TWI649535B - Optical element characteristic measuring device - Google Patents

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TWI649535B
TWI649535B TW105133835A TW105133835A TWI649535B TW I649535 B TWI649535 B TW I649535B TW 105133835 A TW105133835 A TW 105133835A TW 105133835 A TW105133835 A TW 105133835A TW I649535 B TWI649535 B TW I649535B
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Abstract

本發明之目的在於提供一種裝置，其通過同時 照射從反射光傳感器部的光軸來看光強度分佈呈環狀的聚焦光和被照射在被檢透鏡的中心附近的平行光線，來測定出被檢透鏡的特性值。本發明之目的還在於提供一種透鏡之面偏差量測定裝置，其通過測定透過被檢透鏡的環狀的聚焦光或者被照射在被檢透鏡的中心附近的平行光線的聚光點位置，從而不使被檢透鏡旋轉就可以測定出被檢透鏡的面偏差量。
本發明的光學元件特性測定裝置具備用於 將光強度分佈呈環狀的聚焦光和平行光線照射到被檢光學元件上之環狀聚焦光照射光部，其特徵在於：將被檢光學元件的在環狀聚焦光照射光部一側的一面作為表面，將表面的相反的一側作為背面；通過解析被被檢光學元件的表面或背面反射的光線的強度、解析透過被檢光學元件的光線的強度或者解析光線的光路，來測定被檢光學元件的形狀特性。

Description

光學元件特性測定裝置
本發明係關於一種裝置，該裝置通過同時照射從反射光傳感器部的光軸來看光強度分佈呈環狀的聚焦光和被照射在被檢透鏡的中心附近的平行光線，來測定出被檢透鏡的特性值。本發明特別是關於一種用於測定厚度200μm以下的薄型被檢透鏡的厚度的裝置和一種透鏡之面偏差量測定裝置，該透鏡之面偏差量測定裝置在調整被檢透鏡的位置以便使被檢透鏡的透鏡中心軸(被檢透鏡第一面的法線)和反射光傳感器部的光軸變成一致之後，通過測定透過被檢透鏡的環狀的聚焦光或者被照射在被檢透鏡的中心附近的平行光線的聚光點位置，從而不使被檢透鏡旋轉就可以測定出被檢透鏡的面偏差量。
在先前技術中，如第1圖所示，為了測定諸如透鏡之類的光學元件的厚度，存在這樣一種技術，即，在該技術中，將被檢光學元件11配置在連接位移計10a和位移計10b的直線上，兩個位移計10a和10b分別將光束12a和12b照射在被檢光學元件11上，通過測定出由一方的位移計10a所測定的到被檢光學元件11的表面為止的距離a1和由另一方的位移計10b所測定的到被檢光學元件11的背面為止的距離a2， 並且從位移計10a與位移計10b之間的距離a0中減去距離a1和距離a2，從而測定出被檢光學元件11的厚度。例如，日本特開平1-235806號公報(專利文獻1)和日本特開平10-239046號公報(專利文獻2)揭示了用於通過使用兩台光學式位移計來測定光學元件的厚度的技術。
還有，作為使用一個傳感器部12來測定光學元件的厚度的先前技術，如第2圖(A)所示，存在這樣一種由非接觸式的方式來測定光學元件的厚度的技術，即，在該技術中，將聚焦光13照射在被設置在保持支架14上的被檢光學元件15上，一邊通過移動旋轉平臺16的基準平面以便使被檢光學元件15沿著如第2圖(B)所示那樣的z軸方向移動，一邊測定由被設置在傳感器部12上的未在圖中示出的成像光學系統所攝影的在被檢光學元件15的表面和背面產生的像的光強度，並且使用未在圖中示出的處理部對相對於z軸的光強度進行採樣後得到數字化數據，抽出兩個光強度的極大值，基於這些z軸的間隔(測定值d)，以便計算出被檢光學元件15的厚度。
另外，作為用於測定透鏡的偏心量的裝置，日本特開2007-206031號公報(專利文獻3)揭示了一種透過式偏心測定裝置，該透過式偏心測定裝置通過使被檢透鏡以其外周基準旋轉，以便可以測定該被檢透鏡的偏心量。
還有，例如，日本特開2008-298739號公報(專利文獻4)和日本特開2007-327771號公報(專利文獻5)均揭示了一種偏芯量測定裝置，該偏芯量測定裝置通過一邊使被檢 光學元件(被檢透鏡)的被檢面圍繞所規定的旋轉軸旋轉，一邊使所規定的形狀的指標的像成像在被檢面的焦點面上，並且測量經由被檢面被中繼後被成像在攝像面上的指標的像隨著被檢面的旋轉像指標的像描出圓形的軌跡一樣移動的圓的半徑，以便獲得被檢面的偏芯量。
【先前技術文獻】 專利文獻
專利文獻1：日本特開平1-235806號公報
專利文獻2：日本特開平10-239046號公報
專利文獻3：日本特開2007-206031號公報
專利文獻4：日本特開2008-298739號公報
