JP5392607B2

JP5392607B2 - 偏芯測定装置

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Publication number: JP5392607B2
Application number: JP2009139203A
Authority: JP
Inventors: 志強劉; 美佐子小林
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2009-06-10
Filing date: 2009-06-10
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2029-06-10
Also published as: JP2010286305A

Description

本発明は、光学機器等に用いられるレンズ系の偏芯を測定する偏芯測定装置に関する。

従来の偏心測定装置には、光源からの光をフォーカスレンズ系によって測定対象面の近軸曲率中心に集光し、測定対象面で反射した光（測定光）を、フォーカスレンズ系を介して集光レンズにより光位置センサー（PSD：Position Sensitive Detector）に集光する構成のものがある。このような偏心測定装置では、測定対象面を光軸中心に回転させ、光位置センサーによって検出した測定光の振れ量から測定光の角度振れを検出し、測定対象面の偏芯量を算出する。また、従来の偏心測定装置には、光源からの光をフォーカスレンズ系によって測定対象面の近軸焦点に集光し、測定対象面で反射して平行光になった光を、フォーカスレンズ系を介さずに集光レンズによって光位置センサーに集光する構成のものもある（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０００−２０５９９８号公報

しかしながら、このような偏芯測定装置では、測定対象面の曲率半径に拘わらず（特に、測定対象面の曲率半径が小さい場合に）測定対象面の偏芯量を一定の測定感度で測定することが難しかった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、測定対象面の曲率半径に拘わらず測定対象面の偏芯量を一定の測定感度で測定可能な偏芯測定装置を提供することを目的とする。

このような目的達成のため、本発明を例示する態様に従えば、測定対象面に照明光を照射する照明部と、前記照明光が照射された前記測定対象面からの反射光を所定の集光面に集光する集光部と、前記集光面に集光されて生じるスポット光を検出する検出部と、前記検出部により検出された前記集光面における前記スポット光の位置に基づいて前記測定対象面の偏芯量を測定する測定部とを備え、前記照明部は、前記照明光を前記測定対象面の焦点に集光するようにして前記測定対象面に照射する第１の照明光学系と、前記照明光を前記測定対象面の曲率中心に集光するようにして前記測定対象面に照射する第２の照明光学系と、前記照明光の照射に用いる光学系を前記第１の照明光学系および前記第２の照明光学系のいずれか一方に切り替える切り替え部とを有し、前記第１の照明光学系は焦点距離を調整可能であり、前記第２の照明光学系は焦点距離が一定であり、前記切り替え部は、前記測定対象面の曲率半径が所定値以上の場合に前記第１の照明光学系に切り替え、前記測定対象面の曲率半径が所定値未満の場合に前記第２の照明光学系に切り替えることを特徴とする偏芯測定装置が提供される。

本発明によれば、測定対象面の曲率半径に拘わらず測定対象面の偏芯量を一定の測定感度で測定することが可能になる。

第１実施形態の偏芯測定装置において、第２レンズおよび第２の偏光ビームスプリッターを照明部の光路上に挿入した状態を示す図である。第１実施形態の偏芯測定装置において、第２レンズおよび第２の偏光ビームスプリッターを照明部の光路上から抜去した状態を示す図である。測定対象面で光が反射する一例を示す図である。測定対象面で光が反射する一例を示す図である。第２実施形態の偏芯測定装置において、第２レンズおよび第２の１／４波長板を照明部の光路上に挿入した状態を示す図である。第２実施形態の偏芯測定装置において、第１の１／４波長板を照明部の光路上に挿入した状態を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。第１実施形態の偏芯測定装置１は、図１に示すように、測定対象物となるレンズの測定対象面５に照明光を照射する照明部１０と、照明光が照射された測定対象面５からの反射光を所定の集光面２６ａ，２６ｂにそれぞれ集光する第１および第２の集光レンズ２０ａ，２０ｂと、各集光面２６ａ，２６ｂに集光されて生じたスポット光をそれぞれ検出する第１および第２の光位置センサー２５ａ，２５ｂと、第１または第２の光位置センサー２５ａ，２５ｂからの検出信号に基づいて測定対象面５の偏芯量を測定する演算処理部３０とを備えて構成される。

