JP2005156469A - 偏心測定方法及び偏心測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】非球面の非球面軸の傾きが小さくても、非球面レンズの非球面偏心量と非球面偏心方向を高精度に測定可能な非球面レンズの偏心測定方法を提供する。
【解決手段】有効径を含む第１領域と、その外周部に設けられた、第１領域よりも非球面量が大きい第２領域を規定し、この第２領域の面形状を測定することにより非球面レンズの偏心を測定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、非球面を有する光学素子の偏心を測定する偏心測定方法及び偏心測定装置に関する。

非球面を有する光学素子の偏心を測定する偏心測定方法は従来より知られている。特開平８−７５５９７号公報は、このような偏心測定方法の一例を開示している。以下に同公報に記載の偏心測定方法について、図５及び図６（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。図５は非球面レンズの形状を示している。ここで、表面側のレンズ面Ａの非球面軸ｒAとコバ面ａ−ｂとは直交し、裏面側のレンズ面Ｂの非球面軸ｒBとコバ面ｃ−ｄも直交するように、非球面レンズは加工されている。

図６（ａ）、（ｂ）は、従来の偏心測定方法の詳細を説明するための図である。レンズ受け２は、非球面レンズ１の裏面のコバ面ｃ−ｄを水平に保持するためのものである。走査型形状測定機３は、非球面レンズ１の表面を走査して、その形状を測定するためのものである。

また、上記方法では、図示しない傾き調整機構を有する。この傾き調整機構は、保持面ｃ−ｄと走査型形状測定機３の走査軸が平行になるように、レンズ受け２の角度を調整する。このような構成において、走査型形状測定機３により、非球面レンズ１の表面の非球面軸を通る断面形状４（図６（ｂ））を得る。そして、断面形状４の表面におけるコバ面ａ−ｂの水平面（裏面側コバ面に平行）に対する傾斜角θを得て、それをこのレンズの非球面偏心とする。

上記従来技術の偏心測定方法においては、非球面レンズ１の非球面偏心を求める際に、非球面レンズ１の裏面側のコバ面ｃ−ｄを基準としている。そのため、非球面レンズ１の表面の断面形状を測定する際に以下の問題が生じる。

従来技術では、走査型形状測定機３の走査軸とレンズ受け２の保持面とが水平になるように、傾き調整機構により調整している。ところが、調整しきれずに傾きが残った場合、この状態で非球面レンズ１の表面の断面形状を測定すると、非球面偏心量（測定結果）に誤差が生じる。

ここで、調整がしきれない理由の１つとして、レンズ受け２のコバ面と接触する保持面の表面形状がある。この表面形状に凹凸等の形状誤差があると、非球面レンズ１が傾いた状態で保持されてしまう。また、非球面レンズ１の裏面のコバ面ｃ−ｄの面精度が悪い場合も、非球面レンズ１を保持したときに、非球面レンズ１が傾いてしまう。よって、この状態で、非球面レンズ１の表面の断面形状を測定すると、非球面偏心量（測定結果）に誤差が生じる。

また、仮に、レンズ受け２の保持面と非球面レンズ１の裏面側のコバ面ｃ−ｄを精度良く加工し、且つ、傾きを水平に調整できたとする。この場合でも、レンズ受け２の保持面と非球面レンズ１の裏面側のコバ面ｃ−ｄの間にホコリ、ゴミ等の異物が挟まっていると、非球面レンズ１を保持したときに、非球面レンズ１が傾いてしまう。よって、この状態で非球面レンズ１の表面の断面形状を測定すると、非球面偏心量（測定結果）に誤差が生じる。

この異物を挟み込んだときに生じる傾きは、レンズ受け２の保持部の直径が小さくなるほど大きくなる。その結果、非球面偏心の誤差（測定誤差）が大きくなってしまう。

本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、その目的とするところは、光学素子の非球面軸の傾きが小さくても、非球面偏心量と非球面偏心方向を高精度に測定可能な偏心測定方法及び偏心測定装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、第１の発明は、少なくとも一方の面が非球面である光学素子の偏心を測定する偏心測定方法であって、前記光学素子の非球面は、有効径を含む第１領域と、前記第１領域の非球面軸と同軸上にあって前記光学素子の外周部に設けられた第２領域とを備え、前記第２領域における非球面は、前記第１領域における非球面よりも大きな非球面量を有し、前記光学素子を所定の回転軸周りに回転させ、前記回転軸に沿う方向から前記光学素子に対して光を照射する光照射工程と、前記光学素子の各面について、前記第１領域から反射された反射光により形成されるスポットの位置を所定の回転角ごとに検出するスポット位置検出工程と、前記スポット位置検出工程における検出結果に基づいて、前記光学素子の前記第１領域に係る各面について、前記回転軸に対する近軸曲率中心の位置を算出する近軸曲率中心位置算出工程と、前記光学素子の各面における近軸曲率中心の位置に基づいて、前記回転軸に対する光軸の位置と傾きとを算出する第１算出工程と、前記光学素子の前記第２領域の面形状を測定する工程と、前記面形状測定工程での測定結果と、前記第２領域の設計式データとに基づいて、前記回転軸に対する前記第１領域の非球面軸の位置と傾きとを算出する第２算出工程と、前記第１算出工程での算出結果と、前記第２算出工程での算出結果とに基づいて、前記第１領域における非球面偏心量と非球面偏心方向とを算出する非球面偏心算出工程と、を具備する。