專利文獻5：日本特開2007-327771號公報
在專利文獻1和專利文獻2所揭示的光學元件之厚度測定裝置中，因為需要兩台光學式位移計，所以存在裝置的規模大，並且成本上升的問題。
另外，在作為先前技術的由一台非接觸式傳感器構成的光學元件之厚度測定裝置中，如第3圖所示，在聚光點202存在於被檢光學元件203的表面203a的情況下，儘管在聚焦光201的被檢光學元件203的表面203a上產生像204a和在被檢光學元件的背面203b上產生像204b，但由於在表面203a上產生的像204a和在背面203b上產生的像204b均以聚焦光光軸210，即，以Z為中心並且重疊在一起，所以很難將像204a 和像204b分開並對其進行測定。還有，對於厚度薄的光學元件(t~200μm)來說，關於通過一邊使旋轉平臺沿著z軸方向移動一邊進行測定而得到的像的光強度，第4圖示出了將z軸的值作為橫軸，同時將測定出的數字化數據的光強度作為縱軸，並將其表示成圖表的結果。如第4圖所示，像的光強度的最大值與最小值之間的差比較小，圖表的山和山谷的變化緩慢，如後述那樣，第4圖示出了很難測定與正確並且信賴性高的兩個極大值相對應的z軸上的間隔(測定值d)。
接著，關於用於測定透鏡的偏心量的裝置，呈凸部形狀的光學透鏡(下面亦稱為「被檢透鏡」)的上表面(下面亦稱為「第一面」)和下表面(下面亦稱為「第二面」)均為球面。然後，上表面和下表面的中心均不位於被檢透鏡的設計上的光軸上，在製造過程中有時會產生面偏差。正因為這樣的面偏差，所以在被檢透鏡發生偏心(偏芯)。例如，對每批光學透鏡進行偏心量的測定並且檢查品質的工序是有益的。在先前技術中，如上所述，基於用於通過使被檢透鏡旋轉來測定芯偏斜量和面偏斜角等的方法的測定裝置被用於被檢透鏡的面偏差量(偏心量)的測定。
近些年來，由於被檢透鏡的更進一步的小徑化正在進展中，所以使被檢透鏡高精度地旋轉會變得比以往更難。
本發明是鑒於上述情況而完成的，本發明的目的在於提供一種裝置，該裝置通過同時照射從反射光傳感器部的光軸來看光強度分佈呈環狀的聚焦光和被照射在被檢透鏡的中心附近的平行光線，來測定出被檢透鏡的特性值。本發明的 目的特別是在於提供一種用於測定厚度200μm以下的薄型被檢透鏡的厚度的裝置和一種透鏡之面偏差量測定裝置，該透鏡之面偏差量測定裝置在調整被檢透鏡的位置以便使被檢透鏡的透鏡中心軸(被檢透鏡第一面的法線)和反射光傳感器部的光軸變成一致之後，通過測定透過被檢透鏡的環狀的聚焦光或者被照射在被檢透鏡的中心附近的平行光線的聚光點位置，從而不使被檢透鏡旋轉就可以測定出被檢透鏡的面偏差量。
本發明的上述目的可以通過下述這樣實現，即：一種光學元件特性測定裝置，其具備用於將在與光軸垂直的平面上光強度分佈呈環狀的聚焦光和在前述光軸上存在光強度分佈的中心的平行光線照射到被檢光學元件上之環狀聚焦光照射光部，其特徵在於：將前述被檢光學元件的在前述環狀聚焦光照射光部一側的一面作為表面，將前述表面的相反的一側作為背面；通過解析被前述被檢光學元件的前述表面或前述背面反射的光線的強度、解析透過前述被檢光學元件的光線的強度或者解析前述光線的光路，來測定前述被檢光學元件的形狀特性。
本發明的上述目的還可以通過下述這樣更有效地實現，即：前述環狀聚焦光照射光部具有光源、第一光學元件和第一透鏡；沿著前述光軸按前述光源、前述第一光學元件、前述第一透鏡的順序來配置前述光源、前述第一光學元件和前述第一透鏡；與前述光軸垂直的呈環狀的空隙形成於前述第一光學元件中；具有比前述環狀的空隙的內側的直徑小的直徑的 前述第一透鏡被配置在前述第一光學元件，以便使前述光軸和前述第一透鏡的光軸變成大略一致；或，具備反射光檢測部和處理部，前述反射光檢測部將前述環狀的聚焦光照射到前述被檢光學元件上，使在前述被檢光學元件的表面產生的第一環狀像和在前述被檢光學元件的背面產生的第二環狀像都成像在受光面上，並且生成用於計算出前述第一環狀像和前述第二環狀像的光強度的數據；前述處理部基於前述光強度相對於前述被檢光學元件在前述光軸方向上移動的距離的變化，計算出前述被檢光學元件的厚度；或，前述被檢光學元件為透鏡；前述處理部檢測出基於前述數據的前述第一環狀像和前述第二環狀像的光強度的變化的兩個極大值，並且使用作為與該兩個極大值相對應的前述被檢光學元件的移動距離的差的測定值d、前述被檢光學元件的材料的折射率n、前述被檢光學元件的曲率半徑r、前述曲率半徑r的中心點以及作為由前述光軸和前述聚焦光所構成的角度的前述聚焦光的聚光角θ1來計算出前述被檢光學元件的透鏡的厚度t；或，將連接前述被檢光學元件的表面的前述環狀的聚焦光折射的點C和前述被檢光學元件的背面的環狀的聚光點B的線段BC的斜率a和截距b分別設為
和b=r-d，使用
來計算出前述點C與前述環狀的聚焦光的光軸之間的距離e，在前述曲率半徑r為正(前述被檢光學元件為凸透鏡)的情況下，前述距離e的符號採用正的值，在前述曲率半徑r為負(前述被檢光學元件為凹透鏡)的情況下，前述距 離e的符號採用負的值，使用
