JP7191632B2 - 偏心量測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、被検光学系の偏心量を測定する方法に関する。

複数のレンズにより構成される光学系では、いずれかのレンズが光軸からずれて配置されることで光学性能が低下する。このため、光軸からのレンズのずれ（偏心）を高精度に測定して、レンズの配置を再調整したり、レンズの製造工程を見直したりする必要がある。偏心を測定する方法としては、オートコリメーション法がある。この方法では、光学系の一部を光軸方向に駆動して指標を被検面の見かけの曲率中心位置に投影し、測定基準軸に対する被検面からの反射像の位置に基づいて被検面の偏心量を算出する。

特許文献１には、光源からの光をその集光位置を調整する光学系を通して被検光学系の被検面に照射し、被検光学系を回転させた状態で反射像を撮像し、反射像の回転半径および回転方向を測定することで、被検面の偏心量を求める方法が開示されている。

また、特許文献２には、被検光学系を回転させずに、被検光学系の一部を光軸に直交する方向に駆動し、被検面の反射像が基準位置に位置するときの駆動量から被検面の偏心量を測定する方法が開示されている。この方法では、光が垂直に照射されない（曲率中心位置に集光されない）面での反射光は発散して強度が弱くなり検出されず、光が垂直に照射される面からの反射光に応じた信号のみが得られる。また、被検面より前方の面偏心によって被検面からの反射像の位置が変化するため、被検面より前方の面偏心を考慮して、近軸の光線追跡計算により被検面の偏心量が算出される。

特開２００６－１１２８９６号公報 特許第４４７４１５０号公報

複数のレンズユニットを含む光学系には、レンズユニット間の間隔を変化させて光学倍率を変更するズーム機能を有するものがある。ただし、ズームによって、いずれかのレンズユニットを構成するレンズに偏心が生じるおそれがあるため、様々なズーム状態（例えば、ワイド、ミドル、テレ）で偏心測定を行う必要がある。

しかしながら、偏心測定を行う被検面の数が多いと、測定に要する時間が長くなる。しかも、レンズ数が多いレンズユニットには、高精度な偏心測定が困難な被検面が存在する場合がある。

本発明は、偏心測定に要する時間を短縮し、さらに測定が難しい被検面に対しても精度良く偏心測定を行えるようにした偏心量測定方法を提供する。

本発明の一側面としての偏心量測定方法は、被検光学系を構成する、それぞれが１つ以上のレンズを含む複数のレンズユニットの各レンズ面の偏心量を測定する方法である。該方法は、複数のレンズユニットのうち隣り合うレンズユニットの間隔が異なることにより互いに異なる被検光学系の複数の状態のそれぞれにおいて、対物光学系からの光を用いた測定により、各レンズ面の偏心に関するデータを取得するデータ取得ステップと、データを用いて、複数の状態のそれぞれにおける各レンズ面の偏心量を取得する偏心量取得ステップとを有する。データ取得ステップは、各レンズ面のデータを、複数の状態のうち少なくとも一つの状態において取得し、偏心量取得ステップは、複数の状態のうち第１の状態においてデータを取得しなかったレンズ面の第１の状態におけるデータを、複数の状態のうち第１の状態を除いた少なくとも一つの状態である第２の状態において取得したレンズ面のデータを用いて取得することを特徴とする。

なお、上記方法を用いて被検光学系における偏心量を測定する装置および上記方法に従う処理をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムも、本発明の他の一側面を構成する。

本発明によれば、偏心測定に要する時間を短縮することができ、さらに測定が難しい被検面に対しても精度良く偏心測定を行うことができる。

本発明の実施例１～３の偏心測定装置の構成を示す図。 実施例１の偏心量測定処理を示すフローチャート。 実施例３の偏心量測定装置を示すフローチャート。 実施例４の偏心測定装置の構成を示す図。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施例１である偏心測定装置の構成を示している。図１において、図の左右方向に延びる軸をＸ軸とし、後述する被検光学系（被検レンズ）６の第１面の頂点を原点とした左方向をマイナスで、右方向をプラスで表現する。また、図の上下方向に延びる軸をＹ軸とし、図の紙面に垂直に延びる軸をＺ軸とする。

