JP2010019832A - 偏芯量測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】オートコリメーション法を適用した偏芯測定手法を用い、非球面レンズに生じている、軸の傾きに基づく偏芯量と軸ズレに基づく偏芯量とを、簡易に分離して得る。
【解決手段】まず、レンズ載置台２２の傾きを小とするよう調整する（Ｓ１）。このとき対物レンズ１５を取り外す。次に、レンズ載置台２２上に、レンズ１０を載置しセットする（Ｓ２）。次に、レンズ１０の各コバ面１０_ＦＡ、１０_ＦＢの相対的な傾きを求める（Ｓ３）。次に、Ｓ３において得られた、コバ面の相対的な傾きに基づき、軸の傾きによる偏芯量を算出する（Ｓ４）。次に、対物レンズ１５を装置１に装着し、レンズ載置台２２を所定角度ずつ回転させ、各回転操作毎に、レチクル像の中心位置を求める。レチクル像の軌跡円の半径を計測してレンズ１０の全偏芯量を求める（Ｓ５）。最後に、上記全偏芯量から上記軸の傾きによる偏芯量を差し引いて、軸ズレによる偏芯量を計算する（Ｓ６）。
【選択図】 図１

Description

本発明は、レンズ等の光学素子における被検面の偏芯量を測定する偏芯量測定方法に関するものである。

レンズの評価や検査の重要項目として、レンズ面の偏芯量の測定がある。
レンズ面の偏芯量は、このレンズ面の曲率中心とレンズの軸（光軸）とのずれ量によって表される。

このような偏芯量の測定手法として、下記特許文献１等に示されたオートコリメーション法と称される手法が知られている。例えば、図１４に示す偏芯測定装置はオートコリメーション法を適用した反射式の偏芯測定方法に供されるものであって、被検レンズ（球面レンズ）１１０を、その中心軸を中心として回転可能に設置される基台１２２と、光源１１１と、光源１１１からの光を通過させる指標板（レチクル板）１１２と、光軸に沿って被検レンズ１１０に光を照射する測定用光学系１３１と、被検レンズ１１０からの光を観測するための撮像手段を備えている。

上記測定用光学系１３１は、光源１１１から射出され指標板１１２を通過した光を略直角に反射するビームスプリッタ１１３と、ビームスプリッタ１１３からの光を平行光束とするコリメータレンズ１１４と、この平行光束を被検レンズ１１０の近軸焦点に収束せしめる対物レンズ１１５とを備えている。また、上記撮像手段は、上記ビームスプリッタ１１３を透過した被検レンズ１１０からの光を観測する撮像面を備えたＣＣＤカメラ１２１からなる。

上記偏芯測定装置を用いて偏芯量測定を行う際には、指標板１１２を通過した光源１１１からの光を測定用光学系１３１により被検レンズ１１０に照射する。

このとき、対物レンズ１１５の光収束位置Ｐを移動することにより、被検レンズ１１０の被検面（上面）の曲率中心に光収束位置Ｐを一致させる。被検レンズ１１０の被検面に入射した光は、この被検面の曲率中心から発せられた光と同等とみなせるから、被検面から、入射経路を逆進するように反射される。この反射光について、ビームスプリッタ１１３を透過せしめてＣＣＤカメラ１２１に入射させる。この後、基台１２２を回転させながら被検レンズ１１０からの反射像を観測すると、偏芯がある場合には、レチクルの像の軌跡が円を描き、この円の半径を計測することで被検レンズ１１０の偏芯量を求めることができる。

ここで、被検レンズ１１０は上方被検面とは逆側の下方被検面（設置面）が基台上に支持されている。球面レンズにおいては、この下方被検面も球面であるから、基本的には被検レンズ１１０を基台１２２上でずらしても下方被検面の曲率中心の位置は変化しない。そこで、このような偏芯測定装置では、得られた偏芯量測定値をそのまま、被検面についての最終的な偏芯量とするようにしていた。

特開２００５−５５２０２号公報

しかしながら、近年、各種光学機器用のレンズとして非球面レンズが用いられるようになってきているが、非球面レンズにおいては、上記手法によって偏芯量測定を行なっても、球面レンズと同様に精度のよい結果を得ることは難しい。

すなわち、上述した下方被検面が非球面である場合には、被検レンズ１１０を基台１２２上でずらすと、下方被検面の曲率中心の位置が変化してしまう。すなわち、被検体が球面レンズの場合には、上記測定によって得られる結果が略正味の偏芯量として考えてよいが、被検体が非球面レンズの場合には、上記測定によって得られる結果には、偏芯量（２つのレンズ面の軸の相対的な傾きによる偏芯量）のほか、軸ズレ（非球面レンズを構成する２つのレンズ面それぞれの軸の相対的な位置ずれ）による偏芯量が加算されているため、これら２つの偏芯量を互いに分離して、それぞれの値を把握する必要がある。