來計算出前述被檢光學元件的透鏡的厚度t；或，前述光學元件特性測定裝置具備反射光傳感器部、透射光傳感器部以及數據處理部，前述反射光傳感器部具有用於將前述環狀的聚焦光照射到前述被檢光學元件上的前述環狀聚焦光照射光部，並且生成用於計算出在前述被檢光學元件的前述表面反射的環狀平行光線的光軸的反射角的第一聚光位置數據；前述透射光傳感器部生成用於計算出從前述環狀聚焦光照射光部被照射並透過前述被檢光學元件的光線的聚光點位置的第二聚光位置數據；前述數據處理部基於前述第一聚光位置數據計算出前述反射角，基於前述第二聚光位置數據計算出透過前述被檢光學元件的光線的前述聚光點位置；前述數據處理部基於前述第一聚光位置數據調整前述被檢光學元件的位置以便使前述被檢光學元件的透鏡中心軸和前述環狀聚焦光照射光部的光軸變成一致，並且基於前述聚光點位置，不使前述被檢光學元件旋轉就運算出前述被檢光學元件的面偏差量△2；或，前述被檢光學元件為透鏡；前述處理部使用基於透過前述被檢光學元件的中心附近的透射平行光線的前述聚光點位置計算出的偏差量△1、前述被檢光學元件的材料的折射率n、前述被檢光學元件的前述表面的曲率半徑r1、前述被檢光學元件的前述背面的曲率半徑r2以及前述被檢光學元件的厚度t來計算出 前述面偏差量△2；或，使用來計算出前述前述面偏差量△2；或，前述被檢光學元件為透鏡；前述處理部使用基於通過在前述被檢光學元件的前述反射光傳感器部一側的焦點聚光的聚焦光透過前述被檢光學元件而得到的透射平行光線的前述透射光傳感器部的前述聚光點位置計算出的前述透射平行光線的折射角θ1 '、前述被檢光學元件的材料的折射率n以及前述被檢光學元件的前述背面的曲率半徑r2來計算出前述面偏差量△2；或，使用來計算出前述前述面偏差量△2；或，用通過將三束以上的光束大略等間隔地配置在圓周上而得到的聚焦光來代替前述環狀的聚焦光；或，使前述三束以上的光束通過的三個以上的孔形成於前述第一光學元件中。
根據本發明的光學元件特性測定裝置，通過同時照射從反射光傳感器部的光軸來看光強度分佈呈環狀的聚焦光和被照射在被檢透鏡的中心附近的平行光線，使反射光傳感器部的光軸與被檢透鏡的光軸變得一致，解析被被檢透鏡的表面反射的光線的強度或光路(聚光的位置)、或者解析透過被檢透鏡的光線的強度或光路(聚光的位置)，以便可以測定被檢透鏡的特性值。
特別是根據本發明的光學元件特性測定裝置，通過經由具有呈環狀的透射孔(縫隙)的光學元件來觀測被檢透鏡的表面以及背面的環狀像的光強度的變化，以便可以測定薄型被檢透鏡(厚度t~200μm以下)的厚度。
還有，根據本發明的光學元件特性測定裝置，在調整被檢透鏡的位置以便使被檢透鏡的透鏡中心軸(被檢透鏡第一面的法線)和反射光傳感器部的光軸變成一致之後，通過測定透過被檢透鏡的光線的聚光點位置，從而不使被檢透鏡旋轉就可以測定出被檢透鏡的面偏差量。
29‧‧‧環狀聚焦光照射光學系統
30‧‧‧光學系統
31‧‧‧光源(例如，雷射二極體)
32‧‧‧準直儀透鏡
33‧‧‧半反射鏡
34‧‧‧光學元件
34a‧‧‧呈環狀的透射孔
34b‧‧‧小徑透鏡
39‧‧‧光學元件
40‧‧‧透鏡
41‧‧‧CCD攝像機
42‧‧‧處理部
43‧‧‧旋轉平臺
44‧‧‧光學元件
45‧‧‧透鏡
46‧‧‧CCD攝像機
47‧‧‧自動準直儀部
48‧‧‧反射光檢測部
50a‧‧‧聚焦光
50b‧‧‧平行光
110‧‧‧被檢透鏡10
110a‧‧‧第一面10a
110b‧‧‧第二面10b
111‧‧‧被檢透鏡保持部
112‧‧‧透鏡保持器
113‧‧‧透鏡保持器保持平臺部
120‧‧‧透鏡之面偏差量測定裝置
121‧‧‧被檢透鏡保持器
122‧‧‧透鏡保持器保持機構平臺部
123‧‧‧反射光傳感器部
123a‧‧‧光源
123b‧‧‧反射光傳感器部自動準直儀
124‧‧‧透射光傳感器部
124a‧‧‧透射光傳感器部自動準直儀
124b‧‧‧光傳感器部
124c‧‧‧透射光傳感器部保持機構平臺部
125‧‧‧數據處理部
126‧‧‧監視器
130‧‧‧透鏡之面偏差量測定裝置
130a‧‧‧被檢部
130b‧‧‧反射光傳感器部
130c‧‧‧透射光傳感器部
130d‧‧‧數據處理部
130e‧‧‧顯示器
131a‧‧‧被檢透鏡
131b‧‧‧被檢透鏡保持器
131c‧‧‧透鏡保持器保持機構
132‧‧‧光源部
132a‧‧‧光源(例如，雷射二極體)
132b‧‧‧透鏡(焦點距離f2)
132c‧‧‧半反射鏡
133‧‧‧光學元件33
134‧‧‧透鏡(焦點距離f4)
135‧‧‧光學元件(例如，針孔)
136‧‧‧反射光傳感器部自動準直儀
136a‧‧‧透鏡(焦點距離f7)
136b‧‧‧反射光傳感器部受光裝置
137‧‧‧透射光傳感器部光學系統
137a‧‧‧透鏡(焦點距離f11)
137b‧‧‧透射光傳感器部受光裝置
138‧‧‧透射光傳感器部自動準直儀
138a‧‧‧透鏡(焦點距離f10)
138b‧‧‧透射光傳感器部自動準直儀受光裝置
138c‧‧‧半反射鏡