照明光源１からの光は指標チャート２を照明する。指標チャート２を透過した光は、ハーフミラー（ビームスプリッター）３を透過し、コリメーター４により平行光に変換され、対物光学系（対物レンズ）５を通過して被検光学系６に照射される。被検光学系６の被検面６ａで反射した光は、対物光学系５とコリメーター４を通過して結像面チャート７上に像（反射像）を形成する。反射像および結像面チャート７は、結像レンズ８を介して受光センサとしてのイメージセンサ９により撮像される。

指標チャート２において透過部を形成する小径のアパーチャは、十字線、Ｙ軸またはＺ軸に対して非対称な形状を有する。結像面チャート７には、十字の点線が描画されており、点線が交差する座標を原点（光軸）としている。

指標チャート２と結像面チャート７はハーフミラー３に対して等価な位置に配置されているため、指標チャート２の反射像は、結像面チャート７の位置に、反転した等倍像として形成される。

対物光学系５は、駆動ステージ１０上に配置され、駆動ステージ１０によって光軸（Ｘ）方向に駆動される。被検光学系６は、回転ステージ１１により保持されるとともに光軸を中心に回転される。

イメージセンサ９は、ＣＭＯＳカメラまたはＣＣＤカメラであり、被検光学系６内の被検面６ａで反射した指標チャート２の反射像の光強度を撮像する。コンピュータ１２は、イメージセンサ９により撮像された反射像の位置座標を取得し、これを用いて被検面６ａの偏心量を算出する。コンピュータ１２は、駆動ステージ１０および回転ステージ１１の駆動を制御する。

偏心測定時には、対物光学系５を駆動ステージ１０によって光軸方向に移動させ、被検光学系６の各被検面の見かけの球心位置に指標チャート２の像を投影する。被検光学系６を回転ステージ１１により光軸（Ｘ軸）回りで回転させると、被検面６ａで反射した光が作る像は円弧を描く。円弧の半径は、被検面６ａの偏心量に依存した値であり、近軸近似の光線追跡計算をすることで偏心量を取得する。

被検光学系６は、光学倍率を変更するズームが可能なズームレンズであり、ズームに際して相互間の間隔が変化する複数のレンズユニットにより構成されている。それぞれのレンズユニットは、１つ以上のレンズにより構成されている。被検光学系６のズーム状態（第１および第２の状態：以下、ズームステートという）には、光学倍率が低いワイドや光学倍率が高いテレがある。

本実施例および後述する他の実施例では、対物光学系５からの光を用いたオートコリメーション法により被検面の偏心量を測定する。ただし、前述したように、被検光学系６を構成するレンズ数が多くなると、偏心測定が難しい被検面が存在するおそれがある。具体的には、以下のような要因で偏心測定が難しくなる。
・見かけの球心位置が長すぎて対物光学系５を駆動することができない。
・見かけの球心位置が短すぎて対物光学系５が被検光学系６と干渉する。
・被検面の偏心量が大きいことによりイメージセンサ９の撮像視野外に反射像が結像する。
・複数の被検面の見かけの球心位置が互いに近いために反射像と被検面との対応関係が分からない。
・球面収差により、反射像がボケる。

実施例１は、上記のような偏心測定が困難な被検面でも精度良くその被検面の偏心量を測定することができる偏心量測定方法を提供する。具体的には、偏心測定が困難な被検面については偏心測定を行わず、異なるズームステートで測定した反射像の回転半径または偏心量を用いて、当該被検面の偏心量を算出する。

その前提として、ズームステートが変わる前後にレンズユニットの偏心は変化するが、レンズユニット内の相対的な偏心量は変わらないとして、被検光学系６を回転させながらレンズユニット内の１つの反射像の回転半径を測定する。そして、ズームステートが変わる前に測定した反射像の回転半径を用いて、ズームステートが変わる前後のレンズユニット内のその他の測定していない被検面の偏心量を求める。

