JP6512673B2 - 偏心測定装置及び偏心測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、測定軸方向における測定範囲が広い偏心測定装置及び偏心測定方法に関する。

被検物における偏心量を測定する装置として、偏心測定装置がある。偏心は、チルトとシフトで表すことができる。例えば、被検物が平行平板の場合、チルト量は、平行平板の面の法線と基準軸とのなす角で表すことができる。また、シフト量は、平行平板の中心と基準軸とのずれ量で表すことができる。

チルト量を測定する装置は、オートコリメータと呼ばれる。オートコリメータを備えた角度測定装置として、特許文献１に記載された装置がある。

特許文献１に記載された装置は、２つのＣＣＤカメラを有する。一方のＣＣＤカメラは、凸レンズの焦点位置に配置されている。他方のＣＣＤカメラは、凸レンズの焦点位置とは異なる位置に配置されている。また、被測定物体と凸レンズとの間に、ビームスプリッタが配置されている。特許文献１に記載された装置では、チルト量とシフト量が得られる。

特許第３０８９２６１号公報

特許文献１に記載された装置では、被検物と凸レンズとの間にビームスプリッタが配置されている。そのため、例えば、円筒状のガラスブロックの両面を測定する場合、両面の間隔が広すぎると、凸レンズから遠い方の面におけるシフト量の測定ができなくなる恐れがある。

すなわち、凸レンズから遠い方の面におけるシフト量を測定するためには、この面にピントを合わせる必要がある。そのためには、角度測定器と被検物の間隔を、狭くしなくてはならない。しかしながら、両面の間隔が広すぎると、この面にピントがあう前に、凸レンズに近い方の面がビームスプリッタに接触してしまう。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、測定軸方向における測定範囲が広い測定ヘッド及びそれを備えた偏心測定装置を提供することを目的としている。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の偏心測定装置は、
本体部と、移動機構と、測定ヘッドと、保持部材と、処理装置と、を備え、
測定ヘッド、保持部材及び移動機構は、本体部に設けられ、
測定ヘッドと保持部材で保持された被検物とが、測定軸上に位置するように、測定ヘッドと保持部材が位置決めされており、
移動機構は、測定ヘッドと保持部材の少なくとも一方を、測定軸に沿う方向に移動させ、
処理装置は、移動機構と測定ヘッドとに接続され、
測定ヘッドは、光源部と、第１の撮像素子と、第２の撮像素子と、対物光学系と、光路分割素子と、共通光路と、第１の光路と、第２の光路と、を備え、
共通光路は、光路分割素子から対物光学系に向かって形成され、
第１の光路は、光路分割素子から第１の撮像素子に向かって形成され、
第２の光路は、光路分割素子から第２の撮像素子に向かって形成され、
光路分割素子を挟んで一方の側に共通光路が位置し、他方の側に第１の光路と第２の光路とが位置し、
光路分割素子は、第１の光路と第２の光路とが交差する位置に配置され、
光源部は、第１の光路に配置され、
光源部と第１の撮像素子は、共に所定の位置に配置され、
第２の撮像素子は、所定の位置と異なる位置に配置され、
所定の位置は、対物光学系の焦点位置、又は対物光学系の焦点位置と共役な位置であり、
処理装置は、第１の撮像素子上に形成された光源部の像と、第２の撮像素子上に形成された被検物の像と、を用いて、被検物のチルト量及びシフト量を測定することを特徴とする。
また、本発明の偏心測定方法は、
治具と被測定面とを用いて偏心測定を行う方法であって、
被測定面は、治具と測定ヘッドとの間に配置され、
治具と被測定面に光が照射されることで、治具における指標像、治具におけるスポット像、被測定面における指標像、及び被測定面におけるスポット像が形成され、
基準位置に、測定ヘッドを移動するステップと、
治具における指標像が第２の撮像素子上に形成される位置に、測定ヘッドを移動させるステップと、
治具における指標像の位置を記憶するステップと、
第１の撮像素子上に形成されたスポット像のうち、最も暗いスポット像の位置を、治具におけるスポット像の位置として記憶するステップと、
被測定面における指標像の位置を記憶するステップと、
被測定面におけるスポット像の位置を記憶するステップと、
被測定面の数だけ測定ヘッドを移動させて、被測定面における指標像の位置を記憶するステップと、被測定面におけるスポット像の位置を記憶するステップと、を行い、
治具における指標像の位置と被測定面における指標像の位置から、被測定面におけるシフト量を測定し、
治具におけるスポット像の位置と被測定面におけるスポット像の位置から、被測定面におけるチルト量を測定することを特徴とする。

本発明によれば、測定軸方向における測定範囲が広い測定ヘッド及びそれを備えた偏心測定装置を提供できる。

本実施形態の測定ヘッドを示す図であって、（ａ）は全体構成を示す図、（ｂ）は光学系の構成を示す図である。 対物光学系の具体例を示す図である。 反射部材の配置例を示す図であって、（ａ）は第１の変形例を示す図、（ｂ）は第２の変形例を示す図である。 拡大光学系の配置例を示す図である。 シリンドリカルレンズの配置例を示す図である。 照明用光源の配置例を示す図であって、（ａ）は第１の配置例を示す図、（ｂ）は第２の配置例を示す図である。 本実施形態の偏心測定装置を示す図である。 鏡筒を示す図である。 測定用平板を示す図である。 測定方法のフローチャートである。

本発明のある態様にかかる実施形態の作用効果を説明する。なお、本実施形態の作用効果を具体的に説明するに際しては、具体的な例を示して説明することになる。しかし、それらの例示される態様はあくまでも本発明に含まれる態様のうちの一部に過ぎず、その態様には数多くのバリエーションが存在する。したがって、本発明は例示される態様に限定されるものではない。

本実施形態の測定ヘッドは、光源部と、第１の撮像素子と、第２の撮像素子と、対物光学系と、光路分割素子と、共通光路と、第１の光路と、第２の光路と、を備え、共通光路は、光路分割素子から対物光学系に向かって形成され、第１の光路は、光路分割素子から第１の撮像素子に向かって形成され、第２の光路は、光路分割素子から第２の撮像素子に向かって形成され、光路分割素子を挟んで一方の側に共通光路が位置し、他方の側に第１の光路と第２の光路とが位置し、光路分割素子は、第１の光路と第２の光路とが交差する位置に配置され、光源部は、第１の光路に配置され、光源部と第１の撮像素子は、共に所定の位置に配置され、第２の撮像素子は、所定の位置と異なる位置に配置され、所定の位置は、対物光学系の焦点位置、又は対物光学系の焦点位置と共役な位置であることを特徴とする。