また、第２の発明は、第１の発明に係る偏心測定方法において、前記第１領域における近軸曲率中心の位置と、前記第２領域における近軸曲率中心の位置とは略一致している。

また、第３の発明は、第１の発明に係る偏心測定方法において、前記第１領域における近軸曲率中心の位置と、前記第２領域におけるローカル曲率中心の位置とは略一致している。

また、第４の発明は、少なくとも一方の面が非球面である光学素子の偏心を測定する偏心測定装置であって、前記光学素子の非球面は、有効径を含む第１領域と、前記第１領域の非球面軸と同軸上にあって前記光学素子の外周部に設けられた第２領域とを備え、前記第２領域における非球面は、前記第１領域における非球面よりも大きな非球面量を有し、前記光学素子を所定の回転軸周りに回転させ、前記回転軸に沿う方向から前記光学素子に対して光を照射する光照射部と、前記光学素子の各面について、前記第１領域から反射された反射光により形成されるスポットの位置を所定の回転角ごとに検出するスポット位置検出部と、前記スポット位置検出部での検出結果に基づいて、前記光学素子の前記第１領域に係る各面について、前記回転軸に対する近軸曲率中心の位置を算出する近軸曲率中心位置算出部と、前記光学素子の各面における近軸曲率中心の位置に基づいて、前記回転軸に対する光軸の位置と傾きとを算出する第１算出部と、前記光学素子の前記第２領域の面形状を測定する面形状測定部と、前記面形状測定部での測定結果と、前記第２領域の設計式データとに基づいて、前記回転軸に対する前記第１領域の非球面軸の位置と傾きとを算出する第２算出部と、前記第１算出部での算出結果と、前記第２算出部での算出結果とに基づいて、前記第１領域における非球面偏心量と非球面偏心方向とを算出する非球面偏心算出部と、を具備する。

本発明によれば、光学素子の非球面軸の傾きが小さくても、非球面偏心量と非球面偏心方向を高精度に測定可能な光学素子の偏心測定方法及び偏心測定装置が提供される。

また、本発明によれば、光学素子を受ける治具等の調整精度に影響されず、当該治具の保持面の表面形状やその保持面と接触する表面の面精度に影響されず、治具の保持面と光学素子表面の間に異物が挟まった場合であってもその影響を受けないので、光学素子の非球面偏心量と非球面偏心方向を高精度に測定することができる。

（第１実施形態）
以下に本発明の第１実施形態に係る偏心測定方法について説明する。図１（ａ）は、本発明の第１実施形態で測定する光学素子の形状を示す図である。ここで、光学素子は、非球面レンズである。非球面レンズ１０は、互いに対向する光学面１１と光学面１３とを有している。光学面１１と光学面１３の少なくとも一方は、非球面である。以下の説明では、光学面１１及び光学面１３は、ともに非球面である。また、光学面１１は非球面レンズ１０の上側の面であり、工学面１３は非球面レンズ１０の下側の面である。ここで、Ｏ１は光学面１１の近軸曲率中心であり、Ｏ２は光学面１３の近軸曲率中心である。そして、近軸曲率中心Ｏ１と近軸曲率中心Ｏ２とを結ぶ軸を光軸１６とする。

回転軸１５は後述する回転手段の回転軸であり、測定の基準軸となる。非球面軸３１，３２はそれぞれ、光学面１３と光学面１１の非球面軸である。この非球面軸は、近軸曲率中心と非球面面頂とを結ぶ軸で定義される。非球面軸３２は、光学面１１の近軸曲率中心Ｏ１と光学面１１の非球面面頂３３とを結ぶ軸である。同様に、非球面軸３１は、光学面１３の近軸曲率中心Ｏ２と光学面１３の非球面面頂３４とを結ぶ軸である。

有効径φＥＤ１，φＥＤ２は、それぞれ光学面１１と光学面１３において、光線の通る範囲である。この範囲は、結像に関与する光線が通過する範囲を示している。第１領域としての光学面１１，１３は、有効径φＥＤ１，φＥＤ２の範囲よりも大きい範囲となっている。さらに、第２領域としての非球面形状１２，１４は、有効径φＥＤ１，φＥＤ２以外の部分であればどこに位置しても良い。図１では、第２領域は、第１領域の外側に位置している。

