JP3410896B2

JP3410896B2 - 非球面レンズの偏心測定方法および装置

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Publication number: JP3410896B2
Application number: JP05781296A
Authority: JP
Inventors: 展弘森田; 雅明高井
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1995-07-28
Filing date: 1996-03-14
Publication date: 2003-05-26
Anticipated expiration: 2016-03-14
Also published as: JPH09145537A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は非球面レンズの偏
心測定方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】「非球面レンズ」が広く用いられるよう
になってきている。

【０００３】非球面レンズは研磨による非球面創成が困
難であるところから、一般に型成形による非球面創成が
行なわれており、このため「非球面の偏心」が生じやす
い。非球面レンズにおける非球面の偏心測定は、例えば
製品検査において、製品の良否を判定する際に必要とな
るし、製作の途上で試作された非球面レンズの偏心によ
り型押しの向きを調整するような場合にも必要となる。

【０００４】偏心測定の目的が、前者の場合のように製
品の良否の判定だけなら「偏心量」のみを測定すればよ
いが、後者の場合のように型押しの向きの調整を意図す
るような場合には、偏心量のみならず「偏心方向」即
ち、偏心がどの方向に生じているかをも知る必要があ
る。

【０００５】非球面レンズの偏心を測定する方法として
は、従来、特開平３−３７５４４号公報や特開平１−２
９６１３２号公報開示の技術が知られている。

【０００６】これら従来技術では、被検レンズの形状に
合わせて変位計を移動させ、被検面に対して垂直になる
ように変位計をセットする必要があり、変位計の設定が
面倒であるという問題があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】この発明は上述した事
情に鑑み、被検レンズにおける非球面の偏心を容易且つ
確実に測定することを課題とする（請求項１〜９）。

【０００８】この発明はまた、両面が非球面である被検
レンズの各非球面の偏心を、容易且つ確実に測定するこ
とを課題とする（請求項１０〜１９）。

【０００９】この発明はさらに、非球面レンズの偏心測
定において、被検非球面の近軸曲率中心を保持手段の中
心軸に合致させる操作の容易化を課題とする（請求項２
０〜２９）。

【００１０】この発明はさらにまた、非球面レンズの偏
心測定装置において、被検非球面の近軸曲率中心を保持
手段の中心軸に合致させる操作を不要とすることを課題
とする（請求項３０，３１）。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の非球面レ
ンズの偏心測定装置は、保持手段と、照明用の光源と、
照射用光学系と、結像光学系と、重心位置検出手段と、
間隔調整手段と、制御・演算手段とを有する。

【００１２】「保持手段」は、被検レンズを被検面と逆
側の面の球面部で保持する手段である。「光源」は、光
照射用であって被検レンズを照明するための光を発す
る。「照射用光学系」は、光源からの光束を収束性もし
くは発散性の光束として被検面に照射するための光学系
である。

【００１３】「結像光学系」は、被検面からの反射光を
結像させる光学系である。「重心位置検出手段」は、結
像光学系により結像される「反射光の像」の重心位置を
検出する手段である。

【００１４】「間隔調整手段」は、保持手段に保持され
た被検レンズと照射用光学系との間隔を調整する手段で
ある。

【００１５】「制御・演算手段」は、重心位置検出手段
が検出する、被検面の近軸球面による反射光の像の重心
位置および、所定の非球面部分からの反射光の像の重心
位置と、上記近軸球面の曲率半径と上記所定の非球面部
分の曲率半径との差：ΔＲとをデータとして、被検面の
偏心量もしくは「被検面の偏心量および偏心の方向」を
演算し、間隔調整手段を制御する手段である。

【００１６】保持手段の中心軸と、照射用光学系から被
検レンズの被検面に照射される光束の光軸と、結像光学
系の光軸とは実質的に合致し、間隔調整手段は、上記光
軸の合致性を実質的に保って間隔調整を行なう。

【００１７】請求項１記載の非球面レンズの偏心測定装
置において、間隔調整手段としては「保持手段を保持し
て保持手段の中心軸方向へ変位させるステージ機構」を
用いることができる（請求項２）。

【００１８】また上記請求項１記載の非球面レンズの偏
心測定装置において、照射用光学系が「光源からの光束
を平行光束化するレンズと、平行光束化された光束を被
検面に照射する照射レンズ」とを有する場合には、間隔
調整手段として「照射レンズを光軸方向へ変位させるス
テージ機構」を用いることができる（請求項３）。上記
照射レンズは「正レンズもしくは負レンズ」である。

【００１９】請求項４記載の非球面レンズの偏心測定装
置は、保持手段と、光源と、照射用光学系と、結像光学
系と、重心位置検出手段と、制御・演算手段とを有す
る。

【００２０】これらの内、保持手段と光源と照射用光学
系および結像光学系は、請求項１記載の偏心測定装置に
おけるものと同様のものである。

【００２１】「重心位置検出手段」は、光路分離手段
と、第１および第２の重心検出手段を有する。

【００２２】「光路分離手段」は、結像光学系における
結像光路を２分する手段である。「第１の重心検出手
段」は、光路分離手段により分離された一方の光路にお
いて、被検面の近軸球面からの反射光の像の重心位置を
検出する手段である。「第２の重心検出手段」は、光路
分離手段により分離された他方の光路において、所定の
非球面部分からの反射光の像の重心位置を検出する手段
である。

【００２３】「制御・演算手段」は、重心位置検出手段
が検出する、被検面の近軸球面による反射光の像の重心
位置および、所定の非球面部分からの反射光の像の重心
位置と、上記近軸球面の曲率半径と上記所定の非球面部
分の曲率半径との差：ΔＲとをデータとして、被検面の
偏心量もしくは「被検面の偏心および偏心の方向」を演
算する手段である。

【００２４】保持手段の中心軸と、照射用光学系から被
検レンズの被検面に照射される光束の光軸と、結像光学
系の光軸とは実質的に合致している。

【００２５】上記請求項１〜４の任意の１つに記載の偏
心測定装置は、上記構成に加えて、「被検レンズのデー
タを制御・演算手段に入力する入力手段」を有すること
ができる（請求項５）。

【００２６】即ち、測定の対象となる非球面レンズが所
定種類のレンズに決まっている場合には、測定対象とな
る被検レンズに関するデータは、予め制御・演算手段に
記憶させておけば良いが、請求項５記載の偏心測定装置
のように、被検レンズに関するデータを入力できるよう
にすれば、測定対象が異なる場合にも対処するとことが
できる。

【００２７】上記請求項１または２または３または４ま
たは５記載の非球面レンズの偏心測定装置において、保
持手段は「保持した被検レンズを中心軸の回りに回転さ
せる回転手段と、回転角検出手段とを有する」ことがで
きる（請求項６）。

【００２８】請求項７記載の非球面レンズの偏心測定方
法は、上記請求項１または２または３または４または５
に記載の非球面レンズの偏心測定装置を用いる非球面レ
ンズの偏心測定方法であって、「被検面における近軸球
面からの反射光の像の重心位置と、所定の非球面部分か
らの反射光の像の重心位置、および上記２つの重心位置
の間の距離に基づき、被検面の偏心量または偏心量と偏
心方向を所定の演算により算出する」ことを特徴とす
る。

【００２９】請求項８記載の非球面レンズの偏心測定方
法は、上記請求項６に記載の非球面レンズの偏心測定装
置を用いる非球面レンズの偏心測定方法であって、「回
転手段の回転に伴い、被検面の近軸球面からの反射光の
像の重心位置が描く円の大きさと、所定の非球面部分か
らの反射光の像の重心位置が描く円の大きさに基づき、
所定の演算により被検面の偏心量を算出し、または上記
偏心量の算出に加え、上記回転における初期位相に基づ
き所定の演算により偏心方向を所定の演算により算出す
る」ことを特徴とする。

【００３０】上記請求項７または８記載の非球面の偏心
測定方法において「保持体中心軸に対して互いに１８０
度異なる２つの保持態位で、被検レンズを保持させ、各
保持態位に対して、反射光の像の重心位置もしくは重心
位置の描く円の大きさを測定し、測定データの演算によ
り保持手段の形状誤差を消去したのち、所定の演算によ
り被検面の偏心量を算出し、または上記偏心量の算出に
加え、上記回転における初期位相に基づき所定の演算に
より偏心方向を所定の演算により算出する」ことができ
る（請求項９）。

【００３１】上記請求項１〜９記載の発明において偏心
測定の対象となる「非球面レンズ」は、少なくとも片面
が非球面であるレンズである。従って、測定対象として
の非球面レンズは「片面が球面（極限の場合として平面
を含む）で、他方の面が非球面であるレンズ（以下、片
非球面レンズという）」あるいは「両面が非球面である
両非球面レンズ」である。

【００３２】「被検面」は非球面レンズにおいて偏心測
定の対象となる非球面であり、従って、片非球面レンズ
では被検面は一義的に定まる。両非球面レンズにおいて
は、どちらの側の非球面も被検面と成り得る。

【００３３】請求項１〜９記載の発明において、保持手
段は、被検レンズを被検面と逆側の面の球面部で保持す
るので、被検レンズが片非球面レンズである場合には、
保持手段は球面の側を保持することになる。また両非球
面レンズが被検レンズであるときには、保持手段は被検
面とは逆の側の非球面を保持することになる。

【００３４】周知の如く、どのような非球面でも、その
対称軸に近い部分は球面であり、この球面部分は「近軸
球面」と呼ばれる。また、近軸球面の曲率中心を「近軸
曲率中心」、その曲率半径を「近軸曲率半径」という。

【００３５】被検レンズが片非球面レンズである場合に
は、保持手段は、被検レンズを文字通り「その球面部で
保持する」が、被検レンズが両非球面レンズである場合
には、保持手段は、被検レンズの被検面とは逆側の非球
面の球面部、即ち「近軸球面部分」を保持するのであ
る。

【００３６】ここで、非球面レンズが片非球面レンズで
ある場合を例にとって「非球面の偏心量」および「偏心
方向」を、図７を参照して説明する。

【００３７】図７において、非球面レンズ１のレンズ面
１ａを「非球面」とし、レンズ面１ｂは「球面」とす
る。非球面１ａの近軸球面の曲率中心１ａ’と球面１ｂ
の曲率中心１ｂ’とを結ぶ直線３は非球面レンズ１の
「光軸」である。

【００３８】非球面１ａの回転対称軸２（この回転対称
軸は近軸球面の回転対称軸でもあるから、当然に近軸曲
率中心１ａ’を通る）が非球面１ａの「非球面軸」であ
る。

【００３９】非球面１ａの「偏心量」は、光軸３と非球
面軸２との成す角：θとして定義される。このとき、光
軸３と非球面軸３とを含む平面が、光軸３に直交する面
内で有する方向が「偏心の方向」である。

【００４０】なお、図７の被検レンズ１は両レンズ面と
も凸面であるが、凹レンズ面に対しても、偏心量および
偏心方向は上記と同様に定義される。請求項１〜９記載
の発明において、偏心を測定される被検レンズ１はその
「データ」即ち、非球面１ａ，や球面１ｂの形状および
レンズ肉厚：ｔ等が既知である。

【００４１】被検レンズが「両非球面レンズ」である場
合に就いては、請求項１０〜１９記載の発明との関連に
おいて詳述する。

【００４２】上述のように照射用光学系は「光源からの
光束を収束性もしくは発散性の光束として被検面に照
射」するが、「光源からの光束を発散性の光束として被
検面に照射」する場合とは「被検面が凹面の場合」であ
る。

【００４３】発散性の光束を被検面に照射するには、照
射用光学系に負レンズを用いて発散性の光束を発生させ
てもよいし、照射用光学系から収束性の光束を放射し、
この収束性の光束が収束した後の発散性の光束を利用し
ても良い。

【００４４】以下に説明する請求項１０〜１９記載の発
明においては、偏心測定の対象となる「被検レンズ」は
両面が非球面である「両非球面レンズ」である。ここで
測定対象となる「偏心量および偏心方向」に就き図１７
を参照して説明する。なお、図７における非球面レンズ
は「型非球面レンズ」であり、図１７に示す非球面レン
ズは「両非球面レンズ」であるから、図７，１７の非球
面レンズは互いに異なるが、繁雑を避けるため混同の虞
れがないと思われるものについては図１７においても図
７におけると同一の符号を用いた。

【００４５】図１７において、両非球面レンズ１の各レ
ンズ面１ａ，１ｂは共に「非球面」である。非球面１ａ
の近軸曲率中心１ａ’と非球面１ｂの近軸曲率中心１
ｂ’とを結ぶ直線３が両非球面レンズ１の「光軸」であ
る。非球面１ａの回転対称軸２ａ（この回転対称軸は近
軸球面の回転対称軸でもあるから、当然に近軸曲率中心
１ａ’を通る）が非球面１ａの「非球面軸」であり、非
球面１ｂの回転対称軸２ｂ（近軸曲率中心１ｂ’を通
る）が非球面１ｂの非球面軸である。

【００４６】非球面１ａの「偏心量」は、光軸３と非球
面軸２ａとの成す角：εａとして定義される。このとき
光軸３と非球面軸２ａとを含む平面が、光軸３に直交す
る面内で有する方向が非球面１ａにおける「偏心方向」
である。

【００４７】同様に、非球面１ｂの「偏心量」は、光軸
３と非球面軸２ｂとの成す角：εｂとして定義され、光
軸３と非球面軸２ｂとを含む平面が、光軸３に直交する
面内で有する方向が非球面１ｂにおける「偏心方向」で
ある。

【００４８】図１７の被検レンズ１は両レンズ面とも凸
面であるが、凹レンズ面に対しても偏心量および偏心方
向は上記と同様に定義される。

【００４９】偏心を測定される被検レンズ１はその「デ
ータ」即ち、非球面１ａ，１ｂの形状およびレンズ肉
厚：ｔ、レンズ材質の屈折率：ｎが既知である。

【００５０】請求項１０記載の発明の「非球面レンズの
偏心測定方法」は、以下の如き特徴を有する。

【００５１】両面が非球面である被検レンズは、保持手
段により「一方の面の側の非球面部分」で保持される。
「非球面部分」とは、非球面における「近軸球面の外側
にある部分」である。

【００５２】保持手段に保持された被検レンズは、他方
の面の側から光照射される。

【００５３】この光照射により上記一方の面および他方
の面で反射される反射光を「結像光学系を介して撮像手
段に入射」せしめる。

【００５４】他方の面の近軸球面の「曲率中心近傍を物
点とする第１の結像スポット」が結像光学系の光軸上に
位置するように被検レンズの保持状態を調整する。

【００５５】この状態で、他方の面の所定の非球面部の
曲率中心近傍を物点とする第２の結像スポットの位置
と、一方の面の近軸球面の曲率中心近傍を物点とする第
３の結像スポットの位置とを撮像手段の出力により測定
する。

