JP3618995B2 - 偏心測定方法及び偏心測定装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、偏心測定装置及び偏心測定方法に関し、特にレンズ面や反射面、そして非球面等の回転対称な光学部材の曲率中心の基準となる軸（例えば光学系の光軸）からの隔たり、即ち偏心を測定するのに好適なものである。特に複数の光学部材を鏡筒内に保持した状態で測定するのに好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
レンズ光学部材等の偏心を測定する偏心測定装置は種々提案されている。図１８は特公昭５１−４２４９５号公報に開示されている偏心測定装置の要部概略図である。同図では二光束干渉を利用してレンズ面の偏心を測定している。
【０００３】
同図では光源１からの可干渉性の光束２を光束分割素子３の分割面３ａで干渉性のある二光束２ａ，２ｂに分割し、集光レンズ５に導光している。そして集光レンズ５により二光束２ａ，２ｂを被測定面８の曲率中心１３の近傍で集光交差するようにしてから被測定面８に入射させている。その後、被測定面８で反射したこれらの光を、元の光路に戻し、分割面３ａを介して光検出手段９面上で重ね合わせることにより干渉縞を生じさせている。そして被測定物８を基準軸１２を中心に回転させた時に発生する干渉縞の変動から測定面８で反射した二光束の位相差を測定し、その結果から被測定面８の偏心を検出している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の偏心測定装置では、測定面の曲率半径の違いにより、各々対応する長さの焦点距離の集光レンズを用いる必要がある為、集光レンズを多種用意する必要があった。このため、レンズ交換の負荷が大きく、作業効率が悪くなっていた。また、１種類の集光レンズでは被測定面の測定径が固定となってしまい、測定精度が十分でない場合があった。
【０００５】
又、測定面として非球面の偏心測定においては、少なくとも２つの異なる径に関して測定する必要があり、１つの集光レンズでは測定可能範囲が限定されてくる為、非球面の偏心測定は難しかった。
【０００６】
本発明は、集光レンズを必要とせず、任意の径の球面や非球面等の測定面の偏心を高精度に測定することができる偏心測定方法及び偏心測定装置の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の偏心測定方法は、回転台に保持された回転対称な光学部材の、回転台の回転軸に対する偏心を測定する方法であって、回転台に該光学部材を配置する工程と、
該測定面の曲率半径の大きさに基づいてミラーを回動することにより、２つの可干渉性光束を該回転軸を挟んで２方向から該光学部材の測定面の見かけの曲率中心に集光して交差させる形で該測定面の互いに異なった領域に入射させる工程と、該測定面で反射した２つの光束を重ね合わせて得られる干渉光を光検出手段で受光する工程と、該光学部材を該回転軸を中心に回転させたときに生じる該干渉光情報の変動を検出する工程と、該検出結果に基づき該光学部材の該回転軸に対する偏心量を求める工程とを有することを特徴としている。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記ミラーを移動させることにより、前記２つの光束の集光交差する位置を前記回転軸方向に沿って連続的に変化させていることを特徴としている。
請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記ミラーを前記回転軸方向に変位させて該ミラーと前記測定面との距離を変えていることを特徴としている。
【０００９】
請求項４の発明の偏心測定方法は、回転台に保持された回転対称な光学部材の、回転台の回転軸に対する偏心を測定する方法であって、回転台に該光学部材を配置する工程と、光源からの可干渉性光束を第１光路分割手段で２つの光束に分割する工程と、該分割した２つの光束を各々、第２光路分割手段で２つの検出用光束と２つの参照用光束に分割する工程と、該２つの検出用光束を偏向手段により該回転軸を挟んで２方向から該測定面の見かけの曲率中心に集光して交差させる形で該測定面の互いに異なった領域に入射させる工程と、該測定面で反射した２つの光束を重ね合わせて得られる干渉光を第１の光検出手段で受光する工程と、該光学部材を該回転軸を中心に回転させたときに生じる該第１の光検出手段で受光される干渉光情報の変動を検出する工程と、該２つの参照用光束を重ね合わせて得られる干渉光を第２の光検出手段で受光する工程と、該干渉光情報の変動と第２の光検出手段で得られた信号とを用いて、該光学部材の該回転軸に対する偏心量を求めていることを特徴としている。