この非球面レンズ１０において、非球面形状（第２領域）１２は非球面軸３２と同軸である。また、非球面形状（第２領域）１２の非球面量は、光学面１１よりも大きい。そして、この非球面形状１２の近軸曲率中心の位置と、有効径φＥＤ１を含む光学面１１の近軸曲率中心の位置は一致している。両者の非球面軸３２は一致しているので、両者の近軸曲率半径も一致している。よって、両者の近軸曲率中心は、図１におけるＯ１で示された点となる。

同様に、非球面レンズ１０において、非球面形状（第２領域）１４は非球面軸３１と同軸である。また、非球面形状１４の非球面量は、光学面１３よりも大きい。そして、この非球面形状１４の近軸曲率中心の位置と、有効径φＥＤ２を含む光学面１３の近軸曲率中心の位置は一致している。両者の非球面軸３１は一致しているので、近軸曲率半径も一致している。よって、両者の近軸曲率中心は、図１におけるＯ２で示された点となる。

図１（ａ）のε１，ε２は、それぞれ光学面１１、光学面１３の非球面偏心量であり、非球面軸３２，３１の光軸１６に対する傾きを示している。

図１（ｂ）は非球面レンズの偏心方向を示す図である。図１（ｂ）は光学面１１，１３の非球面軸３２，３１と光軸１６とを、光軸１６の上方（光軸に沿う方向）から見た図である。光学面１１の非球面軸３２は、近軸曲率中心Ｏ１と非球面面頂３３を結んだ軸である。よって図１（ｂ）では、非球面軸３２は、点１６と点３３とを結んだ線３２で表わせる。同様に、光学面１３の非球面軸３１は、点１６と点３４とを結んだ線３１で表わせる。そして、＋Ｘ軸と線３２とのなす角度θε１が、光学面１１の非球面偏心方向である。また、＋Ｘ軸と線３１とのなす角度θε２が、光学面１３の非球面偏心方向である。

図２は非球面レンズの偏心測定装置（以下、単に、偏心測定装置とする。）の概略構成を示す図である。偏心測定装置は、非球面レンズ１０を保持するための保持手段１９と、保持手段１９を回転させるための回転手段２０と、回転手段２０の回転角を検出するための回転角測定部２１と、上面形状測定手段２２ａと下面形状測定手段２２ｂとを有している。ここで、上面形状測定手段２２ａは、非球面形状１２の３次元形状を測定する。また、下面形状測定手段２２ｂは、非球面形状１４の３次元形状を測定する。なお、上面形状測定手段２２ａ及び下面形状測定手段２２ｂは、いずれも接触式である。また、測定は輪帯状に行うが、これに限定されない。これらの要素は、測定テーブル３０上に配置されている。

さらに、偏心測定装置は、スポット軌跡検出手段１８と演算手段１７を有している。スポット軌跡検出手段１８は、回転手段２０の回転軸１５に沿って非球面レンズ１０に光を照射すると共に、回転している光学面１１，１３で反射された光のスポットの軌跡を検出する。また、演算手段１７は、スポット軌跡検出手段１８、回転角測定部２１及び形状測定手段２２ａ，２２ｂとから得られる情報を演算処理して、非球面レンズ１０の非球面偏心量と非球面偏心方向を求める。

保持手段１９は非球面レンズ１０を保持する部材で、円筒形状を有している。図２では、保持手段１９の断面形状を示してある。１９ａは、この保持手段１９における非球面レンズ１０との接触部である。この接触部１９ａは、回転軸１５に対し同軸に加工されている。回転手段２０は、保持手段１９を回転可能に支持している。そのため、非球面レンズ１０を、この回転手段２０で回転させることができる。

回転角測定部２１は、回転手段２０の回転角を測定する。ここで、保持手段１９は回転手段２０に保持されているので、結果として、回転する保持手段１９の回転角を測定することができる。更に、非球面レンズ１０は保持手段１９に保持されているので、非球面レンズ１０の回転角を測定することができる。

上面形状測定手段２２ａは、球状の接触子３５を有している。同様に、下面形状測定手段２２ｂは、球状の接触子３６を有している。接触子３５及び接触子３６は、測定時、非球面レンズ１０の表面（非球面形状１２、非球面形状１４）に接触する。上下面形状測定手段２２ａ，２２ｂは、上下に移動可能な移動手段２３に搭載されている。

以下に、第１実施形態における非球面レンズの偏心測定方法について、図３を参照して詳細を説明する。本実施形態では、光学面１１が上になるように非球面レンズ１０を保持手段１９により保持し、図３に示す手順に従い、非球面レンズ１０の非球面偏心測定を行う。