139‧‧‧透射光傳感器部保持機構平臺部
141a‧‧‧反射光傳感器部
141b‧‧‧透射光傳感器部
141c‧‧‧數據處理部
141d‧‧‧監視器
142‧‧‧調整用透鏡(平凸透鏡)
143‧‧‧被檢透鏡保持器
144‧‧‧透射光傳感器部保持機構平臺部
145a‧‧‧環狀之聚焦光
145b‧‧‧環狀之反射光線
146‧‧‧光路
第1圖為作為先前技術的由兩台非接觸式位移計構成的光學元件之厚度測定裝置的概略結構圖。
第2圖(A)為作為先前技術的由一台非接觸式位移計構成的光學元件之厚度測定裝置的結構圖。
第2圖(B)為顯示如第2圖(A)所示的測定裝置的xyz座標系的圖。
第3圖為顯示在作為先前技術的光學元件之厚度測定裝置中，聚焦光存在於被檢光學元件的表面時的在被檢光學元件的表面產生的像和在被檢光學元件的背面產生的像的樣子的圖。
第4圖為顯示在由一台非接觸式位移計構成的光學元件之厚度測定裝置中，在使用先前技術所採用的聚焦光的光束來進行測定的情況下，來自被檢光學元件的反射光的光強度相對於z軸的變化的變化的圖。
第5圖為在本發明的實施形態的測定裝置中，關於可以同時照射光強度分佈呈環狀的聚焦光和被照射在被檢透鏡的中心附近的平行光線的環狀聚焦光照射光學系統的詳細的結構圖。
第6圖為顯示本發明的實施形態中的環狀聚焦光照射光學系統的光學元件34的形狀的圖。
第7圖為在本發明的實施形態的測定裝置中，關於在環狀聚焦光照射光學系統中附加了自動準直儀部的結構的詳細的結構圖。
第8圖為顯示本發明的實施形態中的反射光檢測部的光學元件的形狀的圖。
第9圖(A)為本發明的第一實施形態中的光學元件厚度測定裝置的結構圖。
第9圖(B)至第9圖(D)為光學元件厚度測定裝置(整體結構圖)的座標系，其中，第9圖(B)為顯示基準平面的x軸、y軸以及z軸的圖；第9圖(C)為顯示擺動角θx的圖；第9圖(D)為顯示擺動角θy的圖。
第10圖為顯示本發明的第一實施形態中的自動準直儀部的光學元件的形狀的圖。
第11圖為顯示在本發明的第一實施形態的被檢光學元件厚度測定裝置中，聚焦光在被檢光學元件的表面被反射的樣子的圖。
第12圖為顯示在本發明的第一實施形態的被檢光學元件厚度測定裝置中，從聚焦光光軸來看具有環狀的光強度的聚焦 光存在於被檢光學元件的表面時的在被檢光學元件的表面產生的像和在被檢光學元件的背面產生的像的樣子的圖。
第13圖為顯示在本發明的第一實施形態的被檢光學元件厚度測定裝置中，從聚焦光光軸來看具有環狀的光強度的聚焦光存在於被檢光學元件的背面時的在被檢光學元件的表面產生的像和在被檢光學元件的背面產生的像的樣子的圖。
第14圖(A)為顯示在本發明的第一實施形態的被檢光學元件厚度測定裝置中，聚光點存在於被檢光學元件的表面，表面像成像於CCD攝像機的受光面上的環狀表面成像的圖。
第14圖(B)為顯示在本發明的第一實施形態的被檢光學元件厚度測定裝置中，聚光點存在於被檢光學元件的背面，背面像成像於CCD攝像機的受光面上的環狀背面成像的圖。
第15圖(A)為顯示在本發明的第一實施形態的被檢光學元件厚度測定裝置中，具有呈環狀的通過孔的光學元件遮斷了聚光點存在於被檢光學元件的內部，表面像和背面像都成像於CCD攝像機的受光面上的環狀表面成像的一部分的樣子的圖。
第15圖(B)為顯示在本發明的第一實施形態的被檢光學元件厚度測定裝置中，具有呈環狀的通過孔的光學元件遮斷了聚光點存在於被檢光學元件的厚度方向的中央附近，表面像和背面像都成像於CCD攝像機的受光面上的環狀背面成像的大部分的樣子的圖。
第16圖為顯示在本發明的第一實施形態的被檢光學元件厚度測定裝置中，在使用從聚焦光光軸來看具有環狀的光強度的聚焦光來測定在被檢光學元件的表面和背面產生的像的光 強度的情況下，來自被檢光學元件的反射光的光強度相對於z軸的變化的變化的圖。
第17圖為顯示在本發明的第一實施形態的被檢光學元件厚度測定裝置中，在被檢光學元件的表面為凸面(r>0)的情況下，聚焦光入射到凸面形狀的被檢光學元件，在被檢光學元件的表面被折射後，在被檢光學元件的背面被聚光的樣子的圖。
第18圖為顯示在本發明的第一實施形態的被檢光學元件厚度測定裝置中，在被檢光學元件的表面為凹面(r<0)的情況下，聚焦光入射到凹面形狀的被檢光學元件，在被檢光學元件的表面被折射後，在被檢光學元件的背面被聚光的樣子的圖。
第19圖為顯示在本發明的第二實施形態的被檢光學元件厚度測定裝置中，從聚焦光光軸來看具有沿著虛擬的環配置光束的光強度的聚焦光的聚光點存在於被檢光學元件的表面時的在被檢光學元件的表面產生的像和在被檢光學元件的背面產生的像的樣子的圖。
第20圖(A)為顯示本發明的第二實施形態的被檢光學元件厚度測定裝置的光學元件61的形狀的概略的圖。
第20圖(B)為顯示本發明的第二實施形態的被檢光學元件厚度測定裝置的光學元件62的形狀的概略的圖。
第21圖為顯示在本發明的第三實施形態的被檢光學元件厚度測定裝置中，聚焦光入射到被檢光學元件(曲率半徑r=∞的平板)的表面和背面均為平面的光學元件，在表面512a被 折射後，在背面被聚光的樣子的圖。