【００１０】
請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記偏向手段は回動及び移動可能な反射ミラーを有し、前記２つの光束の集光交差する位置を前記回転軸方向に沿って連続的に変化させていることを特徴としている。
請求項６の発明は、請求項４の発明において、前記偏向手段を前記回転軸方向に変位させて該偏向手段と前記測定面との距離を変えていることを特徴としている。
請求項７の発明は、請求項４の発明において、前記第１の光検出手段で得られた干渉縞情報の変動から前記第２の光検出手段で得られた干渉縞情報の変動を差し引いて該差し引いた干渉縞情報を用いていることを特徴としている。
請求項８の発明は、請求項４〜７の発明において、前記２つの参照用光束は前記偏向手段と基準ミラーとを介した後に重ね合わせられることを特徴としている。
【００１１】
請求項９の発明の偏心測定装置は、請求項１〜８のいずれか１項に記載の偏心測定方法を利用していることを特徴としている。
【００１２】
請求項１０の発明の偏心測定装置は、回転対称面より成る測定面を回転軸に回転対称軸がそれと一致するように配置し、光源からの可干渉性光束を第１光路分割手段で２つの光束に分割し、該分割した２つを光束を各々、第２光路分割手段で２つの検出用光束と２つの参照用光束に分割し、２つの検出用光束を偏向手段により該回転軸を挟んで２方向から該測定面の見かけの曲率中心に集光して交差させる形で該測定面の互いに異なった領域に入射させ、該測定面で反射した２つの光束を重ね合わせて干渉光を形成し、該測定面を該回転軸を中心に回転させた時に生じる該干渉光の変動を検出用の光検出手段で検出し、一方、該２つの参照用光束を該偏向手段の保持部上にあるミラーを経由して基準ミラーを介し、再度該保持部上ミラーを経由させて重ね合わせて干渉光を形成し、該干渉光を参照用の光検出手段で検出し、該検出用の光検出手段と参照用の光検出手段で得られた信号を用いて、該測定面の該回転軸に対する偏心量を求めていることを特徴としている。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の偏心測定装置の実施形態１の構成を示す要部概略図である。図中、１はレーザー光源、２はレーザ光源１から放射された可干渉性の光束、３は入射光束を二つの光束２ａ，２ｂに分割し、又、後述する被測定面８′からの反射後の二光束を重ね合わせるハーフミラー面３′を有する光路分割手段である。
【００２１】
４は二光束２ａ，２ｂを偏向させる、 ミラーやプリズム等の反射手段である。１５ａ（１５ｂ）は二光束交差機構であり、光束を所定方向に反射偏向させる偏向手段１６ａ（１６ｂ）と、偏向手段１６（１６ｂ）を一軸スライド２０の方向に移動可能とするスライド手段１８ａ（１８ｂ）と、偏向手段１６ａ（１６ｂ）を紙面に垂直な軸の周りに回転可能とする回転手段１７ａ（１７ｂ）を有している。８は偏心測定を行う測定光学系であり、複数のレンズを鏡筒８″で保持している。８′は測定光学系８を構成する複数のレンズのうちの１つのレンズ面（測定面）である。
【００２２】
１３は被測定面８′の見かけの曲率中心位置である。９は光検出手段（受光手段）であり、測定面８′から反射し、戻ってきた二光束２ａ，２ｂより形成される干渉縞を検出しているる。６は回転台であり、測定光学系８を載置し、回転させている。１２は回転台の回転軸で、測定光学系８の光軸に相当している。７は回転台６の回転方位検出手段である。１０は演算装置であり、光検出手段９と回転方位検出手段７からの信号から、測定面の８′の光軸１２からの偏心量を算出している。
【００２３】
次に本実施形態の作用を説明する。光源であるレーザー１からの光束２は、光路分割手段３のハーフミラー面３′により、２つの光束２ａ，２ｂに分割している。二光束２ａ，２ｂは反射手段４により反射偏向され、二光束交差機構１５ａ，１５ｂに向かう。偏向手段１６ａ，１６ｂは、二光束２ａ，２ｂが、測定光学系８の測定面８′の見かけの曲率中心位置１３にほぼ集光交差するように、スライド手段１８ａ，１８ｂと回転手段１７ａ，１７ｂによってアライメントしている。
【００２４】
