JP2005140673A - 非球面偏心測定装置及び非球面偏心測定方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 非球面レンズの保持治具や非球面の複雑な位置調整を必要とせずに、容易に偏心量を算出できる非球面偏心測定装置及び非球面偏心測定方法を提供する。
【解決手段】 光源ユニット１１と光線Ｑ１を非球面レンズＴＬの被検面Ａの近軸曲率中心近傍に集光する集光レンズ１３と光線Ｑ１を光軸ＡＸに対して角度θ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）で被検面Ａに入射させる角度変化手段１２と非球面レンズ保持冶具３と光分割素子１４と結像レンズ１６と結像レンズ１６による集光位置を検出する光検出素子１７と演算装置４を有する。演算装置４は角度変化手段１２で生じた光線Ｑ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）より、被検面Ａの設計データに基づくスポット位置Ｐ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）と光検出素子１７で得たスポット位置Ｐ１mi（ｉ＝１，２，…，Ｎ）とのズレ量ΔＰ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）から被検面Ａの偏心量を算出する。
【選択図】 図１
【解決手段】 光源ユニット１１と光線Ｑ１を非球面レンズＴＬの被検面Ａの近軸曲率中心近傍に集光する集光レンズ１３と光線Ｑ１を光軸ＡＸに対して角度θ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）で被検面Ａに入射させる角度変化手段１２と非球面レンズ保持冶具３と光分割素子１４と結像レンズ１６と結像レンズ１６による集光位置を検出する光検出素子１７と演算装置４を有する。演算装置４は角度変化手段１２で生じた光線Ｑ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）より、被検面Ａの設計データに基づくスポット位置Ｐ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）と光検出素子１７で得たスポット位置Ｐ１mi（ｉ＝１，２，…，Ｎ）とのズレ量ΔＰ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）から被検面Ａの偏心量を算出する。
【選択図】 図１
Description
本発明は、非球面レンズの偏心量の測定を容易にする非球面偏心測定装置、及び非球面偏心測定方法に関するものである。
非球面を用いた光学レンズが広く用いられるようになっている。
非球面レンズは研磨による成形が非常に困難であるため、型を用いた成形法が一般的である。しかし、成形時における型の調整不足等が原因で非球面レンズの面間偏心が発生し、最終的に光学モジュールを組み上げたとき光学性能の劣化に繋がる。このため、光学性能の向上だけでなく、成形ときの型の再調整のためにも、成形後の非球面レンズの偏心を測定する測定器は必須となる。
非球面レンズは研磨による成形が非常に困難であるため、型を用いた成形法が一般的である。しかし、成形時における型の調整不足等が原因で非球面レンズの面間偏心が発生し、最終的に光学モジュールを組み上げたとき光学性能の劣化に繋がる。このため、光学性能の向上だけでなく、成形ときの型の再調整のためにも、成形後の非球面レンズの偏心を測定する測定器は必須となる。
従来の非球面レンズの偏心測定装置としては、例えば、次の特許文献１に記載のものがある。
特開平０７−２２９８１１号公報
この装置による偏心測定手法は、非球面レンズの被検非球面の座標を複数箇所測定し、仮想的に偏心させた被検非球面の設計データとフィッティングさせて、差が最小となる偏心量から被検非球面の偏心を決定するというものである。
しかし、上記特許文献１の装置では、測定の都度、被検レンズを支持する支持手段の座標を厳密に設定した上で、非球面レンズの被検非球面の座標を測定する必要がある。このため、支持手段のセッティングや、非球面の偏心量の算出過程が複雑化するという問題があった。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、非球面レンズの保持治具や非球面の複雑な位置調整を必要とせずに、容易に偏心量を算出できる非球面偏心測定装置及び非球面偏心測定方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明による非球面偏心測定装置は、非球面レンズの偏心量を測定する非球面偏心測定装置であって、光源ユニットと、該光源ユニットから射出された光線Ｑ１を、非球面レンズの被検面Ａの近軸曲率中心近傍に集光する集光レンズと、前記光源ユニットから射出された光線Ｑ１を、光軸ＡＸに対して角度θ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）で、前記被検面Ａに入射させる角度変化手段と、非球面レンズを保持する保持治具と、前記角度変化手段と該保持治具の間に配置された光分割素子と、該光分割素子で反射された光を集光する結像レンズと、該結像レンズによって集光された光の位置を検出する光検出素子と、演算装置を有し、該演算装置は、前記角度変化手段で生じた光線Ｑ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の各々について、前記光検出素子から得られるスポット位置Ｐ１mi（ｉ＝１，２，…，Ｎ）を記憶する工程と、前記被検面Ａの設計データに基づいて、前記光線Ｑ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）に対するスポット位置Ｐ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）を算出する工程と、該スポット位置Ｐ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）と前記スポット位置Ｐ１mi（ｉ＝１，２，…，Ｎ）とのズレ量ΔＰ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）から被検面Ａの偏心量を算出する工程を備えることを特徴としている。
また、本発明による非球面偏心測定装置は、上記構成において、前記保持治具を挟んで、前記光源ユニットの反対側に配置された第２光源ユニットと、前記光軸ＡＸ上に配置され、該第２光源ユニットから射出された光線Ｑ２を、前記被検面Ａと反対側に位置する被検面Ｂの近軸曲率中心近傍に集光する第２集光レンズと、前記第２光源ユニットから射出された光線Ｑ２を、光軸ＡＸに対して角度θ２ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）で、前記被検面Ｂに入射させる第２角度変化手段と、該第２角度変化手段と前記保持治具の間に配置された第２光分割素子と、該第２光分割素子で反射された光を集光する第２結像レンズと、該第２結像レンズによって集光された光の位置を検出する第２光検出素子とを有し、該演算装置は、前記第２角度変化手段で生じた光線Ｑ２ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の各々について、前記第２光検出素子から得られるスポット位置Ｐ２mi（ｉ＝１，２，…，Ｎ）を記憶する工程と、前記被検面Ｂの設計データに基づいて、前記光線Ｑ２ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）に対するスポット位置Ｐ２ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）を算出する工程と、該スポット位置Ｐ２ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）と前記スポット位置Ｐ２mi（ｉ＝１，２，…，Ｎ）とのズレ量ΔＰ２ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）から被検面Ｂの偏心量を算出する工程と、前記第１被検面Ａの偏心量と第２被検面Ｂの偏心量とを用いて、前記非球面レンズの面間偏心を算出する工程を備えることを特徴としている。
また、本発明による非球面偏心測定方法は、非球面レンズの偏心を測定する非球面偏心測定方法であって、前記非球面レンズの被検面Ａの設計データに基づいて、傾斜角度シフト変化関数ｇAshift(y)を求める工程と、前記非球面レンズの被検面Ａの設計データに基づいて、傾斜角度ティルト変化関数ｇAtilt(y)と求める工程と、非球面レンズの被検面Ａに接する接線の傾斜角度分布を実測する工程と、前記実測結果に基づいて、該被検面Ａ上の傾斜角度分布と設計値である無偏心状態での被検面Ａ上の傾斜角度分布との差である傾斜角度変化関数ｇ２（δA，βA，y）を求める工程と、前記傾斜角度変化関数ｇ２（δA，βA，y）をαｇAshift(y)＋βｇAtilt(y)で表される関数でフィッティングを行う工程と、前記フィッティングによって求まったα、βから、前記被検面Ａの偏心のシフト量とティルト量（δA，εA）＝（αδA0，βεA0）を求めることを特徴としている。
ここで、前記傾斜角度シフト変化関数ｇAshift(y)は、前記被検面Ａが単位シフト量δA0だけ平行移動したときの傾斜角度分布と、無偏心状態での傾斜角度分布との差によって求められる関数であり、前記傾斜角度ティルト変化関数ｇAtilt(y)は、前記被検面Ａが単位ティルト量εA0だけ回転移動したときの傾斜角度分布と無偏心状態での傾斜角度分布との差によって求められる関数であり、前記傾斜角度変化関数ｇ２（δA，βA，y）は、前記実測に基づく前記被検面Ａ上の傾斜角度分布と、設計値である無偏心状態での傾斜角度分布との差である。
ここで、前記傾斜角度シフト変化関数ｇAshift(y)は、前記被検面Ａが単位シフト量δA0だけ平行移動したときの傾斜角度分布と、無偏心状態での傾斜角度分布との差によって求められる関数であり、前記傾斜角度ティルト変化関数ｇAtilt(y)は、前記被検面Ａが単位ティルト量εA0だけ回転移動したときの傾斜角度分布と無偏心状態での傾斜角度分布との差によって求められる関数であり、前記傾斜角度変化関数ｇ２（δA，βA，y）は、前記実測に基づく前記被検面Ａ上の傾斜角度分布と、設計値である無偏心状態での傾斜角度分布との差である。
また、本発明による非球面偏心測定方法は、上記方法において、前記非球面レンズ被検面Ａの反対側に位置する被検面Ｂの設計データに基づいて、傾斜角度シフト変化関数ｇBshift(y)を求める工程と、前記非球面レンズの被検面Ｂの設計データに基づいて、傾斜角度ティルト変化関数ｇBtilt(y)と求める工程と、非球面レンズの被検面Ｂに接する接線の傾斜角度分布を実測する工程と、前記実測結果に基づいて、該被検面Ｂ上の傾斜角度分布と設計値である無偏心状態での被検面Ｂ上の傾斜角度分布との差である傾斜角度変化関数ｇ２（δB，βB，y）を求める工程と、前記傾斜角度変化関数ｇ２（δB，βB，y）をαｇBshift(y)＋βｇBtilt(y)で表される関数でフィッティングを行う工程と、前記フィッティングによって求まったα、βから、前記被検面Ａの偏心のシフト量とティルト量（δB，εB）＝（αδB0，βεB0）を求める工程と、被検面Ａの偏心量と被検面Ｂの偏心量とから、非球面レンズの面間偏心（δA−δB，εA−εB）を求めることを特徴としている。
ここで、前記傾斜角度シフト変化関数ｇBshift(y)は、前記被検面Ｂが単位シフト量δB0だけ平行移動したときの傾斜角度分布と、無偏心状態での傾斜角度分布との差によって求められる関数であり、前記傾斜角度ティルト変化関数ｇBtilt(y)は、前記被検面Ｂが単位ティルト量εB0だけ回転移動したときの傾斜角度分布と無偏心状態での傾斜角度分布との差によって求められる関数であり、前記傾斜角度変化関数ｇ２（δB，βB，y）は、前記実測に基づく前記被検面Ｂ上の傾斜角度分布と、設計値である無偏心状態での傾斜角度分布との差である。