図１は本実施形態の測定ヘッドを示す図であって、（ａ）は全体構成を示す図、（ｂ）は光学系の構成を示す図である。

測定ヘッド１は筐体２を有する。筐体２の内部には、光源部３と、第１の撮像素子４と、第２の撮像素子５と、対物光学系６と、光路分割素子７と、が配置されている。また、これらの素子等を配置するめに、共通光路ＯＰＣ、第１の光路ＯＰ１及び第２の光路ＯＰ２が形成されている。

共通光路ＯＰＣは、光路分割素子７から対物光学系６に向かって形成されている。第１の光路ＯＰ１は、光路分割素子７から第１の撮像素子４に向かって形成されている。第２の光路ＯＰ２は、光路分割素子７から第２の撮像素子５に向かって形成されている。

光路分割素子７を挟んで一方の側に共通光路ＯＰＣが位置し、他方の側に第１の光路ＯＰ１と第２の光路ＯＰ２とが位置している。

共通光路ＯＰＣには、対物光学系６と光路分割素子７とが配置されている。また、共通光路ＯＰＣには被検物９が配置される。ここで、対物光学系６は光路分割素子７よりも被検物９側に配置されているので、対物光学系６が被検物９に対して最も近くに位置する。すなわち、対物光学系６から被検物９側の空間には、被検物９以外の物は何も存在しない。

第１の光路ＯＰ１には、光源部３と、第１の撮像素子４と、ビームスプリッタ８と、が配置されている。第２の光路ＯＰ２には、第２の撮像素子５が配置されている。また、第１の光路ＯＰ１と第２の光路ＯＰ２とが交差する位置に、光路分割素子７が配置されている。

光源部３は、第１の光路ＯＰ１に配置されている。光源部３は、所定の位置に配置されている。所定の位置は、対物光学系６の焦点位置、又は対物光学系６の焦点位置と共役な位置である。なお、対物光学系６によって生じる収差量等に応じて、所定の位置は、対物光学系６の焦点位置、又は対物光学系６の焦点位置と共役な位置から数百ミクロン程度ずれていても良い。これらの位置の精度は、測定ヘッド１に求められる精度によって、異なる場合がある。

光源部３には、例えば、レーザ、発光ダイオード、ハロゲンランプ、キセノンランプ等が用いられる。光源部３は点光源を有することが好ましい。光源部３に面光源を用いる場合、光学系によって発光部の像を形成し、発光部の像位置にピンホールを配置する。光源部３に点光源を用いる場合も、点光源の像を形成し、点光源の像位置にピンホールを配置して良い。

図１（ｂ）では、光源部３として発光ダイオードが用いられている。発光ダイオードから射出される光の波長は特に限定されない。ここでは、赤色光が発光ダイオードから射出される。

第１の光路ＯＰ１には、ビームスプリッタ８が配置されている。ビームスプリッタ８によって、光源部３側の光路と第１の撮像素子４側の光路が形成されている。光源部３から射出した光束Ｌ１は、ビームスプリッタ８に入射する。

ビームスプリッタ８は、ハーフミラー面を有するプリズムである。ハーフミラーでは、入射光が反射光と透過光に分割される。反射光の波長域と透過光の波長域は同じである。また、反射光の光強度と透過光強度は、ハーフミラーの反射特性で決まる。ビームスプリッタ８は、ハーフミラー面を有する平行平板でも良い。

ビームスプリッタ８で反射された光束Ｌ１は、光路分割素子７に入射する。光路分割素子７は、入射した光を２つに分離する光学面を有する。このような光学面としてハーフミラーがある。ここでは、光路分割素子７に、ハーフミラー面を有するプリズムが用いられている。光路分割素子７で反射された光束Ｌ１は、共通光路ＯＰＣに配置された対物光学系６に入射する。

図２は、対物光学系の具体例を示す図である。図２に示すように、対物光学系６は４枚のレンズで構成されている。すなわち、対物光学系６は、負メニスカスレンズ２０と、両凸正レンズ２１と、両凸正レンズ２２と、負メニスカスレンズ２３と、で構成されている。ここで、負メニスカスレンズ２０と両凸正レンズ２１とが接合されている。また、両凸正レンズ２２と負メニスカスレンズ２３とが接合されている。

図１に戻って説明を続ける。対物光学系６から光束Ｌ２が射出する。ここで、光源部３は、対物光学系６の焦点位置に配置されている。より詳しくは、光源部３の発光部、又は、発光部の像が対物光学系６の焦点位置に位置している。そのため、対物光学系６から射出した光束Ｌ２は、測定軸１０と平行な平行光束になる。

共通光路ＯＰＣ上には、被検物９が配置されている。対物光学系６から被検物９までの距離の調整は、被検物９と測定ヘッド１の少なくとも一方を移動させれば良い。

被検物９には光束Ｌ２が照射される。被検物９では、照射された光束Ｌ２の光強度の少なくとも一部が被検物９の表面で反射される。被検物９の表面で反射された光束Ｌ３は、共通光路ＯＰＣを対物光学系６に向かって進む。

光束Ｌ３は対物光学系６を通過して、光路分割素子７に入射する。光束Ｌ３の光強度の一部は光路分割素子７で反射される。反射された光束Ｌ３は、ビームスプリッタ８に入射する。ビームスプリッタ８では、光束Ｌ３の光強度の一部が透過される。ビームスプリッタ８を透過した光束Ｌ３は、第１の撮像素子４に入射する。第１の撮像素子４は、例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳである。

第１の撮像素子４に代えて、半導体位置検出素子を用いても良い。半導体位置検出素子は、単一の受光面を有する。半導体位置検出素子では、受光面に入射した光の位置に応じて、出力される電流値が変化する。

第１の撮像素子４は、所定の位置に配置されている。上述のように、所定の位置は、対物光学系６の焦点位置、又は対物光学系６の焦点位置と共役な位置である。

第１の撮像素子４は第１の光路ＯＰ１に配置されているが、第１の撮像素子４の位置を第２の光路ＯＰ２上に示すと、第１の撮像素子４は点線で示す位置に配置されている。この位置は、図１（ａ）に示すように、対物光学系６の焦点位置と一致している。よって、光束Ｌ３は、第１の撮像素子４上に集光する。すなわち、光源部３の像が、第１の撮像素子４上に形成される。

