要部概略構成図である。

【図１１】本発明による測定装置の第８実施例を示す概
略構成図である。

【図１２】本発明による測定装置の第９実施例を示す概
略構成図である。

【図１３】本発明による測定装置の第１０実施例を示す
概略構成図である。

【図１４】組上がり偏心測定機の従来例を示す概略構成
図である。

【符号の説明】

１，３３ 低コヒーレンス光源 ２ 測定装置 ３，６，６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃ，６３Ｅ，６３Ｆ，７
１Ａ，７１Ｂ ミラー ４，５，１４，１５，３４，３７，３８，５０，６４，
６８，８０，５３０，５４８ レンズ ７ ミラー駆動装置 ８ 光電検出器 １１ 接合剤 ３１ 組合せレンズ系 ３１Ｒ 基準レンズ系 ３２ 測定機 ３５，３５Ｆ，５４２，５４５ ビームスプリッ
ター ３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃ ハーフプリズム ３６ 参照ミラー ３９ 可変開口絞り ４０ 撮像素子 ４１，５４９ 信号処理回路 ４２ コンピュータ ４４ シリンドリカルレンズ ４５ 測定装置 ４６ コヒーレンシーの良い光源（例えばレーザ
ー） ４７ ビームエキスパンダー ４８ 参照面 ４９，６２ イメージローテーター ６１ ホログラムを用いた測定機 ６５ プリズム ６５Ｂ 移動台 ６６ 位相共役鏡 ６９ 正立プリズム ６７，７０ ハーフミラー ７５ コーナーキューブ ７７，７８，７９ シャッター ８６ モニター ５０４ 計算機 ５３０ａ，５３０ｂ，５３０ｃ，５３０ｄ レン
ズ面 ５４１ 光ファイバー ５４０ 集光レンズ ５５０ 研磨皿

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F064 AA01 AA09 BB04 CC04 EE09 FF03 GG02 GG12 GG22 GG44 GG52 HH00 HH08 JJ01 JJ06 KK01 2F065 AA04 AA20 AA22 AA30 AA53 BB05 BB22 CC22 FF51 GG01 JJ00 LL04 LL08 LL12 LL46 LL51 LL62 QQ17 QQ24 QQ28 SS13 2G086 FF01 FF02 FF04

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コヒーレンス長が短い光源を用いた干渉
   計と、前記干渉計の光路中に被検物を配置して干渉を生
   じさせて、被検物の面位置、偏心、面形状または物理特
   性を求めるようにしたことを特徴とする測定方法、装置
   及びその方法またはその装置により測定された物。
2. 【請求項２】 コヒーレンス長が短い光源を用いた干渉
   計において、前記干渉計の光路中に被検物を配置すると
   共に少なくとも２つの光路を設け、それぞれの光路を通
   る２つの光の波面のいずれか一方を反転あるいは回転さ
   せることによって２つの光を干渉させて、被検物の面位
   置、偏心または物理特性を求めるようにしたことを特徴
   とする測定方法、装置及びその方法またはその装置によ
   り測定された物。
3. 【請求項３】 デジタルホログラムを用いて被検物の面
   位置、偏心、面形状または物理特性を求めるようにした
   ことを特徴とする測定方法、装置及びその方法またはそ
   の装置により測定された物。