第22圖為用於說明由本發明的第四實施形態的透鏡之面偏差量測定裝置測定出的被檢透鏡的面偏差量的定義的圖。
第23圖為本發明的第四實施形態的透鏡之面偏差量測定裝置的方框圖。
第24圖為關於本發明的第四實施形態的透鏡之面偏差量測定裝置的詳細的結構圖。
第25圖(A)為顯示變換成本發明的第四實施形態的透鏡之面偏差量測定的環狀光線的光學元件的形狀的概略的圖。
第25圖(B)為顯示變換成本發明的第四實施形態的透鏡之面偏差量測定的環狀光線的針孔型的光學元件的形狀的概略的圖。
第26圖為顯示在本發明的第四實施形態中，透鏡之面偏差量測定裝置的初期設定時的環狀的聚焦光和透過透鏡中心軸附近的平行光線的光路的圖。
第27圖為顯示在本發明的第四實施形態中，被檢透鏡第一面的反射光線的光軸變成與透鏡中心軸不一致的平行光線並被反射的樣子的圖。
第28圖為顯示在本發明的第四實施形態中，被檢透鏡第一面的反射光線的光軸變成與透鏡中心軸一致的平行光線並被反射的樣子的圖。
第29圖為顯示在本發明的第四實施形態中，從反射光傳感器部被照射到被檢透鏡的環狀的聚焦光的形狀和環狀的聚焦光在被檢透鏡第一面被變換成平行光線並被反射的樣子的 圖。
第30圖為顯示在本發明的第四實施形態中，在被檢透鏡第二面，由於在被檢透鏡產生的面偏差量△2從而導致平行光線折射的樣子的圖。
第31圖為顯示在本發明的第四實施形態中，光軸與被檢透鏡的透鏡中心軸一致的聚焦光入射到被檢透鏡，然後，作為相對於透鏡中心軸傾斜的平行光線從被檢透鏡出射的樣子的圖。
本發明的測定裝置是用來通過同時照射從反射光傳感器部的光軸來看光強度分佈呈環狀的聚焦光和被照射在被檢透鏡的中心附近的平行光線，使反射光傳感器部的光軸與被檢透鏡的光軸變得一致，解析被被檢透鏡的表面反射的光線的強度或光路(例如，聚光的位置)、或者解析透過被檢透鏡的光線的強度或光路(例如，聚光的位置)，以便測定出被檢透鏡的尺寸或形狀特性。
這裡，在本發明的實施形態的測定裝置中，關於可以同時照射光強度分佈呈環狀的聚焦光和被照射在被檢透鏡的中心附近的平行光線的環狀聚焦光照射光學系統29，按照光線傳播的順序，對各個構成之間的關係以及各個構成的功能進行說明。第5圖為環狀聚焦光照射光學系統29的詳細的結構圖。
首先，光源31(例如，雷射二極體)被配置在準直儀透鏡32的焦點距離f1處，從光源31發射出來的光線經 由準直儀透鏡32被變換成平行光線。該平行光線經由具有呈環狀的透射孔的光學元件34被變換成平行的環狀光線49a。然後，平行的環狀光線49a經由被配置在傳播目的地並具有焦點距離f2的透鏡35被變換成環狀聚焦光50a並被出射。另一方面，光軸的中央附近的平行光線49b經由被配置在光學元件34處並具有焦點距離f4的小徑透鏡34b，在距離小徑透鏡34b焦點距離f4的點N處聚光。然後，經由距離點N焦點距離f2並具有焦點距離f2的透鏡35，再一次被變換成平行光線50b。作為結果，環狀聚焦光照射光學系統29能夠同時射出環狀聚焦光50a和平行光線50b。還有，環狀聚焦光50a和平行光線50b具有共同的光軸。
還有，第6圖示出了光學元件34的形狀。光學元件34為這樣一種結構，即，將環狀部件34g配置在外側的環狀部件34h的內側，並且，具有焦點距離f4的小徑透鏡34b被配置在內側的環狀部件34g。因為光學元件34形成了呈環狀的透射孔34a，所以光學元件34可以將入射光變換成具有所規定的範圍的直徑的環狀光線並使其透過。還有，因為具有焦點距離f4的小徑透鏡34b被配置在光學元件34的中央附近，所以光學元件34將平行光變換成聚焦光。此外，光學元件34具有作為支撐小徑透鏡34b的支架的環狀部件34g。還有，因為透射孔34a為存在於外側的環狀部件34h與支架部件34g之間的空隙(空間)，所以將支撐部件34c至34f配置在外側的環狀部件34h與支架部件34g之間。
為了利用環狀聚焦光照射光學系統29來測定出被 檢透鏡的尺寸或形狀特性，需要解析環狀聚焦光50a在被檢透鏡的表面或背面被反射的光線的反射角或光強度。因此，第7圖示出了在環狀聚焦光照射光學系統29中設置了反射光檢測部48的示例。
例如，為了利用環狀聚焦光照射光學系統29來測定出被檢透鏡的厚度，需要測定出由環狀聚焦光50a在被檢透鏡的表面或背面形成的環狀像的光強度。作為一個具體的結構，將光束分離器(beam splitter)(半反射鏡(half mirror))33配置在光學元件34與準直儀透鏡32之間並使其與光軸成大略45度的角度。還有，將反射光檢測部48配置在光束分離器33的先端。反射光檢測部48由按照來自環狀像的光線入射的順序被配置的多個構成部件構成，即，反射光檢測部48由光學元件(例如，呈環狀的通過孔)39、透鏡40和被配置在透鏡40的焦點距離f3處的CCD攝像機41構成。通過解析被輸入到CCD攝像機41的反射光線的強度分佈或聚光位置，可以測定出反射光線與光軸的夾角。另外，基於測定出的反射光線與光軸的夾角，可以計算出被檢透鏡的形狀特性，並且還可以如後述那樣調整被檢透鏡的光軸。
