JP2012002548A - 光波干渉測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転対称な線織面で構成される被検面の形状等を短時間で測定することが可能な光波干渉測定装置を得る。
【解決手段】回転軸Ｒ_２回りに回転せしめられる被検レンズ９の被検面（コバ部表面９５、嵌合面９８、嵌合部底面９９）に対し、顕微干渉計１から測定光軸Ｌに沿って収束しながら進行する低可干渉性の測定光を照射し、被検面の回転位置毎に対応した各回転位置別干渉縞を第１撮像カメラ２４の１次元イメージセンサ２３により撮像する。この各回転位置別干渉縞の画像データに基づき被検面の形状が解析される。
【選択図】図１

Description

本発明は、被検面に測定光を照射し該被検面からの戻り光と参照光との干渉により得られる干渉縞に基づき被検面の形状を測定する光波干渉測定装置に関する。

近年、鏡筒内において、複数のレンズを偏芯させることなく光軸方向に並設させるために、隣接する複数のレンズに円錐状の嵌合面をそれぞれ形成し、各々の嵌合面を互いに嵌合させることによってレンズ間の位置合せを可能としたレンズ（以下「嵌合レンズ」と称する）が実用化されている。

このような嵌合レンズでは、嵌合面の形成精度が良くないと、各レンズを正しい位置に設置できなくなり、所期の光学性能を得ることが困難となる。そこで、嵌合面の形成誤差（傾斜角度や面形状、径の大きさの誤差）を測定し、求められた形成誤差を製造工程にフィードバックして、形成精度を向上させたいという要望がある。

従来、このような嵌合レンズの測定には、光プローブや原子間力プローブ等の測定用プローブを用いた３次元形状測定装置（下記特許文献１，２参照）が用いられている。

特開平５−８７５４０号公報 特開２００５−１５６２３５号公報

上述の３次元形状測定装置は、測定用プローブにより被検面を走査し、その際のプローブ先端位置の３次元座標情報に基づき被検面の形状を測定解析するものであるが、測定用プローブによる走査速度が遅いため、１回の測定に数時間を要するなど測定時間の長さが問題となっている。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、嵌合レンズの嵌合面のように、回転対称な線織面で構成される被検面の形状等を短時間で測定することが可能な光波干渉測定装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る光波干渉測定装置は以下の特徴を備えている。

すなわち、本発明の光波干渉測定装置は、測定光軸上に配置された被検体が有する、回転対称な線織面で構成される被検面を測定する光波干渉測定装置であって、
前記被検面の面中心軸と前記測定光軸とを含む仮想平面内において該測定光軸が該被検面と交わり、かつ該測定光軸と該被検面との交点位置における該被検面の接平面に対し該測定光軸が垂直となるように、該被検面の面中心軸に対する該測定光軸の相対位置を調整する測定光軸位置調整手段と、
前記被検面を回転軸回りに回転せしめる被検面回転手段と、
前記面中心軸と前記回転軸とが互いに一致するように、該回転軸に対する該面中心軸の相対的な位置を調整する面中心軸位置調整手段と、
回転する前記被検面に対して、前記測定光軸に沿って収束しながら進行する低可干渉性の測定光を照射し、該測定光の前記被検面上での集光領域からの戻り光を参照光と合波して干渉光を得る顕微干渉光学系と、
回転する前記被検面の複数の回転位置毎に前記干渉光を取り込み、前記仮想平面と前記被検面との交差部分の領域に対応した各回転位置別干渉縞を１次元イメージセンサにより撮像する回転時撮像系と、
前記各回転位置別干渉縞の画像データに基づき前記被検面の形状を解析する形状解析手段と、を備えてなることを特徴とする。

本発明において、前記各回転位置別干渉縞の画像データに基づき前記被検面の傾斜角度を算出する傾斜角度算出手段を備えることが好ましい。

また、前記被検体が嵌合レンズであり、前記被検面が円錐面により構成された嵌合面であるとすることができる。

本発明に係る光波干渉測定装置は、上述の構成を備えていることにより、以下のような作用効果を奏する。

すなわち、本発明の光波干渉測定装置においては、被検面に対する測定光軸の相対的な傾きが調整された後、被検面が面中心軸（回転軸）回りに回転せしめられ、回転する被検面に対し顕微干渉光学系から収束する測定光が照射される。照射された測定光のうちの一部は該測定光の被検面上での集光領域から反射され、その戻り光と参照光との干渉光により形成される各回転位置別干渉縞が１次元イメージセンサにより撮像され、これら各回転位置別干渉縞に基づき被検面の形状情報が求められる。