特に、この非球面レンズが、各種光学機器における撮像レンズとして用いられた場合、撮像素子の画素数が急激に増大している今日においては、そのレンズが有する軸の傾きに伴う偏芯量と軸ズレに伴う偏芯量とに基づいて高精度な光学調整を行なう必要があるから、非球面レンズにおける上記２つの偏芯量の分離が極めて重要となる。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、オートコリメーション法を適用した偏芯測定手法を用い、非球面レンズに生じている、軸の傾きに基づく偏芯量と軸ズレに基づく偏芯量とを、簡易に分離して得ることができる偏芯量測定方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するため本発明に係る第１の偏芯量測定方法は、
表裏に位置する各被検面と、これら各被検面の外縁部から当該被検面の軸に対し略垂直に張り出した張出面とを有する被検光学素子を、所定の軸を中心として回転可能な基台に設置し、該設置された該被検光学素子の前記被検面と前記張出面に対して光源からの光を所定形状の指標を含む測定用光学系を介して照射し、該被検面からの反射光または透過光を結像面上に導くとともに該基台に設置された被検光学素子を、いずれかの前記被検面の軸を回転軸として回転せしめ、該反射光または該透過光により該結像面上に形成された前記指標の像の移動軌跡を観察して前記被検面の偏芯量を測定する偏芯量測定方法において、
前記各被検面に応じて設けられた張出面から反射または透過された、前記光源からの各光束に基づき、該各被検面の軸の相対的な傾きを測定し、
該測定結果に基づき、該軸の相対的な傾きに伴う偏芯量（Ｅｃｘ、Ｅｃｙ）を算出するとともに、
前記被検光学素子を前記基台に設置した状態で、所定の軸を中心として該基台を回転せしめ、所定の各回転角毎の前記指標の像を通る円を特定し、特定された該円の半径から、全偏芯量（Ｅｘ、Ｅｙ）を算出し、
この後、前記全偏芯量（Ｅｘ、Ｅｙ）から、前記軸の相対的な傾きに伴う偏芯量（Ｅｃｘ、Ｅｃｙ）を差し引く演算を行って、
前記各被検面の軸の相対的な軸ズレに伴う偏芯量を求める、ことを特徴とするものである。

また、上記課題を解決するため本発明に係る第２の偏芯量測定方法は、
表裏に位置する各被検面と、これら各被検面の外縁部から当該被検面の軸に対し略垂直に張り出した張出面とを有する被検光学素子を、所定の軸を中心として回転可能な基台に設置し、該設置された該被検光学素子の前記被検面と前記張出面に対して光源からの光を所定形状の指標を含む測定用光学系を介して照射し、該被検面からの反射光または透過光を結像面上に導くとともに該基台に設置された被検光学素子を、前記所定の軸を回転軸として回転せしめ、該反射光または該透過光により該結像面上に形成された前記指標の像の移動軌跡を観察して前記被検面の偏芯量を測定する偏芯量測定方法において、
前記各被検面に応じて設けられた張出面から反射または透過された、前記光源からの各光束に基づき、該各被検面の軸の所定の基準面に対する傾きを測定し、
該測定結果に基づき、該軸の所定の基準面に対する傾きに伴う、表面の偏芯量（ＥｃｘＡ、ＥｃｙＡ）および裏面の偏芯量（ＥｃｘＢ、ＥｃｙＢ）を算出し、かつ該表面の偏芯量と該裏面の偏芯量の成分ごとの差を取って前記被検光学素子の軸の傾きに伴う偏芯量（Ｅｃｘ、Ｅｃｙ）を算出するとともに、
前記被検光学素子を前記基台に設置した状態で、所定の軸を中心として該基台を回転せしめ、所定の各回転角毎の前記指標の像を通る円を特定し、特定された該円の半径から、全偏芯量（Ｅｘ、Ｅｙ）を算出し、
この後、前記全偏芯量（Ｅｘ、Ｅｙ）から、前記被検光学素子の軸の傾きに伴う偏芯量（Ｅｃｘ、Ｅｃｙ）を差し引く演算を行って、
前記各被検面の軸の相対的な軸ズレに伴う偏芯量を求める、ことを特徴とするものである。

また、前記所定形状の指標は、十字形状のレチクル、または、四角形あるいは丸形のピンホールであることが好ましい。

なお、本願明細書において、上記「被検面の軸」とは、被検面の光軸を意味するものである。
また、本願明細書において、「偏芯量」という用語は、方向成分も含めた、いわゆるベクトル情報として扱うものとする。

本発明に係る第１の偏芯量測定方法においては、各被検面に応じて設けられた張出面から反射または透過された、光源からの各光束に基づき、各被検面の軸の相対的な傾きを測定し、該測定結果に基づき、該軸の相対的な傾きに伴う偏芯量（Ｅｃｘ、Ｅｃｙ）を算出する一方、被検光学素子を基台に設置した状態で、所定の軸を中心として該基台を回転せしめ、所定の各回転角毎の指標の像を通る円を特定し、特定された該円の半径から、全偏芯量（Ｅｘ、Ｅｙ）を算出するようにし、この後、後者の算出結果から前者の算出結果を差し引くようにしているから、簡易に、軸ズレに基づく偏芯量を得ることができる。これにより、製造された非球面レンズに生じている軸ズレに基づく偏芯量と軸の傾きに基づく偏芯量とを、簡易に分離して得ることができる。