図２を用いて、本実施例の偏心量測定方法について具体的に説明する。図中のＳはステップを意味する。

ステップ１では、被検光学系６のズームステートの数をＭ個、被検光学系６を構成するレンズユニットの数をＧ個とする。ここでは例として、被検光学系６は３つのレンズユニットにより構成され（Ｇ＝３）、それぞれのレンズユニットは３つのレンズにより構成されているものとする。偏心測定を行うべき被検面の数は、レンズの数が９枚であるので１８枚である。また、被検光学系６における最も前側（図１における最も左側）のレンズユニットを第１レンズユニットとし、後側に順に第２および第３レンズユニットとする。被検光学系６は、レンズユニット相互間の間隔を変えることでズームを行う。ここでは例として、ズームステートが３つあり（Ｍ＝３）、それぞれのズームステートをｊ（＝１，２，３）で表す。

ズームステートｊにおける第ｉ面の曲率半径、面間隔および屈折率をそれぞれ、Ｒ（ｉ），ｄ（ｉ，ｊ）およびｎ（ｉ）とする。ｉは、１から１８の整数である。ズームステートｊにおける第ｉ面の偏心量をΔｙ（ｉ，ｊ）、イメージセンサ９における第ｉ面からの反射光により形成される反射像の回転半径をｒ（ｉ，ｊ）とする。ここでは、Ｙ方向の偏心のみについて説明する。なお、被検光学系６を回転させずに、反射像の回転半径の代わりにイメージセンサ９における反射像の位置座標と結像面チャート７の像の中心座標との差を用いてもよい。

以下のステップの偏心量測定処理は、コンピュータ１２がコンピュータプログラムに従って実行する。

ステップ２では、コンピュータ１２は、ズームステート１～３のそれぞれにおけるイメージセンサ９上での各被検面の反射像の回転半径（被検光学系６を回転させたときの反射像の軌跡の半径）を測定する。このステップ２が、第１のステップおよび第２のステップに相当する。また、ズームステート１～３で得られる反射像の回転半径が、複数のズームステートのそれぞれで得られる被検面の偏心に関する第１のデータおよび第２のデータに相当する。

ここでの説明では、ズームステート１～３のそれぞれにおいて、第１レンズユニットの第１面から第６面の反射像の回転半径ｒ（１～６，１～３）を全て測定できたものとする。また、第２レンズユニットについては、ズームステート１では第７面～第９面の反射像の回転半径ｒ（７～９，１）のみを測定でき、ズームステート２では第９面～第１１面の反射像の回転半径ｒ（９～１１，２）のみを測定できたものとする。さらに、ズームステート３では、第１１面と第１２面の反射像の回転半径ｒ（１１～１２，３）のみを測定できたものとする。ズームステートごとに反射像の回転半径ｒが測定できる被検面が異なるのは、ズームによってレンズユニット間の間隔が変わることで、前述した５つの要因が変化し、反射像の回転半径ｒを測定できる被検面と測定できない被検面も変化するためである。

次のステップ３以降が第３のステップに相当する。ステップ３では、コンピュータ１２は、第ｐレンズユニットのｐを１をセットする。

ステップ４では、コンピュータ１２は、ズームにより発生する第２レンズユニットの傾き誤差は小さいもして、ズームステート２，３におけるズームステート１に対する第２レンズユニットの相対平行偏心量Δｖ（２，２），Δｖ（２，３）を計算する。

次にステップ５では、コンピュータ１２は、上述したレンズユニットの相対平行偏心量を用いて、レンズユニット内の各被検面の偏心量を計算する。ステップ４とステップ５は、ステップ６にてｐがＧになるまでステップ７を介して繰り返される。ステップ７では、コンピュータ１２はｐを１つインクリメントしてステップ４に戻る。

第１レンズユニットについては、各ズームステートで全ての被検面の反射像が測定できているので、相対平行偏心量を計算せずに、ズームステート１～３のそれぞれでの第１レンズユニット内の被検面の偏心量Δｙ（１～６，１～３）をステップ２で測定された反射像の回転半径ｒ（１～６，１～３）から計算する。

ズームステート１では、第７～９面の反射像の回転半径Δｒ（７～９）が測定できているので、それぞれの偏心量Δｙ（７～９，１）を計算できる。第７～９面の偏心量Δｙの計算には、計算された第１～６面の偏心量Δｙ（１～６，１）を用いて近軸の光線追跡の演算を行う。