また、被検物９には光束Ｌ２が照射されているので、被検物９は光束Ｌ２で照明されていることになる。そこで、被検物９上の一点に着目すると、この点からも光束が対物光学系６に向かって進む。図１では、測定軸１０上の点から、光束Ｌ４が対物光学系６に向かって進んでいる。

光束Ｌ４は対物光学系６を通過して、光路分割素子７に入射する。光束Ｌ４の一部は光路分割素子７を透過する。透過した光束Ｌ４は、第２の撮像素子５に入射する。第２の撮像素子５は、例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳである。

第２の撮像素子５は、所定の位置とは異なる位置に配置されている。上述のように、所定の位置は、対物光学系６の焦点位置、又は対物光学系６の焦点位置と共役な位置である。よって、被検物９と第２の撮像素子５とは、光学的に共役になる。被検物９には光束Ｌ２が照射されているので、第２の撮像素子５上に被検物９の像が形成される。

このように、測定ヘッド１では、第１の撮像素子４には光源部３の像が形成され、第２の撮像素子５上に被検物９の像が形成される。この２つの像を使って、被検物９におけるチルト量とシフト量を測定することができる。以下、被検物９として平行平板を用いて説明する。

平行平板の表面の法線（以下、「面の法線」という）と測定軸１０とのなす角がゼロの場合、チルトは発生していない。この場合、平行平板の表面で反射された光束Ｌ３は、光束の進行方向が反対であることを除いて、光束Ｌ２と同一になる。すなわち、光束Ｌ３は平行光束で、且つ、測定軸１０と平行に進む光束になる。光束Ｌ３は、第１の撮像素子４における所定の位置に入射する。その結果、第１の撮像素子４における所定の位置に、光源部３の像が形成される。

一方、面の法線と測定軸１０とのなす角がゼロでない場合、チルトが発生している。この場合、光束Ｌ３は平行光束ではあるが、測定軸１０とゼロでない角度を有して進行する。そのため、光束Ｌ３は、第１の撮像素子４における所定の位置からずれた位置に入射する。その結果、第１の撮像素子４における所定の位置からずれた位置に、光源部３の像が形成される。

このように、光源部３の像について、第１の撮像素子４における所定の位置からのずれ量を測定することで、チルト量を求めることができる。第１の撮像素子４における所定の位置は、例えば、第１の撮像素子４の中心にすることができる。

平行平板の裏面からも反射光が生じる。よって、裏面からの反射光によって、光源部３の像が形成される。しかしながら、この反射光の光強度は非常に小さい。よって、裏面からの反射光によって形成された光源部３の像は、第１の撮像素子４では検出できないと考えて良い。

平行平板の中心と測定軸１０とのずれ量がゼロの場合、シフトは発生していない。一方、平行平板の中心と測定軸１０とのずれ量がゼロでない場合、シフトが発生している。第１の撮像素子４上に形成される光源部３の像の位置は、ずれ量がゼロの場合であっても、ずれ量がゼロでない場合であっても変化しない。よって、第１の撮像素子４ではシフトを検出できない。

これに対して、第２の撮像素子５には、被検物９である平行平板の表面の像が形成される。よって、平行平板の中心と測定軸１０とのずれは、第２の撮像素子５で検出することができる。ただし、平行平板の表面の像はコントラストが低いので、ずれ量を正確に測定することは難しい。

このようなことから、平行平板の表面の中心に、コントラストの高い指標を形成しておくことが好ましい。このような指標としては、例えば、黒色で描かれたレチクルがある。このようにしておくと、高いコントラストでレチクルの像を第２の撮像素子５で取得することができる。なお、指標の形状は、特に限定されない。

レチクルの中心と測定軸１０とのずれ量がゼロの場合、シフトは発生していないのでシフト量はゼロである。この場合、第２の撮像素子５における所定の位置に、レチクルの像が形成される。一方、レチクルの中心と測定軸１０とのずれ量がゼロでない場合、シフトが発生している。この場合、第２の撮像素子５における所定の位置からずれた位置に、レチクルの像が形成される。

このようにレチクルの像について、第２の撮像素子５における所定の位置からのずれ量を測定することで、シフト量を求めることができる。第２の撮像素子５における所定の位置は、例えば、第２の撮像素子５の中心にすることができる。

このように、本実施形態の測定ヘッドによれば、被検物のシフト量とチルト量を同時に測定することができる。

更に、本実施形態の測定ヘッドでは、対物光学系が、被検物に対して最も近くに配置されている。すなわち、対物光学系から被検物側の空間には、被検物以外の物は何も存在しない。よって、本実施形態の測定ヘッドによれば、測定軸方向の測定範囲を広くすることができる。その結果、測定軸方向の長さが長い被検物であっても、被検物のシフト量とチルト量を同時に測定することができる。

また、本実施形態の測定ヘッドでは、共通光路に配置された被検物から対物光学系までの距離が、対物光学系の焦点距離の２倍であることが好ましい。

図１（ａ）に示すように、本実施形態の測定ヘッドでは、対物光学系６から被検物９までの距離は、対物光学系６の焦点距離の２倍になっている。これに伴い、対物光学系６から第２の撮像素子５までの距離が対物光学系６の焦点距離の約２倍となるように、第２の撮像素子５は配置されている。このようにすることで、有限距離に位置するレチクル像を精度よく検出できる。

なお、対物光学系６によって生じる収差量等に応じて、対物光学系６から被検物９までの距離は、対物光学系６の焦点距離の２倍から微小に（数百ミクロン程度）ずれていてもよい。これらの位置の精度は、測定ヘッド１に求められる精度によって、異なる場合がある。

また、本実施形態の測定ヘッドは、第２の光路中に反射部材を有することが好ましい。

図１に示す第２の光路ＯＰ２は、光路分割素子７から第２の撮像素子５までが一直線の光路になっている。そのため、測定ヘッド１が大型になる。そこで、第２の光路中に反射部材を有することが好ましい。
図３は反射部材の配置例を示す図であって、（ａ）は第１の変形例を示す図、（ｂ）は第２の変形例を示す図である。図１（ａ）と同じ構成については同じ番号を付し、詳細な説明は省略する。

第１の変形例では、第２の光路ＯＰ２中にミラー３０が配置されている。ミラー３０を配置することで、第２の光路ＯＰ２が１回折り曲げられる。この折り曲げによって、光路分割素子７から第２の撮像素子５に向かう第２の光路ＯＰ２は第１の撮像素子４側に折り曲げられる。よって、測定軸１０に沿う方向と、測定軸１０と直交する方向の両方向で、測定ヘッド１を小型化することができる。