二光束２ａ，２ｂは偏向手段１６ａ，１６ｂによって測定面８１の曲率中心位置１３に集光交差されるよう反射偏向している。二光束２ａ，２ｂが集光交差する位置は測定面８′の曲率中心位置１３にだいたい一致しているので、測定面８′の異なった領域で反射した二光束２ａ，２ｂは、それまでの経路とほぼ同一光路を逆進して偏向手段１６ａ，１６ｂ、偏向手段４を介して光束分割素子３まで戻り、 ハーフミラー面３′で重ね合わせられ、干渉縞を生じる。二光束２ａ，２ｂより形成される干渉縞を光検出手段９で検出し、それからの出力信号を演算手段１０に送出している。
【００２５】
光検出手段９の出力信号を演算手段１０のモニター等で観測して、干渉縞のコントラストが最大になるように偏向手段１６ａ，１６ｂをスライド手段１８ａ，１８ｂで一軸スライド２０上を移動させ、回転手段１７ａ，１７ｂで回転させて微調整を行っている。これによって二光束２ａ，２ｂが集光交差する位置を測定面８′の見かけの曲率中心に一致させている。
【００２６】
この状態で回転台６を回転させたときに生じる光検出手段９面上での干渉縞の変動から測定面８で反射した２光束２ａ，２ｂの位相差を求めている。即ち、光検出手段９からの信号と回転方位検出手段７からの信号を演算手段１０で処理することによって、測定面８′の光軸（回転軸）１２からの偏心の大きさと方位を求めている。
【００２７】
図１の構成では測定可能な測定面８′の曲率半径Ｒと測定面８′の径方向の大きさｈは、図２に示したように、反射手段のスライド方向の位置をＨ、回転角をθとし、スライド部と測定光学系８の頂点までの距離をＷＤとして、
ｈ＝（Ｈｔａｎ２θ−ＷＤ）・｜ｃｏｓ２θ｜ ‥‥‥（１）
Ｒ＝（Ｈｔａｎ２θ−ＷＤ） ‥‥‥（２）
と表わすことができる。
【００２８】
これらの式によれば、偏向手段１６ａ，１６ｂの位置Ｈと角度θをスライド手段１８ａ，１８ｂと回転手段１７ａ，１７ｂで連続的に変化させることで、大きさｈとＲを自在に変えることができる。さらに一軸スライド２０を十分大きくとり、回転手段１７ａ，１７ｂにおいて、例えば、偏向手段１６ａとしてミラーを使用する場合には回転角θを０゜付近から９０゜まで回転可能にしておけば、広範囲の偏心測定が可能となり、曲率半径Ｒや有効径の異なる多種の測定面を、集光レンズ等の交換部品を用いることなく、測定精度が最良となるような径方向の大きさｈと曲率半径Ｒで測定できる。
【００２９】
さらに、径方向の大きさｈを変えて、複数の測定条件で測定を行うことができるので、面粗さ等の影響を平均化することも可能となる。また、一軸スライド２０と二光束交差機構１５ａ，１５ｂを回転台６の回転軸１２方向に移動可能な構成とすれば、偏心測定範囲をさらに増加させることができる。
【００３０】
また式１、式２によれば、
ＷＤ＝−Ｒ ‥‥‥（３）
となる測定面が測定不能となるが、一軸スライド２０と二光束交差機構１５ａ，１５ｂ回転軸１２方向に移動可能な構成とするか、回転台６の高さが調整可能となる機構を設けるか、もしくはこれらの両方が可能な構成とすることで、測定面８′と二光束交差機構１５ａ，１５ｂの距離が調整可能となり、対応可能となる。
【００３１】
図１の構成で、測定光学系８の測定面８′が非球面であるときは、非球面は図３のように、径により異なる曲率半径を持った球面の集まりであるとして、曲率中心位置の異なる複 数の径に対して、各径の見かけの曲率中心位置近傍１３ａ〜１３ｅ等に二つの可干渉性の光束を集光交差させて照射し、その測定面から反射する二つの光束を重ね合わせ、この重ね合わせによって形成される干渉縞の変動から前記回転軸１２に対する測定面の偏心を測定し、各径に対応する偏心した曲率中心位置を最小自乗法等で結んだ直線を非球面軸とし、この非球面軸と基準軸とのずれが測定する非球面の偏心となる。
【００３２】
ここで、非球面の各径の曲率中心位置とは、非球面の各径において、面に垂直な円錐面を考えた時の円錐面の頂点と注目している径との距離である。
【００３３】
例えば、図３で、非球面２１の偏心測定で、径２２を測定する時は、点１３ｅに曲率中心のある球面２４を想定し、偏心測定をする。同様にして各径について順次偏心測定を行っていって、各曲率中心位置を最小自乗法等で結べば非球面軸２３が決定される。この非球面軸２３の基準軸からのずれが被測定非球面の偏心となる。
【００３４】
このように、非球面においては、曲率中心位置の異なる複数の径を測定する必要があるが、一軸スライド２０を十分大きくとり、回転手段１７ａ，１７ｂもθを０゜付近から９０゜まで回転可能にしておけば、偏向手段１６ａ，１６ｂの角度と位置を自由に変化させることで、非球面の全径を測定することが可能となり、精度よく非球面軸の偏心を測定することができる。