次に、コンピュータ１２は、ズームステート２におけるイメージセンサ９上での第９面の反射像の回転半径がｒ（９，２）となる第２レンズユニットの相対平行偏心量Δｖ（２，２）を計算する。ここでは、ズームステート２における第１～６面の偏心量Δｙ（１～６，２）と、ズームステート１における第７～９面の偏心量Δｙ（７～９，１）と、被検光学系６の設計値としての曲率半径Ｒ（１～９）、面間隔ｄ（１～８，２）および屈折率ｎ（１～８）とを用いて、近軸の光線追跡の演算を行う。ズームステート２における第７～９面の偏心量Δｙ（７～９，２）は、ズームステート１における第７～９面の偏心量Δｙ（７～９，１）とズームステート２における第２レンズユニットの相対平行偏心量Δｖ（２，２）とを用いて、式（１）により演算することができる。

次に、コンピュータ１２は、測定されたズームステート２における第１０面および第１１面の反射像の回転半径ｒ（１０，２），ｒ（１１，２）と、ズームステート２における第１～９面の偏心量Δｙ（１～９，２）と、被検光学系６の設計値としての曲率半径Ｒ（１～１１）、面間隔ｄ（１～１０，２）、屈折率ｎ（１～１０）から、第１０面と１１面の偏心量Δｙ（１０，２），Δｙ（１１，２）を計算する。

次に、コンピュータ１２は、ズームステート３におけるイメージセンサ９上での第１１面の反射像の回転半径がｒ（１１，３）となる第２レンズユニットの相対平行偏心量Δｖ（２，３）を計算する。ここでは、ズームステート２における第７～１１面の偏心量Δｙ（７～１１，２）と、ズームステート３における第１～６面の偏心量Δｙ（１～６，３）と、被検光学系６の設計値としての曲率半径Ｒ（１～１１）、面間隔ｄ（１～１０，３）および屈折率ｎ（１～１０）とを用いて、近軸の光線追跡の演算を行う。ズームステート３における第７～１１面の偏心量Δｙ（７～１１，３）は、ズームステート２における第７～１１面の偏心量Δｙ（７～１１，２）と、ズームステート２における第２レンズユニットの相対平行偏心量Δｖ（２，２）と、ズームステート３における第２レンズユニットの相対平行偏心量Δｖ（２，３）とを用いて、式（２）により演算することができる。

また、コンピュータ１２は、ズームステート３における第１２面の偏心量Δｙ（１２，３）は、測定されたズームステート３における第１２面の反射像の回転半径ｒ（１２，３）とズームステート３における第１～１１面の偏心量Δｙ（１～１１，３）と、被検光学系６の設計値としての曲率半径Ｒ（１～１２）、面間隔ｄ（１～１１，３）および屈折率ｎ（１～１１）とを用いて演算する。これで、ズームステート３における第２レンズユニット内の全ての面に対する測定が行われたことになる。

さらにコンピュータ１２は、ズームステート２における第１２面の偏心量Δｙ（１２，２）を、ズームステート３で測定および計算された第１２面の偏心量Δｙ（１２，３）と、ズームステート２における第２レンズユニットの相対平行偏心量Δｖ（２，２）と、ズームステート３における第２レンズユニットの相対平行偏心量Δｖ（２，３）とを用いて、式（３）により計算する。

これで、ズームステート２における第２レンズユニット内の全ての被検面に対する測定が行われたことになる。

また、コンピュータ１２は、ズームステート１における第１０～１２面の偏心量Δｙ（１０～１２，１）を、ズームステート２における第１０～１２面の偏心量Δｙ（１０～１２，２）とズームステート２における第２レンズユニットの相対平行偏心量Δｖ（２，２）とを用いて式（４）により、またはズームステート３における第１０～１２面の偏心量Δｙ（１０～１２，３）とズームステート３における第２レンズユニットの相対平行偏心量Δｖ（２，３）とを用いて式（５）により計算する。

ここで、ｉは１０～１２の整数である。これで、ズームステート１における第２レンズユニット内の全ての被検面に対する測定が行われたことになる。

以上の方法により全てのズームステートにおける第２レンズユニット内の全ての被検面の偏心量を測定する。また、第３レンズユニットについても、第２レンズユニットの各被検面の偏心量を計算した方法と同様の方法で、全てのズームステートにおける全ての被検面の偏心量を計算する。