【００５６】上記被検レンズの「データ」と「第２，第
３の結像スポットの位置」とにより、他方の面における
偏心量：εａもしくは、偏心量：εａと偏心方向：θａ
とを算出する。

【００５７】さらに、第３の結像スポットの位置と所定
の係数：ξとにより、一方の面（保持手段に保持されて
いる側の非球面）の偏心量：εｂもしくは偏心量：εｂ
と偏心方向：θｂとを算出する。

【００５８】係数：ξは、一方の面の近軸曲率中心の所
定位置からのずれ量を表す量であり、「一方の面の非球
面形状と保持手段におけるレンズ保持部の形状と」に応
じて一義的に定まる。

【００５９】請求項１１記載の発明の「非球面レンズの
偏心測定装置」は上記請求項１０記載の偏心測定方法を
実施する装置であって、保持手段と、照明用の光源と、
照射用光学系と、結像光学系と、撮像手段と、撮像対象
選択手段と、演算手段とを有する。

【００６０】「保持手段」は被検レンズを保持するため
の手段で、被検レンズを一方の面の側の非球面部分で可
調整に保持する。被検レンズを「可調整に保持する」と
は、被検レンズ保持状態のままで、保持手段に対して被
検レンズの保持態位を調整できるという意味である。

【００６１】「光源」は光照射用であって、被検レンズ
を照明するための光を放射する。

【００６２】「照射用光学系」は、保持手段に保持され
た被検レンズに対し他方の面の側から、収束性もしくは
発散正正の光を照射する光学系である。「結像光学系」
は、保持手段の中心軸を光軸に略合致させ、被検レンズ
による反射光を結像させる光学系である。「撮像手段」
は、結像光学系による結像スポットを撮像する手段であ
る。「撮像対象選択手段」は、撮像手段による撮像対象
として前記第１，第２，第３の結像スポットを選択する
手段である。

【００６３】「演算手段」は、撮像手段の出力により、
他方の面における偏心量：εａもしくは「偏心量と：ε
ａと偏心方向：θａ」および、一方の面の偏心量：εｂ
もしくは「偏心量：εｂと偏心方向：θｂ」とを算出す
る手段である。

【００６４】請求項１１記載の偏心測定装置においては
「撮像手段が単一の撮像素子を有し、この単一の撮像素
子により撮像する結像スポットを選択するための撮像対
象選択手段が、保持手段と結像光学系との間の距離を結
像光学系の光軸方向に調整する間隔調整手段を有する」
ようにすることができる（請求項１２）。

【００６５】この場合において、間隔調整手段により、
保持手段と結像光学系との間の距離を自動的に調整する
制御手段を有することができる（請求項１３）。

【００６６】あるいは請求項１１記載の偏心測定装置に
おいて「撮像手段が３つの撮像素子を有し、これら撮像
素子が第１，第２，第３の結像スポットを別個に撮像で
きる位置関係を有し、撮像対象選択手段が、これら撮像
素子の演算手段への出力を切り替える手段である」よう
にすることができる（請求項１４）。

【００６７】請求項１１または１２または１３または１
４記載の偏心測定装置において「保持手段のレンズ保持
部に非反射処理する」ことができ（請求項１５）、ある
いは保持手段のレンズ保持部を中空円筒状とし、その外
周面を「保持位置側を頂点側とする円錐面状」とするこ
とができる（請求項１６）。

【００６８】また、保持手段のレンズ保持部の少なくと
もレンズ面に当接する部分を、真鍮のような「軟質且つ
滑りやすい材質」とすることができる（請求項１７）。

【００６９】保持手段は「開口径の異なる複数種の中空
円筒状のレンズ保持部を交換可能に有する」ことができ
る（請求項１８）。

【００７０】演算手段は「測定系の形状・組立て誤差を
データとして有し、これらの影響を除去する演算機能を
有する」ことができる（請求項１９）。

【００７１】請求項２０記載の非球面レンズの偏心測定
装置は、保持手段と、照明用の光源と、照射用光学系
と、結像光学系と、像分離手段と、重心位置検出手段
と、制御・演算手段を有する。

【００７２】「保持手段」は、非球面レンズを被検レン
ズとして保持する手段である。「照明用の光源」は、被
検レンズを照明する光を放射する光照射用の光源で、レ
ーザ光源等を利用できる。「照射用光学系」は、照明用
光源からの光束を収束性もしくは発散性の光束として被
検レンズに照射する光学系である。「結像光学系」は、
保持手段の中心軸と実質的に合致した光軸を持ち、被検
レンズの偏心を測定すべき被検非球面からの反射光束を
結像させる光学系である。

【００７３】「像分離手段」は、結像光学系による、被
検非球面の近軸曲率中心近傍を物点とする像と、所定非
球面部分の曲率中心近傍を物点とする像とを分離する手
段である。

【００７４】「重心位置検出手段」は、像分離手段によ
り分離された各像の重心位置を検出する手段である。

【００７５】「制御・演算手段」は、被検レンズのデー
タと、重心位置検出手段の検出結果に基づき、被検レン
ズにおける被検非球面の偏心量もしくは偏心量と偏心方
向とを演算する手段である。

【００７６】請求項２０記載の偏心測定装置は「保持手
段に保持される被検レンズの、保持手段に対する保持態
位を規制し、もしくは規制と調整とを行なう規制・調整
手段とを有する」ことを特徴とする。

【００７７】この「規制・調整手段」は、保持手段の中
心軸に直交する面内で、上記中心軸から被検レンズのレ
ンズ径の１／２の距離の位置に２つの互いに直交する当
接面をもつ「Ｌ字状の規制部材」とすることができ（請
求項２１）、この場合、規制・調整手段は、Ｌ字状の規
制部材の他に「保持手段に保持された被検レンズを、保
持手段の中心軸を回転軸として回転させる回転手段」を
有することができる（請求項２２）。

【００７８】上記「規制・調整手段」はまた、保持手段
の中心軸に直交する面内において、互いに直交する所定
の２方向へ被検レンズを独立に変位させる２つの押圧部
材と、これら押圧部材を変位させる変位手段とを有する
ことができ、制御・演算手段が、被検レンズの被検非球
面の近軸曲率中心近傍を物点とする反射光束の像の重心
位置に応じて、上記近軸曲率中心を保持手段の中心軸上
に位置させるための２つの押圧部材の変位量を算出する
ようにすることができる（請求項２３）。

【００７９】この請求項２３記載の偏心測定装置におい
ては、制御・演算手段が、算出した変位量に応じて、被
検レンズの被検非球面の近軸曲率中心が保持手段の中心
軸上に位置するように、変位手段を制御するようにでき
る（請求項２４）。

【００８０】また規制・調整手段は、保持手段の中心軸
に直交する面内において、保持手段の中心軸方向へ被検
レンズを変位させる押圧部材と、この押圧部材を変位さ
せる変位手段と、保持手段に保持された被検レンズを、
保持手段の中心軸を回転軸として回転させる回転手段と
を有することができ、制御・演算手段が上記回転手段を
制御するとともに、被検レンズの被検非球面の近軸曲率
中心近傍を物点とする反射光束の像の重心位置に応じ
て、上記近軸曲率中心を保持手段の中心軸上に位置させ
るための上記押圧部材の変位量を算出するようにできる
（請求項２５）。

【００８１】請求項２５の場合においては、制御・演算
手段が、算出した変位量に応じて、被検レンズの被検非
球面の近軸曲率中心近傍が保持手段の中心軸上に位置す
るように変位手段を制御するようにできる（請求項２
６）。

【００８２】上記請求項２３〜２６の任意の１に記載さ
れた偏心測定装置において、重心位置検出手段は「倍率
の異なる像検出系を有する」ことができる（請求項２
７）。

【００８３】請求項２０記載の偏心測定装置における規
制・制御手段はまた、保持手段の中心軸に直交する面内
において、保持手段の中心軸方向へ被検レンズを変位さ
せる押圧部材と、この押圧部材を変位させる変位手段
と、保持手段に保持された被検レンズを、保持手段の中
心軸を回転軸として回転させる回転手段と、保持部材に
保持された被検レンズの外径部の偏倚量を検出する偏倚
量検出手段とを有することができ、制御・演算手段が上
記回転手段を制御するとともに、上記偏倚量検出手段の
検出した偏倚量に応じ、偏倚量が０となるような上記押
圧部材の変位量を算出するようにできる（請求項２
８）。

【００８４】請求項２８記載の偏心測定装置において
は、制御・演算手段が、算出した変位量に応じて、偏倚
量が０となるように、変位手段を制御するようにできる
（請求項２９）。

【００８５】請求項３０記載の偏心測定装置は、前記保
持手段と照明用の光源と照射用光学系と結像光学系と像
分離手段と重心位置検出手段と制御・演算手段とを有
し、制御・演算手段が「被検非球面の近軸球面による反
射光束の像の重心位置に基づき、被検非球面の所定非球
面部分の曲率中心近傍を物点とする像の重心位置を補正
する演算機能」を有することを特徴とする。

【００８６】この請求項３０記載の偏心測定装置におい
ては、重心位置検出手段が、結像光学系による結像光束
を２光路に分割する光路分割素子と２系列の像検出系を
有するようにできる。

【００８７】これら２系列の像検出系の一方は上記分割
された光路の一方に設けられて、被検非球面の近軸曲率
中心近傍を物点とする像を撮像するように位置を定めら
れ、他方の像検出系は上記分割された光路の他方に設け
られて、被検非球面の所定非球面部分の曲率中心近傍を
物点とする像を撮像するように位置を定められる（請求
項３１）。

【００８８】

【発明の実施の形態】図１〜図３を参照して、請求項１
記載の偏心測定装置および請求項７記載の偏心測定方法
の実施の態様を説明する。

【００８９】図１において、被検レンズ１（片非球面レ
ンズであるとする）は、真空吸着式の保持手段４により
「被検面と逆側の面の球面部」で保持されている。保持
手段４はステージ１１上に設置されている。

【００９０】レーザ光源である照明用の光源５から放射
された光束はレンズ６により集光され、集光後に発散光
束と成って偏光ビームスプリッタ７と１／４波長板８を
透過してレンズ９により平行光束に戻され、レンズ１０
により収束性の光束となって、被検レンズ１の被検面に
向かって照射される。

【００９１】レンズ６，９，１０は光軸を互いに合致さ
せて配備され、偏光ビームスプリッタ７および１／４波
長板８と共に「照射用光学系」を構成する。従って、光
源５からの光束は「照射用光学系」により収束性の光束
として被検面に照射される。

【００９２】照射された光束は被検面により反射され、
レンズ１０，９と１／４波長板８を透過すると偏光面が
当初の方向から９０度旋回した方向になる。従って、反
射光は偏向ビームスプリッタ７により反射され、レンズ
１０，９の作用により結像する。即ち、レンズ９，１０
および１／４波長板８と偏光ビームスプリッタ７とは
「結像光学系」を構成し、被検面からの反射光を結像さ
せる。

【００９３】この例では、レンズ６，９，１０は光軸を
互いに合致させて配備され、照射用光学系と結像光学系
が共にレンズ９，１０を含むので、照射用光学系と結像
光学系とは光軸が合致している。保持手段４はその中心
軸がレンズ９，１０の光軸と合致するように設置されて
おり、ステージ１１は、保持手段４を上記中心軸の方向
に変位させるようになっている。

【００９４】ステージ１１の変位量はリニヤスケール１
２により読み取られるようになっている。ステージ１１
とリニヤスケール１２とは「間隔調整手段」である「ス
テージ機構」を構成し（請求項２）、保持手段４に保持
された被検レンズ１と照射用光学系との間隔を調整す
る。

【００９５】即ち、保持手段４の中心軸と、照射用光学
系から被検レンズ１の被検面に照射される光束の光軸
と、結像光学系の光軸とは実質的に合致し、間隔調整手
段は上記光軸の合致性を実質的に保って間隔調整を行な
うようになっている。

【００９６】さて、被検面からの反射光の結像する部位
にはレチクル１３が設けられ、レチクル１３に入射する
光の像は、顕微鏡対物レンズ１４ａとカメラレンズ１４
ｂとによりＣＣＤカメラ１４ｃ上に結像される。上記顕
微鏡対物レンズ１４ａとカメラレンズ１４ｂとＣＣＤカ
メラ１４ｃとは像検出系１４をなす。

【００９７】ＣＣＤカメラ１４ｃの出力は画像処理装置
１５に送られ、画像処理装置１５は上記レチクル１３上
の「反射光の像」の重心位置を検出する。従って、前記
像検出系１４と画像処理装置１５とは「重心位置検出手
段」を構成し、結像光学系による上記反射光の像の重心
位置を検出する。

【００９８】なお、ＣＣＤカメラ１４ｃによる撮像の状
態はモニタ１６に表示される。モニタ１６は、省略する
こともできるし「重心位置検出手段の一部」として用い
ても良い。

【００９９】画像処理装置１５の出力は、コンピュータ
である制御・演算手段１７に入力される。制御・演算手
段１７は制御装置として上記間隔調整手段を制御する。

【０１００】さて、被検レンズ１における形状のデータ
（被検面である非球面の形状、球面の曲率半径、肉厚
等）は制御・演算手段１７内に設定されている。

【０１０１】即ち、被検レンズ１が１種類で、偏心測定
装置がこの特定の種類の被検レンズの偏心測定を行なう
場合でれば、上記データは上述のように、制御・演算手
段１７内に予め演算・制御用のデータとして設定してお
くことができる。

【０１０２】偏心測定装置が種々の種類のレンズに対応
する必要がある場合は、制御・演算手段１７であるコン
ピュータのキーボードを「入力手段」として、被検レン
ズ１のデータを制御・演算手段１７に入力すればよい
（請求項５）。

【０１０３】図２は、図１に示す実施の形態による偏心
測定における被検レンズ１の初期配備状態を説明図的に
示している。図２において「ｆ₁」はレンズ１０の焦点
距離、「Ｒ₀」は被検面１ａの近軸曲率半径、「Ｚ」は
レンズ１０と被検面との距離をそれぞれ表す。レンズ１
０の光軸ＡＸは保持手段４の中心軸と合致している。

【０１０４】図２に示すように、関係：ｆ₁＝Ｚ＋Ｒ₀が
成り立つようにすると、レンズ１０からの収束光束、即
ち、照射光学系から被検面１ａに照射される収束性の光
束は（もし被検面１ａの非球面軸が保持手段４の中心軸
と合致していれば）非球面１ａの近軸曲率中心１ａ’に
集光するようにして被検面に入射することになる。