測定に先立って、非球面レンズ１０の光軸１６と回転軸１５とがほぼ一致するように、非球面レンズ１０の芯出し調整を行う。まず、スポット軌跡検出手段１８を、光軸に沿って移動させる。このとき、光が上面の光学面１１の近軸曲率中心Ｏ１に収束するように、スポット軌跡検出手段１８の位置を調整する。ここで、光の収束位置は、スポット像として、スポット軌跡検出手段１８によって検出できる。そこで、位置調整は、スポット像を観察しながら行う。次に、回転手段２０により、非球面レンズ１０を回転させる。このようにすると、スポット像が回転するので、スポット像の軌跡を検出することができる。このときに得られるスポット像の軌跡の振れ回りがほとんどなくなるように、非球面レンズ１０を動かし芯出し調整を行う。

次に、スポット位置検出工程を実行する（ステップＳ２４）。より詳細には、まず、非球面レンズ１０の芯出し調整が完了した後、光学面１１の近軸曲率中心Ｏ１に光を収束させた状態で、回転手段２０により非球面レンズ１０を回転させる。そして、スポット軌跡検出手段１８により、光学面１１についてスポット像の軌跡（位置）を検出する。その後、光学面１３の近軸曲率中心Ｏ２に光が収束する位置にくるまで、スポット軌跡検出手段１８を光軸に沿って移動させる。このとき、光は、光学面１１を透過した状態になっている。そして、回転手段２０により、非球面レンズ１０を回転させる。そして、スポット軌跡検出手段１８により、光学面１３についてスポット像の軌跡を検出する。

光学面１１によるスポット像の軌跡の情報と光学面１３によるスポット像の軌跡の情報は、演算手段１７に送られる。また同時に、演算手段１７には、スポット像の軌跡に同期して、回転角測定手段２１から非球面レンズ１０の回転角の情報が入力される。その結果、演算手段１７は、非球面レンズ１０の回転角毎のスポット像の位置を取得する。

次に、近軸曲率中心位置取得工程を実行する（ステップＳ２５）。より詳細には、ステップＳ２４において検出された光学面１１，１３のスポット像の軌跡と回転角の情報に基づいて、光学面１１の近軸曲率中心Ｏ１の回転軸１５に対する偏心量及び偏心方向と、光学面１３の近軸曲率中心Ｏ２の回転軸１５に対する偏心量及び偏心方向とを取得する。光学面１３の近軸曲率中心Ｏ２の偏心量及び偏心方向を求める際に、光学面１１を透過した状態でスポットの軌跡を検出しているので、光学面１１の近軸曲率中心Ｏ１の偏心量と偏心方向を考慮して求める必要がある。

次に、光軸取得工程を実行する（ステップＳ２６）。より詳細には、ステップＳ２５において求めた非球面レンズ１０の光学面１１の近軸曲率中心Ｏ１と光学面１３の近軸曲率中心Ｏ２の回転軸１５に対する位置から、非球面レンズ１０の光軸１６の回転軸１５に対する位置と傾きを求める。

次に、３次元形状測定工程を実行する（ステップＳ２７）。より詳細には、まず、上面形状測定手段２２ａを上下移動手段２３により下方に移動させる。次に、上面形状測定手段２２ａの接触部３５を非球面レンズ１０の非球面形状（第２領域）１２に接触させる。そして、この状態で、回転手段２０により非球面レンズ１０を回転させ、非球面形状１２の３次元形状を測定する。この時、得られるデータは、輪帯状の各点におけるデータである。なお、非球面形状１２の３次元形状を測定したデータを、第１測定データとする。

次に、下面の形状を測定するために、上面形状測定手段２２ａを上下移動手段２３により上方に移動させる。その後、上下移動手段２２により、下面形状測定手段２２ｂを上方に移動させる。続いて、下面形状測定手段２２ｂの接触部３６を、非球面レンズ１０の非球面形状（第２領域）１４に接触させる。そして、この状態で、回転手段２０により非球面レンズ１０を回転させ、非球面形状１４の３次元形状を測定する。この時、得られるデータは、輪帯状の各点におけるデータである。なお、非球面形状１４の３次元形状を測定したデータを、第２測定データとする。

次に、非球面軸取得工程を実行する（ステップＳ２８）。より詳細には、まず、ステップＳ２７において得られた第１測定データと第２測定データが、演算手段１７に送られる。そして、演算手段１７において、測定データ（非球面形状の３次元形状データ）と設計式の３次元形状データの比較を行う。この比較において、両者の差が最も小さくなるように、シフト、チルトがデータに加わる。このような処理を経て、光学面（第１領域）１１，１３について、回転軸１５に対する非球面軸３２，３１の位置と傾きが求まる。