測定用プローブにより被検面を走査する必要のある３次元形状測定装置に比べて、本発明の光波干渉測定装置は、各回転位置別干渉縞を短時間で撮像することができるので、回転対称な線織面で構成される被検面の形状等を短時間で測定することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る光波干渉測定装置の概略構成図である。 図１に示す顕微干渉計の光学系の概略構成図である。 図１に示す解析制御装置の構成概念を示すブロック図である。 嵌合面測定時の顕微干渉計の姿勢を示す概略図である。 嵌合部底面測定時の顕微干渉計の姿勢を示す概略図である。 被検レンズの構成を示す図（（Ａ）断面図、（Ｂ）平面図）である。 調整用治具の概略図である。

以下、本発明の実施形態について、上述の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、実施形態の説明に使用する各々の図は概略的な説明図であり、詳細な形状や構造を示すものではなく、各部材の大きさや部材間の距離等を適宜変更して示してある。

〈被検レンズの構成および測定項目〉
まず、図６に基づいて、本実施形態における被検体としての被検レンズ９の構成および測定項目について説明する。

図６に示すように被検レンズ９は、レンズ部９１と該レンズ部９１の外周部に形成された鍔状のコバ部９２とを備えてなり、設計上、以下のように構成されている。すなわち、レンズ部９１は、光軸Ｃ_９を中心とする回転対称な非球面で構成された第１レンズ面９３と、同じく光軸Ｃ_９を中心とする回転対称な非球面で構成された第２レンズ面９４とを有してなり、コバ部９２は、光軸Ｃ_９を中心とする円環状の平面（光軸Ｃ_９に対し垂直）によりそれぞれ構成されたコバ部表面９５およびコバ部裏面９６と、光軸Ｃ_９を中心とする円柱面により構成されたコバ部側面９７とを有してなる。

また、第１レンズ面９３とコバ部表面９５との間には、光軸Ｃ_９を中心とする回転対称な円錐面により構成された嵌合面９８と、光軸Ｃ_９を中心とする円環状の平面（光軸Ｃ_９に対し垂直）により構成された嵌合部底面９９とが形成されている。なお、この被検レンズ９は、他のレンズ（図示略）と組み合わされて使用される嵌合レンズであり、コバ部表面９５、嵌合面９８および嵌合部底面９９が他のレンズとの当接面となっている。

本実施形態では、この被検レンズ９において、コバ部表面９５の形状、嵌合面９８の形状、嵌合面９８の傾斜角度、交円径長および嵌合部段差長の５項目を測定する。なお、嵌合面９８の傾斜角度とは、嵌合面９８を構成する円錐面の母線と光軸Ｃ_９とのなす角度を意味し、交円径長とは、嵌合面９８の図中上側の直径（図中のφ）の値を意味する。また、嵌合部段差長とは、コバ部表面９５と嵌合部底面９９との間の光軸Ｃ_９方向の距離値（図中のｄ）を意味する。

〈装置構成〉
次に、図１、２に基づいて、本実施形態の光波干渉測定装置の構成について説明する。

図１に示すように、本実施形態の光波干渉測定装置は、顕微干渉計１と、該顕微干渉計１の姿勢や位置を調整する測定系アライメント部３と、被検レンズ９の姿勢や位置を調整する被検体アライメント部５と、解析制御装置７を備えてなる。

上記顕微干渉計１は、図２に示すように、測定光照射系１０および撮像系２０を備えており、該測定光照射系１０は、低可干渉性の光束を測定光として出力する、ＬＥＤやＳＬＤ等からなる光源部１１と、該光源部１１から出力された測定光をコリメートするコリメータレンズ１２と、該コリメータレンズ１２からの測定光を図中下方に向けて反射する光束分岐光学素子１３と、該光束分岐光学素子１３からの測定光を、測定光軸Ｌに沿って被検レンズ９に収束するように照射し、該測定光の戻り光を参照光と合波して干渉光を得る顕微干渉光学系１４と、を備えてなる。

この顕微干渉光学系１４は、ミロー型の対物系を構成するものであり、光束分岐光学素子１３からの測定光を平行光から収束光に変換する収束レンズ１５と、該収束レンズ１５の図中下側に配された透明平板１６と、該透明平板１６の図中上側の面に配された反射素子１７と、収束レンズ１５からの測定光の光路上に配された半透過反射素子１８とが、鏡胴１９内に配設されてなる。半透過反射素子１８は、収束レンズ１５からの測定光の一部を反射するとともに、その余を透過して被検レンズ９に向けて出力するように構成されている。この半透過反射素子１８で反射された光は反射素子１７に集光し、該反射素子１７において反射されて再び半透過反射素子１８に入射する。この入射光の一部が半透過反射素子１８において反射されて参照光とされ、被検レンズ９に照射された測定光の集光領域からの戻り光と合波されることにより、干渉光が得られるようになっている。