また、本発明に係る第２の偏芯量測定方法においては、各被検面に応じて設けられた張出面から反射または透過された、光源からの各光束に基づき、各被検面の軸の所定の基準面に対する傾きを測定し、該測定結果に基づき、該各被検面の軸の所定の基準面に対する傾きに伴う表面の偏芯量（ＥｃｘＡ、ＥｃｙＡ）および裏面の偏芯量（ＥｃｘＢ、ＥｃｙＢ）を算出し、該表面の偏芯量と該裏面の偏芯量の成分ごとの差を取って前記被検光学素子の軸の所定の基準面に対する傾きに伴う偏芯量（Ｅｃｘ、Ｅｃｙ）を算出するとともに、該被検光学素子を基台に設置した状態で、所定の軸を中心として該基台を回転せしめ、所定の各回転角毎の指標の像を通る円を特定し、特定された該円の半径から、全偏芯量（Ｅｘ、Ｅｙ）を算出するようにし、この後、後者の算出結果から前者の算出結果を差し引くようにしているから、前記被検光学素子の表面および裏面が光軸に対して垂直となる方向から傾いているような場合においても、簡易に、軸ズレに基づく偏芯量を得ることができる。これにより、製造された非球面レンズに生じている軸ズレに基づく偏芯量と軸の傾きに基づく偏芯量とを、簡易に分離して得ることができる。

本発明の第１の実施形態に係る偏芯量測定方法を説明するためのフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る、偏芯量測定方法を実施するための偏芯量測定装置の概略構成図である。 Ｖブロックと回転円板よりなるチャック機構を示す概略斜視図である。 被検レンズがレンズ載置台に保持されている様子を拡大して示す概略図である。 被検レンズの軸の傾きの測定を説明するための図である。 第１の実施形態において、ＣＣＤ上に十字線形状の各スポットが形成される様子を説明するための図である。 第１の実施形態において、被検レンズの、軸の傾きによる偏芯量の求め方を説明するための図である。 第１の実施形態を用いて形成された十字線像中心の軌跡円を示す図である。 ＣＣＤ上に形成されるスポットが十字線形状である場合の利点を説明するための図である。 図２とは異なる偏芯量測定装置の例を示す概略図である。 本発明の第２の実施形態に係る偏芯量測定方法を説明するためのフローチャートである。 第２の実施形態において、ＣＣＤ上に十字線形状の各スポットが形成される様子を説明するための図である。 第２の実施形態において、被検レンズの、軸の傾きによる偏芯量の求め方を説明するための図である。 従来の偏芯量測定装置を示す概略構成図である。

以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
まず図２に基づいて、本発明の偏芯量測定方法を実施するための反射タイプの偏芯量測定装置の概略構成について説明する。

この偏芯量測定装置１は、オートコリメーション機能を用いて、被検レンズ１０の偏芯量を測定するものであり、上方被検面１０Ａおよび下方被検面１０Ｂに光を照射する光源１１と、光源１１からの光束を通過させる、十字形状のスリットを有するレチクル板１２と、測定用光学系３１とを有し、この測定用光学系３１は、レチクル板１２からの光を略直角に反射するビームスプリッタ１３と、入射された光を平行光束とするコリメータレンズ１４と、平行光束を所定位置（光収束点）Ｐに収束せしめる対物レンズ１５とを備えている。

なお、本発明方法を適用しうる被検レンズ１０の表裏各被検面は、両面が球面であっても良いが、本発明方法は、上記表裏各被検面の少なくとも一方が非球面とされている場合に、特に有効である。なお、被検面が非球面である場合、その曲率中心は数多く存在する。

また、この偏芯量測定装置１では、上方被検面１０Ａおよび下方被検面１０Ｂからの反射光が、対物レンズ１５、コリメータレンズ１４およびビームスプリッタ１３を介して入射され、レチクル板１２のレチクルの像を撮像するＣＣＤカメラ２１を有している。

また、この偏芯量測定装置１では、被検レンズ１０を載置するレンズ載置台２２と、このレンズ載置台２２を所定の回転軸を中心として回転させる被検レンズ回転駆動手段２３と、上記測定用光学系３１および上記ＣＣＤカメラ２１を一体的に保持しつつ、該測定用光学系３１の光軸Ｚの方向に移動せしめるＺ軸移動ステージ２４と、被検レンズ回転駆動手段２３およびＺ軸移動ステージ２４を一体的に載設固定せしめる固定台２５とを有している。

なお、上記レンズ載置台２２は、その上方端面縁部において被検レンズ１０を支持する円筒形状の載置台とされている。この上方端面縁部は略全周に亘り、該円筒の軸に対して垂直となる一平面上に位置するように形成されている。なお、該円筒の軸は、レンズ載置台２２の回転軸と一致するように配される。
また、ＣＣＤカメラ２１で得られた像情報を解析し、演算する解析演算部３２が設けられている。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る偏芯量測定方法を説明するためのフローチャートである。
すなわち、まず、前準備として、上記レンズ載置台２２の傾きが小さくなるように調整する（Ｓ１）。このとき対物レンズ１５を取り外す。
次に、レンズ載置台２２上に、被検レンズ１０を載置しセットする（Ｓ２）。

次に、被検レンズ１０の各コバ面（各被検面の外縁部から該各被検面の軸に対し略垂直に張り出した張出面に相当する）１０_ＦＡ、１０_ＦＢの相対的な傾き（α_ｘ、α_ｙ）を求める（Ｓ３）。
次に、ステップ３（Ｓ３）において得られた、コバ面の相対的な傾き（α_ｘ、α_ｙ）に基づき、軸の傾きによる偏芯量（Ecx、Ecy）を算出する（Ｓ４）。