【０１０５】被検レンズ１の被検面１ａの偏心測定は以
下の如き手順で行なわれる。図１において、被検レンズ
１を保持手段４に保持させ、制御・演算手段１７により
測定準備プログラムを実行させると、制御・演算手段１
７はステージ１１とリニヤスケール１２により構成され
る「間隔調整手段」を制御して、被検面の位置が図２に
示すように、レンズ１０から距離：Ｚの位置になるよう
にする。

【０１０６】即ち、制御・演算手段１７は先ずステージ
１１を所定の基準位置に移動させ、この基準位置から
「被検面の位置がレンズ１０から距離：Ｚの位置にな
る」ためのステージ１１の移動量（制御・演算手段１７
中に予め設定されているか、もしくは入力されたデータ
に基づき演算で算出される）に従って、ステージ１１を
移動させる。移動量はリニヤスケール１２により正確に
設定される。

【０１０７】被検レンズ１が偏心測定の「初期配備状
態」を占めると測定準備が完了し、その旨が制御・演算
手段１７のディスプレイに表示される。

【０１０８】そこで、ＣＣＤカメラ１４ｃと画像処理装
置１５を動作状態にし、光源５を点灯すると被検面から
の反射光がレチクル１３上に結像する。即ちレチクル１
３はレンズ９から「レンズ９の焦点距離：ｆ₂だけ離れ
た位置」に配備されている。

【０１０９】被検レンズ１は、その球面部で保持手段４
に保持されているから、保持状態の如何に拘らず、保持
側の球面の曲率中心（図７の曲率中心１ｂ’）は常に、
保持手段４の中心軸上にある。

【０１１０】保持手段４に保持された状態において、被
検レンズ１の光軸が保持手段４の中心軸と合致していれ
ば、図２に示すように、被検面１ａの近軸曲率中心１
ａ’は光軸ＡＸ上に位置し、曲率中心１ａ’は結像光学
系による結像の物点となり、結像光学系による像（被検
面の反射光の像）は、レンズ９の焦点位置（レチクル１
３の中心）に結像する。

【０１１１】実際には、被検レンズ１を保持手段４に保
持させただけでは、被検レンズ１の光軸と保持手段４の
中心軸とは合致していない。

【０１１２】そこで、先ずは図１におけるモニタ１６を
観察しながら、被検面による反射光の像がＣＣＤカメラ
１４ｃの「撮像領域」内に入るように、保持手段４に対
して被検レンズ１の保持態位を調整する。この調整は、
上記像がレチクル１３の中心に適当に近ければよく、従
って「おおまかな調整」でよい。

【０１１３】このようにして調整された状態を「第１配
備状態」という。

【０１１４】このように、第１配備状態を実現するには
保持手段４に対して被検レンズ１を大まかに調整するの
みでよいから、適当な保持治具を用いて被検レンズ１の
保持手段４に対する保持状態を規制することにより、被
検レンズ１を保持手段４に保持すると自動的に「第１配
備状態」が実現するようにすることもできる。

【０１１５】第１配備状態で、画像処理装置１５が検出
する前記像の重心位置（物点の幾何光学像の位置に対応
する）が制御・演算手段１７に取り込まれ、第１配備状
態における重心位置：Ｘ₁，Ｙ₁として記憶される。

【０１１６】上記反射光の像は、被検面の近軸球面から
の反射光の像であり、反射光の反射角は入射角に等しい
から、被検面の近軸球面の曲率中心が結像光学系の光軸
から光軸直交方向に「δ」だけずれているとすると、上
記重心位置：Ｘ₁，Ｙ₁に対応する物点は、上記光軸から
上記曲率中心の位置へ向かって「２δ」だけずれた点で
ある。

【０１１７】次いで、制御・演算手段１７は間隔調整手
段を制御し、照射光学系から照射される光束が、被検面
における「所定の非球面部分」の曲率中心（理想上の曲
率中心）に向かって集光するように被検レンズ１の位置
を調整する。

【０１１８】図３において符号１ａは被検面を示す。被
検面の非球面形状を一般に、ｆ(ｈ)＝(ｈ²／Ｒ)²／［１＋√｛１−(Ｋ＋１)(ｈ²／Ｒ
²)｝］＋Ａｈ⁴＋Ｂｈ⁶＋Ｄｈ⁸＋．．とするとき、変数：ｈが特定の値：Ｈをとるときのｆ
(Ｈ)が所定の非球面部分である。この所定の非球面部分
の曲率中心を図３に示すように１ａ''とすると、近軸曲
率中心１ａ’との距離：ΔＲは、Ｈと近軸球面の曲率半
径：Ｒ₀と、上記ｆ(Ｈ)の微分：ｆ'(Ｈ)＝ｄｆ(Ｈ)／ｄ
ｈとを用いて、 ΔＲ＝｛１／ｆ'(Ｈ)｝Ｈ＋ｆ(Ｈ)−Ｒ₀ で与えられる。

【０１１９】特定の値：Ｈは、被検面１ａの非球面形状
に応じ、測定がし易いように、間隔調整手段による間隔
調整の可能な範囲で、できるだけ大きくとるのが望まし
く、このような条件が満足されるように上記Ｈの大きさ
を定めるのであり、このように定められたＨにおける非
球面部分を「所定の非球面部分」というのである。

【０１２０】偏心測定装置の測定対象が「所定の被検レ
ンズ」に定まっているときには、選択されたＨに対して
ΔＲは一義的に定まるので、ΔＲも制御・演算手段１７
に制御・演算パラメータとして記憶させておけば良く、
複数の種類の被検レンズに対処する場合には、キーボー
ドから入力される非球面データに基づいてΔＲを算出す
るようにすればよい。

【０１２１】被検レンズ１の上記位置調整が完了した状
態を「第２配備状態」と言う。第２配備状態において画
像処理装置１５が検出する、レチクル１３上の反射光の
像の重心位置は制御・演算手段１７に取り込まれ、第２
配備状態における重心位置：Ｘ₂，Ｙ₂として記憶され
る。

【０１２２】このときの反射光の像は所定の非球面部
分：ｆ(Ｈ)からの反射光の像であり、被検面の非球面部
分の曲率中心が結像光学系の光軸から光軸直交方向に
「δ’」だけずれているとすると、上記重心位置：
Ｘ₂，Ｙ₂に対応する物点は、上記光軸から上記曲率中心
の位置へ向かって「２δ’」だけずれた点である。

【０１２３】制御・演算手段１７は、上記の如く得られ
た２つの配備状態におけるデータ：Ｘ₁，Ｙ₁および
Ｘ₂，Ｙ₂から、演算：Ｄ＝√［｛Ｘ₂−（Ｒ₀−Ｒ₁−ｔ＋ΔＲ）・Ｘ₁／（Ｒ₀
−Ｒ₁−ｔ）｝²＋｛Ｙ₂−（Ｒ₀−Ｒ₁−ｔ＋ΔＲ）・Ｙ₁
／（Ｒ₀−Ｒ₁−ｔ）｝²］（但し、Ｒ₀：被検面１ａの近軸球面の曲率半径、Ｒ₁：
被検面と逆側の面１ｂの曲率半径、ｔ：被検レンズの肉
厚）により、２つの重心位置の間の距離：Ｄを算出する。Ｄ
は、物点側では上記「２δ’」と「２δ」の差「２δ’
−２δ(＝２(δ’−δ))」に対応する。

【０１２４】結像光学系の「結像倍率」はレンズ１０の
焦点距離：ｆ₁とレンズ９の焦点距離：ｆ₂の比：ｆ₂／
ｆ₁で与えられるから、ＣＣＤカメラ１４ｃにおける１
画素あたりの大きさを「γ」とすると、被検面１ａの偏
心量：θ（ラジアン）は、ｓｉｎθ＝(δ’−δ)／ΔＲ＝(ｆ₁・Ｄ・γ)／(２・ｆ₂・ΔＲ) を満足する。従って偏心量：θは、分単位では、 θ＝ｓｉｎ~¹{(ｆ₁・Ｄ・γ)／(２・ｆ₂・ΔＲ)}・１８０×６０／π （１）を演算することにより求めることができる。

【０１２５】また偏心の方向：φは、演算： φ＝ｔａｎ~¹［｛Ｙ₂−（Ｒ₀−Ｒ₁−ｔ＋ΔＲ）・Ｙ₁／（Ｒ₀−Ｒ₁−ｔ）｝／｛Ｘ₂−（Ｒ₀−Ｒ₁−ｔ＋ΔＲ）・Ｘ₁／（Ｒ₀−Ｒ₁−ｔ）｝］・１８０／π （２）により「度単位」で求めることができる。

【０１２６】制御・演算手段１７は、これら（１），
（２）式の演算を実行し、その結果をディスプレイに表
示する。このようにして、上記第１，第２配備状態にお
ける反射光の像の重心位置：Ｘ₁，Ｙ₁およびＸ₂，Ｙ
₂と、曲率中心間距離：ΔＲとをデータとして、被検レ
ンズ１の被検面における偏心量と偏心の方向とを知るこ
とができる。

【０１２７】例えば、製造された非球面レンズの製品検
査として、被検面の偏心量が許容値内のものであるか否
かを調べるような場合には、上記偏心量：θのみを算出
し、その結果を許容値と比較し、許容値より大きい偏心
量を持つ被検体につき、その不合格である旨をディスプ
レイに表示するようにしてもよい。

【０１２８】なお、上の説明で、ΔＲをなるべく大きく
設定できるようにＨを定めるべきことを述べたが、これ
が困難である場合には、レンズ９の焦点距離を大きくし
て、結像光学系の結像倍率：（ｆ₂／ｆ₁）を大きくして
もよい。

【０１２９】図１の装置において「ステージ１１とリニ
ヤスケール１２」によるステージ機構を用いずに、レン
ズ１０を照射レンズとして、別のステージ機構により光
軸ＡＸ方向へ変位可能とし、レンズ１０を光軸方向ＡＸ
へ移動させることにより、照射光学系と被検レンズの間
隔調整を行なうようにしても良い（請求項３）。

【０１３０】上に説明した偏心測定では、間隔調整手段
により照射光学系と被検レンズとの距離を調整する際に
「被検レンズが結像光学系の光軸に沿って変位する」こ
とが前提である。

【０１３１】しかし実際に組み立てられた測定装置で
は、被検レンズを結像光学系の光軸に完全に平行に変位
させることは困難であり、被検レンズの変位方向と結像
光学系の光軸との間に若干の「誤差角」があるのが普通
であり、誤差角がある程度大きくなると正確な偏心測定
が困難になる。

【０１３２】請求項６記載の偏心測定装置を用いて請求
項８記載の測定方法を実施することにより上記誤差角に
基づく測定後差を補正できる。

【０１３３】図４は、請求項６記載の偏心測定装置の実
施の１形態を略示している。繁雑を避けるため、混同の
虞れがないと思われるものに就いては図１におけると同
じ符号を用いた。

【０１３４】図１の実施の形態との差異は、保持手段４
に保持された被検レンズ１を中心軸の回りに回転させる
ための回転手段と回転角検出手段を保持手段の一部とし
て有することである。

【０１３５】回転手段は、保持手段４をその中心軸の回
りに回転させるエアスピンドル１８ｂとステッピングモ
ータ１８ａとを組み合わせた回転駆動系１８と、上記ス
テッピングモータ１８ａを駆動するドライバ２０とによ
り構成されて制御・演算手段１７により制御される。

【０１３６】回転角検出手段はロータリエンコーダ１９
により構成され、その出力を取り込むことにより制御・
演算手段１７が被検レンズ１の回転角：ξを検出できる
ようになっている。

【０１３７】偏心測定は、図１に即して説明した形態と
同様、先ず第１配備状態を実現し、この状態で回転手段
により被検レンズ１を回転させ、１回転をｎ等分（２以
上の自然数：ｎは適当に設定する）する回転角ごとに、
反射光の像の重心位置を検出し、その結果：Ｘ_1i，Ｙ_1i
（ｉ＝０〜ｎ−１）を記憶する。

【０１３８】次に第２配備状態を実現して、上記と同様
にｎ個の像の重心位置を検出し、その結果：Ｘ_2i，Ｙ_2i
（ｉ＝０〜ｎ−１）を記憶する。

【０１３９】上記Ｘ_1i，Ｙ_1iを用いて、演算：Ｘ_C1＝
（ΣＸ_1i）／ｎ，Ｙ_C1＝（ΣＹ_1i）／ｎ（和は、何れも
ｉに就き０からｎ−１までとる）により（Ｘ_C1，Ｙ_C1）
を算出すると、これは第１配備状態において被検レンズ
１の回転に伴い反射光の像が描く円の中心の座標であ
る。

【０１４０】同様にして、演算：Ｘ_C2＝（ΣＸ_2i）／
ｎ，Ｙ_C2＝（ΣＹ_2i）／ｎ（和は、何れもｉに就き０か
らｎ−１までとる）により（Ｘ_C2，Ｙ_C2）を算出する
と、これは第２配備状態において被検レンズ１の回転に
伴い反射光の像が描く円の中心の座標である。

【０１４１】間隔調整手段により被検レンズ１を「Δ
Ｒ」だけ変位させるときに、変位の方向と結像光学系の
光軸との間に「誤差角」が存在すると、上記の各円の中
心の座標（Ｘ_C1，Ｙ_C1），（Ｘ_C2，Ｙ_C2）は影響を受け
るが、各円の半径は影響を受けない。

【０１４２】そこで制御・演算手段１７は、演算： τ＝Σ√［｛（Ｘ_2i−Ｘ_C2）− （Ｒ₀−Ｒ₁−ｔ＋ΔＲ）・（Ｘ_1i−Ｘ_C1）／（Ｒ₀−Ｒ₁−ｔ）｝² ＋｛（Ｙ_2i−Ｙ_C2）− （Ｒ₀−Ｒ₁−ｔ＋ΔＲ）・（Ｙ_1i−Ｙ_C1）／（Ｒ₀−Ｒ₁−ｔ）｝²］（３）によりτを算出する。和はｉに就き０からｎ−１までと
る。

【０１４３】「τ」は前記演算式（１）の「Ｄ」に代入
され、（１）式が演算される。このようにして上記誤差
角の影響を補正した偏心量を得ることができる。

【０１４４】また、偏心の方向は、制御・演算手段１７
により演算： φ＝（１／ｎ）Σｔａｎ~¹［｛（Ｙ_2i−Ｙ_C2）− （Ｒ₀−Ｒ₁−ｔ＋ΔＲ）・（Ｙ_1i−Ｙ_C1）／（Ｒ₀−Ｒ₁−ｔ）｝／｛（Ｘ_2i−Ｘ_C2）− （Ｒ₀−Ｒ₁−ｔ＋ΔＲ）・（Ｘ_1i−Ｘ_C1）／（Ｒ₀−Ｒ₁−ｔ）｝］（４）により演算され、このφ（ラジアン単位で、基準方向：
ξ＝０から図った角）が偏心の方向を与える。