以上説明したように、実施例１では、ズームステートごとに面番号の小さい被検面の偏心量Δｙを反射像の回転半径ｒから順次計算する。異なるズームステートで同じ面番号の被検面の偏心量Δｙが得られていると、その被検面を含むレンズユニットの相対的な偏心量Δｖを計算することができる。このため、測定していない又は測定が難しい被検面であっても異なるズームステートで測定されていれば、その被検面を含むレンズユニットの相対偏心量Δｖを用いてその被検面の偏心量を計算することができる。

したがって、本実施例によれば、各ズームステートにおいて偏心測定ができない被検面があっても、全てのズームステートにおける全ての被検面の偏心量を得ることができる。また、測定する被検面の数が少ないため、測定時間を短くすることができる。

なお、レンズユニット内の被検面の数をＮ、ズームステートの数（本実施例では３）をＭ個とするとき、全ズームステートにおける全てのレンズユニット内の全ての被検面の偏心を得るには、少なくとも（Ｎ＋Ｍ－１）個の測定値が必要である。

また、本実施例では、例として、ズームに伴うレンズユニットの傾き偏心は小さい場合について説明したが、レンズユニットの平行偏心は小さいものとして、レンズユニットの傾き偏心を算出して各被検面の偏心量を計算することもできる。レンズユニットの傾きの中心座標をそのレンズユニットのうち最も小さい面番号の被検面の頂点座標とすると、例えば、式（１）を式（６）のように変更すればよい。式（６）において、Δθ（２，２）はズームステート２におけるズームステート１に対する第２レンズユニットの傾き偏心量であり、ｄ（ｋ，２）はズームステート２における第ｋ面と第ｋ+１面の間の面間隔である。

ここで、ｉは７～９の整数である。他の式（２）～（５）も同様に変更すればよい。

実施例１ではレンズユニットの平行偏心量または傾き偏心量を計算したが、実施例２ではレンズユニット内の少なくとも２つの被検面の反射像の回転半径を測定し、該レンズユニットの平行偏心量と傾き偏心量の両方を計算することで、より高精度に被検面の偏心量を計算（測定）する。

偏心量測定装置の構成と被検光学系６は実施例１と同じである。ここでは、ズームステート１（複数のズームステートの一部）で全ての被検面の偏心量Δｙ（１～１８，１）が測定できたものとする。また、ズームステート２においてはイメージセンサ９上での第２面と第５面の反射像の回転半径ｒ（２，２），ｒ（５，２）が測定できたものとする。そして、ズームステート２におけるズームステート１に対する第１レンズユニットの相対平行偏心量をΔｖ（１，２）、傾き偏心量をθ（１，２）とする。

コンピュータ１２は、ズームステート１において測定した第１～５面の偏心量Δｙ（１，１）～Δｙ（５，１）と、被検光学系６の設計値としての曲率半径Ｒ（ｉ＝１～５）、面間隔ｄ（１～４，２）および屈折率ｎ（１～４）とを用いて、近軸近似の光線追跡の演算を行う。そして、コンピュータ１２は、イメージセンサ９上での第２面と第５面の反射像の回転半径がそれぞれｒ（２，２），ｒ（５，２）となるズームステート２における第１レンズユニットの平行偏心量Δｖ（１，２）と傾き偏心量θ（１，２）を計算する。この際、第１レンズユニットの傾きの回転中心は、第１面の頂点座標とする。コンピュータ１２は、ズームステート２における第１レンズユニットの各被検面の偏心量Δｙ（１～６，２）を、ズームステート１における各被検面の偏心量Δｙ（１～６，１）、ズームステート２における第１レンズユニットの平行偏心量Δｖ（１，２）、傾き偏心量Δθ（１，２）および面間隔ｄ（１～５，２）を用いて、式（７）により計算することができる。