次に、対物レンズ１５を装置１に装着し、被検レンズ１０を載置したレンズ載置台２２を、所定角度づつ回転させ、各回転操作毎に、レチクルの像の位置を求める。レチクルの像の軌跡は、円を描くので、この円の半径を計測することで被検レンズ１０の全偏芯量（Ex、Ey）を求める（Ｓ５）。

最後に、上記全偏芯量（Ex、Ey）から上記軸の傾きによる偏芯量（Ecx、Ecy）を差し引いて、軸ズレによる偏芯量を計算する（Ｓ６）。

以下、上記各ステップＳ１〜Ｓ６について、より詳細に説明する。

（ａ）ステップ１（Ｓ１）
ここで、上記レンズ載置台２２は、その上方端面縁部において被検レンズ１０を支持する円筒形状の載置台とされているが、例えば図３に示すような、Ｖブロック５１と回転円板５２よりなるチャック機構により被検レンズ１０をその側方において挟持し、該回転円板５２を回転駆動することにより、被検レンズ１０を回転させるようにしてもよく、この場合には、被検レンズ１０の位置決めを高精度で行うことができる。

なお、いずれの方法により被検レンズ１０を載置する場合にも、被検レンズ１０の回転軸を被検レンズ１０の軸（光軸：以下同じ）とできるだけ一致させるように位置調整を行うことが肝要である。

また、本願出願人が既に開示している、特開2007-322314号公報には、被検レンズの軸方向の位置調整を、偏芯量の測定に悪影響を及ぼすことなく容易に行うことが可能な、被検体挟持型の回転保持機構を備えた被検レンズ回転保持装置が記載されており、この種のタイプの保持装置を用いれば、被検レンズ１０を、より容易かつ確実に保持することができる。

（Ｂ）ステップ２（Ｓ２）
ここで、上記レンズ載置台２２は、円筒状の管内を真空引きすることで、上方に載置した被検レンズ１０を吸着保持せしめてなり、被検レンズ１０の測定が終了したときには、この真空引き操作を停止することにより、容易に被検レンズ１０をレンズ載置台２２から取り外すことができる。

図４は、この被検レンズ１０がレンズ載置台２２に保持されている様子を拡大して示すものであり、上方コバ面１０_ＦＡまたは下方コバ面１０_ＦＢ（本実施形態においては、図示するように下方コバ面１０_ＦＢ）がレンズ載置台２２上に支持され、このレンズ載置台２２の管内が、図示されない真空ポンプにより真空引きされて、被検レンズ１０を吸引保持するようになっている。なお、被検レンズ１０の形状は、図２に示すようなメニスカスレンズでも、図４に示す両凸タイプのものでも、さらには両凹タイプのものであっても、本実施形態を適用することができる。

（Ｃ）ステップ３（Ｓ３）
このステップにおいては、被検レンズ１０の、軸の傾きに基づく偏芯量（Ecx、Ecy）を求める。すなわち、図５に示す如く、光源１１からの光束は、レチクル板１２、ビームスプリッタ１３を介してコリメータレンズ１４に入射し、このコリメータレンズ１４により平行光束とされて上方コバ面１０_ＦＡおよび下方コバ面１０_ＦＢを含む被検レンズ１０に照射される。この被検レンズ１０の上方コバ面１０_ＦＡは、被検面１０Ａの外縁部から該被検面１０Ａの軸（光軸（被検面の回転対称の軸）：以下同じ）に対し略垂直に張り出した張出面とされており、かつ上方コバ面１０_ＦＡに対して下方コバ面１０_ＦＢが角αだけ傾くように設定されているため、この上方コバ面１０_ＦＡからの反射光に対し、下方コバ面１０_ＦＢからの反射光は２αずれた方向に進むことになる。

なお、上方コバ面１０_ＦＡに垂直に入射した光束が、この上方コバ面１０_ＦＡで垂直に反射される様子が図５に示されている。

そして、この場合、対物レンズ１５が取り外された光学系とされているため、このコリメータレンズ１４の焦点距離ｆの位置に配されたＣＣＤ２１上に光スポットを形成する。そして、ＣＣＤ２１上における、この各被検面１０Ａ、１０Ｂ（コバ面１０_ＦＡ、１０_ＦＢ）からの反射光によるスポット形成位置のズレは、被検レンズ１０の各被検面１０Ａ、１０Ｂの軸の傾きを示すものであるといえる。

なお、図５および後述する図７はＸ断面を示すものであるが、Ｙ断面における作用も同様であるから、その図示は省略する。

仮に、下方の被検面１０Ｂの軸が傾き０に調整されているとすれば、上下の被検面１０Ａ、１０Ｂ各々の軸同士の傾き（軸の傾き（α_ｘ、α_ｙ））は、ＣＣＤ２１上におけるスポット形成位置（ｄ_ｘ、ｄ_ｙ）とレンズ１４の焦点距離ｆとを下式（１Ｘ）、（１Ｙ）に代入することにより、算出することができる。ここで、α_ｘ、α_ｙは微小であるものとする。
α_ｘ＝ｄ_ｘ/２ｆ （１Ｘ）
α_ｙ＝ｄ_ｙ/２ｆ （１Ｙ）