また、この顕微干渉光学系１４は、ピエゾ素子２９を備えたフリンジスキャンアダプタ２８により支持され、測定時における被検レンズ９との微小な距離調整がなされるとともに、フリンジスキャン計測等を実施する際に測定光軸Ｌ方向に微動せしめられるように構成されている。

一方、上記撮像系２０は、顕微干渉光学系１４から光束分岐光学素子１３を透過して図中上方に進行する干渉光を分岐する光束分岐光学素子２１と、主に被検レンズ９が回転しているときに撮像を行う第１の撮像系２０Ａと、主に被検レンズ９が停止しているときに撮像を行う第２の撮像系２０Ｂと、を備えている。

第１の撮像系２０Ａは、光束分岐光学素子２１を透過して図中上方に進行する干渉光を集光する第１結像レンズ２２と、ＣＣＤやＣＭＯＳ等からなる１次元イメージセンサ２３を有してなる第１撮像カメラ２４とを備えてなり、第１結像レンズ２２により１次元イメージセンサ２３上に形成された干渉縞の画像データを取得するように構成されている。これに対し、第２の撮像系２０Ｂは、光束分岐光学素子２１により図中右方に反射された干渉光を集光する結像レンズ２５と、ＣＣＤやＣＭＯＳ等からなる２次元イメージセンサ２６を有してなる第２撮像カメラ２７とを備えてなり、第２結像レンズ２５により２次元イメージセンサ２６上に形成された干渉縞の画像データを取得するように構成されている。

また、図１に示すように上記測定系アライメント部３は、上記顕微干渉計１に固定されたブラケット３１と、該ブラケット３１を介して顕微干渉計１を、図中のＸ軸方向に延びる回転軸Ｒ_１を中心として傾動可能に支持する干渉計傾動ステージ３２と、該干渉計傾動ステージ３２等と共に顕微干渉計１を、図中のＺ軸方向に移動せしめる干渉計Ｚ軸移動ステージ３３と、該干渉計Ｚ軸移動ステージ３３等と共に顕微干渉計１を、図中のＹ軸回りに傾動せしめる干渉計Ｙ軸傾斜ステージ３４と、該干渉計Ｙ軸傾斜ステージ３４等と共に顕微干渉計１を、図中のＸ軸方向に移動せしめる干渉計Ｘ軸移動ステージ３５と、を備えてなる。

また、上記被検体アライメント部５は、図１に示すように、真空引き等により被検レンズ９を表面側または裏面側から支持するサンプルステージ５１と、該サンプルステージ５１を介して被検レンズ９を、図中のＸ軸回りおよびＹ軸回りに傾動せしめる被検体ＸＹ軸傾斜ステージ５２と、該被検体ＸＹ軸傾斜ステージ５２等と共に被検レンズ９を、図中のＸ軸方向およびＹ軸方向に移動せしめる被検体ＸＹ軸移動ステージ５３と、該被検体ＸＹ軸移動ステージ５３等と共に被検レンズ９を、図中のＺ軸方向に延びる回転軸Ｒ_２の回りに回転せしめる被検体回転ステージ５４（本実施形態における被検面回転手段）と、該被検体回転ステージ５４内に搭載され、該被検体回転ステージ５４の回転角度（被検体回転ステージ５４により回転せしめられる被検レンズ９の回転軸Ｒ_２回りの回転位置）を検出する回転エンコーダ５５と、上記被検体回転ステージ５５等と共に被検レンズ９を、図中のＹ軸方向に移動せしめる被検体Ｙ軸移動ステージ５６と、を備えてなる。

また、上記解析制御装置７は、上記撮像系２０により取得された干渉縞の画像データに基づき被検レンズ９の形状データを求めたり、上記測定系アライメント部３および上記被検体アライメント部５における各ステージ等の駆動を制御したりするものであり、図３に示すように、当該解析制御装置７内に搭載されるＣＰＵやハードディスク等の記憶部および該記憶部に格納されたプログラム等により構成される測定光軸位置調整指令部７１、面中心軸位置調整指令部７２、形状解析部７３、傾斜角度算出部７４、交円径長算出部７５および嵌合部段差長算出部７６を備えてなる。

上記測定光軸位置調整指令部７１は、上述の干渉計傾動ステージ３２、干渉計Ｚ軸移動ステージ３３、干渉計Ｙ軸傾斜ステージ３４、干渉計Ｘ軸移動ステージ３５および被検体Ｙ軸移動ステージ５６と共に、本実施形態における測定光軸傾き調整手段を構成するものであり、被検レンズ９の設計データに基づき、被検面（コバ部表面９５、嵌合面９８、嵌合部底面９９のいずれか）の面中心軸（光軸Ｃ_９）と測定光軸Ｌとを含む仮想平面内において測定光軸Ｌが被検面と交わり、かつ測定光軸Ｌと被検面との交点位置における被検面の接平面に対し測定光軸Ｌが垂直となるように、上記各ステージ３２〜３５，５６を用いて、被検面の面中心軸（光軸Ｃ_９）に対する測定光軸Ｌの相対的な位置を調整するように構成されている。