以下に、光学面１１における非球面軸３２の位置と傾きを求める方法を述べる。光学面１１の近軸曲率中心Ｏ１と非球面形状１２の近軸曲率中心とは一致している。そこで、ステップＳ２５において得られた光学面１１の近軸曲率中心Ｏ１の偏心量と偏心方向に基づき、第１測定データを非球面形状１２の設計式の３次元形状データ（以下、第１設計データとする。）に対し、相対的にシフトさせる。

次に、近軸曲率中心Ｏ１を基準として、第１測定データと第１設計データとの残差が最も小さくなるように、第１測定データを第１設計データに対して、相対的にチルトさせる。このようにすることで、非球面形状１２の非球面軸の回転軸１５に対する位置と傾きが求まる。ここで、非球面形状１２は光学面１１の非球面軸３１と同軸であるので、非球面形状１２の非球面軸と光学面１１の非球面軸３１は一致する。その結果、光学面１１の非球面軸３２の回転軸１５に対する位置と傾きを求めることができる。

非球面レンズ１０の光学面１３における非球面軸３２の位置と傾きも同様の方法で求められる。光学面１３の近軸曲率中心Ｏ２と非球面形状１４の近軸曲率中心とは一致している。そこで、ステップＳ２５において得られた光学面１３の近軸曲率中心Ｏ２の偏心量と偏心方向に基づき、第２測定データを非球面形状１４の設計式の３次元形状データ（以下、第２設計データとする。）に対して、相対的にシフトさせる。次に、近軸曲率中心Ｏ２を基準して、第２測定データと第２設計データとの残差が最も小さくなるように、第２測定データを第２設計データに対して、相対的にチルトさせる。このようにすることで、非球面形状１４の非球面軸の回転軸１５に対する位置と傾きが求める。

ここで、非球面形状１４は光学面１３の非球面軸３２と同軸であるので、非球面形状１４の非球面軸と光学面１３の非球面軸３２とは一致する。その結果、光学面１３の非球面軸３２の回転軸１５に対する位置と傾きを求めることができる。

次に、非球面偏心取得工程を実行する（ステップＳ２９）。より詳細には、非球面レンズ１０の光軸１６の回転軸１５に対する位置と傾きと、光学面１１の非球面軸３２の回転軸１５に対する位置と傾きから、光学面１１の非球面偏心量ε１と非球面偏心方向θε１を求める。

また、非球面レンズ１０の光軸１６の回転軸１５に対する位置と傾きと、光学面１３の非球面軸３１の回転軸１５に対する位置と傾きから、光学面１３の非球面偏心量ε２と非球面偏心方向θε２を求める。

上記した第１実施形態によれば、第１領域である光学面の周囲に設けた大きな非球面形状を持つ領域（第２領域）の３次元形状を測定するようにしたので、非球面軸の傾きが微小であっても、非球面軸を高精度に求めることができる。更に、第１領域の近軸曲率中心の位置と第２領域の近軸曲率中心の位置とを略一致するようにしておけば、非球面レンズの非球面軸の回転軸に対する位置と傾きを容易に求めることができる。そして、非球面軸と光軸は共に回転軸を共通の基準にして、非球面と光軸の位置と傾きから非球面偏心量と非球面偏心方向を算出している。そのため、非球面レンズに傾きが生じても、その傾きは非球面軸と光軸に同じように加わるので、非球面軸と光軸から非球面偏心量と非球面偏心方向を求める際にキャンセルされてしまう。よって、非球面レンズのセッティング時の傾きの影響を受けない。

（第２実施形態）
以下に本発明の第２実施形態に係る偏心測定方法について説明する。ここでは、光学素子として両面非球面レンズを例にして説明する。図４は、本発明の第２実施形態で測定する非球面レンズの形状を示した図である。図４において、図１（ａ）と同一部分には同一番号及び同一記号を付してその説明を省略する。

第１領域としての光学面４１，４３は、有効径φＥＤ１，φＥＤ２の範囲よりも大きい範囲を有する。さらに、第２領域としての非球面形状４２，４４は、有効径φＥＤ１，φＥＤ２以外の部分であればどこに位置しても良い。

この非球面レンズ４０においては、上面の有効径φＥＤ１内の非球面を形成する光学面４１（第１領域）と有効径φＥＤ１外に光学面４１の非球面軸４５と同軸であり、光学面４１よりも非球面量の大きい別の非球面形状（第２領域）４２がある。この非球面形状４２の輪帯状の３次元形状を測定するローカル曲率中心の位置と、有効径φＥＤ１内の光学面４１の近軸曲率中心の位置とは略一致している。