なお、詳細な図示を省略するが、測定対象物となるレンズは、複数のレンズから構成されたレンズ系であり、当該レンズ系における光学面の一つが、測定対象面５となる。また、測定対象物となるレンズは、その光軸が照明部１０の光軸と重なるように高精度の回転台（図示せず）に載置され、レンズの光軸を中心に回転可能となっている。そのため、測定対象面５の近軸曲率中心および近軸焦点は、照明部１０の光軸上に位置することになる。

照明部１０は、光源側から順に、第１の偏光ビームスプリッター（PBS：Polarizing Beam Splitter）１２と、第１レンズ１３と、第２レンズ１４と、第２の偏光ビームスプリッター１５と、１／４波長板１６とを有して構成される。また、第２レンズ１４および第２の偏光ビームスプリッター１５は、レボルバ等を用いた切り替え装置１９により、照明部１０の光軸と垂直な方向へ移動可能に構成されており、第２レンズ１４および第２の偏光ビームスプリッター１５を照明部１０の光路上に挿抜できるようになっている。

これにより、図１に示すように、第２レンズ１４および第２の偏光ビームスプリッター１５が照明部１０の光路上に挿入された状態では、第１レンズ１３および第２レンズ１４が第１の照明光学系１１ａを構成する。この第１の照明光学系１１ａは、照明光を測定対象面５の近軸焦点に集光するようにして測定対象面５に照射するための光学系であり、第１レンズ１３と第２レンズ１４との間隔を変化させて第１の照明光学系１１ａの焦点距離を調整することにより、照明光の集光点の位置（集光位置）を照明部１０（第１の照明光学系１１ａ）の光軸に沿って移動できるようになっている。そして、図示しない光源から発せられた直線偏光である照明光は、第１の偏光ビームスプリッター１２を透過した後、第１レンズ１３および第２レンズ１４を透過して（測定対象面５の近軸焦点に向けて）集光されつつ第２の偏光ビームスプリッター１５に入射する。第２の偏光ビームスプリッター１５を透過した照明光は、１／４波長板１６を透過して測定対象面５に達する。なお、光源（図示せず）は、レーザー光源を用いるようにしてもよく、ＬＥＤ照明等とピンホールの組み合わせを用いるようにしてもよい。

第１の照明光学系１１ａを用いて照明光が照射された測定対象面５からの反射光は、照明光が測定対象面５の近軸焦点に集光されているため平行光となり、１／４波長板１６を透過して第２の偏光ビームスプリッター１５に入射する。なおこのとき、第２の偏光ビームスプリッター１５に測定対象面５からの反射光としてＳ偏光が入射するように設定されている。そのため、測定対象面５からの反射光は、第２の偏光ビームスプリッター１５で反射し、第１の集光レンズ２０ａを透過して第１の光位置センサー２５ａの検出部に設けられた集光面２６ａに集光される。なお、光源（図示せず）から発せられた直線偏光（照明光）は、Ｐ偏光として第２の偏光ビームスプリッター１５を透過して、測定対象面５からの反射光として第２の偏光ビームスプリッター１５に戻るまでに、１／４波長板１６を２回通過するので、第２の偏光ビームスプリッター１５に入射する反射光はＳ偏光となる。

第１の光位置センサー２５ａは、第１の集光レンズ２０ａの後側焦点面に配置され、第１の集光レンズ２０ａにより集光面２６ａに集光されて生じたスポット光（スポット像）を検出する。この第１の光位置センサー２５ａは、第１の光位置センサー２５ａの検出部、すなわち集光面２６ａにおけるスポット光（スポット重心）の位置を検出可能であり、その検出信号を演算処理部３０へ出力する。