上記面中心軸位置調整指令部７２は、上述の被検体ＸＹ軸傾斜ステージ５２、被検体ＸＹ軸移動ステージ５３と共に、本実施形態における面中心軸位置調整手段を構成するものであり、上記被検面の面中心軸（光軸Ｃ_９）と被検体回転ステージ５４の回転軸Ｒ_２とが互いに一致するように、上記各ステージ５２，５３を用いて、回転軸Ｒ_２に対する光軸Ｃ_９の相対的な位置を調整するように構成されている。

上記形状解析部７３は、本実施形態における形状解析手段を構成するものであり、上記被検面の回転時に第１撮像カメラ２４の１次元イメージセンサ２３により撮像された各回転位置別干渉縞の画像データに基づき、被検面の形状を解析するように構成されている。

上記傾斜角度算出部７４は、本実施形態における傾斜角度算出手段を構成するものであり、嵌合面９８に対応した各回転位置別干渉縞の画像データに基づき、嵌合面９８の傾斜角度を算出するように構成されている。

上記交円径長算出部７５は、嵌合面９８に対応した各回転位置別干渉縞の画像データに基づき、上述の交円径長φ（図６（Ａ）参照）を算出するように構成されている。

上記嵌合部段差長算出部７６は、コバ部表面９５および嵌合部底面９９に対応した各干渉縞のコントラストに基づき、上述の嵌合部段差長ｄ（図６（Ａ）参照）を算出するように構成されている。

以下、光波干渉測定装置１の作用および測定手順について説明する。

〈アライメント部の初期調整〉
まず、測定に先立って行われる、上述の測定系アライメント部３と被検体アライメント部５との初期調整について説明する。この初期調整は、サンプルステージ５１上に被検レンズ９を載置する前に、顕微干渉計１の測定光軸Ｌと被検体回転ステージ５４の回転軸Ｒ_２とを高精度に一致させるために行うものであり、以下の手順で行われる。なお、以下のアライメント調整は、基本的にはオペレータが手動操作により行う。

（１）被検体回転ステージ５４は停止した状態で、図１に示す被検体回転ステージ５４の回転円盤面５４ａ（高精度に平滑であるとする）上に顕微干渉計１からの測定光が集光照射されるように、干渉計Ｚ軸移動ステージ３３、干渉計Ｘ軸移動ステージ３５および被検体Ｙ軸移動ステージ５６を用いて、顕微干渉計１と被検体回転ステージ５４との相対位置を調整する。

（２）相対位置が調整された顕微干渉計１から回転円盤面５４ａ上に測定光を照射し、その戻り光と参照光との干渉により形成される干渉縞を、図２に示す第２撮像カメラ２７の２次元イメージセンサ２６を用いて撮像し、この撮像された干渉縞がヌル縞状態（ヌル縞に最も近い状態、以下同じ）となるように、図１に示す干渉計傾動ステージ３２および干渉計Ｙ軸傾斜ステージ３４を用いて、顕微干渉計１の傾きを調整する。これにより、測定光軸Ｌと回転軸Ｒ_２とが互いに平行となる。

（３）サンプルステージ５１上に、表裏面が高精度に平滑化された平行平板（図示略）を載置し、この平行平板表面（顕微干渉計１側の面）に、顕微干渉計１からの測定光が集光照射されるように、干渉計Ｚ軸移動ステージ３３、干渉計Ｘ軸移動ステージ３５および被検体Ｙ軸移動ステージ５６を用いて、顕微干渉計１とサンプルステージ５１との相対位置を調整する。

（４）相対位置が調整された顕微干渉計１から平行平板表面に測定光を照射し、その戻り光と参照光との干渉により形成される干渉縞を、第２撮像カメラ２７の２次元イメージセンサ２６を用いて撮像し、この撮像された干渉縞がヌル縞状態となるように、図１に示す被検体ＸＹ軸傾斜ステージ５２を用いて、サンプルステージ５１上の平行平板の傾きを調整する。これにより、平行平板表面と回転軸Ｒ_２および測定光軸Ｌとが互いに垂直な状態となる。