下面の有効径φＥＤ２内の非球面を形成する光学面（第１領域）４３と有効径φＥＤ２外に光学面４３の非球面軸４６に同軸であり、光学面４３よりも非球面量の大きい別の非球面形状（第２領域）４４がある。この非球面形状４４の輪帯状の３次元形状を測定する部分のローカル曲率中心の位置と、有効径φＥＤ２内の光学面４３の近軸曲率中心の位置とは略一致している。

本発明の第２実施形態の非球面レンズの偏心測定装置の構成は第１実施形態で使用した図２の構成と同様であるので説明を省略する。

以下に、本発明の第２実施形態の非球面偏心測定方法について、第１実施形態で使用した図３を参照して説明する。ステップＳ２４〜Ｓ２６，Ｓ２９については第１実施形態と同様であるので、ここでは異なる工程（ステップＳ２７、Ｓ２８）についてのみ説明する。

３次元形状測定工程を実行する（ステップＳ２７）。より詳細には、まず、上面形状測定手段２２ａを上下移動手段２３により下方に移動させる。続いて、上面形状測定手段２２ａの接触部３５を、非球面レンズ４０の非球面形状４２に接触させる。そして、この状態で、回転手段２０により非球面レンズ４０を回転させ、非球面形状４２の３次元形状を測定する。この時、得られるデータは、輪帯状の各点におけるデータである。なお、非球面形状４２の３次元形状を測定したデータを、第１’測定データとする。

次に、下面の形状を測定するために、上下移動手段２３により、接触式の上面形状測定手段２２ａを上方に移動させる。その後、上下移動手段２２により、下面形状測定手段２２ｂを上方に移動させる。続いて、下面形状測定手段２２ｂの接触部３６を、非球面レンズ４０の非球面形状４４に接触させる。そして、この状態で、回転手段２０により非球面レンズ４０を回転させ、非球面形状４４の３次元形状を測定する。この時、得られるデータは、輪帯状の各点におけるデータである。なお、非球面形状４４の３次元形状を測定したデータを、第２’測定データとする。

次に、非球面軸取得工程を実行する（ステップＳ２８）。より詳細には、まず、ステップＳ２７において得られた第１’測定データと第２’測定データが、演算手段１７に送られる。続いて、演算手段１７において、測定データ（非球面形状の３次元形状データ）と設計式の３次元形状データとの比較が行われる。ここで、両者の差が最も小さくなるように、シフト、チルトがデータに加わる。このような処理を経て、上下面の非球面軸４５，４６の回転軸１５に対する位置と傾きを求める。

以下にこの演算手段１７での処理の詳細を説明する。光学面４１における非球面軸４５を求める方法を述べる。光学面４１の近軸曲率中心Ｏ１と、非球面形状４２の３次元形状を測定する部分（以下、第１測定部分とする。）のローカル曲率中心とは略一致している。そこで、ステップＳ２５において得られた光学面４１の近軸曲率中心Ｏ１の偏心量と偏心方向に基づき、第１’測定データを非球面形状４２の設計式の３次元形状データ（以下、第１’設計データとする）に対して、相対的にシフトさせる。

次に、第１測定部分のローカル曲率中心を基準にして、第１’測定データと第１’設計データとの残差が最も小さくなるように、第１’測定データを第１’設計データに対して、相対的にチルトさせる。このようにすることで、非球面形状４２の非球面軸の回転軸１５に対する位置と傾きが求まる。ここで、非球面形状４２は光学面４１の非球面軸４５と同軸であるので、非球面形状４２の非球面軸と光学面４１の非球面軸４５は一致する。その結果、光学面４１の非球面軸４５の回転軸１５に対する位置と傾きを求めることができる。

非球面レンズ４０の光学面４３における非球面軸４６も、同様の方法で求められる。光学面４３の近軸曲率中心と非球面形状４４の輪帯状の３次元形状を測定する部分（以下、第２測定部分とする。）のローカル曲率中心とは略一致している。そこで、ステップＳ２５において得られた光学面４３の近軸曲率中心Ｏ２の偏心量と偏心方向に基づき、第２’測定データを非球面形状４４の設計式の３次元形状データ（以下、第２’設計データとする。）に対し、相対的にシフトさせる。次に、第２測定部分のローカル曲率中心を基準にして、第２’測定データと第２’設計データとの残差が最も小さくなるように、相対的にチルトさせる。このようにすることで、非球面形状４４の非球面軸の回転軸１５に対する位置と傾きが求まる。ここで、非球面形状４４は光学面４３の非球面軸４６と同軸であるので、非球面形状４４の非球面軸と光学面４３の非球面軸４６は一致する。その結果、光学面４３の非球面軸４６の回転軸１５に対する位置と傾きを求めることができる。

第２実施形態によれば、有効径外の非球面形状（第２領域）の輪帯体の３次元形状を測定する部分のローカル曲率中心の位置が、有効径内の光学面（第１領域）の近軸曲率中心の位置と略一致していればよいので、有効径外の非球面形状の設計の自由度を高くすることができる。