ここで、前記傾斜角度シフト変化関数ｇBshift(y)は、前記被検面Ｂが単位シフト量δB0だけ平行移動したときの傾斜角度分布と、無偏心状態での傾斜角度分布との差によって求められる関数であり、前記傾斜角度ティルト変化関数ｇBtilt(y)は、前記被検面Ｂが単位ティルト量εB0だけ回転移動したときの傾斜角度分布と無偏心状態での傾斜角度分布との差によって求められる関数であり、前記傾斜角度変化関数ｇ２（δB，βB，y）は、前記実測に基づく前記被検面Ｂ上の傾斜角度分布と、設計値である無偏心状態での傾斜角度分布との差である。
本発明の非球面偏心測定装置及び非球面測定方法によれば、非球面レンズの保持治具や非球面の複雑な調整や厳密な調整を必要とすることのない非球面偏心測定装置及び非球面偏心測定方法が実現できる。
図１は本発明にかかる非球面偏心測定装置であって、第１実施形態を示す概略構成図である。
第１実施形態にかかる非球面偏心測定装置は、図１に示すように、非球面レンズＴＬの被検面Ａの偏心を測定する測定部１と、非球面レンズＴＬを保持する保持手段３と、演算装置４を有して構成されている。ここで、非球面レンズＴＬは測定対象物である。
測定部１は、光源ユニット１１と、角度変化手段１２と、集光レンズ１３と、光分割素子１４と、コリメータレンズ１５と、結像レンズ１６と、光検出素子１７を備えている。ここで、光源ユニット１１は、コリメート光Ｑ１を生成するように構成されている。また、集光レンズ１３は、光源ユニット１１から射出された光線Ｑ１を、非球面レンズＴＬに向けて集光する。より具体的には、被検面Ａの近軸曲率中心ＦＡ近傍に、光線Ｑ１を集光するように配置されている。
また、角度変化手段１２は、光源ユニット１１と集光レンズ１３の間に配置されている。この角度変化手段１２は、光源ユニット１１から射出された光線Ｑ１を、異なる角度で射出する。光線Ｑ１は、角度変化手段１２と集光レンズ１３によって、被検面Ａに向かって異なる角度で入射する。なお、角度変化手段１２を射出した光線を、Ｑ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）とする。
第１実施形態にかかる非球面偏心測定装置は、図１に示すように、非球面レンズＴＬの被検面Ａの偏心を測定する測定部１と、非球面レンズＴＬを保持する保持手段３と、演算装置４を有して構成されている。ここで、非球面レンズＴＬは測定対象物である。
測定部１は、光源ユニット１１と、角度変化手段１２と、集光レンズ１３と、光分割素子１４と、コリメータレンズ１５と、結像レンズ１６と、光検出素子１７を備えている。ここで、光源ユニット１１は、コリメート光Ｑ１を生成するように構成されている。また、集光レンズ１３は、光源ユニット１１から射出された光線Ｑ１を、非球面レンズＴＬに向けて集光する。より具体的には、被検面Ａの近軸曲率中心ＦＡ近傍に、光線Ｑ１を集光するように配置されている。
また、角度変化手段１２は、光源ユニット１１と集光レンズ１３の間に配置されている。この角度変化手段１２は、光源ユニット１１から射出された光線Ｑ１を、異なる角度で射出する。光線Ｑ１は、角度変化手段１２と集光レンズ１３によって、被検面Ａに向かって異なる角度で入射する。なお、角度変化手段１２を射出した光線を、Ｑ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）とする。
角度変化手段１２を射出した光線Ｑ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）は、集光レンズ１３に入射する。ここで、角度変化手段１２と集光レンズ１３は、光線Ｑ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）を、光軸ＡＸに対して角度θ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）で被検面Ａに入射させるように構成されている。また、集光レンズ１３と非球面レンズＴＬの間には、光分割素子１４が配置されている。この光分割素子１４は、例えばビームスプリッタである。光分割素子１４に入射した光線Ｑ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）は、その一部が透過し、残りが反射される。このうち、光分割素子１４を透過した光線Ｑ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）は非球面レンズＴＬに入射し、被検面Ａの近軸曲率中心ＦＡ近傍に集光する。
非球面レンズＴＬに入射した光線のうち、被検面Ａで反射した各光線Ｑ１ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ）は、光分割素子１４に戻る。そして、光分割素子１４で反射される。続いて、各光線Ｑ１ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ）は、コリメータレンズ１５に入射する。この、コリメータレンズ１５は、各光線Ｑ１ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ）を略平行光に変換する。略平行光に変換された各光線Ｑ１ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ）は、結像レンズ１６に入射する。この結像レンズ１６は、各光線Ｑ１ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ）を、所定の位置に集光する。所定の位置には、光検出素子１７が配置されている。よって、各光線Ｑ１ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ）のスポット位置は、光検出素子１７によって検出することができる。
このように構成された本実施形態の非球面偏心測定装置では、光源ユニット１１から出射したコリメート光Ｑ１は、角度変化手段１２によって、順次、光軸ＡＸからそれぞれ異なる距離で離れた光路を伝播する。そして、集光レンズ１３を介して、光軸ＡＸに対する角度がθ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）である光線Ｑ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）に変換される。この各光線Ｑ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）は、集光レンズ１３によって非球面レンズＴＬの被検面Ａの近軸曲率中心ＦＡ近傍に向けて入射される。これにより、被検面Ａで反射される光線Ｑ１ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ）が生成される。各光線Ｑ１ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ）は、光分割素子１４、コリメータレンズ１５、結像レンズ１６を経て、光検出素子１７に集光する。
ここで、各光線Ｑ１ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ）のスポット位置Ｐ１miから、被検面Ａの偏心量を求める原理について図２(a)，(b)を用いて説明する。
仮に、非球面レンズＴＬの被検面Ａが非球面ではなく、球面Ｓであるとする。この場合、各光線Ｑ１ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の経路は図２(a)に示すようになる。
各光線Ｑ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）が球面Ｓの曲率中心Ｆ０に向けて集光すると、球面Ｓで反射した各光線Ｑ１ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ）は、コリメータレンズ１５を通過後、いずれも互いに平行になる。そして、結像レンズ１６の後側焦平面Ｆ１２近傍に集光する。この時、集光位置には光検出素子１７が配置されているが、その検出面上において同一の点に集光する。
というのは、被検面Ａが球面Ｓである場合、各光線Ｑ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の球面Ｓへの入射角度と、各光線Ｑ１ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の球面Ｓでの反射角度はいずれも０である。このため、球面Ｓで反射後の各光線Ｑ１ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ）は、入射光路に一致した経路を戻る。そして、光分割素子１４で反射され、コリメータレンズ１５を経たときに、結像レンズ１６の光軸と平行になる。そのため、結像レンズ１６で集光されたときは、同一の点（位置）に集光する。
仮に、非球面レンズＴＬの被検面Ａが非球面ではなく、球面Ｓであるとする。この場合、各光線Ｑ１ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の経路は図２(a)に示すようになる。
各光線Ｑ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）が球面Ｓの曲率中心Ｆ０に向けて集光すると、球面Ｓで反射した各光線Ｑ１ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ）は、コリメータレンズ１５を通過後、いずれも互いに平行になる。そして、結像レンズ１６の後側焦平面Ｆ１２近傍に集光する。この時、集光位置には光検出素子１７が配置されているが、その検出面上において同一の点に集光する。
というのは、被検面Ａが球面Ｓである場合、各光線Ｑ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の球面Ｓへの入射角度と、各光線Ｑ１ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の球面Ｓでの反射角度はいずれも０である。このため、球面Ｓで反射後の各光線Ｑ１ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ）は、入射光路に一致した経路を戻る。そして、光分割素子１４で反射され、コリメータレンズ１５を経たときに、結像レンズ１６の光軸と平行になる。そのため、結像レンズ１６で集光されたときは、同一の点（位置）に集光する。
一方、図２(b)に示すように、被検面Ａが非球面であるとする。この場合、各光線Ｑ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の非球面への入射角度は、その入射位置によって０とは異なる値となる。よって、各光線Ｑ１ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の非球面での反射角度も、０とはならない。このため、各光線Ｑ１ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ）は、入射光路とは異なる経路を戻る。そして、光分割素子１４で反射され、コリメータレンズ１５を経たときに、結像レンズ１６の光軸と平行にならない。そのため、結像レンズ１６で集光されたとき、各光線Ｑ１ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ）は、同一の点（位置）に集光しない。