すなわち、（ｄ_ｘ、ｄ_ｙ）は、被検レンズ１０の上方の被検面１０Ａの軸の傾きが（α_ｘ、α_ｙ）である場合におけるスポット形成位置であって、被検レンズ１０の下方の被検面１０Ｂの軸の傾きが０である場合におけるＣＣＤ２１上におけるスポット形成位置が、ＣＣＤ２１上の原点位置（０、０）とされている。
したがって、ＣＣＤ２１上のスポット形成位置（ｄ_ｘ、ｄ_ｙ）を検出すれば、上記条件式（１Ｘ）、（１Ｙ）より、被検レンズ１０の軸の傾き（α_ｘ、α_ｙ）を求めることができる。

また、図６は、ＣＣＤ２１上におけるスポットを示すもので、光源１１からの光束が、十字形状に穿設されたレチクル板１２を介して照射されているため、下方の被検面１０Ｂからの反射光によるスポット（Ｐ_１）、および被検レンズ１０の軸の傾きが（α_ｘ、α_ｙ）である場合における上方の被検面１０Ａからの反射光によるスポット（Ｐ_２）を互いに明確に認識することができるとともに、両スポットにおける、Ｘ方向のズレ量ｄ_ｘおよびＹ方向のズレ量ｄ_ｙを容易に検出することができる。

（Ｄ）ステップ４（Ｓ４）
図７に示すように、下方の被検面１０Ｂのコバ面１０_ＦＢと上方の被検面１０Ａのコバ面１０_ＦＡとの相対的な傾き角度をα_ｘとすると、被検面１０Ａの曲率中心Ｃ_１から発散して被検面１０Ａ（コバ面１０_ＦＡのコバ面１０_ＦＢに対する傾きはα_ｘ）で反射された光は、再収束点Ｓにおいて、再び収束することになる。ここで、再収束点Ｓと曲率中心Ｃ_１の距離、換言すれば再収束点Ｓと、装置の光軸との距離Ecxが被検面１０Ａのｘ方向の偏芯量に相当することになる。

すなわち、軸の傾きによる偏芯量（Ecx、Ecy）は下式（２Ｘ）、（２Ｙ）を用いて求めることができる。ここで、ｒは、上方の被検面１０Ａの曲率半径であり、α_ｘ、α_ｙは微小であるものとする。
Ecx＝２α_ｘ・ｒ （２Ｘ）
Ecy＝２α_ｙ・ｒ （２Ｙ）

（Ｅ）ステップ５（Ｓ５）
このステップにおいては、対物レンズ１５を装着し、図８に示す如く、十字線（レチクル）像中心の軌跡円９５を求める。すなわち、被検レンズ１０が停止している状態で、まず、十字線像Ｑ_１をＣＣＤ２１上に形成し、この後、レンズ載置台２２を所定角度（例えば、９０度、６０度、４５度、３０度等）だけ回転する毎に、十字線像をＣＣＤ２１上に形成し、ＣＣＤ２１上に所定の点数だけ十字線像を形成した後、これら十字線像の中心の軌跡９５による円を描く。

この後、求めた十字線像の中心軌跡９５による円の半径を、ＣＣＤ２１の画素位置に基づいて求め、これを被検レンズ１０の全偏芯量（Ex、Ey）とする。
なお、図７に示すように、下方の被検面１０Ｂの軸が光軸と一致している場合は、上記中心軌跡９５による円の半径は、上方の被検面１０Ａのみについて求めればよい。

（Ｆ）ステップ６（Ｓ６）
最後に、ステップ５（Ｓ５）において求めた被検レンズ１０の全偏芯量（Ex、Ey）からステップ４（Ｓ４）において求めた被検レンズ１０の、軸の傾きによる偏芯量（Ecx、Ecy）を差し引いて、被検レンズ１０の軸ズレによる偏芯量を求める。

すなわち、この被検レンズ１０の軸ズレによる偏芯量（Esx、Esy）は、下式（３Ｘ）、（３Ｙ）を用いて求めることができる。
Esx＝Ex−Ecx （３Ｘ）
Esy＝Ey−Ecy （３Ｙ）

＜第２の実施形態＞
上記第１の実施形態においては、被検面（表面）１０Ａおよび被検面（裏面）１０Ｂの軸（光軸）の相対的な傾き（α_ｘ、α_ｙ）に基づいて、被検レンズ１０の、軸の傾きによる偏芯量（Ecx、Ecy）を求めるのに対して、本実施形態においては、被検面（表面）１０Ａの軸の傾き（α_ｘＡ、α_ｙＡ）に基づいて、被検面１０Ａの軸の傾きによる偏芯量（EcxA、EcyA）を、また、被検面１０Ｂの軸の傾き（α_ｘＢ、α_ｙＢ）に基づいて、被検面（裏面）１０Ｂの軸の傾きによる偏芯量（EcxB、EcyB）を、各々求め、これら各面の軸の傾きによる偏芯量の差から被検レンズ１０の、軸の傾きによる偏芯量（EcxA−EcxB、EcyA−EcyB）を求める、という点において相違する。しかし、その他の点においては略共通しているので、以下の説明においては、まず、本実施形態の概念を説明し、続いて上記第１の実施形態とは相違する部分について詳しく説明することとする。

図１１は、本発明の第２の実施形態に係る偏芯量測定方法の概念を説明するためのフローチャートである（上記第１の実施形態についての図１に対応する）。
まず、前準備として、上記レンズ載置台２２の傾きが小さくなるように調整する（Ｓ１１）。このとき対物レンズ１５を取り外す。
次に、レンズ載置台２２上に、被検レンズ１０を載置しセットする（Ｓ１２）。