ここで、ｉは１～６の整数である。以上の方法によって、ズームステート２における第１レンズユニットの全ての被検面の偏心量Δｙ（１～６，２）を、第１レンズユニット内の２つの被検面の反射像の回転半径を測定するだけで得ることができる。同様に、ズームステート２における第２レンズユニットおよび第３レンズユニットについても、ズームステート２における第７～１２面と第８面～１８面のうちそれぞれ２つの被検面の反射像の回転半径を測定するだけで、第７～１２面と第８面～１８面の偏心量Δｙ（７～１８，２）を得ることができる。

従来、ズームステート２では１８回の偏心測定を行う必要があったが、本実施例の方法では６回の偏心測定を行えばよい。このため、測定時間を１／３に短縮することができる。また、ズーム時にレンズユニットに平行偏心や傾き偏心が生じても、レンズユニット内の被検面の偏心を高精度に測定することができる。

なお、レンズユニット内の被検面の数をＮ、ズームステートの数（本実施例では３）をＭ個とするとき、全ズームステートにおける全てのレンズユニット内の全ての被検面の偏心を得るには、少なくとも（Ｎ＋２Ｍ－２）個の測定値が必要である。

本実施例の方法を実施例１にも適用することができる。例えば、ズームステート１で第７～１０面、ズームステート２で第９～１１面、ズームステート３で第１０～１２面の反射像の回転半径を測定すれば、ズームステート２と３における第２レンズユニットの相対平行偏心量ｖ（２，２～３）と傾き偏心量θ（２，２～３）を計算することができる。このため、前述した計算と同様の計算により、各ズームステートにおける第２レンズユニット内の全ての被検面の偏心量を得ることができる。

なお、測定する被検面は連続している必要はなく、測定する被検面間に測定しない被検面があってもよい。例えば、ズームステート１において第９，１１，１２面の反射像の回転半径を測定し、ズームステート２で第７～９，１２面の反射像の回転半径を測定し、ズームステート３で第８，１０，１１面の反射像の回転半径を測定すれば、各ズームステートにおける第２レンズユニット内の全ての被検面の偏心量を得ることができる。

実施例１および実施例２では異なるズームステートにおける面偏心に起因する測定データを用いて被検面の偏心量を計算する方法について説明した。これに対して、実施例３では単独のレンズユニットにおいて得られた偏心測定データを用いて、被検光学系を組み上げた後の偏心量を計算する方法について説明する。

偏心量測定装置の構成と被検光学系６は実施例１と同じである。図３を用いて、本実施例の偏心量測定方法について具体的に説明する。ステップ１１（第１のステップ）では、レンズユニットごとに単独で偏心量想定装置に設置する（第１の状態）。そして、コンピュータ１２は、単独設置されたレンズユニットの各被検面のイメージセンサ９上での反射像の回転半径（第１のデータ）を測定し、該回転半径を用いて偏心量Δｙｓ（ｉ）を計算する。ｉは１～１８の整数である。本実施例では、一度に偏心測定を行うレンズ数が少なくなるので、偏心測定が容易になる。

次にステップ１２では、設計値に従ってレンズユニットを配置し、被検光学系６を組み立てる。

次にステップ１３では、組み立てられた被検光学系６を偏心量測定装置に設置し（第２の状態）、各レンズユニットにおける少なくとも２つの被検面の反射像の回転半径を測定する。ここでは、第２，６，８，１２，１３および１６面のイメージセンサ９上での反射像の回転半径ｒ（２），ｒ（６），ｒ（８），ｒ（１２），ｒ（１３）およびｒ（１６）を測定するものとする。

次にステップ１４では、コンピュータ１２は、レンズユニットの偏心量を計算する。まず、偏心量測定装置の光軸に対する第ｊ（＝１～３）レンズユニットの平行偏心量をΔｖ（ｊ）、傾き偏心量をΔθ（ｊ）とする。コンピュータ１２は、レンズユニット単独で測定された各被検面の偏心量Δｙｓ（１～６）と被検光学系６の設計値としての曲率半径Ｒ（１～６）、面間隔ｄ（１～５）および屈折率ｎ（１～５）を用いて、近軸近似の光線追跡の演算を行う。この際、コンピュータ１２は、第２面と第６面のイメージセンサ９上での反射像の回転半径がそれぞれｒ（２）とｒ（６）となる第１レンズユニットの平行偏心量Δｖ（１）と傾き偏心量Δθ（１）を計算する。