このように、集光点（スポット）の位置は、各光線Ｑ１ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ）によって異なる。ここでは、各光線Ｑ１ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ）のスポット位置を、Ｐ１mi（ｉ＝１，２，…，Ｎ）とする。このスポット位置Ｐ１mi（ｉ＝１，２，…，Ｎ）は、非球面の形状と偏心状態を表している。そこで、このスポット位置を用いて、被検面Ａの偏心を測定することが可能となる。スポット位置Ｐ１mi（ｉ＝１，２，…，Ｎ）は光検出素子１７で検出され、その位置が記憶される。
このように、集光点（スポット）の位置は、各光線Ｑ１ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ）によって異なる。ここでは、各光線Ｑ１ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ）のスポット位置を、Ｐ１mi（ｉ＝１，２，…，Ｎ）とする。このスポット位置Ｐ１mi（ｉ＝１，２，…，Ｎ）は、非球面の形状と偏心状態を表している。そこで、このスポット位置を用いて、被検面Ａの偏心を測定することが可能となる。スポット位置Ｐ１mi（ｉ＝１，２，…，Ｎ）は光検出素子１７で検出され、その位置が記憶される。
次に、測定した結果の処理について説明する。演算装置４には、非球面レンズＴＬの被検面Ａの設計データが、あらかじめ入力（記憶）されている。そこで、この設計データを基礎として、被検面Ａが偏心を持たないときの、各光線Ｑ１ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の各スポット位置Ｐ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）を算出する。なお、各スポット位置Ｐ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）は、あらかじめ算出しておいて良い。
一方、被検面Ａは未知の偏心を有しているので、その情報がスポット位置Ｐ１mi（ｉ＝１，２，…，Ｎ）に含まれている。そこで、スポット位置Ｐ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）と、スポット位置Ｐ１mi（ｉ＝１，２，…，Ｎ）との差が、被検面Ａのもつ偏心に起因することは容易に想像できる。そこで、このスポット位置Ｐ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）とスポット位置Ｐ１mi（ｉ＝１，２，…，Ｎ）との差から、被検面Ａ上の傾斜角度変化関数を求める。そして、その関数の特徴から、被検面Ａの偏心量を求める。
なお、傾斜角度変化関数とは、非球面形状の接線角度、もしくは法線角度の偏心による変化量を表す関数を意味する。また、傾斜角度変化関数の座標系は、偏心に関して固定したものを用いる。
なお、傾斜角度変化関数とは、非球面形状の接線角度、もしくは法線角度の偏心による変化量を表す関数を意味する。また、傾斜角度変化関数の座標系は、偏心に関して固定したものを用いる。
図３は本発明にかかる非球面偏心測定装置であって、第２実施形態を示す概略構成図である。
第２実施形態にかかる非球面偏心測定装置は、図３に示すように、非球面レンズＴＬの被検面Ａの偏心を測定する第１測定部１と、被検面Ｂを測定する第２測定部２と、被検非球面レンズＴＬを保持する保持手段３と、演算装置４を有して構成されている。ここで、第１測定部１は、第１実施形態（図１）に示した構成と同じである。
第２実施形態にかかる非球面偏心測定装置は、図３に示すように、非球面レンズＴＬの被検面Ａの偏心を測定する第１測定部１と、被検面Ｂを測定する第２測定部２と、被検非球面レンズＴＬを保持する保持手段３と、演算装置４を有して構成されている。ここで、第１測定部１は、第１実施形態（図１）に示した構成と同じである。
また、第２測定部も、第１測定部１と同じように構成されている。すなわち、第２測定部２も、第２光源ユニット２１と、第２角度変化手段２２と、第２集光レンズ２３と、第２光分割素子２４と、第２コリメータレンズ２５と、第２結像レンズ２６と、第２光検出素子２７を備えている。ここで、第２光源ユニット２１は、コリメート光Ｑ２を生成するように構成されている。第２集光レンズ２３は、第２光源ユニット２１から射出された光線Ｑ２を、非球面レンズＴＬに向けて集光する。より具体的には、被検面Ｂの近軸曲率中心ＦＢ近傍に、光線Ｑ２を集光するように配置されている。
また、第２角度変化手段２２は、第２光源ユニット２１と第２集光レンズ２３の間に配置されている。この第２角度変化手段２２は、第２光源ユニット２１から射出された光線Ｑ２を、異なる角度で射出する。光線Ｑ２は、角度変化手段２２と集光レンズ２３によって、被検面Ｂに向かって異なる角度で入射する。なお、第２角度変化手段２２を射出した光線を、Ｑ２ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）とする。
また、第２角度変化手段２２は、第２光源ユニット２１と第２集光レンズ２３の間に配置されている。この第２角度変化手段２２は、第２光源ユニット２１から射出された光線Ｑ２を、異なる角度で射出する。光線Ｑ２は、角度変化手段２２と集光レンズ２３によって、被検面Ｂに向かって異なる角度で入射する。なお、第２角度変化手段２２を射出した光線を、Ｑ２ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）とする。
第２角度変化手段２２を射出した光線Ｑ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）は、第２集光レンズ２３に入射する。ここで、第２角度変化手段２２と第２集光レンズ２３は、光線Ｑ２ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）を、光軸ＡＸに対して角度θ２ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）で被検面Ｂに入射させるように構成されている。また、第２集光レンズ２３と非球面レンズＴＬの間には、第２光分割素子２４が配置されている。この第２光分割素子２４は、例えばビームスプリッタである。第２光分割素子２４に入射した光線Ｑ２ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）は、その一部が透過し、残りが反射される。このうち、第２光分割素子２４を透過した光線Ｑ２ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）は非球面レンズＴＬに入射し、被検面Ｂの近軸曲率中心ＦＢ近傍に集光する。
非球面レンズＴＬに入射した光線のうち、被検面Ｂで反射した各光線Ｑ２ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ）は、第２光分割素子２４に戻る。そして、第２光分割素子２４で反射される。続いて、各光線Ｑ２ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ）は、第２コリメータレンズ２５に入射する。この、第２コリメータレンズ２５は、各光線Ｑ２ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ）を略平行光に変換する。略平行光に変換された各光線Ｑ２ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ）は、第２結像レンズ２６に入射する。この第２結像レンズ２６は、各光線Ｑ２ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ）を、所定の位置に集光する。所定の位置には、第２光検出素子２７が配置されている。よって、各光線Ｑ２ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ）のスポット位置は、第２光検出素子２７によって検出することができる。
このように構成された第２測定部では、第２光源ユニット２１から出射したコリメート光Ｑ２は、第２角度変化手段２２によって、順次、光軸ＡＸからそれぞれ異なる距離で離れた光路を伝播する。そして、第２集光レンズ２３を介して、光軸ＡＸに対する角度がθ２ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）である光線Ｑ２ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）に変換される。この各光線Ｑ２ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）は、第２集光レンズ２３によって非球面レンズＴＬの被検面Ｂの近軸曲率中心ＦＢ近傍に向けて入射される。これにより、被検面Ｂで反射される光線Ｑ２ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ）が生成される。各光線Ｑ２ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ）は、第２光分割素子２４、第２コリメータレンズ２５、第２結像レンズ２６を経て、第２光検出素子２７に集光する。ここでは、各光線Ｑ２ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ）について、そのスポット位置Ｐ２mi（ｉ＝１，２，…，Ｎ）が第２光検出素子２７で検出され、その位置が記憶される。
次に、測定した結果の処理について説明する。被検面Ａについては、第１実施形態で述べたとおりである。被検面Ｂについても、同様の処理が行われる。演算装置４には、非球面レンズＴＬの被検面Ｂの設計データが、あらかじめ入力（記憶）されている。そこで、この設計データを基礎として、被検面Ｂが偏心を持たないときの、各光線Ｑ２ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の各スポット位置Ｐ２ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）を算出する。なお、各スポット位置Ｐ２ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）は、あらかじめ算出しておいて良い。
一方、被検面Ｂは未知の偏心を有しているので、その情報がスポット位置Ｐ２mi（ｉ＝１，２，…，Ｎ）に含まれている。そこで、スポット位置Ｐ２ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）と、スポット位置Ｐ２mi（ｉ＝１，２，…，Ｎ）との差が、被検面Ｂのもつ偏心に起因することは容易に想像できる。そこで、このスポット位置Ｐ２ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）とスポット位置Ｐ２mi（ｉ＝１，２，…，Ｎ）との差から、被検面Ｂ上の傾斜角度変化関数を求める。そして、その関数の特徴から、被検面Ｂの偏心量を求める。なお、傾斜角度変化関数及び傾斜角度変化関数の座標系については、第１実施形態と同じである。
このようにして、被検面Ａと被検面Ｂの夫々において偏心量が求まる。よって、これらの偏心量から、非球面レンズＴＬの面間偏心を算出することができる。
このようにして、被検面Ａと被検面Ｂの夫々において偏心量が求まる。よって、これらの偏心量から、非球面レンズＴＬの面間偏心を算出することができる。
図４は本発明にかかる非球面偏心測定装置であって、第３実施形態を示す概略構成図である。
第３実施形態にかかる非球面偏心測定装置は、検出手段１’、非球面レンズＴＬを保持する保持手段３、演算装置４及び基準台５を有して構成されている。検出手段１’は、非球面レンズＴＬの被検面Ａ上を移動（走査）し、被検面Ａの形状を測定する。測定結果は、演算装置４に記憶される。演算装置４は、測定結果から、被検面Ａにおける傾斜角度分布（関数）を算出する。なお、傾斜角度分布は、基準台５を基準としている。そして、傾斜角度分布から、被検面Ａの偏心量を算出する。