（５）平行平板表面上に、図７に示すような調整用治具４を載置固定する。この調整用治具４は、互いに傾きが異なる３つの反射平面４１〜４３を有してなり、該３つの反射平面４１〜４３に測定光を照射したときに観察される、該３つの反射平面４１〜４３にそれぞれ対応した３つの干渉縞画像から、該３つの反射平面４１〜４３の交点Ｍの位置を高精度に求められるように構成されている（特開2009-139200号公報参照）。

（６）上記被検体回転ステージ５４を用いて、調整用治具４を回転軸Ｒ_２回りに回転させるとともに、顕微干渉計１から、回転する調整用治具４に対して測定光を照射し、上記３つの反射平面４１〜４３からの各戻り光と参照光とを干渉せしめたときに形成される、該３つの反射平面４１〜４３に対応した３つの干渉縞画像を、第２撮像カメラ２７の２次元イメージセンサ２６を用いて、調整用治具４の複数の回転位置毎に撮像する。

（７）複数の回転位置毎に撮像された各３つの干渉縞画像から、上記交点Ｍの回転軌跡を求め、この回転軌跡の中心として上記回転軸Ｒ_２の位置を特定する。そして、位置が特定された回転軸Ｒ_２に、測定光軸Ｌが一致するように、図１に示す干渉計Ｘ軸移動ステージ３５および被検体Ｙ軸移動ステージ５６を用いて、顕微干渉計１と被検体回転ステージ５４との相対位置を調整する。これにより、測定系アライメント部３と被検体アライメント部５との初期調整が完了する。

〈被検面の測定〉
次に、被検レンズ９の各被検面（コバ部表面９５、嵌合面９８、嵌合部底面９９）の測定を、以下の手順で行う。

（１）サンプルステージ５１を用いて被検レンズ９を、第１レンズ面９３が顕微干渉計１と対向するように、コバ部裏面９６側から支持せしめる。なお、被検レンズ９をサンプルステージ５１上に載置支持せしめた段階では、被検レンズ９の光軸Ｃ_９は、被検体回転ステージ５４の回転軸Ｒ_２（およびこれと一致している測定光軸Ｌ）の近傍に位置するものの、回転軸Ｒ_２と正確に一致しているとは限らない。そこで、光軸Ｃ_９を回転軸Ｒ_２と正確に一致させる調整を、例えば、以下の手順で行う。

〈ａ〉顕微干渉光学系１４から第１レンズ面９３の中心部（光軸Ｃ_９との交点を含む領域）に対し測定光を照射して、第１レンズ面９３から反射された戻り光と参照光とにより形成される干渉縞を、上記第２撮像カメラ２７の２次元イメージセンサ２６を用いて撮像する。

〈ｂ〉撮像された干渉縞（以下「レンズ面中心部干渉縞」と称する）の画像データから第１レンズ面９３の中心部の形状を解析するとともに、解析された形状データを被検レンズ９の第１レンズ面９３の設計データと照合し、その照合結果から光軸Ｃ_９と回転軸Ｒ_２（測定光軸Ｌ）との相対的な位置のずれ（傾きのずれを含む）を求める。なお、レンズ面中心部干渉縞の解析および光軸Ｃ_９と回転軸Ｒ_２との相対的な位置ずれの演算は、上記形状解析部７３において実行される。

〈ｃ〉求められた、光軸Ｃ_９と回転軸Ｒ_２との相対的な位置ずれに基づき、光軸Ｃ_９と回転軸Ｒ_２とが互い互いに一致するように、被検レンズ９の位置を調整する。なお、この被検レンズ９の位置調整は、上記面中心軸位置調整指令部７２からの指令に基づき、被検体ＸＹ軸傾斜ステージ５２および被検体ＸＹ軸移動ステージ５３によって実行される。

なお、光軸Ｃ_９と回転軸Ｒ_２とが互いに一致した状態の被検レンズ９に対する顕微干渉光学系１４の相対姿勢は、測定時の基準姿勢（以下「測定時基準姿勢」と称する）として、上記測定光軸位置調整指令部７１において記憶され、被検レンズ９に対する顕微干渉光学系１４の相対姿勢を変更する際に利用される。

（２）コバ部表面９５の測定が、以下の手順で行われる。

〈ａ〉光軸Ｃ_９と測定光軸Ｌとを含む仮想平面内において測定光軸Ｌがコバ部表面９５に対し垂直に交わり、かつ顕微干渉光学系１４からの測定光がコバ部表面９５に集光照射されるように、被検レンズ９に対する顕微干渉光学系１４の相対位置が調整される（図２参照）。この相対位置の調整は、被検レンズ９の設計データに基づき上記測定光軸位置調整指令部７１が、干渉計傾動ステージ３２、干渉計Ｚ軸移動ステージ３３、干渉計Ｙ軸傾斜ステージ３４、干渉計Ｘ軸移動ステージ３５および被検体Ｙ軸移動ステージ５６を駆動させることにより自動的に行われる。