【００３５】
図１では測定面８′として二光束交差機構１５ａ，１５ｂに一番近い測定面８′を測定しているが、二番目に近い面８″を測定する場合には、まず最も近い面８′の偏心を測定した後、二番目の面８″の見かけの曲率中心の位置、すなわち、二光束交差機構１５，１５ｂ側から見た該測定面の曲率中心の像点の位置において二つの光束２ａ，２ｂが交差するように二光束交差機構１５ａ，１５ｂを調整し測定を行う。そしてここで得られた偏心量は手前にある面８′の偏心の影響を受けているので、これを演算手段１０により補正することで二番目の面８″の正味の偏心量を求めている。
【００３６】
測定光学系８に非球面がいくつか含まれていても、測定非球面の複数の径を手前の面の偏心の影響を演算手段１０により補正しながら偏心測定していき、各径の曲率中心位置を最小自乗法等で結ぶことで、非球面軸の基準軸からの偏心量を測定している。
【００３７】
また、測定光学系８の光軸として、測定した各面、各径の曲率中心位置を、公差等で重み付けして、最小自乗法等で引いた直線を採用することで、演算手段１０により各面の測定光学系の光軸からの偏心量も計算している。
【００３８】
図４は本発明の実施形態２の要部概略図である。図５，図６は図４に示す光束交差機構部の詳細図である。
【００３９】
レーザ１からのレーザービーム２を光路分割手段（第１光路分割手段）２６（２６ａ，２６ｂ）で２つの光束に分割し、この二光束はさらに光路分割手段（第２光路分割手段）２４ａ，２４ｂでそれぞれ紙面に垂直方向に２つに分割した後、紙面に垂直出射した光束を下方向に偏向し、それぞれ互いに平行な光束としている。
【００４０】
二光束は図６のように、それぞれ二分割された一方を検出用光束とし他方を参照用光束として、ミラー４を介して左右に反射している。そして、それぞれ光束交差機構７０ａ，７０ｂへ向かう。この光束交差機構は図５，図６に示すように偏向ミラー（偏向手段）１６、該偏向ミラー１６を載置する回転ステージ１７、そしてミラー７１を有し、スライダー３３上をｘ方向にシフトしている。
【００４１】
これにより入射光束の角度と間隔を制御する。この時ミラー７１は参照用光束のみを反射するよう配置している（図６参照）。
【００４２】
回転制御系１０１で制御された回転ステージ３８上に載せた被検レンズ（測定物）３７に対し、被検レンズ３７の曲率中心位置近傍を検出用光束が通過するように偏向ミラー１６の角度、間隔を設定している。検出用光束は曲率中心位置近傍をとおり、測定面３７′に入射する。検出用光束は測定面３７′で反射し、再度、偏向ミラー１６、ミラー４を介しビームスプリッター２９ａ，２９ｂで反射し、検出器３６に導かれる。
【００４３】
この二光束を重ね合わせることにより干渉縞を形成し、その干渉縞情報を検出する。被検レンズ３７を回転軸１２を中心に回転させた時の、検出器３６で検出された干渉縞の位相の変動から測定面３７′で反射した二光束の位相差を検出している。
【００４４】
一方、参照用光束は、ミラー７１で反射後、装置上に固定された基準ミラー３４で反射し再びミラー７１、ミラー４を介し、ビームスプリッター２７ａ，２７ｂで反射し、検出器２８へ導かれる。この二光束を重ね合わせることにより、形成された干渉縞を検出している。
【００４５】
今、光束交差機構７０が片側のみｘ，ｙ方向に変位した場合（たとえば７０ａ側）を考える。検出用光束は反射時もあわせ、この変位の２倍分の光路長差が生じる。これは被検レンズ３７の偏心に関わらず、検出器３６において位相変化として検出される。この時参照用光束も光束交差機構上７０のミラー７１が変位し、装置に固定された基準ミラー３４で反射し、再度ミラー７１を介することにより、検出用光束に生じた光路差と等しく光路長が変化し、この変化を検出器２８で検出している。
【００４６】
したがって、検出器３６で得られる検出用光束の位相差から検出器２８で得られる参照用光束の位相差を信号処理系１００により差し引くことにより、測定光学系から得られる検出用光束の位相差のみ検出している。
【００４７】
図７は本発明の実施形態３の光束交差機構付近の要部概略図である。本実施形態は図５の実施形態２に比べて光束交差機構の一部が異なっているだけであり、その他の構成は基本的に同じである。
【００４８】
本実施形態においては参照用光束をさらに二分割し参照用光束Ａ、参照用光束Ｂとして個々に検出することにより光束交差機構７２の変位をｘ方向、ｙ方向個別に検出する構成をとっている。光束交差機構７２は実施形態２同様、偏向ミラー１６（偏向手段）、回転ステージ１７から成り、この機構の上にミラー７３，７４を配置している。