第３実施形態にかかる非球面偏心測定装置は、検出手段１’、非球面レンズＴＬを保持する保持手段３、演算装置４及び基準台５を有して構成されている。検出手段１’は、非球面レンズＴＬの被検面Ａ上を移動（走査）し、被検面Ａの形状を測定する。測定結果は、演算装置４に記憶される。演算装置４は、測定結果から、被検面Ａにおける傾斜角度分布（関数）を算出する。なお、傾斜角度分布は、基準台５を基準としている。そして、傾斜角度分布から、被検面Ａの偏心量を算出する。
図５は本発明にかかる非球面偏心測定装置であって、第４実施形態を示す概略構成図である。
第４実施形態にかかる非球面偏心測定装置は、第３実施形態の構成に、検出手段が付加されたものである。すなわち、第２検出手段２’は、非球面レンズＴＬの被検面Ｂを測定するために設けられている。また、第２検出手段２’を支持するために、支持部材５ａが基準台５上に設けられている。検出手段２’は、非球面レンズＴＬの被検面Ｂ上を移動（走査）し、被検面Ｂの形状を測定する。測定結果は、演算装置４に記憶される。演算装置４は、測定結果から、被検面Ｂにおける傾斜角度分布（関数）を算出する。なお、傾斜角度分布は、基準台５を基準としている。そして、傾斜角度分布から、被検面Ｂの偏心量を算出する。また、２つの偏心量から、非球面レンズＴＬの面間偏心を算出することができる。
第４実施形態にかかる非球面偏心測定装置は、第３実施形態の構成に、検出手段が付加されたものである。すなわち、第２検出手段２’は、非球面レンズＴＬの被検面Ｂを測定するために設けられている。また、第２検出手段２’を支持するために、支持部材５ａが基準台５上に設けられている。検出手段２’は、非球面レンズＴＬの被検面Ｂ上を移動（走査）し、被検面Ｂの形状を測定する。測定結果は、演算装置４に記憶される。演算装置４は、測定結果から、被検面Ｂにおける傾斜角度分布（関数）を算出する。なお、傾斜角度分布は、基準台５を基準としている。そして、傾斜角度分布から、被検面Ｂの偏心量を算出する。また、２つの偏心量から、非球面レンズＴＬの面間偏心を算出することができる。
次に、第１実施形態乃至第４実施形態において、非球面レンズＴＬの被検面の偏心量を算出する手順について説明する。ここでは、例として、被検面Ａの偏心量（δA，εA）を算出する。
なお、被検面Ａが偏心を全く有していないとき、面頂においてｘ−y面と接しているものとする。また、被検面Ａが光軸ＡＸと垂直方向に平行移動することをシフト、光軸ＡＸに対して回転移動することをティルトとする。また、ｘ−y面内での平行移動量をシフト量δ、回転移動によって変化した非球面軸Ａaxisとｚ軸とのなす角をティルト量εと呼ぶ。そして、偏心量をシフト量δとティルト量εとを用いて（δ，ε）と表すこととする。
なお、被検面Ａが偏心を全く有していないとき、面頂においてｘ−y面と接しているものとする。また、被検面Ａが光軸ＡＸと垂直方向に平行移動することをシフト、光軸ＡＸに対して回転移動することをティルトとする。また、ｘ−y面内での平行移動量をシフト量δ、回転移動によって変化した非球面軸Ａaxisとｚ軸とのなす角をティルト量εと呼ぶ。そして、偏心量をシフト量δとティルト量εとを用いて（δ，ε）と表すこととする。
本発明の非球面偏心測定方法では、偏心によって生じる非球面の傾斜角度の変化量を利用して、被検面Ａの偏心量（δA，εA）を求める。
一般に、傾斜角度の変化量と接線の変化量は、等しいとみなせるはずである。よって、以下、傾斜角度の変化量を表す傾斜角度変化関数を、接線の変化から求めることとする。
一般に、傾斜角度の変化量と接線の変化量は、等しいとみなせるはずである。よって、以下、傾斜角度の変化量を表す傾斜角度変化関数を、接線の変化から求めることとする。
図６は非球面軸をｚ軸に一致させ、ｘ−ｙ平面を接平面とした被検面Ａをｙ−ｚ断面で見た様子を表す説明図である。この被検面Ａとy−ｚ面との交線C（図６(a)参照）を関数ｆA(y)としたとき、関数ｆAは次の式(1)で表される。
この被検面Ａが、任意の偏心（δA，εA）によって非球面ａに変化したとする。そして、そのときのy−ｚ面との交線C’（図６(a)参照）の関数ｆa(y)が、次の式(2)として与えられるとする。
この非球面ａの傾斜角度変化関数ｇ１（δA，εA，y）は、次の式(3)で表される。
この非球面ａの傾斜角度変化関数ｇ１（δA，εA，y）は、次の式(3)で表される。
次に、被検面Ａをｙ軸方向に単位シフト量δA0だけシフトした面を、非球面Ａｓとする。この非球面Ａｓとy−ｚ面との交線Ｃｓ（図６(b)参照）の関数を、ｆAs（δA0，ｙ）とする。また、非球面ＡをＸ軸周りに単位ティルト量εA0だけ回転した面を、非球面Ａｔとする。この非球面Ａｔとｙ−ｚ面との交線Ｃｔ（図６(b)参照）の関数を、ｆAt（εA0，ｙ）とする。
また、ｇAshift(y)を、単位シフト量δA0によって変化する被検面Ａの傾斜角度シフト変化関数、ｇAtilt(y)を、単位ティルト量εA0によって変化する被検面Ａの傾斜角度ティルト変化関数とする。そうすると、ｇAshift(y)、ｇAtilt(y)は、次の式(4)、(5)によって求められる。
また、ｇAshift(y)を、単位シフト量δA0によって変化する被検面Ａの傾斜角度シフト変化関数、ｇAtilt(y)を、単位ティルト量εA0によって変化する被検面Ａの傾斜角度ティルト変化関数とする。そうすると、ｇAshift(y)、ｇAtilt(y)は、次の式(4)、(5)によって求められる。
本発明の非球面偏心測定方法では、傾斜角度変化関数ｇ１（δA，εA，y）を、この傾斜角度シフト関数ｇAshift(y)と傾斜角度ティルト関数ｇAtilt(y)とを用いて次の式(6)のように表す。なお、式(3)との混同を避けるために、式(6)で表す傾斜角度変化関数をｇ２（δA，εA，y）と表すこととする。
次に、式(3)で求められる傾斜角度変化関数ｇ１（δA，εA，y）を次の式(7)のように、傾斜角度シフト変化関数ｇAshift(y)と傾斜角度ティルト変化関数ｇAtilt(y)とでフィッティングして係数α、βを求める。
なお、式(6)のｇ２（δA，εA，y）と式(7)のｇ１（δA，εA，y）は同一の関数を表しているので、被検面Ａの任意の偏心量（δA，εA）と、単位シフト量δA0、単位ティルト量εA0の間には、以下の式(8)の関係が成り立つ。
なお、式(6)のｇ２（δA，εA，y）と式(7)のｇ１（δA，εA，y）は同一の関数を表しているので、被検面Ａの任意の偏心量（δA，εA）と、単位シフト量δA0、単位ティルト量εA0の間には、以下の式(8)の関係が成り立つ。
次に、上記式(6)が成立すること具体例を用いて示す。
まず、被検面Ａとして次の表１に示す仕様の非球面を用意し、単位シフト量δA0＝１μｍ、単位ティルト量εA0＝０．１分のときの傾斜角度シフト関数ｇAshift(y)と傾斜角度ティルト関数ｇAtilt(y)を求める。
なお、表１におけるＲ0は被検面Ａの曲率半径、ｋは円錐係数、Ａ4、Ａ6、Ａ8、Ａ10は非球面係数である。非球面形状は、光軸方向をｚ、光軸に直交する方向をｙにとり、次の式で表される。
ｚ＝（ｙ2／Ｒ0）／［１＋｛１−（１＋ｋ）（ｙ／Ｒ0）2｝1/2］
＋Ａ4ｙ4＋Ａ6ｙ6＋Ａ8ｙ8＋Ａ10ｙ10
まず、被検面Ａとして次の表１に示す仕様の非球面を用意し、単位シフト量δA0＝１μｍ、単位ティルト量εA0＝０．１分のときの傾斜角度シフト関数ｇAshift(y)と傾斜角度ティルト関数ｇAtilt(y)を求める。
なお、表１におけるＲ0は被検面Ａの曲率半径、ｋは円錐係数、Ａ4、Ａ6、Ａ8、Ａ10は非球面係数である。非球面形状は、光軸方向をｚ、光軸に直交する方向をｙにとり、次の式で表される。
ｚ＝（ｙ2／Ｒ0）／［１＋｛１−（１＋ｋ）（ｙ／Ｒ0）2｝1/2］
＋Ａ4ｙ4＋Ａ6ｙ6＋Ａ8ｙ8＋Ａ10ｙ10
但し、傾斜角度シフト関数ｇAshift(y)と傾斜角度ティルト関数ｇAtilt(y)は、以下の手順で求める。
（i）：式(1)で表される被検面Ａ上の無偏心点列データ（ｙ，ｚ）を求める。
（ii）：単位シフト点列データ（ｙｓ，ｚｓ）を無偏心点列データ（ｙ，ｚ）を単位シフト量δA0だけシフトさせて求める。
（iii）：単位ティルト量εA0による単位ティルト点列データ（ｙｔ，ｚｔ）を、無偏心点列データ（ｙ，ｚ）を回転行列Ｔで変換することにより求める。
（iv）：無偏心点列データ（ｙ，ｚ）、単位シフト点列データ（ｙｓ，ｚｓ）、単位ティルト点列データ（ｙｔ，ｚｔ）の微分点列データ（ｙ，ｚ’）、（ｙｓ，ｚｓ’）、（ｙｔ，ｚｔ’）を求める。
（v）：微分点列データ（ｙ，ｚ’）、（ｙｓ，ｚｓ’）、（ｙｔ，ｚｔ’）をそれぞれ最小２乗法によって多項式近似し、得られた多項式をそれぞれ、∂ｆA(y)／∂y、∂ｆAs（δ0，ｙ）／∂ｙ、∂ｆAt（ε0，ｙ）／∂ｙとみなし、式(4)、(5)か
ら傾斜角度シフト関数ｇAshift(y)と傾斜角度ティルト関数ｇAtilt(y)を求める。
（i）：式(1)で表される被検面Ａ上の無偏心点列データ（ｙ，ｚ）を求める。
（ii）：単位シフト点列データ（ｙｓ，ｚｓ）を無偏心点列データ（ｙ，ｚ）を単位シフト量δA0だけシフトさせて求める。
（iii）：単位ティルト量εA0による単位ティルト点列データ（ｙｔ，ｚｔ）を、無偏心点列データ（ｙ，ｚ）を回転行列Ｔで変換することにより求める。
（iv）：無偏心点列データ（ｙ，ｚ）、単位シフト点列データ（ｙｓ，ｚｓ）、単位ティルト点列データ（ｙｔ，ｚｔ）の微分点列データ（ｙ，ｚ’）、（ｙｓ，ｚｓ’）、（ｙｔ，ｚｔ’）を求める。
（v）：微分点列データ（ｙ，ｚ’）、（ｙｓ，ｚｓ’）、（ｙｔ，ｚｔ’）をそれぞれ最小２乗法によって多項式近似し、得られた多項式をそれぞれ、∂ｆA(y)／∂y、∂ｆAs（δ0，ｙ）／∂ｙ、∂ｆAt（ε0，ｙ）／∂ｙとみなし、式(4)、(5)か
ら傾斜角度シフト関数ｇAshift(y)と傾斜角度ティルト関数ｇAtilt(y)を求める。
具体例１（偏心が小さい場合）
具体例１は任意の偏心量が非常に小さい場合について、式(6)が成り立つことを示した例である。
単位シフト量δA0＝１μｍと単位ティルト量εA0＝０．１分のときの傾斜角度シフト関数ｇAshift(y)と傾斜角度ティルト関数ｇAtilt(y)を図７に示す。図７に示すように、傾斜角度シフト関数ｇAshift(y)と傾斜角度ティルト関数ｇAtilt(y)は、それぞれ形状が異なることがわかる。
次に、式(3)に従って求めた傾斜角度変化関数ｇ１（δA0，εA0，y）と、式(7)においてα＝１、β＝１として求めた傾斜角度変化関数ｇ２（δA0，εA0，y）とを図８に示す。
図８より、傾斜角度変化関数ｇ１（δA0，εA0，y）と傾斜角度変化関数ｇ２（δA0，εA0，y）＝ｇAshift(y)＋ｇAtilt(y)との差がほとんど０であることが分かる。つまり、ｇ１（δA0，εA0，y）＝ｇ２（δA0，εA0，y）であり、式(6)が成立することがわかる。
具体例１は任意の偏心量が非常に小さい場合について、式(6)が成り立つことを示した例である。
単位シフト量δA0＝１μｍと単位ティルト量εA0＝０．１分のときの傾斜角度シフト関数ｇAshift(y)と傾斜角度ティルト関数ｇAtilt(y)を図７に示す。図７に示すように、傾斜角度シフト関数ｇAshift(y)と傾斜角度ティルト関数ｇAtilt(y)は、それぞれ形状が異なることがわかる。
次に、式(3)に従って求めた傾斜角度変化関数ｇ１（δA0，εA0，y）と、式(7)においてα＝１、β＝１として求めた傾斜角度変化関数ｇ２（δA0，εA0，y）とを図８に示す。
図８より、傾斜角度変化関数ｇ１（δA0，εA0，y）と傾斜角度変化関数ｇ２（δA0，εA0，y）＝ｇAshift(y)＋ｇAtilt(y)との差がほとんど０であることが分かる。つまり、ｇ１（δA0，εA0，y）＝ｇ２（δA0，εA0，y）であり、式(6)が成立することがわかる。
具体例２（偏心が大きい場合）
具体例２は任意の偏心量が大きい場合について式(6)が成り立つことを示した例である。