ところで、図２に示すように、第２レンズ１４および第２の偏光ビームスプリッター１５が照明部１０の光路上から抜去された状態では、第１レンズ１３が第２の照明光学系１１ｂを構成する。この第２の照明光学系１１ｂは、照明光を測定対象面５の近軸曲率中心に集光するようにして測定対象面５に照射するための光学系であり、第１レンズ１３のみのために焦点距離が一定であるため、例えば第１レンズ１３を光軸に沿って移動させることにより、照明光の集光点の位置（集光位置）を照明部１０（第２の照明光学系１１ｂ）の光軸に沿って移動できるようになっている。そして、図示しない光源から発せられた直線偏光である照明光は、第１の偏光ビームスプリッター１２を透過した後、第１レンズ１３を透過して（測定対象面５の近軸曲率中心に向けて）集光されつつ、１／４波長板１６を透過して測定対象面５に達する。

第２の照明光学系１１ｂを用いて照明光が照射された測定対象面５からの反射光は、照明光が測定対象面５の近軸曲率中心に集光されているため正反射光となり、照明光と同じ光路を戻るようにして、１／４波長板１６および第１レンズ１３を透過して第１の偏光ビームスプリッター１２に入射する。なおこのとき、第１の偏光ビームスプリッター１２に測定対象面５からの反射光としてＳ偏光が入射するように設定されている。そのため、測定対象面５からの反射光は、第１の偏光ビームスプリッター１２で反射し、第２の集光レンズ２０ｂを透過して第２の光位置センサー２５ｂの検出部に設けられた集光面２６ｂに集光される。なお、光源（図示せず）から発せられた直線偏光（照明光）は、Ｐ偏光として第１の偏光ビームスプリッター１２を透過して、測定対象面５からの反射光として第１の偏光ビームスプリッター１２に戻るまでに、１／４波長板１６を２回通過するので、第１の偏光ビームスプリッター１２に入射する反射光はＳ偏光となる。

第２の光位置センサー２５ｂは、第２の集光レンズ２０ｂの後側焦点面に配置され、第２の集光レンズ２０ｂにより集光面２６ｂに集光されて生じたスポット光（スポット像）を検出する。この第２の光位置センサー２５ｂは、第２の光位置センサー２５ｂの検出部、すなわち集光面２６ｂにおけるスポット光（スポット重心）の位置を検出可能であり、その検出信号を演算処理部３０へ出力する。

演算処理部３０は、第１の光位置センサー２５ａもしくは第２の光位置センサー２５ｂで検出された集光面（２６ａもしくは２６ｂ）におけるスポット光の位置に基づいて、測定対象面５の偏芯量を測定する。なお、実際に測定対象面５の偏芯測定を行うときには、図示しない回転台に載置されたレンズ（図示せず）を回転させる。そうすると、第１の照明光学系１１ａを用いて測定対象面５に照明光を照射したときには、第１の光位置センサー２５ａにおいて集光面２６ａにおけるスポット光（スポット重心）のリサージュ（軌跡）が検出され、第１の光位置センサー２５ａで検出されたリサージュの半径、すなわち、レンズの回転に応じたスポット光の振れ量に基づいて演算処理部３０が測定対象面５のチルト偏芯量（測定対象面５の傾きによる偏芯量）を求める。一方、第２の照明光学系１１ｂを用いて測定対象面５に照明光を照射したときには、第２の光位置センサー２５ｂにおいて集光面２６ｂにおけるスポット光（スポット重心）のリサージュ（軌跡）が検出され、第２の光位置センサー２５ｂで検出されたリサージュの半径、すなわち、レンズの回転に応じたスポット光の振れ量に基づいて演算処理部３０が測定対象面５のシフト偏芯量（測定対象面５の光軸と垂直な方向への変位による偏芯量）を求める。