次に、被検レンズ１０の各コバ面（各被検面の外縁部から該各被検面の軸に対し略垂直に張り出した張出面に相当する）１０_ＦＡ、１０_ＦＢに着目し、被検面１０Ａのコバ面１０_ＦＡの、基準面（回転軸（測定軸）に対して略垂直な面）１０_ＦＣに対する相対的な傾き（α_ｘＡ、α_ｙＡ）、および被検面１０Ｂのコバ面１０_ＦＢの、基準面１０_ＦＣに対する相対的な傾き（α_ｘＢ、α_ｙＢ）を求める（Ｓ１３）。

次に、ステップ１３（Ｓ１３）において得られた、各コバ面の、基準面１０_ＦＣに対する傾き（α_ｘＡ、α_ｙＡ）、（α_ｘＢ、α_ｙＢ）に基づき、各非球面の軸の傾きによる偏芯量（EcxA、EcyA）、（EcxB、EcyB）を求め、該２つの面の偏芯量のｘ方向およびｙ方向の成分ごとの差を取って（EcxA−EcxB、EcyA−EcyB）を求め、被検レンズ１０の軸の傾きによる偏芯量（Ecx、Ecy）を求める（Ｓ１４）。

次に、対物レンズ１５を装置１に装着し、被検レンズ１０を載置したレンズ載置台２２を、所定角度づつ回転させ、各回転操作毎に、レチクルの像の位置を求める。レチクルの像の軌跡は、円を描くので、この円の半径を計測することで被検レンズ１０の全偏芯量（Ex、Ey）を求める（Ｓ１５）。

最後に、上記全偏芯量（Ex、Ey）から上記軸の傾きによる偏芯量（EcxA−EcxB、EcyA−EcyB）を差し引いて、軸ズレによる偏芯量を計算する（Ｓ１６）。

以下、上記第１の実施形態とは相違する部分（ステップＳ１３〜Ｓ１６）について、さらに説明する。

本実施形態においては、上述するように、被検面１０Ａのコバ面１０_ＦＡの、基準面１０_ＦＣに対する相対的な傾き（α_ｘＡ、α_ｙＡ）、および被検面１０Ｂのコバ面１０_ＦＢの、基準面１０_ＦＣに対する相対的な傾き（α_ｘＢ、α_ｙＢ）を、下式（１ＸＡ）、（１ＹＡ）、（１ＸＢ）、（１ＹＢ）を用いて算出している（Ｓ１３）。ここで、α_ｘＡ、α_ｙＡ、α_ｘＢ、α_ｙＢは微小であるものとする。
α_ｘＡ＝ｄ_ｘＡ/２ｆ （１ＸＡ）
α_ｙＡ＝ｄ_ｙＡ/２ｆ （１ＹＡ）
α_ｘＢ＝ｄ_ｘＢ/２ｆ （１ＸＢ）
α_ｙＢ＝ｄ_ｙＢ/２ｆ （１ＹＢ）

上記（ｄ_ｘＡ、ｄ_ｙＡ）および上記（ｄ_ｘＢ、ｄ_ｙＢ）は、被検レンズ１０の上方の被検面１０Ａの軸の傾きが、各々（α_ｘＡ、α_ｙＡ）および（α_ｘＢ、α_ｙＢ）である場合におけるスポット形成位置であって、被検レンズ１０の下方の被検面１０Ｂの軸の傾きが０である場合におけるＣＣＤ２１上におけるスポット形成位置が、ＣＣＤ２１上の原点位置（０、０）とされている。

したがって、ＣＣＤ２１上のスポット形成位置（ｄ_ｘＡ、ｄ_ｙＡ）および（ｄ_ｘＢ、ｄ_ｙＢ）を検出すれば、上記条件式（１ＸＡ）、（１ＹＡ）、（１ＸＢ）、（１ＹＢ）より、各被検面１０Ａ、１０Ｂの軸の傾き（α_ｘＡ、α_ｙＡ）および（α_ｘＢ、α_ｙＢ）を求めることができる。

なお、上記測定手法は被検面１０Ｂの軸が傾きを有していても勿論可能である。

また、図１２は、ＣＣＤ２１上におけるスポットを示すもので、光源１１からの光束が、十字形状に穿設されたレチクル板１２を介して照射されているため、上方の被検面１０Ａからの反射光によるスポット（Ｐ_２）および下方の被検面１０Ｂからの反射光によるスポット（Ｐ_３）を各々明確に認識することができるとともに、両スポットにおける、Ｘ方向のズレ量ｄ_ｘＡ、ｄ_ｘＢおよびＹ方向のズレ量ｄ_ｙＡ、ｄ_ｙＢを容易に検出することができる。なお、図中に表された縦線と横線の交点（Ｐ_１）は、上述したＣＣＤ２１上の原点位置（０、０）を示すものである。