【００４９】
そしてスライダー２０上をｘ方向にシフトする。また実施形態２と同じく基準ミラー３４が配置されている。参照用光束Ａはミラー７３を反射し、光束交差機構７２のｘ方向のみの変位を検出する。参照用光束Ｂはミラー７４で反射し、基準ミラー３４で反射し再度ミラー７４を介し検出器２８で検出している。
【００５０】
光束交差機構７２がｘ方向に変位した場合、参照用光束Ａと同じく参照用光束Ｂも光路差が生じる。光束交差機構７２のｙ方向の変位を検出するため、常に参照用光束Ｂの変位から参照用光束Ａの変位を信号処理系１００により差し引いている。
【００５１】
ここで光束交差機構７２のｙ方向の変位から検出用光束に生じる光路差を検出するための方法を図７（Ｂ）を用いて説明する。
【００５２】
偏向ミラー１６の角度θの時、光束交差機構７２がｙ方向にｄ変位した場合、（図中、偏向ミラー１６はＯからＡに変位し検出用光の反射点が点Ｏから点Ｂになったことを示している）。
【００５３】
検出用光束はｄ／ｔａｎθの光路差が生じる。一方、参照用光束Ｂはミラー３４に対し４５ 度の反射角になっているためｄの光路差しか検出しない。そこで参照用光束Ｂの検出した 変位ｄに対しその時の偏向ミラー１６の角度からｄ／ｔａｎθを算出する。これにより光束交差機構７２がｙ方向に変位したときの検出用光束の変位を補正している。
【００５４】
本実施形態において光束交差機構７２の傾き偏心が測定精度上問題になる場合は、さらに参照用光束Ａと同様の参照用光束を構成し、参照用光束Ａとの変位を比較することにより、傾きを算出し、検出用光束の光路変位を補正すればよい。
【００５５】
図８は本発明の実施形態４の光束交差機構付近の要部概略図である。本実施形態は図５の実施形態２に比べて光束交差機構の一部が異なっているだけであり、その他の構成は同じである。
【００５６】
本実施形態の参照用光束の反射機構はｘ方向のみの変位を検出するものである。光束交差機構７５はスライダー上２０をｘ方向にシフトする。したがってｙ方向に比べてｘ方向に変位しやすい。すなわち、光束交差機構部７５のｙ方向の変位が小さく精度上無視できる場合、この構成にすることにより、検出精度を維持したまま装置を簡素化している。
【００５７】
図９は本発明の実施形態５の要部概略図である。図１０，図１１は図９の一部分の拡大説明図である。レーザー１からのレーザービーム２を光路分割手段（第１光路分割手段）２６（２６ａ，２６ｂ）で２つの光束に分割し、この二光束はさらに光路分割手段（第２光路分割手段）３でそれぞれ紙面に垂直方向に２つに分割している。
【００５８】
二光束は図１１のように、それぞれ二分割された一方を検出用光束とし他方を参照用光束として、ミラー４を介して左右に反射している。そして、それぞれの光束交差機構３１ａ，３１ｂへ向かう。この光束交差機構は偏向ミラー（偏向手段）１６、偏向ミラー１６を載置する回転ステージ１７を有し、スライダー２０上をｘ方向にシフトしている。これにより入射光束の角度と間隔を制御している。
【００５９】
回転制御系１０１で制御された回転ステージ３８上に載せた被検レンズ３７に対し、被検レンズの曲率中心位置近傍を検出用光束が通過するように偏向ミラー１６の角度、間隔が設定している。検出用光束は曲率中心位置近傍をとおり、測定面３７′に入射する。検出用光束は測定面３７′で反射し再度、偏向ミラー１６、ミラー４を介しビームスプリッター２９ａ，２９ｂで反射し、検出器３６に導かれる。この二光束を重ね合わせることにより形成される干渉縞を検出器３６で検出する。被検レンズ３７を回転軸１２を中心に回転させた時の、検出器３６で検出された干渉縞の位相の変動から測定面３７′で反射した二光束の位相差を検出する。
【００６０】
一方、参照用光束は、ミラー１６で反射後、ミラー３１で反射し再びミラー１６、ミラー４を介し、ビームスプリッター２７ａ，２７ｂで反射し、検出器３６へ導かれる。この二光束を重ね合わせることにより形成される干渉縞を検出器２８で検出する。このミラー３１は図１０に示すように回転ステージ３２上におかれ参照用光束の反射機構３９として、スライダー３３をシフトしている。そして偏向ミラー１６からの反射光を正反射するように位置、角度が制御している。参照用光束の反射機構３９は光束交差機構３１に比べ位置、角度の制御精度が緩いため構成が簡単であることから、測定時に装置にクランプされ単独には変位しないよう配慮している。