以上のように構成される偏芯測定装置１を用いて、測定対象面５の偏芯量を測定する方法について説明する。ところで、偏芯測定装置１の光学系に及ぼす測定対象面５の偏芯の影響は、測定対象面５の曲率半径によって異なる。測定対象面５の曲率半径が大きい場合、測定対象面５のシフト（光軸と垂直な方向への変位）は光学系に与える影響が小さい。例えば、測定対象面５が平面である場合には、測定対象面５のシフトは光学系に殆ど影響を与えない。そのため、平面に近くなる測定対象面５の曲率半径が大きい場合、測定対象面５のチルト（測定対象面５の傾き）を測定して測定対象面５の偏芯を管理するのが有効である。一方、測定対象面５の曲率半径が小さい場合、測定対象面５のチルトは光学系に与える影響が小さい。例えば、測定対象面５の曲率半径が０に近くなると、測定対象面５のチルトは光学系に殆ど影響を与えない。そのため、測定対象面５の曲率半径が小さい場合、測定対象面５のシフトを測定して測定対象面５の偏芯を管理するのが有効である。

そこで、測定対象面５の曲率半径が所定値（例えば、５０mm）以上の場合、測定対象面５のチルト偏芯量（測定対象面５の傾きによる偏芯量）を測定する。この場合、図１に示すように、切り替え装置１９の作動により第２レンズ１４および第２の偏光ビームスプリッター１５を照明部１０の光路上に挿入し、第１の照明光学系１１ａを用いて、照明光を測定対象面５の近軸焦点に集光するようにして測定対象面５に照射する。なおこのとき、第１レンズ１３と第２レンズ１４との間隔を変化させて第１の照明光学系１１ａの焦点距離を調整することにより、照明光の集光点の位置（集光位置）を測定対象面５の近軸焦点に合わせる。

そうすると、図示しない光源から発せられた照明光は、第１の偏光ビームスプリッター１２を透過した後、第１レンズ１３および第２レンズ１４を透過して（測定対象面５の近軸焦点に向けて）集光されつつ第２の偏光ビームスプリッター１５に入射する。第２の偏光ビームスプリッター１５を透過した照明光は、１／４波長板１６を透過して測定対象面５に達する。測定対象面５からの反射光は、１／４波長板１６を透過して第２の偏光ビームスプリッター１５で反射し、第１の集光レンズ２０ａを透過して第１の光位置センサー２５ａの集光面２６ａに集光される。そして、第１の光位置センサー２５ａは、集光面２６ａに集光されて生じたスポット光の位置を検出してその検出信号を演算処理部３０へ出力し、演算処理部３０は、第１の光位置センサー２５ａで検出されたスポット光の位置、すなわち、レンズの回転に応じたスポット光の振れ量に基づいて、測定対象面５で反射する光の角度振れ（チルト）を算出し、測定対象面５のチルト偏芯量を求める。

ところで、図３に示すように、測定対象面５のチルト偏芯量をθとし、測定対象面５で反射する光の光軸のチルト角をαとすると、α＝２θとなる。この式から、測定対象面５のチルト偏芯量は測定対象面５の曲率半径に依存しないことがわかる。すなわち、第１の照明光学系１１ａを用いて照明光を照射すれば、測定対象面５のチルト偏芯量を測定対象面５の曲率半径に拘わらず一定な感度で検出することができる。なお、測定対象面５で反射する光の光軸のチルト角αは、スポット光の振れ量にほぼ比例する。

一方、測定対象面５の曲率半径が所定値（例えば、５０mm）未満の場合、測定対象面５のシフト偏芯量（測定対象面５の光軸と垂直な方向への変位による偏芯量）を測定する。この場合、図２に示すように、切り替え装置１９の作動により第２レンズ１４および第２の偏光ビームスプリッター１５を照明部１０の光路上から抜去し、第２の照明光学系１１ｂを用いて、照明光を測定対象面５の近軸曲率中心に集光するようにして測定対象面５に照射する。なおこのとき、第２の照明光学系１１ｂの焦点距離が一定であるため、例えば第１レンズ１３を光軸に沿って移動させることにより、照明光の集光点の位置（集光位置）を測定対象面５の近軸曲率中心に合わせる。