另外，光學元件39起到遮住透過如上所說明的小徑透鏡34b的光的作用。還有，如第8圖所示，通過光學元件39採用在外側的環狀部件39b的中心配置內側的圓形部件39c的結構，以便使光學元件39形成呈環狀的透射孔39a，並且起到對於入射光，使具有所規定的範圍的直徑的環狀光線透過，並遮斷具有所規定的範圍的直徑的環狀光線以外的光線的作 用。另外，因為透射孔39a為空隙(空間)，所以光學元件39為通過配置支撐部件39d至39g使外側的環狀部件39b與內側的圓形部件39c相結合的結構。
【第一實施形態】
接下來，作為本發明的第一實施形態，對用於利用如上所說明的環狀聚焦光照射光學系統29來測定出被檢透鏡的厚度的測定裝置進行說明。
第9圖(A)示出了本發明的第一實施形態中的光學元件厚度測定裝置的結構圖。
本發明的第一實施形態是用來通過使具有從光軸來看為環狀的光強度的聚焦光入射到被檢光學元件，並且經由具有呈環狀的透射孔的光學元件來觀測被檢光學元件的表面以及背面的像的光強度的變化，以便測定出被檢光學元件的厚度。作為被檢光學元件，例如亦包括在表面有曲率的透鏡、透明基板、平坦的玻璃板等。作為本發明的第一實施形態，對用於測定表面的曲率(r>0)為凸狀的被檢透鏡的厚度的測定裝置進行說明。
在對測定方法進行說明之前，首先對在本發明的第一實施形態的裝置中進行的兩種調整進行說明。還有，第9圖(B)至第9圖(D)示出了第一實施形態的整體結構圖的座標系。設置了被檢光學元件的被檢光學元件保持部36被設置在具有調整基準平面300的x軸、y軸、z軸、擺動角θx和擺動角θy的功能的旋轉平臺43上。另外，在測定被檢光學元件37的厚度之前，需要調整旋轉平臺43的x軸、y軸、擺動 角θx和擺動角θy。第一調整為這樣一種調整，即，因為在旋轉平臺43上設置了被檢光學元件保持部36的基準平面300並不一定與聚焦光的光軸Z垂直，所以進行調整(變成垂直的調整(verticalizing))以便使設置了被檢光學元件保持部36的基準平面300變得與聚焦光的光軸Z垂直。因為此調整，所以在旋轉平臺43的基準平面300上設置未在圖中示出的反射鏡(mirror)。然後，調整擺動角θx和擺動角θy以便使反射鏡的反射光的光軸與聚焦光的光軸Z變得一致。在對本發明的光學元件厚度測定裝置進行初期設定的時候，進行這樣的調整。還有，在將被檢光學元件37設置在被檢光學元件保持部36處的時候，進行第二調整。在進行了第二調整之後，聚焦光的光軸Z與被檢光學元件37的光軸變得一致。
如第9圖(A)所示，在進行第一調整的時候，本發明的第一實施形態的裝置中的光學系統30射出用於測定的聚焦光50a，同時作為旋轉平臺調整亦射出平行光50b。當平行光50b從光學系統30射出時，被設置在旋轉平臺43上但並未在圖中示出的反射鏡反射平行光50b。然後，通過光學系統30的自動準直儀部47來測定該反射光的角度。接下來，對測定該反射光的角度的原理進行說明。首先，如果在旋轉平臺43上設置了被檢光學元件保持部36的基準平面300與傳感器部的光軸(被照射在反射鏡上的平行光50b的光軸)垂直的話，則在射入的平行光50b的方向被反射。然後，該反射光沿著與入射的路經反向的路經到達光束分離器(半反射鏡)33。在這裡，反射光的一部分被偏向後朝光束分離器(半反射鏡)38 傳播。因此，該反射光通過光束分離器(半反射鏡)38後被偏向，並入射到由具有透射孔44a的光學元件44、透鏡45和CCD攝像機46構成的自動準直儀部47。還有，第10圖示出了自動準直儀部47的光學元件44的形狀。
然後，該反射光在通過電纜與處理部42連接的CCD攝像機46的受光面上聚光。如果該反射光在受光面的所規定的位置聚光的話，則處理部42判定基準平面300與聚焦光的光軸Z是垂直的。但是，如果處理部42判斷為在所規定的位置沒有聚光的話，則基於該聚光位置(由CCD攝像機41傳送過來的數字化數據)，改變旋轉平臺43的擺動角θx和擺動角θy，調整旋轉平臺43以便使反射光被照射在所規定的位置。
第二調整是在將被檢光學元件37設置在被檢光學元件保持部36處的時候進行的。第11圖示出了聚焦光在被檢光學元件的表面被反射的樣子。在第11圖中，被檢光學元件302的曲率半徑為r，反射光303a和303b的光軸Zr與聚焦光的光軸Z的夾角為θ4。在這種情況下，可以用h=r‧sin(θ4/2)來表示測定軸(被檢光學元件302的光軸Z')與聚焦光的光軸Z之間的距離h，其中，θ4為反射光303a和303b的光軸Zr與聚焦光的光軸Z的夾角，r為被檢光學元件302的曲率半徑。在這裡，處理部42可以驅動旋轉平臺43的x軸和y軸，以便使聚焦光的光軸Z與被檢光學元件302的光軸Z'變得一致。亦就是說，處理部42可以將測定軸(被檢光學元件302的光軸Z')與聚焦光的光軸Z之間的距離h調整為0(h=0)的狀 態。在第11圖中，將使凸面的表面朝向光學系統30的被檢光學元件302設置在被檢光學元件保持部304處。