【００６１】
今、光束交差機構３１が片側のみ変位した場合を考える。検出用光束は反射時もあわせ、この変位の２倍分の光路長差が生じる。これは被検レンズの偏心に関わらず、検出器３６において位相変化として検出される。
【００６２】
また、検出用光束を偏向する偏向ミラー１６に参照用光束も入射し、これを固定したミラー３１により反射し、再度前記偏向ミラー１６を介して、検出器３６で位相を検出するため、検出用光束 で生じた光路長と同じく光路長差が生じる。したがって、検出器３６で得られる検出用光束の位相差から検出器２８で得られる参照用光束の位相差を信号処理系１００により差し引くことにより、測定光学系から得られる検出用光束の位相差のみ検出している。
【００６３】
図１２，図１３は本発明の実施形態６の光束交差機構付近の拡大説明図である。本実施形態は図９の実施形態５に比べて光束交差機構部および参照光束反射機構の一部が異なっているだけであり、その他の構成は同じである。
【００６４】
本実施形態においては参照用光束反射機構においてミラーの代わりにコーナーキューブ４１を用いている。図において偏向ミラー１６で反射した光はコーナーキューブ４１を介し、偏向ミラー１６の回転軸上に戻り再びミラー４へ反射するよう配置してある。コーナーキューブ４１を用いることにより、参照用光束反射機構の位置、角度設定精度を更に緩くすることが可能となる。これにより回転ステージ３２の機構が簡素化され、強力なクランプが可能となる。したがって振動等による影響を受けず、偏向ミラー１６の変位をより確実に補正することができる。
【００６５】
図１４は本発明の実施形態７の光束交差機構付近の拡大説明図である。本実施形態は図９の実施形態５に比べて光束交差機構部および参照用光束反射機構の一部が異なっているだけであり、その他の構成は同じである。
【００６６】
本実施形態の参照用光束反射機構においてはミラー４３，４４を９０度の角度で固定し、一体としてある。参照用光束は偏向ミラー１６で反射後ミラー４３，４４を介し再び偏向ミラー１６を反射しミラー４へ戻る。また実施形態５，６と同様に偏向ミラー１６の角度によってミラー４３，４４の位置、角度を制御している。この時、偏向ミラー１６の回転軸方向において参照用光束は検出用光束をはさみ込み、かつ、検出用光束から等距離な位置を通過するよう配置してある。
【００６７】
実施形態５，６の場合、検出用光束の反射位置が偏向ミラー１６の回転軸方向においてずれているため回転軸の傾き変位が両者の光路差を生じさせる場合がある。
【００６８】
これに対して本実施形態では上記構成により、偏向ミラー１６の回転軸が傾いても、検出用光束の反射点を中心とした参照用光束の光路長は変わらないようにしている。したがって偏向ミラー１６の回転軸の傾きによる測定誤差をキャンセルすることができる。
【００６９】
図１５は本発明の実施形態８の光束交差機構付近の拡大説明図である。本実施形態は図９の実施形態５に比べて光束偏向機構部および参照用光束反射機構の一部が異なっているだけであり、その他の構成は同じである。
【００７０】
本実施形態の参照用光束反射機構は図１４の実施形態７で用いたミラー４３，４４の代りにコーナーキューブ４２を用いている。このコーナーキューブ４２の頂点は入射面に平行に面取りされており検出用光束を透過するように構成している。
【００７１】
これにより実施形態６と同様に、参照用光束反射機構の位置、角度設定精度を緩くすることが可能となり、振動等による影響を受けなくなる。なお、ここで用いたコーナーキューブは中空のコーナーキューブでも構成可能である。
【００７２】
図１６は本発明の実施形態９の光束交差機構付近の拡大説明図である。本実施形態は図９の実施形態５に比べて光束偏向機構部および参照用光束反射機構の一部が異なっているだけであり、その他の構成は同じである。
【００７３】
本実施形態の光束偏向機構の３１はレンズ５１が基板に固定され、参照用光束のみをレンズ５１にて偏向ミラー１６の回転軸上に集光させている。参照用光束反射機構５０は前記偏向ミラー１６の回転軸からの距離を曲率半径とする球面ミラー５２を配置し、光束交差機構３１の位置にあわせスライダー３３上をシフトするように構成している。参照用光束は偏向ミラー１６を、いわゆるキャッツアイ状態で反射後球面ミラー５２で反射し再度偏向ミラー１６、集光レンズ５１をとおり検出器２８で検出している。偏向ミラー１６が回転しても参照用光束は常に球面ミラー５２にて反射され同じ光路を戻る。
【００７４】