そうすると、図示しない光源から発せられた照明光は、第１の偏光ビームスプリッター１２を透過した後、第１レンズ１３を透過して（測定対象面５の近軸曲率中心に向けて）集光されつつ、１／４波長板１６を透過して測定対象面５に達する。測定対象面５からの反射光は、１／４波長板１６および第１レンズ１３を透過して第１の偏光ビームスプリッター１２で反射し、第２の集光レンズ２０ｂを透過して第２の光位置センサー２５ｂの集光面２６ｂに集光される。そして、第２の光位置センサー２５ｂは、集光面２６ｂに集光されて生じたスポット光の位置を検出してその検出信号を演算処理部３０へ出力し、演算処理部３０は、第２の光位置センサー２５ｂで検出されたスポット光の位置、すなわち、レンズの回転に応じたスポット光の振れ量に基づいて、測定対象面５で反射する光の角度振れ（チルト）を算出し、測定対象面５のシフト偏芯量を求める。

ところで、図４に示すように、測定対象面５のシフト偏芯量をｓとし、第１レンズ１３（第２の照明光学系１１ｂ）の焦点距離をｆとし、測定対象面５で反射する光の光軸のチルト角をβとすると、β≒２ｔａｎ¹（ｓ／ｆ）≒２ｓ／ｆとなる。この式から、測定対象面５のシフト偏芯量は測定対象面５の曲率半径に依存しないことがわかる。すなわち、焦点距離が一定の状態で第２の照明光学系１１ｂを用いて照明光を照射すれば、測定対象面５のシフト偏芯量を測定対象面５の曲率半径に拘わらず一定な感度で検出することができる。なお、測定対象面５で反射する光の光軸のチルト角βは、スポット光の振れ量にほぼ比例する。

前述したように、従来の偏心測定装置には、光源からの光をフォーカスレンズ系によって測定対象面の近軸曲率中心に集光し、測定対象面で反射した光を、フォーカスレンズ系を介して集光レンズにより光位置センサーに集光する構成のものがある。このような偏芯測定装置では、測定対象面で反射された光は再度フォーカスレンズ系を通るので、光位置センサーに達する光の傾きと測定対象面の偏芯との関係については、フォーカスレンズ系の影響を受ける。そのため、光位置センサーの感度は一定であっても、測定対象面の偏芯量の測定感度は測定対象面の曲率半径によって変化する。

また、従来の偏心測定装置には、光源からの光をフォーカスレンズ系によって測定対象面の近軸焦点に集光し、測定対象面で反射して平行光になった光を、フォーカスレンズ系を介さずに集光レンズによって光位置センサーに集光する構成のものもある。このような偏芯測定装置では、測定対象面で反射して平行光になった光を集光レンズによって直接光位置センサーに集光するので、測定対象面の曲率半径に拘わらず、測定対象面の偏芯量を一定の測定感度で測定することができる。ところが、測定対象面の曲率半径がとても小さくなると、測定対象面で反射した光のビーム径が小さくなり、回折が生じて光位置センサーに集光される光のスポット径が大きくなることから、測定のダイナミックレンジが小さくなり、また、光位置センサーからスポット光がはみ出して測定が不可能になる。

これに対し、第１実施形態の偏芯測定装置１によれば、照明部は、焦点距離を調整可能で照明光を測定対象面５の焦点に集光する第１の照明光学系１１ａと、焦点距離が一定で照明光を測定対象面５の曲率中心に集光する第２の照明光学系１１ｂとを有しているため、測定対象面５の曲率半径に応じて照明光学系を切り替えて、チルト偏芯量またはシフト偏芯量を測定するようにすれば、測定対象面５の曲率半径に拘わらず、測定対象面５の偏芯量を一定の測定感度で測定することが可能になる。