また、図１３は、本実施形態における偏芯量の概念を示すものである。すなわち、被検面１０Ａの曲率中心Ｃ_１から発散して被検面１０Ａ（コバ面１０_ＦＡの基準面１０_ＦＣに対する傾きはα_ｘＡ）で反射された光は、再収束点Ｓ_１において、再び収束することになる。ここで、再収束点Ｓ_１と曲率中心Ｃ_１の距離、換言すれば再収束点Ｓ_１と、装置の光軸との距離EcxAが被検面１０Ａのｘ方向の偏芯量に相当することになる（被検面１０Ａのｙ方向の偏芯量はEcyA）。同様に、被検面１０Ｂの曲率中心Ｃ_２から発散して被検面１０Ｂ（コバ面１０_ＦＢの基準面１０_ＦＣに対する傾きはα_ｘＢ）で反射された光は、再収束点Ｓ_２において、再び収束することになる。ここで、再収束点Ｓ_２と曲率中心Ｃ_２の距離、換言すれば再収束点Ｓ_２と、装置の光軸との距離EcxBが被検面１０Ｂのｘ方向の偏芯量に相当することになる（被検面１０Ｂのｙ方向の偏芯量はEcyB）。なお、図１３中には、上方から測定用のコリメータ１４Ａと、下方からの測定用のコリメータ１４Ｂが示されている。

したがって、上記ステップ１４（Ｓ１４）において求められる各被検面１０Ａ、１０Ｂの軸の傾きによる偏芯量（EcxA、EcyA）、（EcxB、EcyB）は、下式（２ＸＡ）、（２ＹＡ）、（２ＸＢ）、（２ＹＢ）を用いて求めることができる。

ここで、ｒ_１は上方の被検面１０Ａの曲率半径であり、ｒ_２は下方の被検面１０Ｂの曲率半径である。また、α_ｘＡ、α_ｙＡ、α_ｘＢ、α_ｙＢは微小であるものとする。
EcxA＝２α_ｘＡ・ｒ_１ （２ＸＡ）
EcyA＝２α_ｙＡ・ｒ_１ （２ＹＡ）
EcxB＝２α_ｘＢ・ｒ_２ （２ＸＢ）
EcyB＝２α_ｙＢ・ｒ_２ （２ＹＢ）

また、被検レンズ１０の軸の傾きによる全偏芯量は、２つの被検面１０Ａ、１０Ｂの偏芯量の差であるから、上式（２ＸＡ）、（２ＹＡ）、（２ＸＢ）、（２ＹＢ）で求められた、偏芯量（EcxA、EcyA）、（EcxB、EcyB）を演算した下式（２Ｘ´）、（２Ｙ´）により求められる。
Ecx＝EcxA−EcxB （２Ｘ´）
Ecy＝EcyA−EcyB （２Ｙ´）

また、上記ステップ１６（Ｓ１６）において行なわれる軸ズレによる偏芯量（Eｓｘ、Eｓy）の算出は、ステップ１５（Ｓ１５）において求めた被検レンズ１０の全偏芯量（Ex、Ey）からステップ１４（Ｓ１４）において求めた被検レンズ１０の、軸の傾きによる偏芯量（Ecx、Ecy）を差し引いて、被検レンズ１０の軸ズレによる偏芯量を求める。

すなわち、この被検レンズ１０の軸ズレによる偏芯量（Esx、Esy）は、上記第１の実施形態と同様に、下式（３Ｘ）、（３Ｙ）を用いて求めることができる。
Esx＝Ex−Ecx （３Ｘ）
Esy＝Ey−Ecy （３Ｙ）

以上に説明したように、本実施形態によれば、簡易な測定および簡単な演算を用いて被検レンズの軸ズレによる偏芯量を、被検レンズの軸の傾きによる偏芯量から分離することができ、望ましい。

なお、本実施形態においては、レチクルとして十字形状のものを用いているため、初期設定時においてピント調整等する際に、十字線像を構成する各線分の太さの変化に基づいて、光学系の傾き微調整等を容易に行うことができる。すなわち、十字線の縦線と横線の太さが、互いに等しく、かつ均一に見えるように、光学系の傾きを調整することにより、簡易な傾き調整を行なうことができる。

また、このような十字形状のレチクルを用いることにより、ロータリエンコーダを用いることなく、９０度ごとの回転角度を特定することができる。なお、図９の（Ａ）、（Ｂ）からは、上記レンズ載置台２２の回転に応じて交点Ｐ_１が交点Ｐ_２を中心として回転移動しているように見えるが、実際の撮像画面上では、交点Ｐ_１は固定しており、上記レンズ載置台２２の回転に応じ交点Ｐ_１を中心として交点Ｐ_２が回転移動する。

なお、本発明の偏芯量測定方法としては、上記実施形態のものに限られるものではなく、種々の態様のものを採用可能であり、例えば、図１０に示すように、上下２つの測定ヘッド６０、７０を用いて、被検レンズ１０の、傾きによる偏芯量と軸ズレによる偏芯量とを同時に測定するようにしてもよい。すなわち、この装置では、上側の測定ヘッド（オートコリメータ）６０には対物レンズが装着されておらず、これにより被検レンズ１０の、軸の傾きによる偏芯量を測定することができ（上記ステップ４（Ｓ４））、一方、下側の測定ヘッド（オートコリメータ）７０には対物レンズが装着されており、これにより被検レンズ１０の全偏芯量を測定することができる（上記ステップ５（Ｓ５））。

また、例えば、上記実施形態においてはレチクルおよびその像形状を十字形状のものとしているが、これに替えて、２つの線分の交差角が９０°以外の角度、例えば４５°となるような、Ｘ字形状のレチクルおよびその像形状とすることが可能である。また、その形状として、交差する２つの線分の太さおよび長さが互いに異なるものを用いることも可能である。