被検面Ａの任意の偏心量を（１００μｍ，１００分）とする。式(3)に従う傾斜角度変化関数ｇ１（１００μｍ，１００分，ｙ）＝ｇ１（１００δA0，１０００εA0，y）と式(6)に従う傾斜角度変化関数ｇ２（１００μｍ，１００分，y）＝１００ｇAshift(y)＋１０００ｇAtilt(y)を図９に示す。
図９より、具体例１の場合と比べてシフト量が１００倍、ティルト量が１０００倍と非常に大きくなっているにもかかわらず、傾斜角度変化関数ｇ１（１００μｍ，１００分，ｙ）と傾斜角度変化関数ｇ２（１００μｍ，１００分，y）との差がほとんど０であり、式(6)が成立することが分かる。
具体例２は任意の偏心量が大きい場合について式(6)が成り立つことを示した例である。
被検面Ａの任意の偏心量を（１００μｍ，１００分）とする。式(3)に従う傾斜角度変化関数ｇ１（１００μｍ，１００分，ｙ）＝ｇ１（１００δA0，１０００εA0，y）と式(6)に従う傾斜角度変化関数ｇ２（１００μｍ，１００分，y）＝１００ｇAshift(y)＋１０００ｇAtilt(y)を図９に示す。
図９より、具体例１の場合と比べてシフト量が１００倍、ティルト量が１０００倍と非常に大きくなっているにもかかわらず、傾斜角度変化関数ｇ１（１００μｍ，１００分，ｙ）と傾斜角度変化関数ｇ２（１００μｍ，１００分，y）との差がほとんど０であり、式(6)が成立することが分かる。
具体例３（その他の非球面形状）
具体例３は、更に、表１に示した以外の非球面においても、式(6)が成り立つことを示した例である。
具体例３で用いる非球面データを次の表２に示す。
具体例３は、更に、表１に示した以外の非球面においても、式(6)が成り立つことを示した例である。
具体例３で用いる非球面データを次の表２に示す。
表２のＮｏ．１〜３の被検面Ａに関する傾斜角度シフト変化関数ｇAshift(y)、傾斜角度ティルト変化関数ｇAtilt(y)をそれぞれ図１０、１２、１４に示す。また、図１１、１３、１５にＮｏ．１〜３の被検面Ａにおける式(3)に従う傾斜変化関数ｇ１（δA，εA，y）と、式(6)に従う傾斜変化関数ｇ２（δA，εA，y）＝αｇAshift(y)＋βｇAtilt(y)と、それらの関数の差を示す。
これらの図１０〜１５より、いずれも式(6)が成立していることが分かる。
このように、具体例１〜３の場合においても、被検面Ａの偏心量（δA，εA）による傾斜角度変化関数は、式(6)に従うことがわかる。
これらの図１０〜１５より、いずれも式(6)が成立していることが分かる。
このように、具体例１〜３の場合においても、被検面Ａの偏心量（δA，εA）による傾斜角度変化関数は、式(6)に従うことがわかる。
第１実施形態及び第２実施形態の非球面偏心測定装置では、傾斜角度の変化を求める代わりに、各光線Ｑ１ｉ’のスポット位置を検出している。この点について説明する。
集光レンズ３、コリメータレンズ１５、結像レンズ１６及び被検面Ａのデータは予めわかっている。よって、被検面Ａが偏心を持たない場合のスポット位置Ｐ１ｉと偏心が生じたときのスポット位置Ｐ１miの差であるスポットズレ量をΔＰ１i（ｉ＝１，２，…，Ｎ）とすると、このΔＰ１iと傾斜角度変化関数ｇ１（δ，ε，y）の間に、式（９）に示すような関係式を求めることができる。
ｇ１（δ，ε，y）=ｈ（ΔＰ１ｉ，θ１ｉ） （９）
また、被検面Ａ上のｙ座標ｙ１ｉについては、式（１０）に示すように、各光線Ｑ１ｉの入射角θ１ｉの関数として与えられる。
ｙ１ｉ＝ｙ１ｉ（θ１ｉ） （ｉ＝１，２，…，Ｎ） （１０）
結局、第１及び第２実施形態の非球面測定装置においては、以上の式（９）を用いることによって、光学的に被検面Ａの傾斜角度変化関数を求めることができる。よって、演算装置４によって、式（６）、（７）に関する解析を行うことによって、被検面Ａの偏心（δA，εA）を算出することが可能となる。
集光レンズ３、コリメータレンズ１５、結像レンズ１６及び被検面Ａのデータは予めわかっている。よって、被検面Ａが偏心を持たない場合のスポット位置Ｐ１ｉと偏心が生じたときのスポット位置Ｐ１miの差であるスポットズレ量をΔＰ１i（ｉ＝１，２，…，Ｎ）とすると、このΔＰ１iと傾斜角度変化関数ｇ１（δ，ε，y）の間に、式（９）に示すような関係式を求めることができる。
ｇ１（δ，ε，y）=ｈ（ΔＰ１ｉ，θ１ｉ） （９）
また、被検面Ａ上のｙ座標ｙ１ｉについては、式（１０）に示すように、各光線Ｑ１ｉの入射角θ１ｉの関数として与えられる。
ｙ１ｉ＝ｙ１ｉ（θ１ｉ） （ｉ＝１，２，…，Ｎ） （１０）
結局、第１及び第２実施形態の非球面測定装置においては、以上の式（９）を用いることによって、光学的に被検面Ａの傾斜角度変化関数を求めることができる。よって、演算装置４によって、式（６）、（７）に関する解析を行うことによって、被検面Ａの偏心（δA，εA）を算出することが可能となる。
従って、第１及び第２実施形態の非球面偏心測定装置においては、式(9)を用いることにより、被検面Ａの傾斜角度変化関数を求めることができる。よって、演算装置４によって式(6)、(7)に関する解析を行うことによって被検面Ａの偏心量（δA，εA）を算出することができる。
以上の第１実施形態乃至第４実施形態の非球面偏心測定装置を用いた偏心測定の説明では、被球面レンズＴＬの被検面Ａについて、光軸ＡＸに関する偏心量（δA，εA）を求めた。同様に、非球面レンズＴＬの被検面Ｂについても、光軸ＡＸに関する偏心量（δB，εB）を求めることができる。そして、偏心量（δB，εB）が求まれば、非球面レンズＴＬの被検面Ａ、Ｂ間の相対的な面間偏心（δA−δB，εA−εB）を求めることができる。その場合、非球面レンズＴＬの被検面Ａ，Ｂの偏心量の差をとるときに、非球面レンズＴＬを保持する保持手段３、保持手段３に保持される非球面レンズＴＬの位置、基準台５等に含まれている誤差が相殺されることになる。
従って、第１及び第２実施形態の非球面偏心測定装置及び非球面偏心測定方法を用いれば、非球面レンズＴＬを保持する保持手段３を厳密にセッティングする必要がなく、光検出素子１７，２７によって得られる光線のスポット移動量から傾斜角度分布を求めるだけで、非球面レンズＴＬの面間偏心を求めることが可能となる。
また、第３及び第４実施形態の非球面偏心測定装置及び非球面偏心測定方法を用いれば、非球面レンズＴＬを保持する保持手段３を厳密にセッティングする必要がなく、検出手段１’，２’によって得られる傾斜角度分布を求めるだけで、非球面レンズＴＬの面間偏心を求めることが可能となる。
なお、いずれか一方の被検面が非球面でない場合には、非球面でない被検面については従来公知の偏心測定方法で偏心量を測定し、被球面について本発明の非球面偏心方法で測定すればよい。その場合、非球面については従来の方法に比べて簡単に導出できる。また、面間偏心は両面の偏心量の差をとるため、従来公知の偏心測定方法で測定した非球面でない被検面の偏心量に含まれる保持手段等の誤差と本発明の非球面偏心測定方法で測定した非球面の偏心量に含まれる保持手段等の誤差とが相殺される。このため、保持手段等を厳密にセッティングする必要がない。
また、第３及び第４実施形態の非球面偏心測定装置及び非球面偏心測定方法を用いれば、非球面レンズＴＬを保持する保持手段３を厳密にセッティングする必要がなく、検出手段１’，２’によって得られる傾斜角度分布を求めるだけで、非球面レンズＴＬの面間偏心を求めることが可能となる。
なお、いずれか一方の被検面が非球面でない場合には、非球面でない被検面については従来公知の偏心測定方法で偏心量を測定し、被球面について本発明の非球面偏心方法で測定すればよい。その場合、非球面については従来の方法に比べて簡単に導出できる。また、面間偏心は両面の偏心量の差をとるため、従来公知の偏心測定方法で測定した非球面でない被検面の偏心量に含まれる保持手段等の誤差と本発明の非球面偏心測定方法で測定した非球面の偏心量に含まれる保持手段等の誤差とが相殺される。このため、保持手段等を厳密にセッティングする必要がない。
図１６は本発明の非球面偏心測定装置であって、実施例１の概略構成図である。
実施例１の非球面偏心測定装置は、被検非球面（被検面）Ａの偏心を測定する第１測定部１と、被検非球面（被検面）Ｂを測定する第２測定部２と、非球面レンズＴＬを保持する保持手段３と、演算装置４とを有して構成されている。
第１測定部１は、コリメート光Ｑ１を生成するHe−Neレーザである第１光源ユニット１１と、第１光源ユニット１１から射出されたコリメート光Ｑ１を非球面レンズＴＬの被検非球面Ａの近軸曲率中心ＦＡ近傍に集光する正のパワーを有する第１非球面照射レンズ１３と、第１光源ユニット１１から射出されたコリメート光Ｑ１を、第１非球面照射レンズ１３を介して集光される際の第１非球面照射レンズ１３の光軸ＡＸとのなす角度がθ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）である光線Ｑ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）に変化させる第１角度変化手段１２と、非球面レンズＴＬの被検非球面Ａで反射した光線Ｑ１ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ）を反射するビームスプリッタである第１反射手段１４と、光線Ｑ１ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ）を略平行光に変換する第１コリメータレンズ１５と、光線Ｑ１ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ）を集光する第１結像レンズ１６と、光線Ｑ１ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ）のスポット位置を検出するＣＣＤである第１検出手段１７によって構成されている。
実施例１の非球面偏心測定装置は、被検非球面（被検面）Ａの偏心を測定する第１測定部１と、被検非球面（被検面）Ｂを測定する第２測定部２と、非球面レンズＴＬを保持する保持手段３と、演算装置４とを有して構成されている。
第１測定部１は、コリメート光Ｑ１を生成するHe−Neレーザである第１光源ユニット１１と、第１光源ユニット１１から射出されたコリメート光Ｑ１を非球面レンズＴＬの被検非球面Ａの近軸曲率中心ＦＡ近傍に集光する正のパワーを有する第１非球面照射レンズ１３と、第１光源ユニット１１から射出されたコリメート光Ｑ１を、第１非球面照射レンズ１３を介して集光される際の第１非球面照射レンズ１３の光軸ＡＸとのなす角度がθ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）である光線Ｑ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）に変化させる第１角度変化手段１２と、非球面レンズＴＬの被検非球面Ａで反射した光線Ｑ１ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ）を反射するビームスプリッタである第１反射手段１４と、光線Ｑ１ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ）を略平行光に変換する第１コリメータレンズ１５と、光線Ｑ１ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ）を集光する第１結像レンズ１６と、光線Ｑ１ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ）のスポット位置を検出するＣＣＤである第１検出手段１７によって構成されている。