次にステップ１５では、コンピュータ１２は、レンズユニット内の第ｉ面（ｉ＝１～６）の偏心量Δｙ（ｉ）を以下の式（８）により計算する。

ここで、ｉは１～６の整数である。コンピュータ１２は、第２レンズユニットの各被検面の偏心量についても、ステップ１４およびステップ１５と同様に計算する。すなわち、コンピュータ１２は、測定された各被検面の偏心量Δｙｓ（１～１２）と設計値としての曲率半径Ｒ（１～１２）、面間隔ｄ（１～１１）および屈折率ｎ（１～１１）を用いて、近軸近似の光線追跡の演算を行う。この際、コンピュータ１２は、第８面と第１２面のイメージセンサ９上での反射像の回転半径がそれぞれｒ（８）、ｒ（１２）となる第２レンズユニットの平行偏心量Δｖ（２）と傾き偏心量Δθ（２）を計算する。第２レンズユニット内の第ｉ面（ｉ＝７～１２）の偏心量Δｙ（ｉ）は、以下の式（９）で計算することができる。

ここで、ｉは７～１２の整数である。コンピュータ１２は、第３レンズユニットの各被検面の偏心量についても、ステップ１４およびステップ１５と同様に計算する。すなわち、コンピュータ１２は、測定された各被検面の偏心量Δｙｓ（１～１６）と設計値としての曲率半径Ｒ（１～１６）、面間隔ｄ（１～１５）および屈折率ｎ（１～１５）を用いて、近軸近似の光線追跡の演算を行う。この際、コンピュータ１２は、第１３面と第１６面のイメージセンサ９上での反射像の回転半径がそれぞれｒ（１３）、ｒ（１６）となる第３レンズユニットの平行偏心量Δｖ（３）と傾き偏心量Δθ（３）を計算する。第３レンズユニット内の第ｉ面（ｉ＝１３～１８）の偏心量Δｙ（ｉ）は、以下の式（１０）で計算することができる。

ここで、ｉは１３～１８の整数である。以上の方法により、レンズユニット単独で取得した偏心測定データを用いて、被検光学系６を組み上げた後の偏心量を計算する。なお、被検光学系６の中で偏心敏感度の高いレンズユニットのみを選択して該レンズユニット単独で偏心測定を行い、被検光学系６を組み上げた後にその偏心測定を行ったレンズユニットのうち少なくとも２つの被検面の偏心測定を行って該レンズユニット内の各被検面の偏心量を求めてもよい。

本実施例によれば、それぞれのレンズユニット単独で偏心測定を行うため、高精度な偏心測定を容易に行うことができる。

実施例１～３では、被検光学系６を回転させ、イメージセンサ９上での被検面の反射像の回転半径から該被検面の偏心量を計算した。これに対して、実施例４では、被検光学系６を回転させずに固定し、対物光学系５を光軸に直交する面内で駆動して、その駆動量から被検面の偏心量を計算する方法を説明する。

図４は、実施例４である偏心測定装置の構成を示している。本実施例の偏心測定装置は、対物光学系５を光軸に直交する面（ＹＺ面）内で駆動するためのＹＺステージ１３が設けられている点と、被検光学系６を回転させる駆動機構がない点で実施例１（図１）の偏心測定装置と異なる。

本実施例における偏心量測定方法は以下の通りである。本実施例では、被検面６ａの見かけの球心位置に光が集光するように対物光学系５をＸ方向に駆動する。このとき、被検面６ａで反射した光により形成される指標チャート２の像（反射像）がイメージセンサ９により撮像される。被検面６ａが偏心している場合には、反射像の座標が結像面チャート７の像の中心からずれる。

このため、指標チャート２の像の中心が結像面チャート７の像の中心と一致するように、ＹＺステージ１３を用いて対物光学系５をＹＺ面内で駆動する。そのときの駆動量は、実施例１～３で説明したイメージセンサ９上での反射像の回転半径に相当する。このため、コンピュータ１２は、各被検面における対物光学系５の駆動量を測定し、実施例１～３にて説明した方法によって各被検面の偏心量を計算する。対物光学系５を光軸に直交するＹＺ面内で駆動することで、反射像がイメージセンサ９の視野から外れても被検面の偏心量を測定することができる。
（その他の実施例）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