【０１４５】図５は、請求項４記載の偏心測定装置の実
施の１形態を示している。混同の虞れがないと思われる
ものに就いては図４におけると同一の符号を付した。

【０１４６】この実施の形態では、結像光学系による
「反射光の像の重心位置を検出する手段」は、結像光学
系における結像光路を２分する光路分離手段２１と、分
離された一方の光路において、被検面の近軸球面からの
反射光の像の重心位置を検出する第１の重心検出手段
（レチクル１３と顕微鏡対物レンズ１４ａとカメラレン
ズ１４ｂとＣＣＤカメラ１４ｃとセレクタ２４と画像処
理装置１５とにより構成される）と、他方の光路におい
て、所定の非球面部分からの反射光の像の重心位置を検
出する第２の重心検出手段（レチクル２２と顕微鏡対物
レンズ２３ａとカメラレンズ２３ｂとＣＣＤカメラ２３
ｃとセレクタ２４と画像処理装置１５とにより構成され
る）とを有する重心位置検出手段とを有する。符号１
４，２３は「像検出系」を表す。

【０１４７】レチクル１３は前記図１，４の形態におけ
ると同様の位置に配備される。保持手段４は被検レンズ
１を、照射光学系による照射光束が被検面の近軸球面の
理想上の曲率中心に集光するように保持する。このとき
の近軸球面からの反射光はレチクル１３上に結像する。

【０１４８】即ち、上記理想上の曲率中心とレチクル１
３とは結像光学系により共役関係になっている。これに
対しレチクル２２のほうは、保持対４に保持された被検
レンズ１の被検面の所定の非球面部分の理想上の曲率中
心と共役関係なるように、即ちレンズ９の焦点位置から
ΔＰ＝（ｆ₂／ｆ₁）²・ΔＲだけ離れた位置に配備され
ている。

【０１４９】但し、図５の結像光学系の光軸上で、図の
左へ向かう側が正、右へ向かう側が負となる。従って、
Ｒ₀＋ΔＲ＞Ｒ₀（１ａ’’が１ａ’より左側）のときΔ
Ｐ＞０、Ｒ₀＋ΔＲ＜Ｒ₀（１ａ’’が１ａ’より右側）
のときΔＰ＜０である。

【０１５０】このようにすると間隔調整手段を用いなく
ても、前記第１配備状態に関するデータを第１の重心検
出手段により、第２配備状態に関するデータを第２の重
心検出手段により得ることができる。セレクタ２４はＣ
ＣＤカメラ１４ｃ，２３ｃのいずれの出力を画像処理装
置１５に取り込むかを選択する。（この場合、間隔調整
は必要無いので、被検レンズ１が１種類で、保持手段４
とレンズ１０との間の距離を固定化出来る場合であれば
リニヤスケール１２は不要であり、ステージ１１は固定
ステージとすることができる。）被検レンズ１を回転させないときは演算式（１），
（２）により、被検レンズを回転させるときは演算式
（１），（３），（４）に従って偏心量及び偏心の方向
を知ることができる。演算は演御・演算手段１７が行な
い、その結果はディスプレイに表示される。

【０１５１】上記の偏心測定装置では、保持手段４の中
心軸は「結像光学系の光軸と合致している」ことが前提
であるが、保持手段４の「形状誤差」として中心軸と結
像光学系との平行度に誤差があると測定結果に誤差が生
じる。

【０１５２】この場合には請求項９記載の測定方法によ
り上記平行度の誤差に基づく測定誤差を補正できる。

【０１５３】この方法は図１，４，５の装置の何れを用
いても実施できるが、ここでは図４の装置を用いる場合
に就き説明する。なお、図４，５の装置を用いる場合に
は、被検レンズを保持手段にセットする前に、回転駆動
系を原点復帰させておく必要がある。

【０１５４】図６のように被検レンズ１の「コバ部」に
目印１Ａを付ける。そして先ず、被検レンズ１を、上記
目印１Ａが上を向くように保持手段に保持し、この状態
で前記第１配備態位と第２配備態位に関する反射光の重
心位置の検出を行なう。

【０１５５】次に、被検レンズ１を光軸の回りに１８０
度回転させた状態で、同様に反射光の重心位置の検出を
行なう。

【０１５６】最初の保持状態において、被検レンズ１の
保持手段４の中心軸に対する初期位相をφ₁、中心軸の
傾き方向（平行度誤差による）初期位相をφ₂とする。

【０１５７】この状態で被検レンズ１を回転させると、
回転に伴うｎ個の重心位置Ｘ_i，Ｙ_i（ｉ＝０〜ｎ−１）
は、被検面の偏心に起因する回転半径をＴ₁、保持手段
４の中心軸の平行度誤差（形状誤差）に起因する回転半
径をＴ₂としてＸ_i＝Ｔ₁・ｃｏｓ{(２πｉ/ｎ)＋φ₁)＋Ｔ₂・ｃｏｓ{(２πｉ/ｎ)＋φ₂} (5) Ｙ_i＝Ｔ₁・ｓｉｎ{(２πｉ/ｎ)＋φ₁)＋Ｔ₂・ｓｉｎ{(２πｉ/ｎ)＋φ₂} (6) となる。

【０１５８】被検レンズを１８０度回転させて保持した
ときのｎ個の重心位置Ｘ_i’，Ｙ_i’（ｉ＝０〜ｎ−１）
は、Ｘ_i’＝Ｔ₁・ｃｏｓ{(２πｉ/ｎ)＋φ₁＋π)＋Ｔ₂・ｃｏｓ{(２πｉ/ｎ)＋φ₂} ＝−Ｔ₁・ｃｏｓ{(２πｉ/ｎ)＋φ₁)＋Ｔ₂・ｃｏｓ{(２πｉ/ｎ)＋φ₂} (5A) Ｙ_i’＝Ｔ₁・ｓｉｎ{(２πｉ/ｎ)＋φ₁＋π)＋Ｔ₂・ｓｉｎ{(２πｉ/ｎ)＋φ₂} ＝−Ｔ₁・ｓｉｎ{(２πｉ/ｎ)＋φ₁)＋Ｔ₂・ｓｉｎ{(２πｉ/ｎ)＋φ₂} (6A) となる。

【０１５９】従って、｛（５）−（５Ａ）｝／２を計算
すると（Ｘ_i−Ｘ_i’）／２＝Ｔ₁・ｃｏｓ{(２πｉ/ｎ)＋φ₁)＝ｘ_i が得られ、｛（６）−（６Ａ）｝／２を計算すると、（Ｙ_i−Ｙ_i’）／２＝Ｔ₁・ｓｉｎ{(２πｉ/ｎ)＋φ₁)＝ｙ_i が得られ、保持手段４の中心軸の平行度の誤差成分：φ
₂が消去されている。

【０１６０】これらｘ_i，ｙ_iは、第１配備状態、第２配
備状態に就いても同様に成り立つので、前記（３）にお
けるＸ_C1，Ｙ_C1，Ｘ_C2，Ｙ_C2の演算及び（３）式の演算
において、第１，第２配備状態におけるｘ_i，ｙ_iを、Ｘ
_1i，Ｙ_1iおよびＸ_2i，Ｙ_2iの代わりに用いて（３）式を
演算することにより、保持手段４の形状誤差を除いた回
転半径：Ｔ₁を得ることができるので、これを（１）式
の「Ｄ」に代入することにより偏心量：θを算出するこ
とができる。同様に（４）式を演算することにより偏心
の方向：φを選出できる。

【０１６１】また、上記（５），（５Ａ）から、
｛（５）＋（５Ａ）｝／２を計算すると（Ｘ_i＋Ｘ_i’）／２＝Ｔ₂・ｃｏｓ{(２πｉ/ｎ)＋φ₂) が得られ、（６），（６Ａ）から、｛（６）＋（６
Ａ）｝／２を計算すると（Ｙ_i＋Ｙ_i’）／２＝Ｔ₂・ｓｉｎ{(２πｉ/ｎ)＋φ₁) が得られ、左辺は「保持手段４の形状誤差のみに起因す
る回転成分による反射光の像の重心位置」を与えるの
で、これを利用して、予め回転半径：Ｔ₂を演算でき、
この回転半径を予め測定し、実測の重心位置データから
差し引くことで被検面の偏心による回転成分のみによる
重心位置を求めることも可能である。

【０１６２】図８〜図１２を参照して、請求項１０記載
の偏心測定方法および請求項１１，１２，１３記載の偏
心測定装置の実施の形態を説明する。

【０１６３】請求項１１，１２，１３記載の偏心測定装
置の実施の１形態を示す図８において、被検レンズ１は
真空吸着式の保持手段４により「非球面１ｂ（一方の
面）の側の非球面部分」で「可調整」に保持されてい
る。即ち、保持された被検レンズ１は非球面１ｂの側を
保持手段４に吸着されたままで保持手段４に対して保持
態位を調整することができる。

【０１６４】レーザー光源である照明用の光源５から放
射された光束はレンズ６により集光され、集光後に発散
光束と成って偏光ビームスプリッタ７と１／４波長板８
を透過し、レンズ９により平行光束に戻され、レンズ１
０により収束性の光束となって被検レンズ１の非球面１
ａ（他方の面）に向かって照射される。

【０１６５】レンズ６，９，１０は光軸ＡＸを互いに合
致させて配備され、偏光ビームスプリッタ７および１／
４波長板８とともに「照射用光学系」を構成する。即
ち、光源５からの光束は「照射用光学系」により「収束
性の光束」として被検面に照射される。

【０１６６】照射された光束は被検レンズ１の各レンズ
面により反射され、レンズ１０，９と１／４波長板８を
透過すると、偏光面が当初の方向から９０度旋回した方
向になる。従って、反射光は偏向ビームスプリッタ７に
より反射され、レンズ１０，９の作用により結像する。
即ち、レンズ９，１０および１／４波長板８と偏光ビー
ムスプリッタ７とは「結像光学系」を構成し、非球面１
ａからの反射光を結像させる。

【０１６７】この例では、レンズ６，９，１０は光軸Ａ
Ｘを共通にして配備され、照射用光学系と結像光学系が
共にレンズ９，１０を含むので、照射用光学系と結像光
学系とは光軸ＡＸが互いに合致している。

【０１６８】保持手段４は、その中心軸がレンズ９，１
０の光軸ＡＸと合致するように設置されており、ステー
ジ１１は保持手段４を上記中心軸の方向、即ち結像光学
系の光軸方向に変位させるようになっている。ステージ
１１の変位量はリニヤスケール１２により読み取られる
ようになっている。

【０１６９】非球面１ａからの反射光が結像する部位
（レンズ９の焦点面位置）にはレチクル１３が設けら
れ、レチクル１３に入射する光の像は、顕微鏡対物レン
ズ１４ａとカメラレンズ１４ｂとによる拡大結像系によ
りＣＣＤカメラ１４ｃ上に結像される。

【０１７０】顕微鏡対物レンズ１４ａとカメラレンズ１
４ｂとＣＣＤカメラ１４ｃとは像検出系１４をなす。像
検出系１４とレチクル１３とは「撮像手段」を構成す
る。

【０１７１】ＣＣＤカメラ１４ｃの出力は画像処理装置
１５に送られ、画像処理装置１５はレチクル１３上の
「反射光の像」の重心位置を検出する。

【０１７２】ＣＣＤカメラ１４ｃによる撮像の状態はモ
ニター１６に表示される。

【０１７３】画像処理装置１５の出力はコンピュータ１
７に入力される。画像処理装置１５およびコンピュータ
１７は「演算手段」を構成する。モニター１６は省略す
ることもできるし、演算手段の一部として、図の形態の
ように設けることもできる。

【０１７４】前述した如く、測定に際しては被検レンズ
１の各非球面の形状、レンズ肉厚、材質の屈折率が「被
検レンズのデータ」として既知であり、このデータはコ
ンピュータ１７内のメモリに設定されている。

【０１７５】即ち、被検レンズ１が１種類で、偏心測定
装置がこの特定の種類の被検レンズの偏心測定を行なう
場合でれば、上記データは上述のようにコンピュータ１
７に予め演算用データとして設定しておくことができ
る。あるいは、被検レンズが代わるような場合には、新
たな被検レンズに関するデータをコンピュータ１７の入
力部（キーボード等）から入力するようにすれば良い。

【０１７６】前述のように、保持手段４は、ステージ１
１により結像光学系の光軸方向へ変位可能であり、その
変位量はリニヤスケール１２により検出されるようにな
っている。

【０１７７】コンピュータ１７はリニヤスケール１２の
出力を取り込みつつ、保持手段の所望の変位を実現すべ
くステージ１１の駆動系（ステッピングモータ）を制御
するようになっている。

【０１７８】即ち、この実施の形態において、保持手段
４とステージ１１とリニヤスケール１２とコンピュータ
１７とが「保持手段と結像光学系との間の距離を、結像
光学系の光軸方向に調整する間隔調整手段」を構成し
（請求項１２）、リニヤスケール１２とコンピュータ１
７とは間隔調整手段の「制御手段」を構成する（請求項
１３）。

【０１７９】このようにして、保持手段を結像光学系の
光軸方向へ変位調整すると、レチクル１３上に前記第
１，第２，第３の結像スポットの任意のものを選択的に
結像させることができる。即ち、図１の実施の形態で
は、撮像素子として単一のＣＣＤカメラ１４ｃを有し、
上記間隔調整手段により保持手段４と結像光学系との間
隔を調整することにより、ＣＣＤカメラが撮像する結像
スポットを上記第１〜第３の結像スポットのなかから任
意に選択できる。

【０１８０】従ってステージ１１、リニヤスケール１２
およびコンピュータ１７は「撮像対象選択手段」を構成
する。勿論、リニヤスケール１２とコンピュータ１７と
によりステージ１１の移動を自動調整せず、ステージ１
１を「手動式」とし、手動により保持手段と結像光学系
との間の距離を、結像光学系の光軸方向に調整するよう
にしてもよい。

【０１８１】以下、測定の手順を説明する。保持手段４
に被検レンズ１を、その非球面１ｂの側において非球面
部分で保持して装置を動作させると、コンピュータ１７
はステージ１１により保持手段４を変位させて図９の状
態を実現し、図８における光源５を点灯する。

【０１８２】図９において、距離：ｆ₁は結像光学系の
レンズ１０の焦点距離である。また距離：Ｒａは非球面
１ａの近軸曲率半径、距離：Ｚはレンズ１０と非球面１
ａの間の距離である。

【０１８３】図２の状態はこれらの距離：ｆ₁，Ｒａ，
Ｚが、関係：ｆ₁＝Ｒａ＋Ｚを満たす状態である。この
とき、非球面１ａの非球面軸（図１７の直線２ａ）が結
像光学系の光軸ＡＸに合致していれば、レンズ１０の焦
点位置と非球面１ａの近軸曲率中心１ａ’とは合致する
ことになる。