〈ｂ〉フリンジスキャンアダプタ２８を用いて、顕微干渉光学系１４を測定光軸Ｌ方向に微小距離ずつ順次移動させ、移動毎に、顕微干渉光学系１４からコバ部表面９５に対し測定光を照射して、コバ部表面９５から反射された戻り光と参照光とにより形成される干渉縞を、上記第２撮像カメラ２７の２次元イメージセンサ２６を用いてそれぞれ撮像する。

〈ｃ〉上記嵌合部段差長算出部７６において、顕微干渉光学系１４の移動毎に撮像された各々の干渉縞の縞コントラスト（モジュレーションでも可）が求められ、該縞コントラストが最大となるときの顕微干渉光学系１４の測定光軸Ｌ方向の位置が算出される。

〈ｄ〉光軸Ｃ_９と回転軸Ｒ_２とが互いに一致した状態で、被検体回転ステージ５４を用いて被検レンズ９を上記回転軸Ｒ_２回りに回転せしめる。なお、このときの回転速度は任意に設定することが可能であるが、本実施形態では、例えば、０．１秒で１回転するように設定する（以下の嵌合面９８および嵌合部底面９９の各測定において同じ）。

〈ｅ〉回転する被検レンズ９のコバ部表面９５に対し、顕微干渉光学系１４から測定光を照射して、コバ部表面９５から反射された戻り光と参照光とにより形成される、コバ部表面９５に対応した各回転位置別干渉縞（以下「各コバ部表面回転位置別干渉縞」と称する）を、上記第１撮像カメラ２４の１次元イメージセンサ２３を用いてそれぞれ撮像し、その画像データ（コバ部表面９５の１回転分の画像データ）を取得する。なお、フリンジスキャン計測を行う場合は、フリンジスキャンアダプタ２８を用いて、顕微干渉光学系１４の測定光軸Ｌ方向の位置を適宜変更し、変更毎に被検レンズ９を回転させ、各回転に対応した上記各コバ部表面回転位置別干渉縞を撮像する。また、撮像回数は任意に設定することが可能であるが、本実施形態では、例えば、被検レンズ９が１回転する０．１秒の間に３６００回（被検レンズ９が０．１度回転する毎に１回）撮像するようにする（以下の嵌合面９８および嵌合部底面９９の各測定において同じ）。また、各コバ部表面回転位置別干渉縞が撮像される毎に、その撮像された時点での被検レンズ９の回転角度が回転エンコーダ５５により検出される。

〈ｆ〉取得された各コバ部表面回転位置別干渉縞と、該各コバ部表面回転位置別干渉縞が撮像された各時点における上記回転位置の検出データとに基づき、上記形状解析部７３において、コバ部表面９５の形状が解析される。

（３）嵌合面９８の測定が、以下の手順で行われる。

〈ａ〉光軸Ｃ_９と測定光軸Ｌとを含む仮想平面内において測定光軸Ｌが嵌合面９８と交わり、かつ測定光軸Ｌと嵌合面９８との交点位置における該嵌合面９８の接平面に対し測定光軸Ｌが垂直となり（図４参照）、さらに顕微干渉光学系１４からの測定光が嵌合面９８に集光照射されるように、被検レンズ９に対する顕微干渉光学系１４の相対位置が調整される。この相対位置の調整は、被検レンズ９の設計データに基づき上記測定光軸位置調整指令部７１が、干渉計傾動ステージ３２、干渉計Ｚ軸移動ステージ３３、干渉計Ｙ軸傾斜ステージ３４、干渉計Ｘ軸移動ステージ３５および被検体Ｙ軸移動ステージ５６を駆動させることにより自動的に行われる。

〈ｂ〉光軸Ｃ_９と回転軸Ｒ_２とが互いに一致した状態で、被検体回転ステージ５４を用いて被検レンズ９を上記回転軸Ｒ_２回りに回転せしめる。

〈ｃ〉回転する被検レンズ９の嵌合面９８に対し、顕微干渉光学系１４から測定光を照射して、嵌合面９８から反射された戻り光と参照光とにより形成される、嵌合面９８に対応した各回転位置別干渉縞（以下「各嵌合面回転位置別干渉縞」と称する）を、上記第１撮像カメラ２４の１次元イメージセンサ２３を用いてそれぞれ撮像し、その画像データ（嵌合面９８の１回転分の画像データ）を取得する。なお、フリンジスキャン計測を行う場合は、フリンジスキャンアダプタ２８を用いて、顕微干渉光学系１４の測定光軸Ｌ方向の位置を適宜変更し、変更毎に被検レンズ９を回転させ、各回転に対応した上記各嵌合面回転位置別干渉縞を撮像する。また、各嵌合面回転位置別干渉縞が撮像される毎に、その撮像された時点での被検レンズ９の回転角度が回転エンコーダ５５により検出される。