このとき、測定対象面５の曲率半径が所定値（例えば、５０mm）以上の場合に第１の照明光学系１１ａに切り替え、測定対象面５の曲率半径が所定値未満の場合に第２の照明光学系１１ｂに切り替えるようにすれば、チルト偏芯量およびシフト偏芯量についてそれぞれ確実に、測定対象面５の偏芯量を一定の測定感度で測定することが可能になる。

次に、偏芯測定装置の第２実施形態について図５および図６を参照しながら説明する。第２実施形態の偏芯測定装置５１は、第１実施形態の偏芯測定装置１と比較して、照明部１０の構成のみが異なり、他の構成は同様であるため、同一の部材に対し同一の番号を付して、詳細な説明を省略する。第２実施形態における照明部６０は、図５に示すように、光源側から順に、第１の偏光ビームスプリッター６２と、第１レンズ６３と、第２レンズ６４と、第１の１／４波長板６５と、第２の偏光ビームスプリッター６６と、第２の１／４波長板６７とを有して構成される。また、第２レンズ６４、第１の１／４波長板６５、および第２の１／４波長板６７は、それぞれ、第１実施形態と同様の切り替え装置（図示せず）により、照明部６０の光軸と垂直な方向へ移動可能に構成されており、第２レンズ６４および第２の１／４波長板６７、もしくは第１の１／４波長板６５のいずれか一方を照明部６０の光路上に挿入できるようになっている。

これにより、図５に示すように、第２レンズ６４および第２の１／４波長板６７が照明部６０の光路上に挿入されて、第１の１／４波長板６５が光路上から抜去された状態では、第１レンズ６３および第２レンズ６４が第１の照明光学系６１ａを構成する。この第１の照明光学系６１ａは、照明光を測定対象面５の近軸焦点に集光するようにして測定対象面５に照射するための光学系であり、第１実施形態の場合と同様の構成である。そして、図示しない光源から発せられた直線偏光である照明光は、第１の偏光ビームスプリッター６２を透過した後、第１レンズ６３および第２レンズ６４を透過して（測定対象面５の近軸焦点に向けて）集光されつつ第２の偏光ビームスプリッター６６に入射する。第２の偏光ビームスプリッター６６を透過した照明光は、第２の１／４波長板６７を透過して測定対象面５に達する。

第１の照明光学系６１ａを用いて照明光が照射された測定対象面５からの反射光は、照明光が測定対象面５の近軸焦点に集光されているため平行光となり、第２の１／４波長板６７を透過して第２の偏光ビームスプリッター６６に入射する。なおこのとき、第１実施形態の場合と同様に、第２の偏光ビームスプリッター６６に測定対象面５からの反射光としてＳ偏光が入射するように設定されている。そのため、測定対象面５からの反射光は、第２の偏光ビームスプリッター６６で反射し、第１の集光レンズ２０ａを透過して第１の光位置センサー２５ａの検出部に設けられた集光面２６ａに集光される。

一方、図６に示すように、第１の１／４波長板６５が照明部６０の光路上に挿入されて、第２レンズ６４および第２の１／４波長板６７が光路上から抜去された状態では、第１レンズ６３が第２の照明光学系６１ｂを構成する。この第２の照明光学系６１ｂは、照明光を測定対象面５の近軸曲率中心に集光するようにして測定対象面５に照射するための光学系であり、第１実施形態の場合と同様の構成である。そして、図示しない光源から発せられた直線偏光である照明光は、第１の偏光ビームスプリッター６２を透過した後、第１レンズ６３を透過して（測定対象面５の近軸曲率中心に向けて）集光されつつ、第１の１／４波長板６５および第２の偏光ビームスプリッター６６を透過して測定対象面５に達する。