【０１８４】レンズ１０に光源５の側から入射する光束
は「平行光束」であるから、図９に示すように曲率中心
１ａ’とレンズ１０の焦点位置が合致していれば、非球
面１ａの近軸球面により反射された反射光は入射光の光
路を逆進することになる。

【０１８５】即ち、このような理想的な状態において
は、レンズ１０に非球面１ａ側から入射する光束は、曲
率中心１ａ’から発散する光束と等価な光束になる。換
言すれば、この場合、結像光学系によりレチクル１３上
に結像される「反射光の像である結像スポット」は曲率
中心１ａ’を物点とする像である。

【０１８６】実際には、単に被検レンズ１を上記の如く
保持手段４に保持させた状態では、非球面１ａの非球面
軸は結像光学系の光軸ＡＸと合致しないから曲率中心１
ａ’は光軸ＡＸ上にはない。しかし被検レンズを普通に
保持手段４に保持させれば、曲率中心１ａ’の実際の位
置と光軸ＡＸとの「ずれ：δ」は大きくない。

【０１８７】このとき、非球面１ａの近軸球面からの反
射光で、結像光学系により結像される結像スポットに対
する物点は光軸から光軸直交方向へ距離：２δだけ離れ
ており、曲率中心１ａ’の位置とは距離：δだけ離れて
いる。即ち上記結像スポットに対する物点は、非球面１
ａの「近軸曲率中心近傍」にある。この物点に対応する
結像スポットが「第１の結像スポット」である。

【０１８８】そこで測定手順としては、このときのＣＣ
Ｄカメラ１４ｃの出力を画像処理装置１５に取り込む。
画像処理装置１５はレチクル１３上の第１の結像スポッ
トの位置、即ち第１の結像スポットの像の重心位置を検
出し、これをコンピュータ１７に送るとともに、その位
置をモニタ１６上に表示する。

【０１８９】モニタ１６には、結像光学系の光軸ＡＸの
位置を原点とする座標目盛が同時に表示される。この状
態でモニタ１６を見ながら、第１の結像スポットの位置
が上記座標目盛の原点に合致するように、被検レンズ１
の保持手段に対する保持状態を調整する。この調整は
「手動」で行なう。勿論、適当な調整治具を用いること
ができる。モニタ１６を用いない場合には、コンピュー
タ１７のディスプレイをモニタ代わりに用いれば良い。

【０１９０】この調整で第１の結像スポットの重心位置
が光軸ＡＸに近づくとき、その物点と光軸との間の距
離：２δが０に近づき、非球面１ａの近軸曲率中心１
ａ’（光軸から距離：δ離れている）が光軸ＡＸに近づ
く。そして、第１の結像スポットの位置が結像光学系の
光軸ＡＸ上に位置するとき、曲率中心１ａ’も光軸上に
位置する。

【０１９１】このようにして「被検レンズの保持状態の
調整」が終了したら、その旨をコンピュータ１７のキー
ボードの実効ボタンにより入力する。このときの被検レ
ンズ１の結像光学系に対する配置を「第１の配置」と呼
ぶ。

【０１９２】次にコンピュータ１７は再度、保持手段の
ステージ１１を変位させ、被検レンズ１を図１０に示す
距離：ΔＲだけ変位させる。

【０１９３】図１０において、ｆ(ｈ)は、被検レンズ１
の非球面１ａの非球面形状で、前述の式：ｆ(ｈ)＝(ｈ²
／Ｒ)²／［１＋√｛１−(Ｋ＋１)(ｈ²／Ｒ²)｝］＋Ａｈ
⁴＋Ｂｈ⁶＋Ｄｈ⁸＋．．で表される。前述のように、変
数：ｈが特定の値：Ｈをとるときのｆ(Ｈ)が「所定の非
球面部分」である。この所定の非球面部分の曲率中心を
図１０に示すように１ａ''とすると、近軸曲率中心１
ａ’と１ａ''との距離：ΔＲは、Ｈと近軸球面の曲率半
径：Ｒａと上記ｆ(Ｈ)での微分：ｆ’(Ｈ)＝ｆ(Ｈ)／ｄ
ｈとを用いて前述の如く「ΔＲ＝｛１／ｆ’(Ｈ)｝Ｈ＋
ｆ(Ｈ)−Ｒａ」で与えられる。

【０１９４】特定の値：Ｈは、被検面１ａの非球面形状
に応じ、測定し易いように、ステージ１１の移動可能範
囲内で「ΔＲができるだけ大きくなる」ようにとるのが
望ましい。

【０１９５】前述の如く、コンピュータ１７には被検レ
ンズ１のデータとして非球面１ａの形状を予め、あるい
は適宜に与えるから、上記Ｈを指定してΔＲはコンピュ
ータ１７で演算しても良いし、データの一部としてΔＲ
を予め、あるいは適宜にコンピュータ１７に与えても良
い。

【０１９６】このようにしてステージ１１は距離：ΔＲ
だけ変位する。もし、非球面１ａに偏心が無く、非球面
１ａの非球面軸が被検レンズ光軸と合致していれば、ス
テージ１１の上記変位により、レンズ１０の焦点位置は
上記所定の非球面部分の曲率中心１ａ''に合致すること
になるが、実際には、上記非球面軸は光軸ＡＸに対して
僅かに傾いているため、曲率中心１ａ''は光軸ＡＸから
若干離れた位置に位置することになる。このときの被検
レンズの配置を「第２の配置」と呼ぶ。

【０１９７】ステージ１１に上記変位を与えると、図８
のレチクル１３上には第２の結像スポットが結像する。
第２の結像スポットに対応する物点は「曲率中心１ａ''
近傍の点」である。

【０１９８】ＣＣＤカメラ１４ｃの出力を画像処理装置
に入力し、第２の結像スポットの位置、即ち、ＣＣＤカ
メラ１４ｃの撮像した第２の結像スポットの重心位置座
標：Ｘａ，Ｙａを特定する。コンピュータ１７はこの座
標を取り込み、これを非球面１ａの偏心データとしてメ
モリに記憶する。

【０１９９】次に、コンピュータ１７はステージ１１を
駆動・制御し、被検レンズ１の非球面１ａと結像光学系
のレンズ１０との間の距離：Ｚ（図９参照）が、Ｚ＝−Ｒａ（Ｒｂ−ｔ）／［ｎ・Ｒａ＋（１−ｎ）・（Ｒｂ−ｔ）］（７）を満足するようにする。ここに「Ｒａ」は非球面１ａの
近軸曲率半径、「Ｒｂ」は非球面１ｂ（一方の面）の近
軸曲率半径、「ｎ」は被検レンズ１の材質の屈折率、
「ｔ」は被検レンズ１の肉厚であって、被検レンズ１に
関するデータとして予め既知である。

【０２００】上記関係（７）が満足されるとき（このと
きの被検レンズ１の配置を「第３の配置」と呼ぶ）、レ
ンズ１０の焦点位置は非球面１ｂの近軸曲率中心１ｂ’
（図１７参照）の近傍の位置になる。即ち、非球面１ｂ
に偏心が無ければ、レンズ１０の焦点位置は、このとき
非球面１ｂの近軸曲率中心１ｂ’の合致する。但し、光
学距離を被検レンズ１の材質の屈折率：ｎおよび非球面
１ａの近軸球面による透過倍率で補正してある。

【０２０１】「第３の配置」において、レチクル１３上
に結像する第３の結像スポット（非球面１ｂの近軸球面
部で反射された光による像）は、曲率中心１ｂ’近傍を
物点とする結像光学系による像である。このときのＣＣ
Ｄカメラ１４ｃの出力により、画像処理装置１５は、第
３の結像スポットの位置、即ち、第３の結像スポットの
重心の座標：Ｘｂ，Ｙｂを特定する。コンピュータ１７
は、座標：Ｘｂ，Ｙｂを非球面１ｂの偏心データとして
メモリに記憶する。

【０２０２】ここで、以下の演算に必要な定数：ｍ，
β，ξに就き説明する。

【０２０３】定数：ｍは、次の（８）式で定義される
「非球面１ａの透過倍率」である。ｍ＝ｎ／［ｎ・Ｒａ＋（１−ｎ）・（Ｒｂ−ｔ）］（８）第３の結像スポットは、非球面１ａの近軸球面を透過す
る光により結像しており、非球面１ａは曲率半径：Ｒａ
の球面と見做すことができ、非球面１ａの近軸球面の曲
率中心は結像光学系の光軸上にあるので、非球面１ａの
傾きは無視することができる。

【０２０４】定数：βは、結像光学系を構成する２枚の
レンズ９，１０の焦点距離をそれぞれ：ｆ₂，ｆ₁とする
とき、 β＝ｆ₂／ｆ₁ （９）で定義される「結像光学系の横倍率」である。

【０２０５】定数：ξは、被検レンズ１の非球面１ｂ
の、近軸曲率中心の所定位置からのずれ量を表す量とし
て、非球面１ｂの非球面形状と保持手段４のレンズ保持
部（被検レンズ１に直接接触する部分）の形状に応じて
一義的に定まる量である。

【０２０６】図１１を参照すると、符号Ｔ，Ｓは保持手
段４のレンズ保持部がレンズ面１ｂに当接する部分であ
り、距離：Ｌは上記部分の「開口径」である。図に示す
よう座標系ｘ，ｙを設定する。ｙ軸は保持手段４の開口
の中心軸に合致させている。

【０２０７】被検レンズを非球面１ｂの側で保持手段４
に保持させたとき、図１１に実線で示すように、非球面
１ｂの非球面軸が正しくｙ軸に合致していれば、上記
Ｔ，Ｓの座標は、非球面１ｂを関数：ｇ(ｈ)として、Ｓ
(ｈ，Ｒｂ−ｇ(ｈ)），Ｔ（ｈ−Ｌ，Ｒｂ−ｇ(Ｒｂ−ｇ
(ｈ−Ｌ)）であり、ｈ＝Ｌ／２として、Ｒｂ−ｇ(ｈ)＝Ｒｂ−ｇ(Ｒｂ−ｇ(ｈ−Ｌ)）、即ち、ｇ(ｈ)＝ｇ(Ｒｂ−ｇ(ｈ−Ｌ)）が成り立つ。

【０２０８】次に、非球面１ｂに偏心量：νの偏心があ
るとし、偏心している非球面を基準に考えると、図１１
のＴ，ＳはそれぞれＴ'，Ｓ'に移る。このとき「点：
Ｔ'，Ｓ'のｙ座標が等しくなるｈ」を、方程式：ｈｓｉｎν＋（Ｒｂ−g(ｈ))ｃｏｓν＝（ｈ−Ｌ)ｓｉｎν＋（Ｒｂ−g(ｈ-Ｌ))ｃｏｓν を解いて求める。この計算はｈを微小量ずつ変化させて
収束法で行なえば良い。

【０２０９】上記方程式を満たすｈをｈ’とすると、偏
心した非球面１ｂの近軸曲率中心１Ｂ（図１１参照）は
「ｈ'−Ｌ/２」の位置にあり、曲率中心１ｂ’と１Ｂと
の距離：ｄは、−ｈ'ｃｏｓν＋（Ｒｂ−g(ｈ’))ｃｏ
ｓν−Ｌ/２で与えられる。

【０２１０】図１１に示すように、非球面１ａの近軸曲
率中心１ａ’がｙ軸上にあると、図示の角：αは、被検
レンズ１の光軸の結像光学系光軸（ｙ軸）に対する傾き
を与えることになり、角：ε＝α−νは、偏心量：νに
対応する非球面１ａの偏心量を与える。

【０２１１】定数：ξは、上記距離：ｄを用いて、次の
（１０）式で定義される。

【０２１２】 ξ＝ｄ／ε （１０）即ち「ξ」は、非球面１ｂに「単位角（１分）の偏心
量」があるときに、近軸曲率中心１ｂ’が保持手段４の
中心軸（結像光学系の光軸）からずれる割合を与え、保
持手段４の開口部の直径：Ｌと非球面１ｂの形状が定ま
れば一義的に定まる量であり、予め計算により「演算デ
ータ」として求めておくことができる。

【０２１３】前述の如く、第３の結像スポットの位置：
Ｘｂ，Ｙｂが求まると、コンピュータ１７は、演算：Ｄｂ＝√（Ｘｂ²＋Ｙｂ²）により「Ｄｂ」を算出し、さらに、この「Ｄｂ」と前述
の定数：ｍ，β，ξと定数：γを用い、演算： εｂ＝γ・Ｄｂ／（２β・ｍ・ξ）（１１）により、非球面１ｂの偏心量：εｂを算出する。定数：
γはＣＣＤカメラ１４ｃの受光面上の１ｍｍあたりに配
列された画素数（ピクセル／ｍｍ）を表す。即ち（１
１）式右辺の分子は「第３の結像スポットの光軸からの
ずれを、ＣＣＤカメラ１４ｃの画素数で表したもの」で
あり、分母の「係数：２を除く部分」は、被検レンズ１
の透過倍率と結像光学系の結像倍率で補正した前記ξの
値であり、第３の結像スポットは、非球面１ｂの近軸曲
率中心１ｂ’と光軸との距離をΔとして、光軸から２Δ
離れた位置を物点とするから、上記（１１）式により非
球面１ｂの偏心量：εｂが得られるのである。

【０２１４】コンピュータ１７は、上記Ｘｂ，Ｙｂに対
して演算： θｂ＝ｔａｎ~¹(Ｙｂ/Ｘｂ）・１８０／π （１２）を行ない、非球面１ｂの偏心方向：θｂを「分単位」で
決定する。

【０２１５】コンピュータ１７はまた前記：Ｘｂ，Ｙ
ｂ，γ，β，ｍ，Ｒａ，Ｒｂ，ｔを用いて演算： α_x＝ｓｉｎ~¹「γ・Ｘｂ／｛２β・ｍ（Ｒｂ−Ｒａ−ｔ）］（１３） α_y＝ｃｏａ~¹「γ・Ｙｂ／｛２β・ｍ（Ｒｂ−Ｒａ−ｔ）］（１４）により「α_x，α_y」を算出し、これらと前述のＸａ，Ｙ
ａ（非球面１ａの偏心データとしてメモリに記憶されて
いる），γ，βおよびΔＲを用いて演算：Ｘａ’＝｛γ／（２β）｝Ｘａ・ｃｏｓα_x−ΔＲ・ｓｉｎα_x (１５) Ｙａ’＝｛γ／（２β）｝Ｙａ・ｃｏｓα_x−ΔＲ・ｓｉｎα_x (１６) によりＸａ’，Ｙａ’を求め、演算：Ｄａ＝√（Ｘａ’²＋Ｙａ’²）を行なって「Ｄａ」を求め、最後に演算： εａ＝ｓｉｎ~¹(Ｄａ／ΔＲ）（１７）により非球面１ａの偏心量：εａを決定し、演算： θａ＝ｔａｎ~¹(Ｙａ’/Ｘｂ’）・１８０／π （１８）により偏心方向：θａを分単位で決定する。