〈ｄ〉取得された各嵌合面回転位置別干渉縞と、該各嵌合面回転位置別干渉縞が撮像された各時点における上記回転位置の検出データとに基づき、上記形状解析部７３において、嵌合面９８の形状が解析される。

〈ｅ〉取得された各嵌合面回転位置別干渉縞と、該各嵌合面回転位置別干渉縞が撮像された各時点における上記回転位置の検出データとに基づき、上記傾斜角度算出部７４において、嵌合面９８の傾斜角度が算出される。なお、各嵌合面回転位置別干渉縞を並列的に配置して構成した干渉縞画像は、円錐面から構成される嵌合面９８を展開した平面に対応したものとなる。この平面に対応した干渉縞画像から、嵌合面９８の母線方向の傾斜角度成分の値と周方向の傾斜角度成分の値を求めることができる。この母線方向の傾斜角度成分の値は、嵌合面９８の傾斜角度の設計データ値からのずれとなるので、設計データ値から逆算することにより、嵌合面９８の傾斜角度の実際の値を算出することができる。

〈ｆ〉取得された各嵌合面回転位置別干渉縞と、該各嵌合面回転位置別干渉縞が撮像された各時点における上記回転位置の検出データとに基づき、上記交円径長算出部７５において、上述の交円径長φ（図６（Ａ）参照）が算出される。なお、交円径長φの算出の際には、各嵌合面回転位置別干渉縞において、その縞コントラスト（モジュレーションでも可）に基づく２値化処理が行われて各嵌合面回転位置別干渉縞のエッジが検出され、これにより、嵌合面９８の境界が特定される。

（４）嵌合部底面９９の測定が、以下の手順で行われる。

〈ａ〉光軸Ｃ_９と測定光軸Ｌとを含む仮想平面内において測定光軸Ｌが嵌合部底面９９に対し垂直に交わり（図５参照）、かつ顕微干渉光学系１４からの測定光が嵌合部底面９９に集光照射されるように、被検レンズ９に対する顕微干渉光学系１４の相対位置が調整される。この相対位置の調整は、被検レンズ９の設計データに基づき上記測定光軸位置調整指令部７１が、干渉計傾動ステージ３２、干渉計Ｚ軸移動ステージ３３、干渉計Ｙ軸傾斜ステージ３４、干渉計Ｘ軸移動ステージ３５および被検体Ｙ軸移動ステージ５６を駆動させることにより自動的に行われる。

〈ｂ〉フリンジスキャンアダプタ２８を用いて、顕微干渉光学系１４を測定光軸Ｌ方向に微小距離ずつ順次移動させ、移動毎に、顕微干渉光学系１４から嵌合部底面９９に対し測定光を照射して、嵌合部底面９９から反射された戻り光と参照光とにより形成される干渉縞を、上記第２撮像カメラ２７の２次元イメージセンサ２６を用いてそれぞれ撮像する。

〈ｃ〉上記嵌合部段差長算出部７６において、顕微干渉光学系１４の移動毎に撮像された各々の干渉縞の縞コントラスト（モジュレーションでも可）が求められ、該縞コントラストが最大となるときの顕微干渉光学系１４の測定光軸Ｌ方向の位置が算出される。このときの顕微干渉光学系１４の測定光軸Ｌ方向の位置と、上述の手順（２）−〈ｃ〉で求められた、コバ部表面９５に対向した顕微干渉光学系１４の測定光軸Ｌ方向の位置との間の距離により、上述の嵌合部段差長ｄ（図６（Ａ）参照）が算出される。

〈ｄ〉光軸Ｃ_９と回転軸Ｒ_２とが互いに一致した状態で、被検体回転ステージ５４を用いて被検レンズ９を上記回転軸Ｒ_２回りに回転せしめる。

〈ｅ〉回転する被検レンズ９の嵌合部底面９９に対し、顕微干渉光学系１４から測定光を照射して、嵌合部底面９９から反射された戻り光と参照光とにより形成される、嵌合部底面９９に対応した各回転位置別干渉縞（以下「各嵌合部底面回転位置別干渉縞」と称する）を、上記第１撮像カメラ２４の１次元イメージセンサ２３を用いてそれぞれ撮像し、その画像データ（嵌合部底面９９の１回転分の画像データ）を取得する。なお、フリンジスキャン計測を行う場合は、フリンジスキャンアダプタ２８を用いて、顕微干渉光学系１４の測定光軸Ｌ方向の位置を適宜変更し、変更毎に被検レンズ９を回転させ、各回転に対応した上記各嵌合部底面回転位置別干渉縞を撮像する。また、各嵌合部底面回転位置別干渉縞が撮像される毎に、その撮像された時点での被検レンズ９の回転角度が回転エンコーダ５５により検出される。