（付記）
上記した具体的な実施形態から以下のような構成の発明を抽出することができる。

１．少なくとも一方の面が非球面である光学素子の偏心を測定する偏心測定方法であって、
前記光学素子の非球面は、有効径を含む第１領域と、前記第１領域の非球面軸と同軸上にあって前記光学素子の外周部に設けられた第２領域とを備え、前記第２領域における非球面は、前記第１領域における非球面よりも大きな非球面量を有し、
前記光学素子を所定の回転軸周りに回転させ、前記回転軸に沿う方向から前記光学素子に対して光を照射する光照射工程と、
前記光学素子の各面について、前記第１領域から反射された反射光により形成されるスポットの位置を所定の回転角ごとに検出するスポット位置検出工程と、
前記スポット位置検出工程における検出結果に基づいて、前記光学素子の前記第１領域に係る各面について、前記回転軸に対する近軸曲率中心の位置を算出する近軸曲率中心位置算出工程と、
前記光学素子の各面における近軸曲率中心の位置に基づいて、前記回転軸に対する光軸の位置と傾きとを算出する第１算出工程と、
前記光学素子の前記第２領域の面形状を測定する工程と、
前記面形状測定工程での測定結果と、前記第２領域の設計式データとに基づいて、前記回転軸に対する前記第１領域の非球面軸の位置と傾きとを算出する第２算出工程と、
前記第１算出工程での算出結果と、前記第２算出工程での算出結果とに基づいて、前記第１領域における非球面偏心量と非球面偏心方向とを算出する非球面偏心算出工程と、
を具備することを特徴とする偏心測定方法。

（作用・効果）
非球面軸を求めるにあたって、第１領域よりも大きな非球面量が与えられている第２領域を用いて、第２領域の面形状を測定することによって、非球面軸の傾きが微小であっても、第１領域に比べて、得られる形状の振幅が大きくなり、信号対ノイズ比（Ｓ／Ｎ比）を向上することができ、非球面軸を高精度に求めることができる。

また、本発明では、光学素子の光軸と各面の非球面軸から、非球面偏心量と非球面偏心方向を算出している。

これらは、いずれも回転軸を基準にして得ている。そうすると、セッティング時に光学素子が傾いたとしても、この傾きは、光学素子の光軸と非球面軸の両方に同じ量だけ加わるため、光学素子の光軸と各面の非球面軸から算出する際にキャンセルされる。よって、セッティング時の傾きの影響をうけることがない。

２．前記第１領域における近軸曲率中心の位置と、前記第２領域における近軸曲率中心の位置とは略一致していることを特徴とする１記載の偏心測定方法。

（作用・効果）
有効径を含む第１領域の近軸曲率中心の位置と、その外周部に設けられた第２領域の近軸曲率中心の位置が略一致するようにしておけば、光学素子の第２領域の非球面軸の回転軸に対する位置と傾きを求めることができる。

３．前記第１領域における近軸曲率中心の位置と、前記第２領域におけるローカル曲率中心の位置とは略一致していることを特徴とする１記載の偏心測定方法。

（作用・効果）
有効径を含む第１領域の近軸曲率中心の位置とその外周部に設けられた第２領域のローカル曲率中心の位置とが略一致するようにしておけば、光学素子の第２領域の非球面軸の回転軸に対する位置と傾きを求めることができる。

４．少なくとも一方の面が非球面である光学素子の偏心を測定する偏心測定装置であって、
前記光学素子の非球面は、有効径を含む第１領域と、前記第１領域の非球面軸と同軸上にあって前記光学素子の外周部に設けられた第２領域とを備え、前記第２領域における非球面は、前記第１領域における非球面よりも大きな非球面量を有し、
前記光学素子を所定の回転軸周りに回転させ、前記回転軸に沿う方向から前記光学素子に対して光を照射する光照射部と、
前記光学素子の各面について、前記第１領域から反射された反射光により形成されるスポットの位置を所定の回転角ごとに検出するスポット位置検出部と、
前記スポット位置検出部での検出結果に基づいて、前記光学素子の前記第１領域に係る各面について、前記回転軸に対する近軸曲率中心の位置を算出する近軸曲率中心位置算出部と、
前記光学素子の各面における近軸曲率中心の位置に基づいて、前記回転軸に対する光軸の位置と傾きとを算出する第１算出部と、
前記光学素子の前記第２領域の面形状を測定する面形状測定部と、
前記面形状測定部での測定結果と、前記第２領域の設計式データとに基づいて、前記回転軸に対する前記第１領域の非球面軸の位置と傾きとを算出する第２算出部と、
前記第１算出部での算出結果と、前記第２算出部での算出結果とに基づいて、前記第１領域における非球面偏心量と非球面偏心方向とを算出する非球面偏心算出部と、
を具備することを特徴とする偏心測定装置。