１ 光源
２ 指標チャート
５ 対物光学系
６ 被検光学系
６ａ 被検面
７ 結像面チャート
９ イメージセンサ
１１ 回転ステージ
１２ コンピュータ

Claims (10)

1. 被検光学系を構成する、それぞれが１つ以上のレンズを含む複数のレンズユニットの各レンズ面の偏心量を測定する方法であって、
   前記複数のレンズユニットのうち隣り合うレンズユニットの間隔が異なることにより互いに異なる前記被検光学系の複数の状態のそれぞれにおいて、対物光学系からの光を用いた測定により、前記各レンズ面の偏心に関するデータを取得するデータ取得ステップと、
   前記データを用いて、前記複数の状態のそれぞれにおける前記各レンズ面の偏心量を取得する偏心量取得ステップと、を有し、
   前記データ取得ステップは、前記各レンズ面の前記データを、前記複数の状態のうち少なくとも一つの状態において取得し、
   前記偏心量取得ステップは、前記複数の状態のうち第１の状態において前記データを取得しなかったレンズ面の前記第１の状態における前記データを、前記複数の状態のうち前記第１の状態を除いた少なくとも一つの状態である第２の状態において取得した前記レンズ面の前記データを用いて取得することを特徴とする偏心量測定方法。
2. 前記データ取得ステップは、所定の場合を満たすときに、レンズ面の前記データを取得しないことを特徴とする請求項１に記載の偏心量測定方法。
3. 前記所定の場合は、
   前記対物光学系を駆動することができない場合、
   前記対物光学系が前記被検光学系と干渉する場合、
   レンズ面で反射した光を受光する受光センサの撮像視野外に該レンズ面からの反射像が結像する場合、
   前記受光センサ上でのレンズ面からの反射像と該レンズ面との対応関係が不明な場合、
   前記受光センサ上でのレンズ面からの反射像がボケる場合、
   のうち少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項２に記載の偏心量測定方法。
4. 前記複数のレンズユニットのうちの一つである所定レンズユニット内のレンズ面の数をＮ、前記複数の状態の数をＭとするとき、
   前記偏心量取得ステップは、前記データ取得ステップにおいて取得された少なくとも（Ｎ＋Ｍ－１）個の前記データから、前記複数の状態の全てについての前記所定レンズユニット内の前記各レンズ面の前記偏心量を取得することを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の偏心量測定方法。
5. 前記複数のレンズユニットのうちの一つである所定レンズユニット内のレンズ面の数をＮ、前記複数の状態の数をＭとするとき、
   前記偏心量取得ステップは、前記データ取得ステップにおいて取得された少なくとも（Ｎ＋２Ｍ－２）個の前記データから、前記複数の状態の全てについての前記所定レンズユニット内の前記各レンズ面の前記偏心量を取得することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の偏心量測定方法。
6. 前記データ取得ステップは、前記複数のレンズユニットごとに少なくとも２つのレンズ面についての前記データを取得し、
   前記偏心量取得ステップは、前記複数のレンズユニットそれぞれの平行偏心と傾き偏心を取得することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の偏心量測定方法。
7. 前記データは、前記対物光学系からの光を用いたオートコリメーション法により測定した前記各レンズ面で反射した光の受光センサ上での像の位置座標または前記被検光学系を回転させたときに前記各レンズ面で反射した光の前記受光センサにおける像の軌跡の半径であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の偏心量測定方法。
8. 前記データは、前記対物光学系からの光を用いたオートコリメーション法により測定した前記各レンズ面で反射した光の受光センサ上での像の位置座標に応じて駆動した前記対物光学系の駆動量であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の偏心量測定方法。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の偏心量測定方法を用いて前記偏心量を測定することを特徴とする偏心量測定装置。
10. それぞれ１つ以上のレンズを含む複数のレンズユニットにより構成される被検光学系における偏心量を測定する偏心測定装置のコンピュータに、請求項１から８のいずれか一項に記載の偏心量測定方法に従う処理を実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。

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