第２の照明光学系６１ｂを用いて照明光が照射された測定対象面５からの反射光は、照明光が測定対象面５の近軸曲率中心に集光されているため正反射光となり、照明光と同じ光路を戻るようにして、第２の偏光ビームスプリッター６６、第１の１／４波長板６５、および第１レンズ６３を透過して第１の偏光ビームスプリッター６２に入射する。なおこのとき、第１実施形態の場合と同様に、第１の偏光ビームスプリッター６２に測定対象面５からの反射光としてＳ偏光が入射するように設定されている。そのため、測定対象面５からの反射光は、第１の偏光ビームスプリッター６２で反射し、第２の集光レンズ２０ｂを透過して第２の光位置センサー２５ｂの検出部に設けられた集光面２６ｂに集光される。

以上のように構成される偏芯測定装置５１を用いて、測定対象面５の偏芯量を測定するには、第１実施形態の場合と同様に、測定対象面５の曲率半径が所定値（例えば、５０mm）以上の場合、図５に示すように、切り替え装置（図示せず）の作動により第２レンズ６４および第２の１／４波長板６７を照明部６０の光路上に挿入し、第１の照明光学系６１ａを用いて、照明光を測定対象面５の近軸焦点に集光するようにして測定対象面５に照射する。なおこのとき、第１レンズ６３と第２レンズ６４との間隔を変化させて第１の照明光学系６１ａの焦点距離を調整することにより、照明光の集光点の位置（集光位置）を測定対象面５の近軸焦点に合わせる。

そうすると、図示しない光源から発せられた照明光は、第１の偏光ビームスプリッター６２を透過した後、第１レンズ６３および第２レンズ６４を透過して（測定対象面５の近軸焦点に向けて）集光されつつ第２の偏光ビームスプリッター６６に入射する。第２の偏光ビームスプリッター６６を透過した照明光は、第２の１／４波長板６７を透過して測定対象面５に達する。測定対象面５からの反射光は、第２の１／４波長板６７を透過して第２の偏光ビームスプリッター６６で反射し、第１の集光レンズ２０ａを透過して第１の光位置センサー２５ａの集光面２６ａに集光される。そして、第１の光位置センサー２５ａは、集光面２６ａに集光されて生じたスポット光の位置を検出してその検出信号を演算処理部３０へ出力し、演算処理部３０は、第１の光位置センサー２５ａで検出されたスポット光の位置、すなわち、レンズの回転に応じたスポット光の振れ量に基づいて、測定対象面５で反射する光の角度振れ（チルト）を算出し、測定対象面５のチルト偏芯量を求める。

一方、測定対象面５の曲率半径が所定値（例えば、５０mm）未満の場合、図６に示すように、切り替え装置（図示せず）の作動により第１の１／４波長板６５を照明部６０の光路上に挿入し、第２の照明光学系６１ｂを用いて、照明光を測定対象面５の近軸曲率中心に集光するようにして測定対象面５に照射する。なおこのとき、第２の照明光学系６１ｂの焦点距離が一定であるため、例えば第１レンズ６３を光軸に沿って移動させることにより、照明光の集光点の位置（集光位置）を測定対象面５の近軸曲率中心に合わせる。

そうすると、図示しない光源から発せられた照明光は、第１の偏光ビームスプリッター６２を透過した後、第１レンズ６３を透過して（測定対象面５の近軸曲率中心に向けて）集光されつつ、第１の１／４波長板６５および第２の偏光ビームスプリッター６６を透過して測定対象面５に達する。測定対象面５からの反射光は、第２の偏光ビームスプリッター６６、第１の１／４波長板６５、および第１レンズ６３を透過して第１の偏光ビームスプリッター６２で反射し、第２の集光レンズ２０ｂを透過して第２の光位置センサー２５ｂの集光面２６ｂに集光される。そして、第２の光位置センサー２５ｂは、集光面２６ｂに集光されて生じたスポット光の位置を検出してその検出信号を演算処理部３０へ出力し、演算処理部３０は、第２の光位置センサー２５ｂで検出されたスポット光の位置、すなわち、レンズの回転に応じたスポット光の振れ量に基づいて、測定対象面５で反射する光の角度振れ（チルト）を算出し、測定対象面５のシフト偏芯量を求める。