（作用・効果）
構成４の作用・効果は構成１と同様である。

（ａ）は、本発明の第１実施形態に用いる非球面レンズの形状を示す図であり、（ｂ）は、非球面レンズの偏心方向を示す図である。 非球面レンズの偏心測定装置の概略構成を示す図である。 本発明の第１実施形態の非球面レンズの偏心測定方法の詳細を説明するための図である。 本発明の第２実施形態に用いる非球面レンズの形状を示す図である。 非球面レンズの形状を示す図である。 従来の偏心測定方法の詳細を説明するための図である。

符号の説明

１０…非球面レンズ、１１…光学面、１２…非球面形状、１３…光学面、１４…非球面形状、１５…回転軸、１６…光軸、１７…演算手段、１８…スポット軌跡検出手段、１９…保持手段、１９ａ…接触部、２０…回転手段、２１…回転角測定部、２２ａ…上面形状測定手段、２２ｂ…下面形状測定手段、２３…上下移動手段、３０…測定テーブル、３１…非球面軸、３２…非球面軸、３３…非球面面頂、３４…非球面面頂、３５…接触部、３６…接触部。

Claims (4)

1. 少なくとも一方の面が非球面である光学素子の偏心を測定する偏心測定方法であって、
   前記光学素子の非球面は、有効径を含む第１領域と、前記第１領域の非球面軸と同軸上にあって前記光学素子の外周部に設けられた第２領域とを備え、前記第２領域における非球面は、前記第１領域における非球面よりも大きな非球面量を有し、
   前記光学素子を所定の回転軸周りに回転させ、前記回転軸に沿う方向から前記光学素子に対して光を照射する光照射工程と、
   前記光学素子の各面について、前記第１領域から反射された反射光により形成されるスポットの位置を所定の回転角ごとに検出するスポット位置検出工程と、
   前記スポット位置検出工程における検出結果に基づいて、前記光学素子の前記第１領域に係る各面について、前記回転軸に対する近軸曲率中心の位置を算出する近軸曲率中心位置算出工程と、
   前記光学素子の各面における近軸曲率中心の位置に基づいて、前記回転軸に対する光軸の位置と傾きとを算出する第１算出工程と、
   前記光学素子の前記第２領域の面形状を測定する工程と、
   前記面形状測定工程での測定結果と、前記第２領域の設計式データとに基づいて、前記回転軸に対する前記第１領域の非球面軸の位置と傾きとを算出する第２算出工程と、
   前記第１算出工程での算出結果と、前記第２算出工程での算出結果とに基づいて、前記第１領域における非球面偏心量と非球面偏心方向とを算出する非球面偏心算出工程と、
   を具備することを特徴とする偏心測定方法。
2. 前記第１領域における近軸曲率中心の位置と、前記第２領域における近軸曲率中心の位置とは略一致していることを特徴とする請求項１記載の偏心測定方法。
3. 前記第１領域における近軸曲率中心の位置と、前記第２領域におけるローカル曲率中心の位置とは略一致していることを特徴とする請求項１記載の偏心測定方法。
4. 少なくとも一方の面が非球面である光学素子の偏心を測定する偏心測定装置であって、
   前記光学素子の非球面は、有効径を含む第１領域と、前記第１領域の非球面軸と同軸上にあって前記光学素子の外周部に設けられた第２領域とを備え、前記第２領域における非球面は、前記第１領域における非球面よりも大きな非球面量を有し、
   前記光学素子を所定の回転軸周りに回転させ、前記回転軸に沿う方向から前記光学素子に対して光を照射する光照射部と、
   前記光学素子の各面について、前記第１領域から反射された反射光により形成されるスポットの位置を所定の回転角ごとに検出するスポット位置検出部と、
   前記スポット位置検出部での検出結果に基づいて、前記光学素子の前記第１領域に係る各面について、前記回転軸に対する近軸曲率中心の位置を算出する近軸曲率中心位置算出部と、
   前記光学素子の各面における近軸曲率中心の位置に基づいて、前記回転軸に対する光軸の位置と傾きとを算出する第１算出部と、
   前記光学素子の前記第２領域の面形状を測定する面形状測定部と、
   前記面形状測定部での測定結果と、前記第２領域の設計式データとに基づいて、前記回転軸に対する前記第１領域の非球面軸の位置と傾きとを算出する第２算出部と、
   前記第１算出部での算出結果と、前記第２算出部での算出結果とに基づいて、前記第１領域における非球面偏心量と非球面偏心方向とを算出する非球面偏心算出部と、
   を具備することを特徴とする偏心測定装置。

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