第２の変形例では、第２の光路ＯＰ２中にペンタゴナルプリズム３１が配置されている。ペンタゴナルプリズム３１により、２回光路が折り曲げられる。１回目の折り曲げによって、光路分割素子７から第２の撮像素子５に向かう第２の光路ＯＰ２は光路分割素子７側に折り曲げられる。そして、２回目の折り曲げによって、第２の光路ＯＰ２は第１の撮像素子４側に折り曲げられる。

第２の変形例では、光路分割素子７側への折り曲げが行われている。そのため、第２の変形例では、測定軸１０に沿う方向において、測定ヘッド１を更に小型化することができる。

また、本実施形態の測定ヘッドは、第２の光路中に拡大光学系を有することが好ましい。

上述のように、第２の撮像素子５で被検物９の像を撮像し、第２の撮像素子５における所定の位置からのずれ量を測定することでシフト量を求めている。よって、被検物９の像の位置をより正確に測定することで、より正確なシフト量を求めることができる。そこで、第２の光路中に拡大光学系を配置することが好ましい。

図４は、拡大光学系の配置例を示す図である。図３（ｂ）と同じ構成については同じ番号を付し、詳細な説明は省略する。

図４に示すように、第２の光路ＯＰ２中に拡大光学系４０が配置されている。より詳細には、ペンタゴナルプリズム３１と第２の撮像素子５との間に、拡大光学系４０が配置されている。拡大光学系４０として、例えば、テレコンバータを用いることができる。また、拡大光学系４０による拡大倍率は、例えば２倍である。

拡大光学系４０によって、第２の撮像素子５上に形成される被検物９の像が拡大される。これにより、被検物９の像の位置をより正確に測定することができる。なお、拡大光学系４０を配置する場合、必ずしもペンタゴナルプリズム３１を配置しなくてもよい。すなわち、図１や図３（ａ）の第２の光路ＯＰ２中に拡大光学系４０を配置してもよい。

また、本実施形態の測定ヘッドでは、光路分割素子は平行平板で構成され、第２の光路中にシリンドリカルレンズを有することが好ましい。

図１（ａ）では、光路分割素子７に、ハーフミラー面を有するプリズムが用いられている。しかしながら、光路分割素子７として、ハーフミラー面を有する平行平板を用いても良い。ここで、ハーフミラー面の平面度が低いと、対物光学系６から射出する光束を平行にすることが困難になる他、第１の撮像素子４上に形成される光源部３の像にも収差が生じる。よって、ハーフミラー面の平面度を高く保つためには、平行平板の板厚はできるだけ厚い方が良い。

しかしながら、光路分割素子７は光束が収斂している所に配置されている。収斂光束中に平行平板を傾けて配置すると、非点収差が発生する。非点収差の発生量は、平行平板の厚みが増すほど多くなる。この場合、被検物の像の収差も増すので、被検物の像の位置を正確に計測することが困難になる。そこで、第２の光路中にシリンドリカルレンズを配置することが好ましい。

図５は、シリンドリカルレンズの配置例を示す図である。図３（ｂ）と同じ構成については同じ番号を付し、詳細な説明は省略する。

図５では、光路分割素子７として、ハーフミラー面を有する平行平板５０が用いられ、第２の光路ＯＰ２中にシリンドリカルレンズ５１が配置されている。より詳細には、ペンタゴナルプリズム３１と第２の撮像素子５との間に、シリンドリカルレンズ５１が配置されている。

シリンドリカルレンズ５１によって、平行平板５０で発生する非点収差を良好に補正することができる。その結果、厚みの大きい平行平板５０を用いても、被検物９の像の位置をより正確に測定することができる。また、第１の撮像素子４上に形成される光源部３の像も、収差の少ない像にすることができる。

なお、平行平板５０と、シリンドリカルレンズ５１と、を配置する場合、必ずしもペンタゴナルプリズム３１を配置しなくてもよい。すなわち、図１や図３（ａ）において、光路分割素子７に代えて、平行平板５０を配置するとともに、第２の光路ＯＰ２中にシリンドリカルレンズ５１を配置してもよい。

また、本実施形態の測定ヘッドは、光路分割素子はダイクロイックミラー面を有することが好ましい。

光路分割素子７に、ハーフミラー面を有する光学素子を用いた場合、ハーフミラー面で光強度の損失が生じる。そこで、光路分割素子７に、ダイクロイックミラー面を有する光学素子を用いれば良い。これにより、光束Ｌ１、Ｌ２及び光束Ｌ３のいずれにおいても、光強度の損失を防ぐことができる。

ダイクロイックミラーでは、入射光が反射光と透過光に分割される。反射光の波長域と透過光の波長域、及び反射光の光強度と透過光強度は、ダイクロイックミラーの分光特性で決まる。

光束Ｌ１として赤色光を用いる場合、ダイクロイックミラーの分光特性を、赤色に対応する波長域の光を反射し、それ以外の波長域の光を透過するようにすれば良い。このようにすることで、光強度の損失がほとんど発生することなく、光束Ｌ１は光路分割素子７で反射される。その結果、ハーフミラーを用いた場合よりもより明るい状態で、被検物９に光束Ｌ２を照射させることができる。

また、被検物９で反射された光束Ｌ３も、光強度の損失がほとんど発生することなく、光路分割素子７で反射される。その結果、ハーフミラーを用いた場合よりもより明るい状態で、光束Ｌ３を第１の撮像素子４に入射させることができる。これにより、ハーフミラーを用いた場合よりも明るい光源部３の像が得られる。

また、本実施形態の測定ヘッドは、第２の光路中に照明用光源を有することが好ましい。

光路分割素子７に、赤色に対応する波長域の光を反射するダイクロイックミラー面を有する光学素子を用いて、光束Ｌ４として赤色光を用いた場合、光路分割素子７で反射されてしまう。この場合、光束Ｌ４は第２の撮像素子５に入射しなくなるので、シフト量の測定ができなくなる。

シフト量の測定を行うためには、光束Ｌ４における光の波長域を、光束Ｌ１における波長域と異ならせれば良い。そのためには、光束Ｌ４を発生させための照明光源を用意すれば良い。これにより、光束Ｌ４は光路分割素子７で反射されなくなる。光束Ｌ４における光の波長域と、光束Ｌ１における波長域とが異なっていれば、照明光源は特に限定されない。例えば、照明光源として、白色光源を用いても良い。