【０２１６】α_x，α_yは被検レンズ１の光軸の結像光学
系光軸に対する傾き角のｘ，ｙ成分であり、演算式（１
５），（１６）は、第２の結像スポットの結像光学系光
軸からのずれから「被検レンズ光軸の傾き」を除いた部
分、即ち非球面１ａの偏心のみに依存する第２の結像ス
ポットの偏倚量を表している。

【０２１７】このようにして、非球面１ａ，ａｂの偏心
量：εａ，εｂ、偏心方向：θａ，θｂが演算算出され
る。演算の結果は、コンピュータ１７のディスプレイに
表示される。

【０２１８】図１２は、図８に示す実施の形態の変形例
を示している。図８に示す形態との差異は、保持手段４
がエアスピンドル１８ｂに保持され、ドライバ２０によ
り駆動されるステッピングモータ１８ａによりその中心
軸（結像光学系の光軸ＡＸに実質的に合致している）の
周りに回転駆動されるようになっており、この回転駆動
による被検レンズ１の回転量がロータリエンコーダ１９
により検出できるようになっていることである。

【０２１９】この場合、前記第２，第３の結像スポット
の，結像光学系の光軸ＡＸからのずれ量の測定は、被検
レンズ１を回転させつつ、第２，第３の結像スポットの
描く円軌道の半径を画像処理装置１５により検出するこ
とにより行なわれる。

【０２２０】図１３は、請求項１４記載の発明の実施の
１形態を示している。繁雑を避けるため、混同の虞れが
ないと思われるものに就いては図８，図１２におけると
同一の符号を用いた。

【０２２１】この実施の形態では、偏向ビームスプリッ
タ７とレチクル１３との間にビームスプリッタ２６，２
７を配して結像光学系による結像光束を３つに分岐し、
ビームスプリッタ２６により反射された光束の光路上に
はレチクル２８と像検出系３０を配し、ビームスプリッ
タ２７により反射された光束の光路上にはレチクル２９
と像検出系３１を配備している。像検出系３０，３１は
像検出系１４と同様のものである。

【０２２２】レチクル１３，２８，２９は、それぞれ第
１，第２，第３の結像スポットの結像位置に配備されて
いる。

【０２２３】被検レンズ１は保持手段（図１２に示す形
態と同様である）により、結像光学系に対して所定の位
置関係を保って保持される。このとき、被検面１ａの近
軸曲率中心近傍を物点とする第１の結像スポットがレチ
クル１３上に結像するように、また、被検面１ａの所定
の非球面部分の曲率中心近傍を物点とする第２の結像ス
ポットがレチクル２８上に結像するように、更に、非球
面１ｂの近軸曲率中心近傍を物点とし、非球面１ｂの近
軸球面で反射された光による第３の結像スポットがレチ
クル２９の位置に結像するようになっている。

【０２２４】そして、各像検出系の撮像素子（ＣＣＤカ
メラ）からの出力はセレクタ２４’（撮像対象選択手段
の「演算手段への出力を切り替える手段」を構成）によ
り順次選択されて画像処理装置１５に取り込まれるよう
になっている。この実施の形態では、撮像対象である第
１〜第３の結像スポットを選択するために、被検レンズ
と結像光学系の間隔を調整する必要がないので、測定の
操作性が良い。

【０２２５】ところで、この発明の偏心測定方法を実施
するには、保持手段に保持された被検レンズの、保持手
段側のレンズ面からの反射光束を第３の結像スポットと
して撮像するが、このとき、保持手段が照射光を反射す
ると、測定に対する迷光となって測定誤差発生の原因と
なりやすい。

【０２２６】従って、保持手段は「黒色塗装」等の「非
反射処理」することが好ましく、図８，１２，１３に示
した実施の形態では保持手段４は「非反射処理」されて
いる（請求項６）。

【０２２７】図１４は、請求項１６記載の偏心測定装置
の実施の形態を、その特徴部分のみ示している。

【０２２８】即ち、保持手段のレンズ保持部３２は「中
空円筒状」であり、その外周面が保持位置側（図の右
側）を頂点側とする「円錐面状」に形成されている。被
検レンズは、レンズ保持部３２の、図の右端の部分に当
接され、中空部で吸引されて保持される。レンズ保持部
３２は外周面が図の如き「円錐面」をなしているから、
測定時に外周面に反射された光は測定系に迷光として入
射することが無い。

【０２２９】測定対象である被検レンズは両面が非球面
で、作製の容易さからプラスチックで形成されるものも
多く、プラスチック材料によるものは表面が傷付き易
い。

【０２３０】上述の実施の形態に於いては、保持手段の
「少なくともレンズ面に当接する部分（例えば、図１４
のレンズ保持部３２の右端部分）」を、真鍮等の「軟質
且つ滑りやすいもの」とし、被検レンズ１のレンズ面１
ｂが傷付きにくくするとともに、滑り易さにより「第１
の配置」を実現するときの被検レンズの態位調整を容易
にしている（請求項１７）。

【０２３１】上に説明したように、この発明で非球面の
偏心測定を行なう場合、保持手段に保持される側の非球
面（前記非球面１ｂ）の偏心量の測定において、演算パ
ラメータとして用いられる定数：ξは、非球面１ｂとレ
ンズ保持部の形状とにより定まる。従って、被検レンズ
が唯１種類である場合には、非球面１ｂの形状に応じて
非球面１ｂの偏心量の測定精度が高くなるような大きさ
（レンズ保持部の開口径）を持った保持手段を用いるこ
とができる。

【０２３２】この考えに基づけば、被検レンズの種類を
問わない汎用性のある偏心測定装置では、保持手段が
「開口径の異なる複数種の中空円筒状のレンズ保持部を
交換可能に有する」ことが望ましい（請求項１８）。

【０２３３】図１５は、請求項２０の実施の形態を特徴
部分のみ示している。（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図
である。レンズ保持部４Ａは中空円筒状で、その基部を
支持部１２２に螺子１２３により螺子止めされるように
なっている。レンズ保持部４Ａとして「開口径の異なる
複数種」のものが用意され、被検レンズの被検面１ｂの
形状に応じて適当なものが、支持部１２２に付け代えて
用いられる。

【０２３４】これまで説明した実施の形態においては、
測定系には形状誤差や組立て誤差がないものとして説明
した。しかし実際の測定装置においては形状誤差や組立
て誤差が不可避的に発生する。このような誤差は微調整
等により、測定に実質的な影響を与えないようにするこ
ともできるが、そのための調整は必ずしも容易ではな
い。

【０２３５】例えば図１６に示すように、保持手段４の
レンズ保持部の保持面が誤差角：ζだけ設計上の面から
傾き、さらにレンズ保持部の中心軸２２４が結像光学系
の光軸ＡＸに対して「δＡ」の軸ずれを持つ場合を考え
てみると、これらの量を装置の固有の量と考え、これら
ζ，δＡの影響を演算手段における演算で除去するよう
に演算機能を設定することができる。

【０２３６】図８に即して説明した実施の形態の場合、
上記ζ，δＡによる影響量として、Ｇｈ＝［√{Ｒａ²−(Ｌ/２)²}・ｓｉｎζ＋δＡ]・ΔＲ／(Ｒｂ−Ｒａ−ｔ) （１９）Ｇｒ＝（Ｒａ−Ｒｂ−ｔ）・ｓｉｎα＋δ （２０）を予め求めておく。式（１９），（２０）において、Ｒ
ａ，Ｒｂ，ｔはこれまで説明したとおり、非球面１ａ，
１ｂの近軸球面の曲率半径およびレンズの肉厚であり、
αはレンズ保持部の平行度誤差による被検レンズの光軸
の傾きである。

【０２３７】測定に際しては、Ｇｈ，Ｇｒを第２，第３
の結像スポット位置（重心の位置）から差し引くことに
より、上記形状誤差ζ，δＡの影響を演算的に除去する
ことができる（請求項１９）。この形態を実施するため
にはコンピュータ１７の測定演算プログラムに上記演算
プログラムを加えておけばよいのである。

【０２３８】以下、請求項２０〜３１記載の発明に関す
る実施の形態を説明する。

【０２３９】図１８は、例えば先に図１を参照して説明
した偏心測定装置に対して、請求項２０，２１記載の発
明を適用した実施の形態における特徴部分を説明するた
めの図である。従って装置の基本構成は、図１に示した
ものと同じである。この実施の形態では、規制・調整手
段がＬ字状の規制部材１８０である。

【０２４０】規制部材１８０は、図１８（ｂ）に示すよ
うに、保持手段４の中心軸ａｘ（理想的には、結像光学
系や照射用光学系の光軸ＡＸと合致している）に直交す
る面内で、中心軸ａｘから被検レンズ１のレンズ径の１
／２の距離の位置に２つの互いに直交する当接面１８０
ａ，１８０ｂを持つ。

【０２４１】図１８（ｂ）に示すように、被検レンズ１
のレンズ外径部を当接面１８０ａ，１８０ｂに当接させ
て、被検レンズ１を保持手段４に保持させる。レンズ径
が設計通りのものであれば、このように保持させること
により被検レンズ１の光軸は、保持手段４の中心軸ａｘ
と自ずと合致することになる。またレンズ径に誤差があ
っても、上記の如く保持させた段階で、被検レンズ１の
光軸と保持手段４の中心軸ａｘとは「大まかな合致状
態」となるから、被検非球面の近軸曲率中心を中心軸ａ
ｘ上に位置させる操作は容易になる。

【０２４２】図１８の実施の形態において、規制部材１
８０は、ステージ１１に固定的に設けられているが、規
制部材を偏心測定装置本体の不動部材に設け、ステージ
１１がホームポジション（被検レンズ１の着脱を行なう
位置）にあるときに、ステージ１１と規制部材１８０の
位置関係が図１（ａ）に示すような関係になるようにし
てもよい。

【０２４３】図１９は、請求項２２記載の発明を図１の
装置に適用した実施の形態の特徴部分のみを示してい
る。繁雑を避けるため、混同の虞れが無いと思われるも
のに就いては図１８におけると同一の符号を用いた。

【０２４４】この実施の形態では、規制・調整手段が、
Ｌ字状の規制部材１８０の他に、保持手段４に保持され
た被検レンズ１を、保持手段４の中心軸ａｘを回転軸と
して回転させる回転手段２００を有する。

【０２４５】回転手段２００は、保持手段４を有して回
転する回転部２００ａと、この回転部２００ａを通じて
保持手段４を中心軸ａｘの回りに回転させるモータ２０
０ｂとにより構成されてステージ１１に設けられ、モー
タ２００ｂはコンピュータ１７により駆動を制御され
る。なお、回転部２００ａは図４におけるエアスピンド
ル１８ｂ、モータ２００ｂは図４におけるステッピング
モータ１８ａにより実現できる。

【０２４６】図１９（ｂ）に示すように、規制部材１８
０に、被検レンズ１の外径部を当接させて被検レンズ１
を回転させると、回転する被検レンズ１に規制部材１８
０の当接部１８０ａ，１８０ｂが当接し、回転に伴い被
検レンズ１の中心軸ａｘからのずれを補正するので、図
１８の実施の形態に比してより精度良く、被検レンズ１
の被検非球面の近軸曲率中心を中心軸ａｘに合致させる
ことができる。

【０２４７】図２０は、図１に示した偏心測定装置に対
して請求項２４記載の発明を適用した実施の形態を示
す。

【０２４８】この実施の形態において、規制・調整手段
は（ａ）に示すように、保持手段４の中心軸ａｘに直交
する面内において、互いに直交する所定の２方向へ、被
検レンズ１を独立に変位させる２つの押圧部材２１０
Ａ，２２０Ａと、これら押圧部材２１０Ａ，２２０Ａを
変位させる変位手段２１０，２２０とを有する。

【０２４９】制御・演算手段であるコンピュータ１７
は、被検レンズ１の被検非球面の近軸曲率中心近傍を物
点とする反射光束の像の重心位置（Ｘ₀，Ｙ₀）に応じ
て、上記近軸曲率中心を保持手段４の中心軸ａｘ上に位
置させるための２つの押圧部材２１０Ａ，２２０Ａの変
位量を算出する。

【０２５０】前述のδ（近軸曲率中心と中心軸ａｘとの
ずれ量）、ｍ（レンズ９，１０による結像光学系の倍
率）、Ｍ（像検出系１４における顕微鏡対物レンズ１４
ａとカメラレンズ１４ｂとによる拡大結像系の倍率）、
ｄ’（ＣＣＤカメラ１４ｃにおける１画素の大きさ）を
用いると、ｓ＝√（Ｘ₀ ²＋Ｙ₀ ²）＝２δ・ｍ・Ｍ／ｄ’ から、 δ＝ｓ・ｄ’／（２・ｍ・Ｍ）であり、φ＝ｔａｎ~¹(Ｙ₀/Ｘ₀)により定まる「φ」を
用いると、押圧部材２１０Ａ，２２０Ａの変位量は、そ
れぞれδ・ｃｏｓφ，δ・ｓｉｎφで与えられる。

【０２５１】そこで、コンピュータ１７により上記変量
を算出し、図２０（ｂ）に示すように変位手段２１０，
２２０を制御して、押圧部材２１０Ａ，２１０Ｂを上記
変位量だけ変位させ、被検レンズ１の被検非球面の近軸
曲率中心を保持手段４の中心軸ａｘ上に位置させる。

【０２５２】このようにして、被検非球面の近軸曲率中
心を自動的に保持手段４の中心軸ａｘ（結像光学系の光
軸ＡＸと一致している）上に位置させることができる。

【０２５３】この場合、コンピュータ１７が算出した上
記δ・ｃｏｓφとδ・ｓｉｎφとをコンピュータ１７の
ディスプレイに表示させ、その表示値に基づき、変位手
段２１０，２２０を手動で調整して被検レンズ１の変位
を行なうようにすることもできる（請求項２３）。

【０２５４】なお、押圧部材２１０Ａ，２２０Ａは、そ
の変位量が常に正となるように初期位置（被検レンズを
当接させてセットするときの位置）を設定しておく。

【０２５５】図２１は、請求項２６，２７記載の発明の
実施の１形態を説明するための図である。

【０２５６】この実施の形態において、規制・調整手段
は（ａ）に示すように、保持手段４の中心軸ａｘに直交
する面内において、保持手段４の中心軸方向へ被検レン
ズ１を変位させる押圧部材２３０Ａと、この押圧部材２
３０Ａを変位させる変位手段２３０と、保持手段４に保
持された被検レンズ１を、保持手段４の中心軸ａｘを回
転軸として回転させる回転手段２００とを有する。回転
手段は、図５も示す実施の形態におけるエアスピンドル
１８ａとステッピングモータ１８ａとで構成できる。