この結果、第２実施形態の偏芯測定装置５１によれば、第１実施形態の場合と同様の効果を得ることができる。

なお、上述の各実施形態において、第２レンズ１４（６４）を照明部１０（６０）の光路上から抜去した状態で測定対象面５のシフト偏芯量を測定する方法を説明したが、これに限られるものではない。例えば、第１レンズと第２レンズとの間隔を一定にして、第１および第２レンズの合成焦点距離を一定にした状態で、第１および第２レンズと測定対象面との間隔を調整し、照明光を測定対象面の近軸曲率中心に集光させることにより、測定対象面のシフト偏芯量を測定対象面の曲率半径に拘わらず測定するようにしてもよい。なおこのとき、第２レンズを第１レンズの焦点近傍に配置するようにすれば、第２レンズによる集光効果をなくすことができ、上述の各実施形態と同様に、実質的に第１レンズのみからなる光学系（第２の照明光学系）を構成することができる。

また、上述の各実施形態において、測定対象面５の曲率半径が所定値（例えば、５０mm）以上の場合に第１の照明光学系１１ａ（６１ａ）に切り替え、測定対象面５の曲率半径が所定値未満の場合に第２の照明光学系１１ｂ（６１ｂ）に切り替えているが、これに限られるものではない。例えば、一定の測定感度で測定が可能であるならば、測定対象面５の曲率半径が５０mm近傍の所定の範囲において、第１の照明光学系１１ａ（６１ａ）および第２の照明光学系１１ｂ（６１ｂ）の両方にそれぞれ切り替えて、チルト偏芯量およびシフト偏芯量の両方をそれぞれ測定するようにしてもよい。

１偏芯測定装置（第１実施形態）
５測定対象面
１０照明部
１１ａ第１の照明光学系１１ｂ第２の照明光学系
１９切り替え装置（切り替え部）
２０ａ第１の集光レンズ（集光部）２０ｂ第２の集光レンズ（集光部）
２５ａ第１の光位置センサー（検出部）２５ｂ第２の光位置センサー（検出部）
２６ａ集光面２６ｂ集光面
３０演算処理部（測定部）
５１偏芯測定装置（第２実施形態）
６０照明部
６１ａ第１の照明光学系６１ｂ第２の照明光学系

Claims

測定対象面に照明光を照射する照明部と、
前記照明光が照射された前記測定対象面からの反射光を所定の集光面に集光する集光部と、
前記集光面に集光されて生じるスポット光を検出する検出部と、
前記検出部により検出された前記集光面における前記スポット光の位置に基づいて前記測定対象面の偏芯量を測定する測定部とを備え、
前記照明部は、前記照明光を前記測定対象面の焦点に集光するようにして前記測定対象面に照射する第１の照明光学系と、前記照明光を前記測定対象面の曲率中心に集光するようにして前記測定対象面に照射する第２の照明光学系と、前記照明光の照射に用いる光学系を前記第１の照明光学系および前記第２の照明光学系のいずれか一方に切り替える切り替え部とを有し、
前記第１の照明光学系は焦点距離を調整可能であり、前記第２の照明光学系は焦点距離が一定であり、
前記切り替え部は、前記測定対象面の曲率半径が所定値以上の場合に前記第１の照明光学系に切り替え、前記測定対象面の曲率半径が所定値未満の場合に前記第２の照明光学系に切り替えることを特徴とする偏芯測定装置。
前記第１の照明光学系は、第１レンズと第２レンズとを有し、前記第１レンズと前記第２レンズとの間隔を変化させて前記第１の照明光学系の焦点距離を調整することを特徴とする請求項１に記載の偏芯測定装置。
前記第２の照明光学系は、前記第１レンズを有し、前記第１レンズを光軸に沿って移動させることにより、前記照明光の集光点の位置を前記光軸に沿って移動可能であることを特徴とする請求項２に記載の偏芯測定装置。