図６は照明用光源の配置例を示す図であって、（ａ）は第１の配置例を示す図、（ｂ）は第２の配置例を示す図である。図１（ｂ）と同じ構成については同じ番号を付し、詳細な説明は省略する。

第１の配置例では、照明用光源は測定ヘッドと別体になっている。具体的には、図６（ａ）に示すように、照明用光源６０は、被検物９を挟んで測定ヘッド１と反対側に配置されている。

照明用光源６０から照明光が射出される。光束Ｌ１が赤色光である場合、照明光の波長域は、赤色光の波長域とは異なる。例えば、照明光の波長域は、緑色光に対応する波長域になっている。照明用光源６０からの照明光は、被検物９に照射される。対物光学系６と反対側から照明が行われているので、被検物９は透過照明されている。

被検物９から発生した光束Ｌ４は、対物光学系６を通過して、光路分割素子７に入射する。ここで、光束Ｌ４は緑色光なので、赤色に対応する波長域の光を反射するダイクロイックミラー面を有する光路分割素子７を用いた場合、光束Ｌ４は光路分割素子７を透過する。透過した光束Ｌ４は、第２の撮像素子５に入射する。その結果、第２の撮像素子５上に被検物９の像が形成される。

第１の配置例では、光束Ｌ４は、被検物９や光路分割素子７を透過した光なので、光強度の損失が少ない。よって、被検物９にレチクルが形成されている場合、高いコントラストでレチクルの像を第２の撮像素子５で取得することができる。ただし、照明用光源６０は、測定ヘッド１と別体なので、位置調整に時間を要する。

第２の配置例では、照明用光源は測定ヘッド１内に配置されている。具体的には、図６（ｂ）に示すように、照明用光源６１は、第２の光路ＯＰ２中に配置されている。

照明用光源６１から照明光が射出される。光束Ｌ１が赤色光である場合、照明光の波長域は、赤色光の波長域とは異なる。例えば、照明光の波長域は、青色光に対応する波長域になっている。照明光はビームスプリッタ６２で反射され、光路分割素子７に入射する。ここで、光束Ｌ４は青色光なので、照明光は光路分割素子７を透過する。更に照明光は対物光学系６を通過して、被検物９に照射される。対物光学系６と同じ側から照明が行われているので、被検物９は落射照明されている。

被検物９から発生した光束Ｌ４は、対物光学系６を通過して、光路分割素子７に入射する。ここで、光束Ｌ４は青色光なので、光束Ｌ４は光路分割素子７を透過する。透過した光束Ｌ４は、第２の撮像素子５に入射する。その結果、第２の撮像素子５上に被検物９の像が形成される。

第２の配置例では、光束Ｌ４は被検物９で反射された光なので、光強度の損失は第１の配置例に比べて大きくなる。しかしながら、照明用光源６１は、測定ヘッド１と一体なので、位置調整に時間を要しない。

また、本実施形態の偏心測定装置は、本体部と、移動機構と、測定ヘッドと、保持部材と、処理装置と、を備え、測定ヘッド、保持部材及び移動機構は、本体部に設けられ、測定ヘッドと保持部材で保持された被検物とが、測定軸上に位置するように、測定ヘッドと保持部材が位置決めされており、移動機構は、測定ヘッドと保持部材の少なくとも一方を、測定軸に沿う方向に移動させ、処理装置は、移動機構と測定ヘッドとに接続され、測定ヘッドが、上述の測定ヘッドであることを特徴とする。

図７は、本実施形態の偏心測定装置を示す図である。偏心測定装置７０は、本体部７１と、移動機構７２と、測定ヘッド７３と、保持部材７４と、処理装置７５と、を備える。移動機構７２、測定ヘッド７３及び保持部材７４は本体部７１に設けられている。

移動機構７２は本体部７１に固定されている。移動機構７２は、例えばリニアステージである。移動機構７２には、調整機構７６を介して測定ヘッド７３が載置されている。保持部材７４は、調整機構７７を介して、本体部７１に固定されている。保持部材７４は被検物(不図示)を保持する。

測定ヘッド７３と被検物とは、測定軸７９上に位置する。このようになるように、測定ヘッド７３と保持部材７４が位置決めされている。この位置決めに、調整機構７６や調整機構７７が用いられている。

ただし、測定ヘッド７３を移動機構７２に直接取り付け、被検物ごとに保持部材７４を取り替えても良い。このようにすることで、測定ヘッド７３と保持部材７４で保持された被検物とを、測定軸７９上に位置させることができる。この場合、調整機構７６や調整機構７７は不要になる。

移動機構７２は、測定ヘッド７３を測定軸に沿う方向に移動させる。これにより、測定ヘッド７３と被検物との間隔を調整することができる。その結果、被検物の像を第２の撮像素子５上に形成させることができる。移動機構７２は保持部材７４の方に配置しても良い。更に、測定ヘッド７３と保持部材７４の両方に、移動機構を設けても良い。

処理装置７５は、移動機構７２と測定ヘッド７３とに接続されている。処理装置７５からの指示によって、移動機構７２が駆動され、これにより測定ヘッド７３の位置の調整が行われる。また、測定ヘッド７３で得られた情報は処理装置７５に送られ、処理装置７５で各種の処理が行われる。

測定ヘッド７３に照明用光源が配置されていない場合、本体部７１に照明用光源７８を設ければ良い。照明用光源７８は、保持部材７４を挟んで、測定ヘッド７３と対向する位置に配置されている。照明用光源７８が設けられた場合、照明用光源７８と処理装置７５が接続される。これにより、照明用光源７８を制御することができる。

偏心測定装置７０による測定例について説明する。被検物は、単焦点光学系の鏡筒である。単焦点光学系は５つの単レンズで構成されているものとする。また、以下の説明では、「移動機構７２」の代わりに「リニアステージ７２」を用いる。

図８は鏡筒の例を示す図である。単焦点光学系は５つの単レンズで構成されているので、レンズを保持するレンズ枠の数も５つになる。図８に示すように、鏡筒８０の内部には、レンズ枠８１、レンズ枠８２、レンズ枠８３、レンズ枠８４、レンズ枠８５が挿入されている。

レンズ枠８１には、レンズを保持する開口部が形成されている。この開口部にはレンズを受ける面（以下「受け面」という）が形成されている。受け面の法線とレンズ枠８１の中心軸とのなす角はゼロであることが望ましい。しかしながら、加工誤差があると、受け面の法線とレンズ枠８１の中心軸とのなす角がゼロにならない。この場合、開口部にはチルトが生じる。