下面，對處理部42使被檢光學元件302的該凸面的最上部的點T的位置存在於與光學系統30的光軸上(即，聚焦光的光軸Z上)的原理進行說明。首先，如第11圖所示，在測定中使用光學系統30的聚焦光301a和301b。然後，當聚焦光301a和301b被照射在被檢光學元件302的時候，變成平行的反射光303a和303b並朝向透鏡35反射。在這裡，如果被檢光學元件302的凸部或凹部的位置存在於聚焦光的光軸Z上(反射角θ4=0)的話，則由於反射光303a和303b的光軸與聚焦光的光軸Z是一致的，所以處理部42判斷為點光被照射在CCD攝像機46的受光面的所規定的位置。然後，在自動準直儀部47，該反射光作為點光被成像在被配置在透鏡45的焦點距離f5處的CCD攝像機46的受光面上。但是，當將相對於聚焦光的光軸Z的反射光303a和303b的光軸的反射角設為θ4的時候，在反射角θ4不為0(θ4≠0)的情況下，則被檢測出點光沒有被照射在CCD攝像機46的受光面的所規定的位置。因此，通過調整旋轉平臺43使其朝x軸方向和y軸方向移動，以便可以調整成使點光與所規定的位置變得一致。還有，處理部42通過電纜與光學系統30的CCD攝像機46連接，被照射在CCD攝像機46的受光面上的點光作為數字化數據被傳送到處理部42。因此，處理部42基於被傳送過來的數字化數據，檢測出點光位置，然後檢測出被測定出的點光位置與所規定的位置之間的方向和距離的差分，接著基於該差分，對旋轉平臺43進行指示以 便使設置了被檢光學元件保持部36的基準平面300朝x軸方向和y軸方向移動，從而可以進行自動調整以便使點光位置與所規定的位置變得一致。反射角θ4與CCD攝像機46的受光面上的點光(聚光點)的位置相對應，處理部42基於該位置可以計算出反射角θ4。另外，此時，處理部可以採用這樣一種結構，即，處理部42基於CCD攝像機41和46受光後得到的像運算出光強度和入射光的角度θ4，並且將其輸出並顯示在例如處理部42所具備的PC的監視器上。
還有，儘管顯示出了將使凸面朝向光學系統30的被檢光學元件37設置在被檢光學元件保持部36處的場合，但當將使凹面朝向光學系統30的凹面被檢光學元件設置在被檢光學元件保持部36處的時候，在進行使凹面被檢光學元件的凹面的最下部的位置存在於與光學系統30的光軸上(即，聚焦光的光軸Z上)的調整的情況下，可以以與上述相同的方式來進行調整。
接下來，參照第12圖至第14圖，來對一種有效的方法進行說明。該有效的方法是用來使用環狀的聚焦光310將在厚度薄的光學元件(例如，厚度200μm以下的透鏡)的表面上產生的像和在該厚度薄的光學元件的背面上產生的像分開。第12圖和第13圖示出了被照射在設置於被檢光學元件保持部36處的被檢光學元件37上的環狀的聚焦光310在被檢光學元件311的表面產生的像和在被檢光學元件311的背面產生的像。還有，第14圖示出了成像於CCD攝像機41的受光面上的圖像。
在先前技術中，當將來自傳感器部20的聚焦光24照射在被檢光學元件21上並測定光學元件的厚度的時候，因為使聚光點202存在於被檢光學元件203的表面203a時的成像於傳感器部20的未在圖中示出的受光元件上的像204a靠近背面的像204b或與背面的像204b重疊在一起，所以存在如第3圖所示那樣很難將像204a和背面的像204b分開的問題。
因此，在本發明的第一實施形態中，如第12圖和第13圖所示，通過使用遮住了聚焦光的中心的光束(例如，環狀)來解決上述問題。第12圖示出了環狀的聚焦光310入射到被檢光學元件311，由被檢光學元件311的表面與空氣的界面上的反射光和被檢光學元件311的背面與空氣的界面上的反射光產生的兩個像的樣子。對這些像進行說明。首先，在聚光點312存在於表面311a的情況下，表面311a的像變成點，呈小的環狀的背面像313形成於背面與空氣的界面上，由在背面311b與空氣的界面上反射的聚焦光在表面311a上形成比背面像313大的呈大的環狀的表面像314。通過這樣做，環狀的背面像313就不會與環狀的表面像314重疊在一起，因此可以將它們分開。還有，如第13圖所示，在聚光點322存在於背面311b的情況下，背面311b的像變成點並反射，呈小的環狀的像323形成於表面311a上，由在表面311a與空氣的界面上反射的聚焦光在背面311b上形成比表面311a的環狀的像323大的呈大的環狀的像324。通過這樣做，環狀的像323就不會與環狀的像324重疊在一起，因此可以將它們分開。就這樣，通過使旋轉平臺43沿著z軸方向移動，不但可以高效率地將 當聚光點312存在於表面311a時形成於表面311a的環狀的表面像314和環狀的背面像313分開，亦可以高效率地將當聚光點322存在於背面311b時形成於背面311b的環狀的背面像324和環狀的像323分開。因此，在顯示出相對於z軸的光強度變化的圖表中，可以高精度地檢測出表面像313和背面像324的光強度的兩個極大值(峰值)。作為結果，基於與兩個光強度相對應的z軸的差，可以高精度地計算出被檢光學元件37的厚度t。