さらに、十字形状のレチクルに替えて、四角型や丸型のピンホールとすることも可能である。

また、観察対象としての被検面は被検レンズの上面ではなく下面とされていてもよく、この場合は被検レンズの上面が設置面となる。

また、上記実施形態においては、被検レンズ１０の全偏芯量（Ex、Ey）の測定を、被検レンズ１０の、軸の傾きによる偏芯量（Ecx、Ecy）の測定の後に行なっているが、これらの測定の順序を逆にしてもかまわない。

また、上記では、本実施形態方法に用いられる装置として、主に光反射タイプのものについて説明しているが、これに替えて光透過タイプ（例えば、上記反射角に替えて屈折角を測定することが必要となる）の装置を用いてもよい。

なお、本発明の測定対象である被検光学素子としては、上述したレンズの他、プリズムや光学フィルタ等が含まれる。

１ 偏芯量測定装置
１０、１１０ 被検レンズ
１０Ａ、１０Ｂ 被検面
１０_ＦＡ、１０_ＦＢ コバ面
１０_ＦＣ 基準面
１１、１１１ 光源
１２、１１２ レチクル板（指標版）
１３、１１３ ビームスプリッタ
１４、１４Ａ、１４Ｂ、１１４ コリメータレンズ
１５、１１５ 対物レンズ
２１、１２１ ＣＣＤカメラ
２２ レンズ載置台
２３ 被検レンズ回転駆動手段
２４ Ｚ軸移動ステージ
２５ 固定台
３１、１３１ 測定用光学系
３２ 解析演算部
５１ Ｖブロック
５２ 回転円板
６０、７０ 測定ヘッド
９５ 十字線像の軌跡
１２２ 基台

Claims (4)

1. 表裏に位置する各被検面と、これら各被検面の外縁部から当該被検面の軸に対し略垂直に張り出した張出面とを有する被検光学素子を、所定の軸を中心として回転可能な基台に設置し、該設置された該被検光学素子の前記被検面と前記張出面に対して光源からの光を所定形状の指標を含む測定用光学系を介して照射し、該被検面からの反射光または透過光を結像面上に導くとともに該基台に設置された被検光学素子を、いずれかの前記被検面の軸を回転軸として回転せしめ、該反射光または該透過光により該結像面上に形成された前記指標の像の移動軌跡を観察して前記被検面の偏芯量を測定する偏芯量測定方法において、
   前記各被検面に応じて設けられた張出面から反射または透過された、前記光源からの各光束に基づき、該各被検面の軸の相対的な傾きを測定し、
   該測定結果に基づき、該軸の相対的な傾きに伴う偏芯量（Ｅｃｘ、Ｅｃｙ）を算出するとともに、
   前記被検光学素子を前記基台に設置した状態で、所定の軸を中心として該基台を回転せしめ、所定の各回転角毎の前記指標の像を通る円を特定し、特定された該円の半径から、全偏芯量（Ｅｘ、Ｅｙ）を算出し、
   この後、前記全偏芯量（Ｅｘ、Ｅｙ）から、前記軸の相対的な傾きに伴う偏芯量（Ｅｃｘ、Ｅｃｙ）を差し引く演算を行って、
   前記各被検面の軸の相対的な軸ズレに伴う偏芯量を求める、ことを特徴とする偏芯量測定方法。
2. 表裏に位置する各被検面と、これら各被検面の外縁部から当該被検面の軸に対し略垂直に張り出した張出面とを有する被検光学素子を、所定の軸を中心として回転可能な基台に設置し、該設置された該被検光学素子の前記被検面と前記張出面に対して光源からの光を所定形状の指標を含む測定用光学系を介して照射し、該被検面からの反射光または透過光を結像面上に導くとともに該基台に設置された被検光学素子を、前記所定の軸を回転軸として回転せしめ、該反射光または該透過光により該結像面上に形成された前記指標の像の移動軌跡を観察して前記被検面の偏芯量を測定する偏芯量測定方法において、
   前記各被検面に応じて設けられた張出面から反射または透過された、前記光源からの各光束に基づき、該各被検面の軸の所定の基準面に対する傾きを測定し、
   該測定結果に基づき、該軸の所定の基準面に対する傾きに伴う、表面の偏芯量（ＥｃｘＡ、ＥｃｙＡ）および裏面の偏芯量（ＥｃｘＢ、ＥｃｙＢ）を算出し、かつ該表面の偏芯量と該裏面の偏芯量の成分ごとの差を取って前記被検光学素子の軸の傾きに伴う偏芯量（Ｅｃｘ、Ｅｃｙ）を算出するとともに、
   前記被検光学素子を前記基台に設置した状態で、前記所定の軸を中心として該基台を回転せしめ、所定の各回転角毎の前記指標の像を通る円を特定し、特定された該円の半径から、全偏芯量（Ｅｘ、Ｅｙ）を算出し、
   この後、前記全偏芯量（Ｅｘ、Ｅｙ）から、前記被検光学素子の軸の傾きに伴う偏芯量（Ｅｃｘ、Ｅｃｙ）を差し引く演算を行って、
   前記各被検面の軸の相対的な軸ズレに伴う偏芯量を求める、ことを特徴とする偏芯量測定方法。
3. 前記所定形状の指標は、十字形状のレチクルであることを特徴とする請求項１または２記載の偏芯量測定方法。
4. 前記所定形状の指標は、四角形または丸形のピンホールであることを特徴とする請求項１または２記載の偏芯量測定方法。
   

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