また、開口部は、レンズ枠８１の中心に形成されていることが望ましい。しかしながら、加工誤差があると、レンズ枠８１の中心からずれた位置に開口部が形成される。この場合、開口部にはシフトが生じる。

このように、レンズ枠８１の開口部には、加工誤差によってチルトとシフトが生じる。レンズ枠８１でレンズを保持した状態で像を形成すると、形成された像には収差が生じる。レンズ枠８２、レンズ枠８３、レンズ枠８４及びレンズ枠８５についても、レンズ枠８１と同様である。

レンズ枠８１〜８５の各々でレンズを保持した状態で、各レンズ枠を鏡筒８０に挿入すると、単焦点光学系の結像性能は低下してしまう。そこで、各レンズ枠におけるチルト量とシフト量を測定できることが重要になる。

各レンズ枠におけるチルト量とシフト量が測定できると、測定結果に基づいてレンズ枠の再加工を行うことができる。これにより、レンズ枠におけるチルト量とシフト量を低減することができる。或いは、測定結果を、最初の加工工程にフィードバックする。このようにすることで、最初の加工工程で製造されたレンズ枠においてチルト量とシフト量を低減することができる。

レンズ枠におけるチルト量とシフト量を求めるために、偏心測定装置７０による測定では、レチクルが形成された平行平板（以下、「測定用平板」という）を用いる。図９は測定用平板を示す図である。

測定用平板１００は、透明な平行平板１０１である。平行平板１０１の一方の表面に、レチクル１０２が形成されている。レチクル１０２は、平行平板１０１の中心に正確に形成されている。

このような測定用平板１００を、レンズ枠８１〜８５で保持する。図８では、測定用平板８６がレンズ枠８１で保持され、測定用平板８７がレンズ枠８２で保持され、測定用平板８８がレンズ枠８３で保持され、測定用平板８９がレンズ枠８４で保持され、測定用平板９０がレンズ枠８５で保持されている。

これにより、測定用平板におけるレチクルの位置が、レンズ枠におけるシフト量と実質的に等価になる。また、測定用平板における面の法線の向きが、レンズ枠におけるチルト量と実質的に等価になる。

レンズ枠８１では、開口部は右方向にシフトし、受け面の法線は左上斜め上方向に向いている。レンズ枠８２では、開口部はシフトしておらず、受け面の法線は左斜め上方向に向いている。レンズ枠８３では、開口部は右方向にシフトし、受け面の法線は左斜め上方向に向いている。レンズ枠８４では、開口部は左方向にシフトし、受け面の法線は右斜め上方向に向いている。レンズ枠８５では、開口部はシフトしておらず、受け面の法線は右斜め上方向に向いている。ここでの左右上下は、紙面内における上下を意味している。

また、鏡筒８０の一方の側には、治具９１が配置されている。治具９１は、レンズ枠９２と測定用平板９３とで構成されている。レンズ枠９２の開口部は高い精度で形成されている。よって、レンズ枠９２におけるチルト量とシフト量は、共にほぼゼロである。

測定に先立って、鏡筒８０と治具９１を、保持部材７４で保持する。この時、鏡筒８０が治具９１よりも測定ヘッド７３側に位置するように、鏡筒８０と治具９１を保持する。

測定ヘッド７３は、鏡筒８０と正対する位置に配置されている。測定ヘッド７３は、測定時、リニアステージ７２によって測定軸７９に沿って移動する。リニアステージ７２と測定ヘッド７３は、測定軸７９が治具９１上の測定用平板９３の面に対して直角となるように、本体部７１に取り付けられている。直角度を出すために、治具９１、リニアステージ７２及び測定ヘッド７３の各々に、傾き調整のための機講を持たせても良い。この調整は、必要に応じて行えば良い。このようにすることで、測定用平板９３と測定ヘッド７３の直角度が保証された測定を行うことができる。なお、リニアステージ７２にも、調整機構が設けられている。

リニアステージ７２上の基準位置に測定ヘッド７３を移動させる。この基準位置は、メカニカルな原点を表す位置である。これにより、測定ヘッド７３のメカニカルな原点への復帰が行える。

保持部材７４に向けて光束を照射する。測定ヘッド７３の光源部３から光束Ｌ１が射出され、光束Ｌ２が鏡筒８０と治具９１に照射される。測定ヘッド７３内に照明用光源が配置されている場合、この照明用光源から照明光が鏡筒８０と治具９１に照射される。測定ヘッド７３内に照明用光源が配置されていない場合、照明用光源７８から照明光が鏡筒８０と治具９１に照射される。

治具９１と鏡筒８０の各々について、レチクル像の位置の測定と光源部３の像の位置の測定を行う。図１０は、測定方法のフローチャートである。

ステップＳ１００で、被測定面の数を設定する。被測定面の数は測定用平板の数から求まる。ただし、被測定面の数には、治具の測定用平板は含まれない。鏡筒８０における測定用平板の数は５枚なので、Ｎ＝５になる。そして、ステップＳ１０１で、リニアステージ７２上の基準位置に、測定ヘッド７３を移動する。これにより、測定の準備が整う。

まず、治具９１について測定を行う。照明光が治具９１に照射されることで、測定用平板９３のレチクル１０２の像Ｉo（以下、「レチクル像Ｉo」という）が形成可能になる。そこで、ステップＳ１０２で、測定ヘッド７３を移動させて、第２の撮像素子５上にレチクル像Ｉoを形成する。このとき、測定ヘッド７３を移動させながら、レチクル像Ｉoのコントラストを求め、レチクル像Ｉoのコントラストが最大となったときに、測定ヘッド７３の移動を停止しても良い。このようにすると、自動的に、レチクル１０２にピントを合わせることができる。

この状態では、第２の撮像素子５に鮮明なレチクル像Ｉoが形成されている。そこで、レチクル像Ｉoを撮像して、レチクル像Ｉoの座標Ｓo(δxo,δyo)を求める。ステップＳ１０３で、求めたＳo(δxo,δyo)を記憶する。

一方、第１の撮像素子４には、光源部３の像（以下「スポット像」という）が形成されている。測定用平板の数は６なので、スポット像の数は６である。６つのスポット像は、測定用平板８６〜９０及び９３の各表面における反射によって生じる。光束Ｌ２の光強度は、測定用平板を通過するごとに弱くなっていく。よって、６つのスポット像の明るさは、各々異なる。