【０２５７】図２１（ｂ）に示す制御・演算手段である
コンピュータ１７は、回転手段２００を制御するととも
に、被検レンズ１の被検非球面の近軸曲率中心近傍を物
点とする反射光束の像の重心位置に応じて、近軸曲率中
心を保持手段４の中心軸ａｘ上に位置させるための押圧
部材２３０Ａの変位量を算出する。この変位量は、回転
手段２００による被検レンズ１の回転に応じて、上記重
心位置が描く円の半径に基づいて定められる。

【０２５８】そしてコンピュータ１７は、算出した変位
量に応じて、被検レンズ１の被検非球面の近軸曲率中心
近傍が保持手段４の中心軸ａｘ上に位置するように、変
位手段２３０を制御する。即ち、コンピュータ１７は回
転手段２００を制御して、被検レンズ１の押圧されるべ
き部分を押圧部材２３０Ａの位置に持ち来し、上記算出
された変位量に従って押圧部材２３０Ａを変位させ、被
検レンズ１を押し動かす。

【０２５９】この場合も、コンピュータ１７が算出した
値をコンピュータ１７のディスプレイに表示させ、その
表示値に基づき、変位手段２３０を手動で調整して、被
検レンズ１の変位を行なうようにすることもできる（請
求項２５）。

【０２６０】図２１（ｂ）の実施の形態では、結像光学
系の光路のビームスプリッタ７’と像検出系１４との間
にビームスプリッタ２１が配備され、ビームスプリッタ
２１により反射された光束の光路上には、像検出計１４
とは別の像検出系２３’（顕微鏡対物レンズ２３ａ’と
カメラレンズ２３ｂ’とＣＣＤカメラ２３ｃ’とにより
構成される）が配備されている。

【０２６１】２つの像検出系１４，２３’は共に「反射
光束の同じ像」を撮像するが、互いに「倍率」が異な
る。

【０２６２】この場合「重心位置検出手段」は、ビーム
スプリッタ２４０と２系列の像検出系１４，２３’と、
これらからの信号のうちで画像処理装置１５へ入力する
信号を選択するセレクタ２４と画像処理装置１５とモニ
タ１６とにより構成される。

【０２６３】この場合、先ず、倍率の小さい像検出系の
データを用いて、被検レンズ１の変位を行なって、近軸
曲率半径と中心軸ａｘとを大まかに合致させたのち、倍
率の大きい像検出系からのデータを利用して、近軸曲率
半径と中心軸ａｘとを高精度に合致させることができ
る。

【０２６４】なお、ビームスプリッタ２１を用いること
無く、像検出系２３’における顕微鏡対物レンズ２３
ａ’とカメラレンズ２３ｂ’とを、像検出系１４におけ
る顕微鏡対物レンズ１４ａとカメラレンズ１４ｂと交換
するようにして、倍率の高い像と低い像の撮像を時間的
に分けて撮像しても良い。この場合には、２つの像検出
系におけるＣＣＤカメラが共通化され、ＣＣＤカメラ２
３ｃ’は不要になる。

【０２６５】勿論、請求項２５，２６記載の発明は図１
の偏心測定装置に適用することもできる。

【０２６６】図２２は、請求項２９記載の発明の実施の
形態を特徴部分のみ示している。規制・調整手段は、保
持手段４の中心軸ａｘに直交する面内において、保持手
段４の中心軸方向へ被検レンズ１を変位させる押圧部材
２３０Ａと、押圧部材２３０Ａを変位させる変位手段２
３０（これら押圧部材２３０Ａ，変位手段２３０は、図
２１に示した実施の形態におけるのと同じものであるの
で、図２１におけると同一の符号を付した）と、保持手
段４に保持された被検レンズ１を、保持手段４の中心軸
ａｘを回転軸として回転させる回転手段２００と、保持
部材４に保持された被検レンズ１の外径部の偏倚量を検
出する偏倚量検出手段２６０とを有する。

【０２６７】制御・演算手段であるコンピュータ１７
は、回転手段２００を制御するとともに、偏倚量検出手
段２６０の検出した偏倚量（例えば、図２２（ｂ）に示
すごとき検出結果から得られる）に応じ、偏倚量が０と
なるように押圧部材２３０の変位量を算出する。

【０２６８】そして、コンピュータ１７は、算出した変
位量に応じて、偏倚量が０となるように、変位手段２３
０を制御するのである。被検レンズ１の外径部が正確な
形状を持っていれば、このようにして被検レンズ１の光
軸を中心軸ａｘの合致させることができる。

【０２６９】勿論この場合も、コンピュータ１７が算出
した値をコンピュータ１７のディスプレイに表示させ、
その表示値に基づき、変位手段２３０を手動で調整し
て、被検レンズ１の変位を行なうようにすることもでき
る（請求項２８）。

【０２７０】以上に説明した自動的な位置調整は、１回
の位置調整で「被検非球面の近軸曲率中心が保持手段の
中心軸上に位置しない」ときは、目的達成まで、必要に
応じて繰り返して行なうことができる。

【０２７１】図２３は、請求項３０，３１記載の発明の
実施の１形態を示している。

【０２７２】偏心測定装置は、非球面レンズを被検レン
ズ１として保持する保持手段４と、照明用光源５と、照
明用光源５からの光束を収束性もしくは発散性の光束と
して被検レンズに照射する照射用光学系６，７，９，１
０と、保持手段４の中心軸ａｘと実質的に合致した光軸
ＡＸを持ち、被検レンズ１の、偏心を測定すべき被検非
球面からの反射光束を結像させる結像光学系７，９，１
０と、結像光学系による、被検非球面の近軸曲率中心近
傍を物点とする像と、所定非球面部分の曲率中心近傍を
物点とする像とを分離する像分離手段と、像分離手段に
より分離された各像の重心位置を検出する重心位置検出
手段と、被検レンズのデータと、重心位置検出手段の検
出結果に基づき、被検レンズにおける被検非球面の偏心
量もしくは偏心量と偏心方向とを演算する制御・演算手
段とを有する。

【０２７３】「重心位置検出手段」は、結像光学系によ
る結像光束を２光路に分割する光路分割素子であるビー
ムスプリッタ２１と２系列の像検出系１４，２３を有
し、一方の像検出系１４は、分割された光路の一方に設
けられて、被検非球面の近軸曲率中心近傍を物点とする
像を撮像するように位置を定められ、他方の像検出系２
３は、分割された光路の他方に設けられて、被検非球面
の所定非球面部分の曲率中心近傍を物点とする像を撮像
するように位置を定められている。

【０２７４】即ち、像検出系１４の撮像する像は、被検
非球面の近軸曲率中心近傍を物点とする像であり、像検
出系２３の撮像する像は、所定非球面部分の曲率中心近
傍を物点とする像である。このようにすると、上記２つ
の像を分離するのに、レンズ１０と被検レンズ１の間の
距離を変化させる必要がない。

【０２７５】即ち、この実施の形態において、ビームス
プリッタ２１と２系列の像検出系１４，２３は「像分離
手段」を構成する。なお像検出系１４，２３は「同倍
率」である。

【０２７６】また、「重心位置検出手段」は、ビームス
プリッタ２１および２系列の像検出系１４，２３とセレ
クタ２４と画像処理装置１５とモニタ１６とにより構成
される。

【０２７７】制御・演算手段であるコンピュータ１７は
「被検非球面の近軸球面による反射光束の像の重心位置
（Ｘ₀，Ｙ₀）に基づき、被検非球面の所定非球面部分の
曲率中心近傍を物点とする像の重心位置を補正する演算
機能」を有する。

【０２７８】像検出系１４の撮像結果に基づき、重心位
置（Ｘ₀，Ｙ₀）が検出されたら、セレクタ２４により像
検出系２３の出力を画像処理装置１５に取り込み、所定
非球面部分の曲率中心近傍を物点とする像の重心位置
（Ｘ，Ｙ）を検出する。

【０２７９】コンピュータ１７は、これら重心位置（Ｘ
₀，Ｙ₀），（Ｘ，Ｙ）および被検レンズ１のデータとし
て、被検レンズ１の両面の近軸曲率半径：Ｒ₀，Ｒ₁、前
記距離：ΔＲ、レンズ厚み：ｔを用い、以下の演算を行
なう。

【０２８０】Ｘ’＝Ｘ−{(Ｒ₀−Ｒ₁−ｔ＋ΔＲ)/(Ｒ₀−Ｒ₁−ｔ)}・Ｘ₀ （２１）Ｙ’＝Ｙ−{(Ｒ₀−Ｒ₁−ｔ＋ΔＲ)/(Ｒ₀−Ｒ₁−ｔ)}・Ｙ₀ （２２）このようにして得られる、Ｘ’，Ｙ’は、被検非球面の
近軸曲率中心が保持手段４の中心軸ａｘ上にある場合に
おける、所定非球面部分の曲率中心近傍を物点とする像
の重心位置を与える。

【０２８１】従って、請求項３０，３１記載の発明で
は、被検非球面の近軸曲率中心を保持手段４の中心軸ａ
ｘ上に位置させる操作が不要になる。

【０２８２】上記重心位置（Ｘ₀，Ｙ₀），（Ｘ，Ｙ）の
検出は、図１の装置におけるように、１系列の像検出系
を用い、レンズ１０と被検レンズ１の距離を変化させる
ことにより像分離を行なって検出しても良いが、図２３
の実施の態様のように、２系列の像検出系を用いると上
記２つの重心を略同時に検出でき、測定の能率が良い。

【０２８３】なお、図１８〜２３に即して説明した請求
項２０〜３１記載の発明の実施の形態では、被検レンズ
１は片面が球面で他面が非球面の「片非球面レンズ」
で、球面の側を保持手段４に保持させたが、被検非球面
の側を保持手段で保持しても良いし、両面が非球面であ
る両非球面レンズに対しても、この発明は適用できる。

【０２８４】

【発明の効果】以上に説明したように、請求項１〜９記
載の発明では、非球レンズの保持手段に対する保持態位
の調整が容易で、測定が容易である。また請求項６，８
記載の発明では、間隔調整手段による被検レンズの移動
方向と結像光学系の光軸との平行度が誤差を有していて
も正確に偏心量測定を行なうことができ、請求項９記載
の発明によれば保持手段の形状誤差の影響を除去して偏
心量測定を行なうことができる。

【０２８５】また、請求項１０〜１９記載の発明によれ
ば、両面が非球面である被検レンズの各非球面の偏心量
もしくは偏心量と偏心方向とを、簡易且つ精度良く測定
することが可能になる。

【０２８６】さらに、請求項２０〜２９記載の発明によ
れば、偏心測定において、被検レンズにおける被検非球
面の近軸曲率中心を結像光学系の光軸上に位置させる操
作が極めて容易となる。

【０２８７】また請求項３０，３１記載の発明によれ
ば、偏心測定において、被検レンズにおける被検非球面
の近軸曲率中心を結像光学系の光軸上に位置させる操作
が不要となり、測定が極めて容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の実施の１形態を説明するための図であ
る。

【図２】保持手段に保持された被検レンズと照射光学系
との、第１配備状態における位置関係を説明するための
図である。

【図３】所定の非球面位置の曲率中心１ａ''と近軸球面
の曲利中心１ａ’との関係を説明するための図である。

【図４】発明の実施の別の形態を説明するための図であ
る。

【図５】発明の実施の他の形態を説明するための図であ
る。

【図６】請求項９記載の発明の実施の形態を説明するた
め能図である。

【図７】被検レンズにおける被検面の偏心量を説明する
ための図である。

【図８】請求項１１記載の発明の実施の１形態を説明す
るための図である。

【図９】図８の形態に基づく、請求項１０記載の測定方
法を説明するための図である。

【図１０】図８の形態に基づく、請求項１０記載の測定
方法を説明するための図である。

【図１１】図８の形態に基づく、請求項１０記載の測定
方法を説明するための図である。

【図１２】図８の実施の形態の変形例を示す図である。

【図１３】請求項１４記載の発明の実施の１形態を説明
するための図である。

【図１４】請求項１６記載の発明の実施の１形態を、特
徴部分のみ説明するための図である。

【図１５】請求項１８記載の発明の実施の１形態を、特
徴部分のみ説明するための図である。

【図１６】請求項１９記載の発明の実施の形態を特徴部
分のみ説明するための図である。

【図１７】被検レンズにおける非球面１ａ，１ｂの非球
面軸とその偏心量を説明するための図である。

【図１８】請求項２０，２１記載の発明の実施の１形態
を特徴部分のみ示す図である。

【図１９】請求項２２記載の発明の実施の１形態を特徴
部分のみ示す図である。

【図２０】請求項２４記載の発明の実施の１形態を示す
図である。

【図２１】請求項２６，２７記載の発明の実施の１形態
を示す図である。

【図２２】請求項２９記載の発明の実施の１形態を示す
図である。

【図２３】請求項３０，３１記載の発明の実施の１形態
を示す図である。

【符号の説明】

１被検レンズ４保持手段５光源６，７，５，９，１０照射光学系７，８，９，１０結像光学系１１，１２間隔調整手段１３，１４，１５重心位置検出手段１７制御・演算手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平７−159283（ＪＰ，Ａ) 特開平５−312670（ＪＰ，Ａ) 特開平７−140038（ＪＰ，Ａ) 特開平３−37544（ＪＰ，Ａ) 特開平７−55634（ＪＰ，Ａ) 特開平６−273268（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01M 11/00 - 11/08