本実施形態では実施形態５から８までのように、参照用光束反射機構５０に回転ステージ等の駆動部がないため、構成が簡素化され、かつ振動による影響を受けず、安定した計測が可能となる。
【００７５】
図１７は本発明の実施形態１０の光束交差機構付近の拡大説明図である。本実施形態は図９の実施形態５に比べて光束偏向機構部および参照用光束反射機構の一部が異なっているだけであり、その他の構成は同じである。
【００７６】
本実施形態の光束交差機構３１では偏向ミラー１６を反射後、参照用光束のみを透過するフレネルレンズ６１と基準ミラー３４を配置している。フレネルレンズ６１は偏向ミラー１６の回転軸からの距離を焦点距離に持つよう設計されており、所定の角度に設定された偏向ミラー１６を反射した参照用光束はフレネルレンズ６１を通過後に基準ミラー３４に垂直に入射、反射し再度フレネルレンズ６１と、偏向ミラー１６を反射同一光路を戻るように構成している。
【００７７】
本実施形態では実施形態５から９までのように、参照用光束反射機構５０に回転ステージ３２、さらにスライダー３３等の駆動部がないため、構成が簡素化され、かつ振動による影響を受けず、安定した計測が可能となる。
【００７８】
尚、各実施例ではレンズの凹面検査に用いる場合を説明したが、凸面でも良い。この場合、凸面なので面を曲率中心（即ち光束集光交差点）より上側に配置する。
【００７９】
【発明の効果】
本発明は以上の構成により、２光束を測定面の見かけの曲率中心又はその近傍に集光し、交差させ角度と位置を任意に変化させる光束交差機構の偏向手段を適切に構成することにより、集光レンズを必要とせず、任意の径の球面や非球面等の測定面の偏心を高精度に測定することができる偏心測定方法及び偏心測定装置を達成することができる。
【００８０】
又、本発明によれば、集光レンズを使用せずに二光束の集光交差する角度と位置を連続可変とすることで、レンズ等の交換負荷がなく、装置コストが安価で、作業効率が高い偏心測定装置を提供することが可能となる。
【００８１】
また、測定可能範囲が大幅に増加することで、測定精度が向上し、非球面の偏心測定にも対応した偏心測定装置と偏心測定方法を提供することが可能となる。また本発明は、偏心測定装置における光束偏向機構等の構成要素の変位に対する影響を無くし、常に高精度な測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の偏心測定装置の実施形態１の要部概略図
【図２】図１の一部分の説明図
【図３】図１の一部分の説明図
【図４】本発明の偏心測定装置の実施形態２の要部概略図
【図５】図４の一部分の説明図
【図６】図４の一部分の説明図
【図７】本発明の偏心測定装置の実施形態３の一部分の拡大説明図
【図８】本発明の偏心測定装置の実施形態４の一部分の拡大説明図
【図９】本発明の偏心測定装置の実施形態５の要部概略図
【図１０】図９の一部分の説明図
【図１１】図９の一部分の説明図
【図１２】本発明の偏心測定装置の実施形態６の一部分の説明図
【図１３】本発明の偏心測定装置の実施形態６の一部分の説明図
【図１４】本発明の偏心測定装置の実施形態７の一部分の説明図
【図１５】本発明の偏心測定装置の実施形態８の一部分の説明図
【図１６】本発明の偏心測定装置の実施形態９の一部分の説明図
【図１７】本発明の偏心測定装置の実施形態１０の一部分の説明図
【図１８】従来の偏心測定装置の要部概略図
【符号の説明】
１ レーザー
２ 光束
２ａ，２ｂ 二分割された光束
３ 光路分割手段
４ 反射手段
５ 集光レンズ
６ 回転台
７ 回転方位検出手段
８ 被測定光学系
８′ 測定面
９ 光検出手段（受光手段）
１０ 演算装置
１１ ミラー
１２ 回転台回転軸
１３ 被測定面の見かけの曲率中心位置
１５ａ，１５ｂ 二光束交差機構
１６ａ，１６ｂ 偏向手段
１７ａ，１７ｂ 回転手段
１８ａ，１８ｂ スライド手段
２０ 一軸スライド
２１ 非球面
２２ 非球面の注目している径
２３ 非球面軸
２２ ２２の径に対応する球面
２５ ２４の球面の曲率中心
２６ａ ビームスプリッター
２６ｂ ミラー
２７ａ，２７ｂ ビームスプリッター
２８ 検出器
２９ａ，２９ｂ ビームスプリッター
３０ ミラー
３１ａ，３１ｂ 光束偏向機構
３２ａ，３２ｂ 回転ステージ
３３ スライダー
３４ 基準ミラー
３５ 集光レンズ
３６ 検出器
３７ 被検レンズ
３８ 回転台
３９ａ，３９ｂ 参照用光束反射機構
４０ 参照用光束反射機構
４１，４２ コーナーキューブ
４３，４４ ミラー
５０ 参照用光束反射機構
４５ ミラー