第２測定部２は、コリメート光Ｑ２を生成するHe−Neレーザである第２光源ユニット２１と、第２光源ユニット２１から射出されたコリメート光Ｑ２を非球面レンズＴＬの被検非球面Ｂの近軸曲率中心ＦＢ近傍に集光する正のパワーを有する第２非球面照射レンズ２３と、第２光源ユニット２１から射出されたコリメート光Ｑ２を、第２非球面照射レンズ２３を介して集光される際の第２非球面照射レンズ２３の光軸ＡＸとのなす角度がθ２ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）である光線Ｑ２ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）に変化させる第２角度変化手段２２と、非球面レンズＴＬの被検非球面Ｂで反射した光線Ｑ２ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ）を反射するビームスプリッタである第２反射手段２４と、光線Ｑ２ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ）を略平行光に変換する第２コリメータレンズ２５と、光線Ｑ２ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ）を集光する第２結像レンズ２６と、光線Ｑ２ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ）のスポット位置を検出するＣＣＤである第２検出手段２７によって構成されている。
なお、演算装置４は、第１及び第２の検出手段１７，２７で検出される各光線Ｑ１ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ），Ｑ２ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ）のスポット位置に基づいて、上述した式(4)〜式(10)を用いた解析を行って非球面Ａの偏心量を算出するように構成されている。
第１角度変化手段１２は、第１集光レンズ１２１と第１コリメータレンズ１２３と、第１集光レンズ１２１の後側焦平面と第１コリメータレンズ１２３の前側焦平面近傍を回転中心とした第１ミラーユニット１２２と、図示されない制御装置とによって構成され、第１ミラーユニット１２２の回転角の情報を演算装置４に送る機能を有している。
演算装置４は、第１角度変化手段１２から送られた第１ミラーユニット１２２の回転角の情報から、これに対応する第１コリメータレンズ１２３〜第１非球面照射レンズ１３間において光軸ＡＸに平行となっている状態での各光線Ｑ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の光軸ＡＸからの距離、及び第１非球面照射レンズ１３を介して集光される際の第１非球面照射レンズ１３の光軸ＡＸとのなす角度θ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）を計算し、最終的に被検非球面Ａに入射する際の座標ｙ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）を求める。更に、演算装置４は、この被検非球面Ａにおけるｙ１ｉ座標と、検出手段１７で得られるスポット位置Ｐ１mi（ｉ＝１，２，…，Ｎ）を用い、式(4)〜式(10)を用いて、被検非球面Ａの偏心量を導出する。
演算装置４は、第１角度変化手段１２から送られた第１ミラーユニット１２２の回転角の情報から、これに対応する第１コリメータレンズ１２３〜第１非球面照射レンズ１３間において光軸ＡＸに平行となっている状態での各光線Ｑ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の光軸ＡＸからの距離、及び第１非球面照射レンズ１３を介して集光される際の第１非球面照射レンズ１３の光軸ＡＸとのなす角度θ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）を計算し、最終的に被検非球面Ａに入射する際の座標ｙ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）を求める。更に、演算装置４は、この被検非球面Ａにおけるｙ１ｉ座標と、検出手段１７で得られるスポット位置Ｐ１mi（ｉ＝１，２，…，Ｎ）を用い、式(4)〜式(10)を用いて、被検非球面Ａの偏心量を導出する。
第２角度変化手段２２も、第１角度変化手段１２と同様に、第２集光レンズ２２１と第２コリメータレンズ２２３と、第２集光レンズ２２１の後側焦平面と第２コリメータレンズ２２３の前側焦平面近傍を回転中心とした第２ミラーユニット２２２と、図示されない制御装置とによって構成され、第２ミラーユニット２２２の回転角の情報を演算装置４に送る機能を有している。
演算装置４は、第２角度変化手段２２から送られた第２ミラーユニット２２２の回転角の情報から、これに対応する第２コリメータレンズ２２３〜第２非球面照射レンズ２３間において光軸ＡＸに平行となっている状態での各光線Ｑ２ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の光軸ＡＸからの距離、及び第２非球面照射レンズ２３を介して集光される際の第２非球面照射レンズ２３の光軸ＡＸとのなす角度θ２ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）を計算し、最終的に被検非球面Ｂに入射する際の座標ｙ２ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）を求める。更に、演算装置４は、この被検非球面Ｂにおけるｙ２ｉ座標と、検出手段２７で得られるスポット位置Ｐ２mi（ｉ＝１，２，…，Ｎ）を用い、式(4)〜式(10)を用いて、被検非球面Ｂの偏心量を導出する。
更に、演算装置４は、求めた非球面Ａの偏心量と非球面Ｂの偏心量との差から非球面レンズＴＬの被検非球面Ａ，Ｂ間の相対的な面間偏心を算出する。
演算装置４は、第２角度変化手段２２から送られた第２ミラーユニット２２２の回転角の情報から、これに対応する第２コリメータレンズ２２３〜第２非球面照射レンズ２３間において光軸ＡＸに平行となっている状態での各光線Ｑ２ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の光軸ＡＸからの距離、及び第２非球面照射レンズ２３を介して集光される際の第２非球面照射レンズ２３の光軸ＡＸとのなす角度θ２ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）を計算し、最終的に被検非球面Ｂに入射する際の座標ｙ２ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）を求める。更に、演算装置４は、この被検非球面Ｂにおけるｙ２ｉ座標と、検出手段２７で得られるスポット位置Ｐ２mi（ｉ＝１，２，…，Ｎ）を用い、式(4)〜式(10)を用いて、被検非球面Ｂの偏心量を導出する。
更に、演算装置４は、求めた非球面Ａの偏心量と非球面Ｂの偏心量との差から非球面レンズＴＬの被検非球面Ａ，Ｂ間の相対的な面間偏心を算出する。
図１７は実施例１の変形例である実施例２にかかる非球面偏心測定装置に用いる角度変化手段の概略構成を示す説明図である。なお、実施例２の非球面偏心測定装置は、角度変化手段以外の構成については実施例１と同様であるので図示を省略してある。
実施例２の非球面偏心測定装置では、第１角度変化手段１２は、２つの第１ミラーユニット１２６，１２２をそれぞれの回転方向が直交するように設けて、各光線Ｑ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）を２次元方向に走査できるように構成されている。
即ち、第１非球面照射レンズ１３を介して集光される際の第１非球面照射レンズ１３の光軸ＡＸとのなす角度θ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）は、ミラーユニット１２６を回転させることにより、ｘ軸とｙ軸のいずれか一方の方向において変化し、ミラーユニット１２２を回転させることにより、ｘ軸とｙ軸の他方の方向において変化する。
このため、実施例２の非球面偏心量測定装置によれば、非球面Ａの任意の方向の偏心測定に対処可能となる。
その他の作用効果は実施例１とほぼ同じである。
なお、第２角度変化手段２２においても、上記第１角度変化手段１２と同様に２つのミラーユニットをそれぞれの回転方向が直交するように設けて、各光線Ｑ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）を２次元方向に走査できるように構成してもよい。
実施例２の非球面偏心測定装置では、第１角度変化手段１２は、２つの第１ミラーユニット１２６，１２２をそれぞれの回転方向が直交するように設けて、各光線Ｑ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）を２次元方向に走査できるように構成されている。
即ち、第１非球面照射レンズ１３を介して集光される際の第１非球面照射レンズ１３の光軸ＡＸとのなす角度θ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）は、ミラーユニット１２６を回転させることにより、ｘ軸とｙ軸のいずれか一方の方向において変化し、ミラーユニット１２２を回転させることにより、ｘ軸とｙ軸の他方の方向において変化する。
このため、実施例２の非球面偏心量測定装置によれば、非球面Ａの任意の方向の偏心測定に対処可能となる。
その他の作用効果は実施例１とほぼ同じである。
なお、第２角度変化手段２２においても、上記第１角度変化手段１２と同様に２つのミラーユニットをそれぞれの回転方向が直交するように設けて、各光線Ｑ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）を２次元方向に走査できるように構成してもよい。
図１８は実施例１の変形例である実施例３にかかる非球面偏心測定装置の角度変化手段に用いるミラーユニットを示す平面図である。なお、実施例３の非球面偏心測定装置は、ミラーユニット以外の構成については実施例１と同様であるので図示を省略してある。
実施例３の非球面偏心測定装置では、第１角度変化手段１２のミラーユニット１２２３が、ＭＥＭＳなどの２次元方向に走査可能な手段を用いて、各光線Ｑ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）を２次元方向に走査できるように構成されている。
実施例３の非球面偏心量測定装置によれば、実施例２に比べて少ない部材点数で非球面Ａの任意の方向の偏心測定に対処可能となる。
なお、第２角度変化手段２２のミラーユニットも、第１角度変化手段１２と同様にＭＥＭＳなどの２次元方向に走査可能な手段を用いて、各光線Ｑ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）を２次元方向に走査できるように構成してもよい。
また、図２０に示すようなアフォーカルレンズ１８を、図１６中の第１コリメータレンズ１５と第１結像レンズ１６の間に挿入してもよい。このようにすることにより、第１コリメータレンズを射出する光線Ｑ１Ｉ’の偏心による角度変化を拡大させることができる。つまり、微小な偏心による各光線Ｑ１Ｉ’のスポットズレ量ΔＰ１ｉを大きくさせることができるので、測定分解能の向上が実現される。同様に、図１６中の第２コリメータレンズ２５と第２結像レンズ２６の間に、アフォーカルレンズを配置すれば、測定分解能の向上の効果が得られる。
実施例３の非球面偏心測定装置では、第１角度変化手段１２のミラーユニット１２２３が、ＭＥＭＳなどの２次元方向に走査可能な手段を用いて、各光線Ｑ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）を２次元方向に走査できるように構成されている。
実施例３の非球面偏心量測定装置によれば、実施例２に比べて少ない部材点数で非球面Ａの任意の方向の偏心測定に対処可能となる。
なお、第２角度変化手段２２のミラーユニットも、第１角度変化手段１２と同様にＭＥＭＳなどの２次元方向に走査可能な手段を用いて、各光線Ｑ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）を２次元方向に走査できるように構成してもよい。