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】被検レンズを被検面と逆側の面の球面部で
保持する保持手段と、照明用の光源と、この光源からの光束を収束性もしくは発散性の光束とし
て被検面に照射する照射用光学系と、被検面からの反射光を結像させる結像光学系と、この結像光学系による上記反射光の像の重心位置を検出
する重心位置検出手段と、上記保持手段に保持された被検レンズと照射用光学系と
の間隔を調整する間隔調整手段と、上記重心位置検出手段が検出する、被検面の近軸球面に
よる反射光の像の重心位置および、所定の非球面部分か
らの反射光の像の重心位置と、上記近軸球面の曲率半径
と上記所定の非球面部分の曲率半径との差：ΔＲとをデ
ータとして、被検面の偏心量もしくは被検面の偏心量お
よび偏心の方向を演算し、上記間隔調整手段を制御する
制御・演算手段とを有し、上記保持手段の中心軸と、照射用光学系から被検レンズ
の被検面に照射される光束の光軸と、上記結像光学系の
光軸とが実質的に合致し、上記間隔調整手段は、上記光軸の合致性を実質的に保っ
て間隔調整を行なうものであることを特徴とする非球面
レンズの偏心測定装置。
【請求項２】請求項１記載の非球面レンズの偏心測定装
置において、間隔調整手段が、保持手段を保持して保持手段の中心軸
方向へ変位させるステージ機構であることを特徴とする
非球面レンズの偏心測定装置。
【請求項３】請求項１記載の非球面レンズの偏心測定装
置において、照射用光学系が、光源からの光束を平行光束化するレン
ズと、平行光束化された光束を被検面に照射する照射レ
ンズとを有し、間隔調整手段が、上記照射レンズを光軸方向へ変位させ
るステージ機構であることを特徴とする非球面レンズの
偏心測定装置。
【請求項４】被検レンズを被検面と逆側の面の球面部で
保持する保持手段と、照明用の光源と、この光源からの光束を収束性もしくは発散性の光束とし
て被検面に照射する照射用光学系と、被検面からの反射光束を結像させる結像光学系と、この結像光学系による上記反射光の像の重心位置を検出
する手段であって、結像光学系における結像光路を２分
する光路分離手段と、分離された一方の光路において、
被検面の近軸球面からの反射光の像の重心位置を検出す
る第１の重心検出手段と、他方の光路において、所定の
非球面部分からの反射光の像の重心位置を検出する第２
の重心検出手段とを有する重心位置検出手段と、上記重心位置検出手段が検出する、被検面の近軸球面に
よる反射光の像の重心位置および、所定の非球面部分か
らの反射光の像の重心位置と、上記近軸球面の曲率半径
と上記所定の非球面部分の曲率半径との差：ΔＲとをデ
ータとして、被検面の偏心量もしくは被検面の偏心量お
よび偏心の方向を演算する制御・演算手段とを有し、上記保持手段の中心軸と、照射用光学系から被検レンズ
の被検面に照射される光束の光軸と、上記結像光学系の
光軸とが実質的に合致していることを特徴とする非球面
レンズの偏心測定装置。
【請求項５】請求項１または２または３または４記載の
非球面レンズの偏心測定装置において、被検レンズのデータを制御・演算手段に入力する入力手
段を有することを特徴とする非球面レンズの偏心測定装
置。
【請求項６】請求項１または２または３または４または
５記載の非球面レンズの偏心測定装置において、保持手段が、保持した被検レンズを中心軸の回りに回転
させる回転手段と、回転角検出手段とを有することを特
徴とする非球面レンズの偏心測定装置。
【請求項７】請求項１または２または３または４または
５記載の非球面レンズの偏心測定装置を用いる非球面レ
ンズの偏心測定方法であって、被検面における近軸球面からの反射光の像の重心位置
と、所定の非球面部分からの反射光の像の重心位置、お
よび上記２つの重心位置の間の距離に基づき、被検面の
偏心量または偏心量と偏心方向を所定の演算により算出
することを特徴とする非球面レンズの偏心測定方法。
【請求項８】請求項６記載の非球面レンズの偏心測定装
置を用いる非球面レンズの偏心測定方法であって、回転手段の回転に伴い、被検面の近軸球面からの反射光
の像の重心位置が描く円の大きさと、所定の非球面部分
からの反射光の像の重心位置が描く円の大きさに基づ
き、所定の演算により被検面の偏心量を算出し、または、上記偏心量の算出に加え、上記回転における初
期位相に基づき所定の演算により偏心方向を所定の演算
により算出することを特徴とする非球面レンズの偏心測
定方法。
【請求項９】請求項７または８記載の非球面の偏心測定
方法において、保持体中心軸に対して互いに１８０度異なる２つの保持
態位で、被検レンズを保持させ、各保持態位に対して、
反射光の像の重心位置もしくは重心位置の描く円の大き
さを測定し、測定データの演算により保持手段の形状誤
差を消去したのち、所定の演算により被検面の偏心量を
算出し、または、上記偏心量の算出に加え、上記回転における初
期位相に基づき所定の演算により偏心方向を所定の演算
により算出することを特徴とする非球面レンズの偏心測
定方法。
【請求項１０】両面が非球面である被検レンズを、保持
手段により一方の面の側の非球面部分で保持し、他方の面の側から光照射し、上記一方の面および他方の面からの反射光を結像光学系
を介して撮像手段に入射せしめ、上記他方の面の近軸球面の曲率中心近傍を物点とする第
１の結像スポットが上記結像光学系の光軸上に位置する
ように被検レンズの保持状態を調整し、上記他方の面の所定の非球面部の曲率中心近傍を物点と
する第２の結像スポットの位置と上記一方の面の近軸球
面の曲率中心近傍を物点とする第３の結像スポットの位
置とを上記撮像手段の出力により測定し、上記被検レンズのデータと、上記第２，第３の結像スポ
ットの位置とにより、上記他方の面における偏心量：ε
ａもしくは偏心量：εａと偏心方向：θａとを算出し、上記第３の結像スポットの位置および、上記一方の面の
近軸球面の曲率中心の所定位置からのずれ量を表す量と
して、上記一方の面の非球面形状と上記保持手段におけ
るレンズ保持部の形状に応じて一義的に定まる係数：ξ
により、上記一方の面の偏心量：εｂもしくは偏心量：
εｂと偏心方向：θｂとを算出することを特徴とする非
球面レンズの偏心測定方法。
【請求項１１】請求項１０記載の偏心測定方法を実施す
る装置であって、両面が非球面である被検レンズを、一方の面の側の非球
面部分で可調整に保持する保持手段と、照明用の光源と、上記保持手段に保持された被検レンズに対し、上記光源
からの光を、他方の面の側から収束性しくは発散性の光
束として照射する照射用光学系と、上記保持手段の中心軸を光軸に略合致させ、被検レンズ
による反射光を結像させる結像光学系と、結像光学系による結像スポットを撮像する撮像手段と、撮像手段による撮像対象として、第１，第２，第３の結
像スポットを選択する撮像対象選択手段と、撮像手段の出力により、上記他方の面の偏心量：εａも
しくは偏心量：εａと偏心方向：θａおよび、上記一方
の面の偏心量：εｂもしくは偏心量：εｂと偏心方向：
θｂとを算出する演算手段とを有することを特徴とする
非球面レンズの偏心測定装置。
【請求項１２】請求項１１記載の偏心測定装置におい
て、撮像手段が単一の撮像素子を有し、この撮像素子により
撮像する結像スポットを選択するための撮像対象選択手
段が、保持手段と結像光学系との間の距離を、結像光学
系の光軸方向に調整する間隔調整手段を有することを特
徴とする非球面レンズの偏心測定装置。
【請求項１３】請求項１２記載の偏心測定装置におい
て、間隔調整手段により、保持手段と結像光学系との間の距
離を自動的に調整する制御手段を有することを特徴とす
る非球面レンズの偏心測定装置。
【請求項１４】請求項１１記載の偏心測定装置におい
て、撮像手段が３つの撮像素子を有し、これら撮像素子が第
１，第２，第３の結像スポットを別個に撮像できる位置
関係を有し、撮像対象選択手段が、上記３つの撮像素子の演算手段へ
の出力を切り替える手段を有することを特徴とする非球
面レンズの偏心測定装置。
【請求項１５】請求項１１または１２または１３または
１４記載の偏心測定装置において、保持手段のレンズ保持部が非反射処理されていることを
特徴とする非球面レンズの偏心測定装置。
【請求項１６】請求項１１または１２または１３または
１４記載の偏心測定装置において、保持手段のレンズ保持部が中空円筒状であり、その外周
面が保持位置側を頂点側とする円錐面状であることを特
徴とする非球面レンズの偏心測定装置。
【請求項１７】請求項１１または１２または１３または
１４または１５または１６記載の偏心測定装置におい
て、保持手段のレンズ保持部の、少なくともレンズ面に当接
する部分を軟質且つ滑り易い材質としたことを特徴とす
る非球面レンズの偏心測定装置。
【請求項１８】請求項１１または１２または１３または
１４または１５または１６記載の偏心測定装置におい
て、保持手段が、開口径の異なる複数種の中空円筒状のレン
ズ保持部を交換可能に有することを特徴とする非球面レ
ンズの偏心測定装置。
【請求項１９】請求項１１または１２または１３または
１４または１５または１６または１７または１８記載の
偏心測定装置において、演算手段が、測定系の形状誤差・組立て誤差をデータと
して有し、これらの影響を除去する演算機能を有するこ
とを特徴とする非球面レンズの偏心測定装置。
【請求項２０】非球面レンズを被検レンズとして保持す
る保持手段と、照明用の光源と、この照明用の光源からの光束を収束性もしくは発散性の
光束として被検レンズに照射する照射用光学系と、上記保持手段の中心軸と実質的に合致した光軸を持ち、
被検レンズの、偏心を測定すべき被検非球面からの反射
光束を結像させる結像光学系と、この結像光学系による、被検非球面の近軸曲率中心近傍
を物点とする像と、所定非球面部分の曲率中心近傍を物
点とする像とを分離する像分離手段と、この像分離手段により分離された各像の重心位置を検出
する重心位置検出手段と、被検レンズのデータと、重心位置検出手段の検出結果に
基づき、被検レンズにおける被検非球面の偏心量もしく
は偏心量と偏心方向とを演算する制御・演算手段と、上記保持手段に保持される被検レンズの、保持手段に対
する保持態位を規制し、もしくは規制と調整とを行なう
規制・調整手段とを有することを特徴とする非球面レン
ズの偏心測定装置。
【請求項２１】請求項２０記載の偏心測定装置におい
て、規制・調整手段が、保持手段の中心軸に直交する面内
で、上記中心軸から被検レンズのレンズ径の１／２の距
離の位置に２つの互いに直交する当接面をもつ、Ｌ字状
の規制部材であることを特徴とする非球面レンズの偏心
測定装置。
【請求項２２】請求項２１記載の偏心測定装置におい
て、規制・調整手段が、Ｌ字状の規制部材の他に、保持手段に保持された被検レンズを、保持手段の中心軸
を回転軸として回転させる回転手段を有することを特徴
とする非球面レンズの偏心測定装置。
【請求項２３】請求項２０記載の偏心測定装置におい
て、規制・調整手段が、保持手段の中心軸に直交する面内において、互いに直交
する所定の２方向へ、被検レンズを独立に変位させる２
つの押圧部材と、これら押圧部材を変位させる変位手段とを有し、制御・演算手段が、被検レンズの被検非球面の近軸曲率
中心近傍を物点とする反射光束の像の重心位置に応じ
て、上記近軸曲率中心を保持手段の中心軸上に位置させ
るための上記２つの押圧部材の変位量を算出することを
特徴とする非球面レンズの偏心測定装置。
【請求項２４】請求項２３記載の偏心測定装置におい
て、制御・演算手段が、算出した変位量に応じて、被検レン
ズの被検非球面の近軸曲率中心が保持手段の中心軸上に
位置するように、変位手段を制御するようにしたことを
特徴とする非球面レンズの偏心測定装置。
【請求項２５】請求項２０記載の偏心測定装置におい
て、規制・調整手段が、保持手段の中心軸に直交する面内において、保持手段の
中心軸方向へ被検レンズを変位させる押圧部材と、この押圧部材を変位させる変位手段と、上記保持手段に保持された被検レンズを、保持手段の中
心軸を回転軸として回転させる回転手段とを有し、制御・演算手段が上記回転手段を制御するとともに、被
検レンズの被検非球面の近軸曲率中心近傍を物点とする
反射光束の像の重心位置に応じて、上記近軸曲率中心を
保持手段の中心軸上に位置させるための上記押圧部材の
変位量を算出することを特徴とする非球面レンズの偏心
測定装置。
【請求項２６】請求項２５記載の偏心測定装置におい
て、制御・演算手段が、算出した変位量に応じて、被検レン
ズの被検非球面の近軸曲率中心近傍が保持手段の中心軸
上に位置するように、変位手段を制御するようにしたこ
とを特徴とする非球面レンズの偏心測定装置。
【請求項２７】請求項２３または２４または２５または
２６記載の偏心測定装置において、重心位置検出手段が、倍率の異なる像検出系を有するこ
とを特徴とする非球面レンズの偏心測定装置。
【請求項２８】請求項２０記載の偏心測定装置におい
て、規制・調整手段が、保持手段の中心軸に直交する面内において、保持手段の
中心軸方向へ被検レンズを変位させる押圧部材と、この押圧部材を変位させる変位手段と、上記保持手段に保持された被検レンズを、保持手段の中
心軸を回転軸として回転させる回転手段と、保持部材に保持された被検レンズの外径部の偏倚量を検
出する偏倚量検出手段とを有し、制御・演算手段が上記回転手段を制御するとともに、上
記偏倚量検出手段の検出した偏倚量に応じ、上記偏倚量
が０となるような上記押圧部材の変位量を算出すること
を特徴とする非球面レンズの偏心測定装置。
【請求項２９】請求項２８記載の偏心測定装置におい
て、制御・演算手段が、算出した変位量に応じて、偏倚量が
０となるように、変位手段を制御するようにしたことを
特徴とする非球面レンズの偏心測定装置。
【請求項３０】非球面レンズを被検レンズとして保持す
る保持手段と、照明用の光源と、この照明用光源からの光束を収束性もしくは発散性の光
束として被検レンズに照射する照射用光学系と、上記保持手段の中心軸と実質的に合致した光軸を持ち、
被検レンズの、偏心を測定すべき被検非球面からの反射
光束を結像させる結像光学系と、この結像光学系による、被検非球面の近軸曲率中心近傍
を物点とする像と、所定非球面部分の曲率中心近傍を物
点とする像とを分離する像分離手段と、この像分離手段により分離された各像の重心位置を検出
する重心位置検出手段と、被検レンズのデータと、重心位置検出手段の検出結果に
基づき、被検レンズにおける被検非球面の偏心量もしく
は偏心量と偏心方向とを演算する制御・演算手段とを有
し、この制御・演算手段が、被検非球面の近軸球面による反
射光束の像の重心位置に基づき、被検非球面の所定非球
面部分の曲率中心近傍を物点とする像の重心位置を補正
する演算機能を有することを特徴とする非球面レンズの
偏心測定装置。
【請求項３１】請求項３０記載の偏心測定装置におい
て、重心位置検出手段が、結像光学系による結像光束を２光
路に分割する光路分割素子と２系列の像検出系を有し、一方の像検出系は、上記分割された光路の一方に設けら
れて、被検非球面の近軸曲率中心近傍を物点とする像を
撮像するように位置を定められ、他方の像検出系は、上記分割された光路の他方に設けら
れて、被検非球面の所定非球面部分の曲率中心近傍を物
点とする像を撮像するように位置を定められていること
を特徴とする非球面レンズの偏心測定装置。