〈ｆ〉取得された各嵌合部底面回転位置別干渉縞と、該各嵌合部底面回転位置別干渉縞が撮像された各時点における上記回転位置の検出データとに基づき、上記形状解析部７３において、嵌合部底面９９の形状が解析される。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、種々に態様を変更することが可能である。

例えば、上述の実施形態では、ミロー型の顕微干渉光学系１４を用いているが、マイケルソン型の顕微干渉光学系（図示略）を用いることも可能である。

また、上述の実施形態では、被検体として非球面レンズ（被検レンズ９）を例示しているが、本発明の光波干渉測定装置は、回転対称な線織面で構成される被検面を有する種々の被検体の測定に適用することが可能である。

１ 顕微干渉計
３ 測定系アライメント部
４ 調整用治具
５ 被検体アライメント部
７ 解析制御装置
９ 被検レンズ
１０ 測定光照射系
１１ 光源部
１２ コリメータレンズ
１３，２１ 光束分岐光学素子
１４ 顕微干渉光学系
１５ 収束レンズ
１６ 透明平板
１７ 反射素子
１８ 半透過反射素子
１９ 鏡胴
２０ 撮像系
２０Ａ 第１の撮像系
２０Ｂ 第２の撮像系
２２ 第１結像レンズ
２３ １次元イメージセンサ
２４ 第１撮像カメラ
２５ 第２結像レンズ
２６ ２次元イメージセンサ
２７ 第２撮像カメラ
２８ フリンジスキャンアダプタ
２９ ピエゾ素子
３１ ブラケット
３２ 干渉計傾動ステージ
３３ 干渉計Ｚ軸移動ステージ
３４ 干渉計Ｙ軸傾斜ステージ
３５ 干渉計Ｘ軸移動ステージ
４１〜４３ 反射平面
５１ サンプルステージ
５２ 被検体ＸＹ軸傾斜ステージ
５３ 被検体ＸＹ軸移動ステージ
５４ 被検体回転ステージ
５４ａ 回転円盤面
５５ 回転エンコーダ
５６ 被検体Ｙ軸移動ステージ
７１ 測定光軸位置調整指令部
７２ 面中心軸位置調整指令部
７３ 形状解析部
７４ 傾斜角度算出部
７５ 交円径長算出部
７６ 嵌合部段差長算出部
９１ レンズ部
９２ コバ部
９３ 第１レンズ面
９４ 第２レンズ面
９５ コバ部表面
９６ コバ部裏面
９７ コバ部側面
９８ 嵌合面
９９ 嵌合部底面
Ｌ 測定光軸
Ｃ_９ 光軸
Ｒ_１，Ｒ_２ 回転軸
φ 交円径長
ｄ 嵌合部段差長
Ｍ 交点

Claims (3)

1. 測定光軸上に配置された被検体が有する、回転対称な線織面で構成される被検面を測定する光波干渉測定装置であって、
   前記被検面の面中心軸と前記測定光軸とを含む仮想平面内において該測定光軸が該被検面と交わり、かつ該測定光軸と該被検面との交点位置における該被検面の接平面に対し該測定光軸が垂直となるように、該被検面の面中心軸に対する該測定光軸の相対的な傾きを調整する測定光軸傾き調整手段と、
   前記被検面を回転軸回りに回転せしめる被検面回転手段と、
   前記面中心軸と前記回転軸とが互いに一致するように、該回転軸に対する該面中心軸の相対的な位置を調整する面中心軸位置調整手段と、
   回転する前記被検面に対して、前記測定光軸に沿って収束しながら進行する低可干渉性の測定光を照射し、該測定光の前記被検面上での集光領域からの戻り光を参照光と合波して干渉光を得る顕微干渉光学系と、
   回転する前記被検面の複数の回転位置毎に前記干渉光を取り込み、前記仮想平面と前記被検面との交差部分の領域に対応した各回転位置別干渉縞を１次元イメージセンサにより撮像する回転時撮像系と、
   前記各回転位置別干渉縞の画像データに基づき前記被検面の形状を解析する形状解析手段と、を備えてなることを特徴とする光波干渉測定装置。
2. 前記各回転位置別干渉縞の画像データに基づき前記被検面の傾斜角度を算出する傾斜角度算出手段を備えてなる、ことを特徴とする請求項１記載の光波干渉測定装置。
3. 前記被検体が嵌合レンズであり、前記被検面が円錐面により構成された嵌合面であることを特徴とする請求項１または２記載の光波干渉測定装置。
   

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