また、図２０に示すようなアフォーカルレンズ１８を、図１６中の第１コリメータレンズ１５と第１結像レンズ１６の間に挿入してもよい。このようにすることにより、第１コリメータレンズを射出する光線Ｑ１Ｉ’の偏心による角度変化を拡大させることができる。つまり、微小な偏心による各光線Ｑ１Ｉ’のスポットズレ量ΔＰ１ｉを大きくさせることができるので、測定分解能の向上が実現される。同様に、図１６中の第２コリメータレンズ２５と第２結像レンズ２６の間に、アフォーカルレンズを配置すれば、測定分解能の向上の効果が得られる。
図１９は本発明の第４実施例にかかる非球面偏心量測定装置の概略構成図である。
実施例４の非球面偏心測定装置は、第１角度変化手段１２が、第１ビームエキスパンダー１２４と、開口位置を制御可能な第１開口ユニット１２５によって構成されている。
第１開口ユニット１２５の開口部は、第１ビームエキスパンダー１２４によって拡張される平行光束の一部を通過させることによって、光線Ｑ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）を生成し、実施例１〜３の角度変化手段とほぼ同じように機能する。
その他の構成及び作用効果は実施例１とほぼ同様である。
また、第２角度変化手段２２も、第１角度変化手段１２と同様に、ビームエキスパンダーと、開口位置を制御可能な開口ユニットによって構成してもよい。
実施例４の非球面偏心測定装置は、第１角度変化手段１２が、第１ビームエキスパンダー１２４と、開口位置を制御可能な第１開口ユニット１２５によって構成されている。
第１開口ユニット１２５の開口部は、第１ビームエキスパンダー１２４によって拡張される平行光束の一部を通過させることによって、光線Ｑ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）を生成し、実施例１〜３の角度変化手段とほぼ同じように機能する。
その他の構成及び作用効果は実施例１とほぼ同様である。
また、第２角度変化手段２２も、第１角度変化手段１２と同様に、ビームエキスパンダーと、開口位置を制御可能な開口ユニットによって構成してもよい。
以上説明したように、本発明の非球面偏心測定装置及び非球面偏心測定方法は、特許請求の範囲に記載した発明の他に以下のような特徴を有している。
（１）前記演算装置は、被検面Ａの設計データから、被検面Ａが偏心を持たない場合の各光線Ｑ１ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ）のスポット位置Ｐ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）と、被検面Ａが前記非球面照射レンズの光軸ＡＸに対して垂直な方向に単位シフト量δA0だけ平行移動した際の各光線Ｑ１ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ）のスポット位置Ｐ１Asi（ｉ＝１，２，…，Ｎ）との差から求められる被検面Ａの傾斜角度シフト変化関数ｇAshift(y)と、被検面Ａが偏心を持たない場合の各光線Ｑ１ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ）のスポット位置Ｐ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）と、被検面Ａが前記集光レンズの光軸ＡＸを含む面内で単位ティルト量εA0だけ回転移動した際の各光線Ｑ１ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ）のスポット位置Ｐ１Ati（ｉ＝１，２，…，Ｎ）との差から求められる被検面Ａの傾斜角度ティルト変化関数ｇAtilt(y)とをあらかじめ備えており、実際に前記光検出素子によって得られる各光線Ｑ１ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ）のスポット位置のズレ量ΔＰ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）から算出される被検非球面の傾斜角度分布を、前記傾斜角度シフト変化関数ｇAshift(y)と前記傾斜角度ティルト変化関数ｇAtilt(y)をそれぞれ係数をかけて足し合わせて線形結合した関数ｇ２（δA，εA，ｙ）＝αｇAshift(y)＋βｇAtilt(y)とし、その係数α、βから被検面Ａのシフト量とティルト量（δA，εA）＝（αδA0，βεA0）を算出することを特徴とする請求項１に記載の非球面偏心測定装置。
（２）前記演算装置は、被検面Ａ，Ｂの設計データから、被検面Ａが偏心を持たない場合の各光線Ｑ１ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ）のスポット位置Ｐ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）と、被検面Ａが前記非球面照射レンズの光軸ＡＸに対して垂直な方向に単位シフト量δA0だけ平行移動した際の各光線Ｑ１ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ）のスポット位置Ｐ１Asi（ｉ＝１，２，…，Ｎ）との差から求められる被検面Ａの傾斜角度シフト変化関数ｇAshift(y)と、被検面Ａが偏心を持たない場合の各光線Ｑ１ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ）のスポット位置Ｐ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）と、被検面Ａが前記非球照射レンズの光軸ＡＸを含む面内で単位ティルト量εA0だけ回転移動した際の各光線Ｑ１ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ）のスポット位置Ｐ１Ati（ｉ＝１，２，…，Ｎ）との差から求められる被検面Ａの傾斜角度ティルト変化関数ｇAtilt(y)と、被検面Ｂが偏心を持たない場合の各光線Ｑ２ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ）のスポット位置Ｐ２ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）と、被検面Ｂが前記非球面照射レンズの光軸ＡＸに対して垂直な方向に単位シフト量δB0だけ平行移動した際の各光線Ｑ２ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ）のスポット位置Ｐ２Bsi（ｉ＝１，２，…，Ｎ）との差から求められる被検面Ｂの傾斜角度シフト変化関数ｇBshift(y)と、被検面Ｂが偏心を持たない場合の各光線Ｑ２ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ）のスポット位置Ｐ２ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）と、被検面Ｂが前記第２集光レンズの光軸ＡＸを含む面内で単位ティルト量εB0だけ回転移動した際の各光線Ｑ２ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ）のスポット位置Ｐ２Bti（ｉ＝１，２，…，Ｎ）との差から求められる被検面Ｂの傾斜角度ティルト変化関数ｇBtilt(y)とをあらかじめ備えており、実際に前記検出手段によって得られる各光線Ｑ１ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ）のスポット位置のズレ量ΔＰ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）から算出される被検面Ａの傾斜角度分布を、前記傾斜角度シフト変化関数ｇAshift(y)と前記傾斜角度ティルト変化関数ｇAtilt(y)をそれぞれ係数をかけて足し合わせて線形結合した関数ｇ２（δA，εA，ｙ）＝αｇAshift(y)＋βｇAtilt(y)とし、その係数α、βから被検面Ａのシフト量とティルト量（δA，εA）＝（αδA0，βεA0）を算出するとともに、実際に前記検出手段によって得られる各光線Ｑ２ｉ’（ｉ＝１，２，…，Ｎ）のスポット位置のズレ量ΔＰ２ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）から算出される被検面Ｂの傾斜角度分布を、前記傾斜角度シフト変化関数ｇBshift(y)と前記傾斜角度ティルト変化関数ｇBtilt(y)をそれぞれ係数をかけて足し合わせて線形結合した関数ｇ２（δB，εB，ｙ）＝αｇBshift(y)＋βｇBtilt(y)とし、その係数α、βから被検面Ｂのシフト量とティルト量（δB，εB）＝（αδB0，βεB0）を算出し、非球面レンズの被検面Ａ，Ｂ間の相対的な面間偏心（δA−δB，εA−εB）を算出することを特徴とする請求項２に記載の非球面偏心測定装置。
（３）前記角度変化手段が、前記光源ユニットから射出された光線Ｑ１を集光する集光レンズと、回転によって光線Ｑ１の反射角度を可変にする反射角可変素子と、該反射角可変素子で反射した光線Ｑ１を光軸ＡＸに対して平行にするコリメータレンズによって構成され、前記反射角可変素子は、回転中心を前記集光レンズの後側焦平面近傍と前記コリメータレンズの前側焦平面近傍に一致して配置され、該反射角可変素子の回転によって前記各光線Ｑ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）を発生させることを特徴とする請求項１又は上記（１）に記載の非球面偏心測定装置。
（４）前記角度変化手段が、前記光源ユニットから射出された光線Ｑ１を集光する集光レンズと、回転によって光線Ｑ１の反射角度を可変にする第１反射角可変素子と、該第１反射角可変素子で反射した光線Ｑ１を光軸ＡＸに対して平行にする第１コリメータレンズによって構成され、前記第１反射角可変素子は、回転中心を前記第１集光レンズの後側焦平面近傍と前記第１コリメータレンズの前側焦平面近傍に一致して配置され、該第１反射角可変素子の回転によって前記各光線Ｑ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）を発生させ、
前記第２角度変化手段が、前記第２光源ユニットから射出された光線Ｑ２を集光する第２集光レンズと、回転によって光線Ｑ２の反射角度を可変にする第２反射角可変素子と、該第２反射角可変素子で反射した光線Ｑ２を光軸ＡＸに対して平行にする第２コリメータレンズによって構成され、前記第２反射角可変素子は、回転中心を前記第２集光レンズの後側焦平面近傍と前記第２コリメータレンズの前側焦平面近傍に一致して配置され、該第２反射角可変素子の回転によって前記各光線Ｑ２ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）を発生させることを特徴とする請求項２又は上記（２）に記載の非球面偏心測定装置。
前記第２角度変化手段が、前記第２光源ユニットから射出された光線Ｑ２を集光する第２集光レンズと、回転によって光線Ｑ２の反射角度を可変にする第２反射角可変素子と、該第２反射角可変素子で反射した光線Ｑ２を光軸ＡＸに対して平行にする第２コリメータレンズによって構成され、前記第２反射角可変素子は、回転中心を前記第２集光レンズの後側焦平面近傍と前記第２コリメータレンズの前側焦平面近傍に一致して配置され、該第２反射角可変素子の回転によって前記各光線Ｑ２ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）を発生させることを特徴とする請求項２又は上記（２）に記載の非球面偏心測定装置。
（５）前記角度変化手段は、二つの前記反射角可変素子を反射角の可変方向が互いに直交するように有し、該二つの反射角可変素子を介して前記光線Ｑ１を２次元方向に走査するように構成されていることを特徴とする上記（３）に記載の非球面偏心測定装置。