５１ 集光レンズ
５２ ミラー
６０ 光束偏向機構
６１ フレネルレンズ
７０ａ，７０ｂ 光束偏向機構
７１ａ，７１ｂ ミラー
７２ 光束偏向機構
７３，７４ ミラー
７５ 光束偏向機構
７６ ミラー
１００ 信号処理系
１０１ 回転制御機構

Claims (10)

1. 回転台に保持された回転対称な光学部材の、回転台の回転軸に対する偏心を測定する方法であって、
   回転台に該光学部材を配置する工程と、
   該測定面の曲率半径の大きさに基づいてミラーを回動することにより、２つの可干渉性光束を該回転軸を挟んで２方向から該光学部材の測定面の見かけの曲率中心に集光して交差させる形で該測定面の互いに異なった領域に入射させる工程と、
   該測定面で反射した２つの光束を重ね合わせて得られる干渉光を光検出手段で受光する工程と、
   該光学部材を該回転軸を中心に回転させたときに生じる該干渉光情報の変動を検出する工程と、
   該検出結果に基づき該光学部材の該回転軸に対する偏心量を求める工程とを有することを特徴とする偏心測定方法。
2. 前記ミラーを移動させることにより、前記２つの光束の集光交差する位置を前記回転軸方向に沿って連続的に変化させていることを特徴とする請求項１の偏心測定方法。
3. 前記ミラーを前記回転軸方向に変位させて該ミラーと前記測定面との距離を変えていることを特徴とする請求項１の偏心測定方法。
4. 回転台に保持された回転対称な光学部材の、回転台の回転軸に対する偏心を測定する方法であって、
   回転台に該光学部材を配置する工程と、
   光源からの可干渉性光束を第１光路分割手段で２つの光束に分割する工程と、
   該分割した２つの光束を各々、第２光路分割手段で２つの検出用光束と２つの参照用光束に分割する工程と、
   該２つの検出用光束を偏向手段により該回転軸を挟んで２方向から該測定面の見かけの曲率中心に集光して交差させる形で該測定面の互いに異なった領域に入射させる工程と、
   該測定面で反射した２つの光束を重ね合わせて得られる干渉光を第１の光検出手段で受光する工程と、
   該光学部材を該回転軸を中心に回転させたときに生じる該第１の光検出手段で受光される干渉光情報の変動を検出する工程と、
   該２つの参照用光束を重ね合わせて得られる干渉光を第２の光検出手段で受光する工程と、
   該干渉光情報の変動と第２の光検出手段で得られた信号とを用いて、該光学部材の該回転軸に対する偏心量を求めていることを特徴とする偏心測定方法。
5. 前記偏向手段は回動及び移動可能な反射ミラーを有し、前記２つの光束の集光交差する位置を前記回転軸方向に沿って連続的に変化させていることを特徴とする請求項４の偏心測定方法。
6. 前記偏向手段を前記回転軸方向に変位させて該偏向手段と前記測定面との距離を変えていることを特徴とする請求項４の偏心測定方法。
7. 前記第１の光検出手段で得られた干渉縞情報の変動から前記第２の光検出手段で得られた干渉縞情報の変動を差し引いて該差し引いた干渉縞情報を用いていることを特徴とする請求項４の偏心測定方法。
8. 前記２つの参照用光束は前記偏向手段と基準ミラーとを介した後に重ね合わせられることを特徴とする請求項４〜７のいずれか１項に記載の偏心測定方法。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の偏心測定方法を利用していることを特徴とする偏心測定装置。
10. 回転対称面より成る測定面を回転軸に回転対称軸がそれと一致するように配置し、光源からの可干渉性光束を第１光路分割手段で２つの光束に分割し、該分割した２つを光束を各々、第２光路分割手段で２つの検出用光束と２つの参照用光束に分割し、２つの検出用光束を偏向手段により該回転軸を挟んで２方向から該測定面の見かけの曲率中心に集光して交差させる形で該測定面の互いに異なった領域に入射させ、該測定面で反射した２つの光束を重ね合わせて干渉光を形成し、該測定面を該回転軸を中心に回転させた時に生じる該干渉光の変動を検出用の光検出手段で検出し、一方、該２つの参照用光束を該偏向手段の保持部上にあるミラーを経由して基準ミラーを介し、再度該保持部上ミラーを経由させて重ね合わせて干渉光を形成し、該干渉光を参照用の光検出手段で検出し、該検出用の光検出手段と参照用の光検出手段で得られた信号を用いて、該測定面の該回転軸に対する偏心量を求めていることを特徴とする偏心測定装置。

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