６つのスポット像のうちで、最も明るいスポット像は、測定ヘッド７３に対して最も近くに位置する測定用平板からの反射による像である。一方、最も暗いスポット像は、測定ヘッド７３に対して最も遠くに位置する測定用平板からの反射による像である。

測定用平板９３は、測定ヘッド７３に対して最も遠くに位置している。そこで、６つのスポット像の中から、最も暗いスポット像を特定し、最も暗いスポット像の座標Ｔo(εxo,εyo)を求める。ステップＳ１０４で、求めたＴo(εxo,εyo)を記憶する。

また、測定軸７９上における測定ヘッド７３の位置Ｚo(zo)を記憶する。これにより、治具９１におけるレチクル像の位置の測定とスポット像の位置の測定を終了する。

上述のように、治具９１では、シフト量とチルト量はほとんどゼロに近い。よって、Ｓo(δxo,δyo)をシフト原点として利用することができる。また、Ｔo(εxo,εyo)はチルト原点として利用することができる。

続いて、鏡筒８０について測定を行う。鏡筒８０での測定では、変数ｎを用いて、鏡筒８０における測定回数をカウントする。そこで、ステップＳ１０５で、ｎの値を初期化する。

治具９１における測定が終了した状態では、測定用平板９３のレチクル１０２にピントが合っている。よって、測定用平板９３に対して最も近くに位置する測定用平板から、レチクル像の位置の測定とスポット像の位置の測定を行うようにすれば、効率的な測定が行える。ただし、測定用平板を測定する順は、測定用平板９３に対して最も遠くに位置する測定用平板からでも良く、また、ランダムでも良い。

測定用平板９３に対して最も近くに位置する測定用平板は、測定用平板９０である。測定用平板９０は、測定用平板９３よりも測定ヘッド７３側に位置する。そこで、ステップＳ１０６で、測定ヘッド７３を鏡筒８０から離れる方向に移動させて、第２の撮像素子５上にレチクル像Ｉ₁を形成する。レチクル像Ｉ_１は、測定用平板９０に形成されたレチクルの像である。この時も、レチクル像Ｉ_１のコントラストを求め、レチクル像Ｉ_１のコントラストが最大となったときに、測定ヘッド７３の移動を停止しても良い。

この状態では、第２の撮像素子５に鮮明なレチクル像Ｉ_１が形成されている。そこで、レチクル像Ｉ_１を撮像して、測定用平板９０のレチクル像Ｉ_１の座標Ｓ_１(δx1,δy1)を求める。ステップＳ１０７で、求めたＳ_１(δx1,δy1)を記憶する。

また、測定用平板９０の位置は、測定ヘッド７３に対して２番目に遠い位置である。そこで、６つのスポット像の中から、２番目に暗いスポット像を特定し、２番目に暗いスポット像の座標Ｔ_１(εx1,εy1)を求める。ステップＳ１０８で、求めたＴ_１(εx1,εy1)を記憶する。

ステップＳ１０９で、測定回数の確認を行う。ｎとＮ−１が一致しない場合は、全ての測定用平板における測定が終了してない。この場合、ステップＳ１１０が実行される。ステップＳ１１０では、変数ｎの値が増分される。

ここで、最も暗いスポット像の座標Ｔo_１(εxo1,εyo1)を求め、求めたＴo_１(εxo1,εyo1)を記憶しても良い。この場合は、ステップＳ１１１を実行する。ステップＳ１１１は必要に応じて実行すれば良い。

最も暗いスポット像の座標は、測定用平板９３における測定で既に求めている（ステップＳ１０４）。しかしながら、測定用平板９０での測定と測定用平板９３での測定とでは、測定ヘッド７３の位置が異なる。よって、測定用平板９０で測定した座標と測定用平板９３で測定した座標は必ずしも一致しないことがある。この点については、後述する。

また、測定軸７９上における測定ヘッド７３の位置Ｚ_１(z1)を記憶する。これにより、測定用平板９０における測定を終了する。

その後、測定用平板９０で行った処理を、測定用平板８９、測定用平板８８、測定用平板８７、測定用平板８６の順に繰り返し行う。

測定用平板８６におけるレチクルの座標とスポット像の座標の記憶が終了すると、鏡筒８０におけるレチクル像の位置の測定とスポット像の位置の測定が終了する。

レチクル像の位置の測定データとスポット像の位置の測定データは、測定ヘッド７３の位置データと共に、処理装置７５に記憶される。

処理装置７５に記憶された測定データから、各レンズ枠におけるチルト量とシフト量を求めることができる。

測定用平板９３の面の法線と測定軸７９とは、平行になっていることが好ましい。しかしながら、両者を完全に平行にすることは非常に難しい。測定用平板９３の面の法線と測定軸７９とが交差する状態では、測定ヘッド７３が測定軸７９に沿って移動すると、測定用平板９３の面の法線と直交する方向にも、測定ヘッド７３が移動していく。このような移動は、レチクル像の位置の測定とスポット像の位置の測定において誤差となる。測定ヘッド７３の動きに起因する誤差の要因としては、測定ヘッド７３におけるピッチングやヨーイングがある。

上述のように、測定用平板８６〜測定用平板９０の測定で、最も暗いスポット像の座標の測定を行うと、最も暗いスポット像の座標の測定データを用いて、測定ヘッド７３におけるピッチングよるずれ量やヨーイングによるずれ量を検出することができる。検出したずれ量を使って、チルト量やシフト量を補正することで、高い精度で偏心測定を行うことができる。

以上、単焦点光学系の鏡筒での偏心測定について説明したが、ズームレンズ枠でも同様の偏心測定を行うことができる。

また、測定ヘッド７３を用いることで、円筒内構造の平行度や同軸度を、非接触で、且つ簡便に測定することができる。

また、測定ヘッド７３における共通光路ＯＰＣと第１の光路ＯＰ１を使えば、測定ヘッド７３をオートコリメータとして使用することができる。すなわち、偏心測定装置７０は、レンズ枠におけるシフト量を求めずに、レンズ枠におけるチルト量を測定する装置であってもよい。この場合、複数の測定用平板について、同時にチルト量を測定することができる。