（６）前記角度変化手段と前記第２角度変化手段が、反射角の可変方向が互いに直交するように配置された二つの前記反射角可変素子をそれぞれ有し、前記角度変化手段における二つの反射角可変素子を介して前記光線Ｑ１を２次元方向に走査するとともに、前記第２角度変化手段における二つの反射角可変素子を介して前記光線Ｑ２を２次元方向に走査するように構成されていることを特徴とする上記（４）に記載の非球面偏心測定装置。
（７）前記反射角可変素子が、２次元方向に反射角度を設定可能に構成されていることを特徴とする上記（３）に記載の非球面偏心測定装置。
（８）前記第１反射角可変素子と前記第２反射角可変素子が、それぞれ２次元方向に反射角度を設定可能に構成されていることを特徴とする上記（４）に記載の非球面偏心測定装置。
（９）前記角度変化手段が、前記光源ユニットから生成されるコリメート光の光束断面を拡大するビームエキスパンダーと、開口位置を可変にする開口素子とを有し、前記開口素子を前記ビームエキスパンダーの光軸に垂直な面内で移動させることにより、前記各光線Ｑ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）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又は上記（１）に記載の非球面偏心測定装置。
（１０）前記角度変化手段が、前記第１光源ユニットから生成されるコリメート光の光束断面を拡大する第１ビームエキスパンダーと、開口位置を可変にする第１開口素子とを有し、前記第１開口素子を前記第１ビームエキスパンダーの光軸に垂直な面内で移動させることにより、前記各光線Ｑ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）を生成するように構成されているとともに、
前記第２角度変化手段が、前記第２光源ユニットから生成されるコリメート光の光束断面を拡大する第２ビームエキスパンダーと、開口位置を可変にする第２開口素子とを有し、前記第２開口素子を前記第２エキスパンダーの光軸に垂直な面内で移動させることにより、前記各光線Ｑ２ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）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２又は上記（２）に記載の非球面偏心測定装置。
前記第２角度変化手段が、前記第２光源ユニットから生成されるコリメート光の光束断面を拡大する第２ビームエキスパンダーと、開口位置を可変にする第２開口素子とを有し、前記第２開口素子を前記第２エキスパンダーの光軸に垂直な面内で移動させることにより、前記各光線Ｑ２ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）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２又は上記（２）に記載の非球面偏心測定装置。
（１１）前記コリメータレンズと前記結像レンズとの間の各光線Ｑ１ｉ’（ｉ＝１，２，．．．，Ｎ）の倍率を拡大するアフォーカルレンズを備えたことを特徴とする上記（３），（５），（７），（９）のいずれかに記載の非球面偏心測定装置。
（１２）前記コリメータレンズと前記結像レンズとの間の各光線Ｑ１ｉ’（ｉ＝１，２，．．．，Ｎ）の倍率を拡大する第１アフォーカルレンズを備えるとともに、前記第２コリメータレンズと前記第２結像レンズとの間の各光線Ｑ２ｉ’（ｉ＝１，２，．．．，Ｎ）の倍率を拡大する第２アフォーカルレンズを備えたことを特徴とする上記（４），（６），（８），（１０）のいずれかに記載の非球面偏心測定装置。
１ 第１測定部
２ 第２測定部
３ 保持治具
４ 演算装置
５ 基準台
５ａ 支持部材
１’、２’ 検出手段
１１、２１ 光源ユニット
１２、２２ 角度変化手段
１３、２３ 非球面照射レンズ
１４、２４ 反射素子
１５、２５ コリメータレンズ
１６、２６ 結像レンズ
１７、２７ 検出手段（ＣＣＤ）
１８、２８ アフォーカルレンズ
１２１、２２１ 集光レンズ
１２２、１２２３、２２２ ミラーユニット
１２３、２２３ コリメータレンズ
１２４、２２４ ビームエキスパンダー
１２５、２２５ 開口ユニット
２ 第２測定部
３ 保持治具
４ 演算装置
５ 基準台
５ａ 支持部材
１’、２’ 検出手段
１１、２１ 光源ユニット
１２、２２ 角度変化手段
１３、２３ 非球面照射レンズ
１４、２４ 反射素子
１５、２５ コリメータレンズ
１６、２６ 結像レンズ
１７、２７ 検出手段（ＣＣＤ）
１８、２８ アフォーカルレンズ
１２１、２２１ 集光レンズ
１２２、１２２３、２２２ ミラーユニット
１２３、２２３ コリメータレンズ
１２４、２２４ ビームエキスパンダー
１２５、２２５ 開口ユニット
Claims (4)
- 非球面レンズの偏心量を測定する非球面偏心測定装置であって、
光源ユニットと、
該光源ユニットから射出された光線Ｑ１を、非球面レンズの被検面Ａの近軸曲率中心近傍に集光する集光レンズと、
前記光源ユニットから射出された光線Ｑ１を、光軸ＡＸに対して角度θ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）で、前記被検面Ａに入射させる角度変化手段と、
非球面レンズを保持する保持治具と、
前記角度変化手段と該保持治具の間に配置された光分割素子と、
該光分割素子で反射された光を集光する結像レンズと、
該結像レンズによって集光された光の位置を検出する光検出素子と、
演算装置を有し、
該演算装置は、前記角度変化手段で生じた光線Ｑ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の各々について、前記光検出素子から得られるスポット位置Ｐ１mi（ｉ＝１，２，…，Ｎ）を記憶する工程と、
前記被検面Ａの設計データに基づいて、前記光線Ｑ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）に対するスポット位置Ｐ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）を算出する工程と、
該スポット位置Ｐ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）と前記スポット位置Ｐ１mi（ｉ＝１，２，…，Ｎ）とのズレ量ΔＰ１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）から被検面Ａの偏心量を算出する工程を備えることを特徴とする非球面偏心測定装置。 - 前記保持治具を挟んで、前記光源ユニットの反対側に配置された第２光源ユニットと、
前記光軸ＡＸ上に配置され、該第２光源ユニットから射出された光線Ｑ２を、前記被検面Ａと反対側に位置する被検面Ｂの近軸曲率中心近傍に集光する第２集光レンズと、
前記第２光源ユニットから射出された光線Ｑ２を、光軸ＡＸに対して角度θ２ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）で、前記被検面Ｂに入射させる第２角度変化手段と、
該第２角度変化手段と前記保持治具の間に配置された第２光分割素子と、
該第２光分割素子で反射された光を集光する第２結像レンズと、
該第２結像レンズによって集光された光の位置を検出する第２光検出素子とを有し、
該演算装置は、前記第２角度変化手段で生じた光線Ｑ２ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の各々について、前記第２光検出素子から得られるスポット位置Ｐ２mi（ｉ＝１，２，…，Ｎ）を記憶する工程と、
前記被検面Ｂの設計データに基づいて、前記光線Ｑ２ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）に対するスポット位置Ｐ２ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）を算出する工程と、
該スポット位置Ｐ２ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）と前記スポット位置Ｐ２mi（ｉ＝１，２，…，Ｎ）とのズレ量ΔＰ２ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）から被検面Ｂの偏心量を算出する工程と、
前記第１被検面Ａの偏心量と第２被検面Ｂの偏心量とを用いて、前記非球面レンズの面間偏心を算出する工程を備えることを特徴とする請求項１に記載の非球面偏心測定装置。 - 非球面レンズの偏心を測定する非球面偏心測定方法であって、
前記非球面レンズの被検面Ａの設計データに基づいて、傾斜角度シフト変化関数ｇAshift(y)を求める工程と、
前記非球面レンズの被検面Ａの設計データに基づいて、傾斜角度ティルト変化関数ｇAtilt(y)と求める工程と、
非球面レンズの被検面Ａに接する接線の傾斜角度分布を実測する工程と、
前記実測結果に基づいて、該被検面Ａ上の傾斜角度分布と設計値である無偏心状態での被検面Ａ上の傾斜角度分布との差である傾斜角度変化関数ｇ２（δA，βA，y）を求める工程と、
前記傾斜角度変化関数ｇ２（δA，βA，y）をαｇAshift(y)＋βｇAtilt(y)で表される関数でフィッティングを行う工程と、
前記フィッティングによって求まったα、βから、前記被検面Ａの偏心のシフト量とティルト量（δA，εA）＝（αδA0，βεA0）を求めることを特徴とする非球面偏心測定方法。
ここで、
前記傾斜角度シフト変化関数ｇAshift(y)は、前記被検面Ａが単位シフト量δA0だけ平行移動したときの傾斜角度分布と、無偏心状態での傾斜角度分布との差によって求められる関数であり、
前記傾斜角度ティルト変化関数ｇAtilt(y)は、前記被検面Ａが単位ティルト量εA0だけ回転移動したときの傾斜角度分布と無偏心状態での傾斜角度分布との差によって求められる関数であり、
前記傾斜角度変化関数ｇ２（δA，βA，y）は、前記実測に基づく前記被検面Ａ上の傾斜角度分布と、設計値である無偏心状態での傾斜角度分布との差である。 - 前記非球面レンズ被検面Ａの反対側に位置する被検面Ｂの設計データに基づいて、傾斜角度シフト変化関数ｇBshift(y)を求める工程と、
前記非球面レンズの被検面Ｂの設計データに基づいて、傾斜角度ティルト変化関数ｇBtilt(y)と求める工程と、
非球面レンズの被検面Ｂに接する接線の傾斜角度分布を実測する工程と、
前記実測結果に基づいて、該被検面Ｂ上の傾斜角度分布と設計値である無偏心状態での被検面Ｂ上の傾斜角度分布との差である傾斜角度変化関数ｇ２（δB，βB，y）を求める工程と、
前記傾斜角度変化関数ｇ２（δB，βB，y）をαｇBshift(y)＋βｇBtilt(y)で表される関数でフィッティングを行う工程と、
前記フィッティングによって求まったα、βから、前記被検面Ａの偏心のシフト量とティルト量（δB，εB）＝（αδB0，βεB0）を求める工程と、
被検面Ａの偏心量と被検面Ｂの偏心量とから、非球面レンズの面間偏心（δA−δB，εA−εB）を求めることを特徴とする請求項３に記載の非球面偏心測定方法。
ここで、
前記傾斜角度シフト変化関数ｇBshift(y)は、前記被検面Ｂが単位シフト量δB0だけ平行移動したときの傾斜角度分布と、無偏心状態での傾斜角度分布との差によって求められる関数であり、
前記傾斜角度ティルト変化関数ｇBtilt(y)は、前記被検面Ｂが単位ティルト量εB0だけ回転移動したときの傾斜角度分布と無偏心状態での傾斜角度分布との差によって求められる関数であり、
前記傾斜角度変化関数ｇ２（δB，βB，y）は、前記実測に基づく前記被検面Ｂ上の傾斜角度分布と、設計値である無偏心状態での傾斜角度分布との差である。
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