以上のように、本発明は、測定軸方向における測定範囲が広い測定ヘッド及びそれを備えた偏心測定装置に適している。

１ 測定ヘッド
２ 筐体
３ 光源部
４ 第１の撮像素子
５ 第２の撮像素子
６ 対物光学系
７ 光路分割素子
８ ビームスプリッタ
９ 被検物
１０ 測定軸
２０、２１、２２、２３ レンズ
３０ ミラー
３１ ペンタゴナルプリズム
４０ 拡大光学系
５０ 平行平板
５１ シリンドリカルレンズ
６０、６１ 照明用光源
６２ ビームスプリッタ
７０ 偏心測定装置
７１ 本体部
７２ 移動機構（リニアステージ）
７３ 測定ヘッド
７４ 保持部材
７５ 処理装置
７６、７７ 調整機構
７８ 照明用光源
７９ 測定軸
８０ 鏡筒
８１、８２、８３、８４、８５、９２ レンズ枠
８６、８７、８８、８９、９０、９３ 測定用平板
９１ 治具
１００ 測定用平板
１０１ 平行平板
１０２ レチクル
ＯＰＣ 共通光路
ＯＰ１ 第１の光路
ＯＰ２ 第２の光路
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４ 光束

Claims (8)

1. 本体部と、移動機構と、測定ヘッドと、保持部材と、処理装置と、を備え、
   前記測定ヘッド、前記保持部材及び前記移動機構は、前記本体部に設けられ、
   前記測定ヘッドと前記保持部材で保持された被検物とが、測定軸上に位置するように、前記測定ヘッドと前記保持部材が位置決めされており、
   前記移動機構は、前記測定ヘッドと前記保持部材の少なくとも一方を、前記測定軸に沿う方向に移動させ、
   前記処理装置は、前記移動機構と前記測定ヘッドとに接続され、
   前記測定ヘッドは、光源部と、第１の撮像素子と、第２の撮像素子と、対物光学系と、光路分割素子と、共通光路と、第１の光路と、第２の光路と、を備え、
   前記共通光路は、前記光路分割素子から前記対物光学系に向かって形成され、
   前記第１の光路は、前記光路分割素子から前記第１の撮像素子に向かって形成され、
   前記第２の光路は、前記光路分割素子から前記第２の撮像素子に向かって形成され、
   前記光路分割素子を挟んで一方の側に前記共通光路が位置し、他方の側に前記第１の光路と前記第２の光路とが位置し、
   前記光路分割素子は、前記第１の光路と前記第２の光路とが交差する位置に配置され、
   前記光源部は、前記第１の光路に配置され、
   前記光源部と前記第１の撮像素子は、共に所定の位置に配置され、
   前記第２の撮像素子は、前記所定の位置と異なる位置に配置され、
   前記所定の位置は、前記対物光学系の焦点位置、又は前記対物光学系の焦点位置と共役な位置であり、
   前記処理装置は、前記第１の撮像素子上に形成された前記光源部の像と、前記第２の撮像素子上に形成された前記被検物の像と、を用いて、前記被検物のチルト量及びシフト量を測定することを特徴とする偏心測定装置。
2. 前記被検物は、表面に指標が形成された平行平板であることを特徴とする請求項１に記載の偏心測定装置。
3. 前記処理装置は、
   前記第１の撮像素子上に形成された前記光源部の像の、前記第１の撮像素子における所定の位置からのずれ量を用いて、前記被検物のチルト量を測定し、
   前記第２の撮像素子上に形成された前記指標の像の、前記第２の撮像素子における所定の位置からのずれ量を用いて、前記被検物のシフト量を測定することを特徴とする請求項２に記載の偏心測定装置。
4. 前記被検物は、少なくとも１つのレンズ枠を有する鏡筒の前記少なくとも１つのレンズ枠に保持された、少なくとも１つの前記平行平板であり、
   前記処理装置は、前記第１の撮像素子上に形成された前記光源部の像と、前記第２の撮像素子上に形成された前記指標の像と、を用いて、前記少なくとも１つの平行平板のチルト量及びシフト量を測定し、前記少なくとも１つの平行平板のチルト量及びシフト量を用いて、前記少なくとも１つのレンズ枠のチルト量及びシフト量を算出することを特徴とする請求項３に記載の偏心測定装置。
5. 前記被検物は、複数のレンズ枠を有する鏡筒の前記複数のレンズ枠に保持された、複数の平行平板であり、
   前記移動機構が、前記複数の平行平板のそれぞれの前記指標の像が前記第２の撮像素子上に形成されるように、前記測定ヘッドと前記保持部材の少なくとも一方を、前記測定軸に沿う方向に移動させ、
   前記処理装置は、前記第１の撮像素子上に形成された前記光源部の像と、前記第２の撮像素子上に形成された前記指標の像と、を用いて、前記複数の平行平板のチルト量及びシフト量を測定し、前記複数の平行平板のチルト量及びシフト量を用いて、前記複数の平行平板を保持する前記複数のレンズ枠のチルト量及びシフト量を算出することを特徴とする請求項４に記載の偏心測定装置。
6. 前記共通光路に配置された被検物から前記対物光学系までの距離が、前記対物光学系の焦点距離の２倍であることを特徴とする請求項１に記載の偏心測定装置。
7. 治具と被測定面とを用いて偏心測定を行う方法であって、
   前記被測定面は、前記治具と測定ヘッドとの間に配置され、
   前記治具と前記被測定面に光が照射されることで、前記治具における指標像、前記治具におけるスポット像、前記被測定面における指標像、及び前記被測定面におけるスポット像が形成され、
   基準位置に、前記測定ヘッドを移動するステップと、
   前記治具における指標像が第２の撮像素子上に形成される位置に、前記測定ヘッドを移動させるステップと、
   前記治具における指標像の位置を記憶するステップと、
   第１の撮像素子上に形成されたスポット像のうち、最も暗いスポット像の位置を、前記治具におけるスポット像の位置として記憶するステップと、
   前記被測定面における指標像の位置を記憶するステップと、
   前記被測定面におけるスポット像の位置を記憶するステップと、
   前記被測定面の数だけ前記測定ヘッドを移動させて、前記被測定面における指標像の位置を記憶するステップと、前記被測定面におけるスポット像の位置を記憶するステップと、を行い、
   前記治具における指標像の位置と前記被測定面における指標像の位置から、前記被測定面におけるシフト量を測定し、
   前記治具におけるスポット像の位置と被測定面におけるスポット像の位置から、前記被測定面におけるチルト量を測定することを特徴とする偏心測定方法。
8. 前記測定ヘッドを複数回移動させて、前記被測定面における指標像の位置を記憶するステップと、前記被測定面におけるスポット像の位置を記憶するステップと、を繰り返し行い、
   前記第１の撮像素子上に形成されたスポット像の明るさを比較することで、前記第２の撮像素子上に指標像が形成されたときの前記被測定面を特定することを特徴とする請求項７に記載の偏心測定方法。

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