在這裡，對在CCD攝像機41的受光面上檢測出的成像的樣子進行說明。第14圖(A)示出了第12圖的表面像314成像於CCD攝像機41的受光面上的環狀表面成像402a。如前所述，因為光學元件34具有呈環狀的透射孔34a，所以可以將平行光線通過透射孔34a並被照射在受光面上的區域顯示成如由在第14圖中用虛線表示的外側虛擬線401a和在第14圖中用虛線表示的內側虛擬線401b夾起來的通過區域401c那樣。通過這樣做，就可以通過設計成使來自表面像314的光線通過光學元件34的呈環狀的透射孔34a，以便能夠不會受到其他的像的光強度的影響並且利用CCD攝像機41來很容易地檢測出表面像314的光強度。同樣地，第14圖(B)示出了第13圖的背面像324成像於CCD攝像機41的受光面上的環狀背面成像402b。同樣地，可以通過設計成使來自背面像324的光線通過光學元件34的呈環狀的透射孔34a，以便能夠不會受到其他的像的光強度的影響並且利用CCD攝像機41來很容易地檢測出背面像324的光強度。就這樣，如果設計呈環狀的透射 孔34a的內徑和外形以便使聚光點312存在於表面311a時的在背面311b與空氣的界面上反射後形成的環狀聚焦光314和聚光點322存在於背面311b時的在背面311b與空氣的界面上反射後形成的環狀聚焦光324的雙方均成像於通過區域410c的範圍內的話，則可以有效地檢測出聚光點312存在於表面311a時的光強度和聚光點322存在於背面311b時的光強度，並將檢測出的光強度作為相對於z軸的光強度變化的極大值(峰值)。反過來說，在聚光點存在於表面311a和背面311b以外的地方的情況下，如第15圖(A)所示，因為來自表面像的光線所成像的環狀表面成像404a和來自背面像的光線所成像的環狀背面成像404b均不存在於通過區域401c，所以環狀表面成像404a和環狀背面成像404b對光強度的計算均未做出貢獻，從而可以有效地減少處理部42所計算出的光強度。特別是當聚光點存在於距離被檢光學元件37的表面深度t/2附近的地方的時候(在這裡，t為被檢光學元件37的厚度)，如第15圖(B)所示，如果設計透射孔34的內徑和外形以便使環狀表面成像404c和環狀背面成像404d均被完全遮住的話，則可以有效地檢測出相對於z軸的光強度變化的極大值和極小值的z軸位置。另外，因為光學元件34遮住了聚光點的像403a和403b，所以聚光點的像403a和403b對光強度均未做出貢獻。
第4圖和第16圖示出了被檢光學元件37(厚度200μm的透鏡)的實際的測定結果的圖表。如前所述，第4圖為在沒有使用環狀光束而是使用光軸斷面的光強度分布為圓形的光束來進行測定時而得到的相對於z軸的光強度的圖表。 相對於此，第16圖為在使用本發明的第一實施形態的環狀聚焦光的光束來進行測定時而得到的相對於z軸的光強度的圖表。從第4圖的圖表中讀取的光強度的極大值與極小值之間的差為「11」，相對於此，從第16圖的圖表中讀取的光強度的極大值與極小值之間的差為「70」。作為結果，既可以有效地將在被檢光學元件37的表面311a上產生的像和在被檢光學元件37的背面311b上產生的像分開，還可以擴大並測定出相對於z軸的來自被檢光學元件的表面和背面的像的光強度變化。通過如上所述那樣做，處理部42基於測定數據檢測出兩個光強度的極大值(峰值)，還可以計算出兩個極大值的z軸的差並將其當作測定值d。
但是，不能將利用光學系統30和處理部42來計算出的測定值d直接當作被檢光學元件37的厚度t。正如第17圖所示，其理由是因為聚焦光501a和501b在被檢光學元件502的表面502a被折射，亦就是說，聚焦光501a和501b在被檢光學元件502與空氣的界面上被折射。作為表面502a的聚光點的點A的位置的測定不會受到折射的影響。但是，作為背面502b的聚光點的點B的位置的測定會受到聚焦光的折射的影響。例如，在不考慮被檢光學元件502的折射率n的情況下，會產生這樣一個問題，即，存在假設背面502b的聚光點存在於聚焦光501a和501b交叉的點E之後計算出測定值d的問題。因此，為了計算出被檢光學元件37的正確的厚度t，需要找到可以基於上述測定值d、聚焦光501a和501b的聚光角θ1、被檢光學元件502的表面502a的曲率半徑r和被檢光學元件 502的材料的折射率n來計算出被檢光學元件502的厚度t的計算公式。
在這裡，對獲得用來計算出本發明的第一實施形態中的被檢光學元件(凸狀透鏡)502的厚度t的計算公式的方法進行說明。另外，以被檢光學元件502的表面曲率半徑r(r>0)、折射率n以及聚焦光501a和501b的聚光角θ1均為已知為前提。
首先，第17圖為顯示聚焦光501a和501b入射到凸面形狀的被檢光學元件502，在位於被檢光學元件502的表面502a內的點C和點F被折射後，在背面502b內的點B被聚光的樣子的圖。
點A為表面502a與聚焦光的光軸的交點；點B為背面502b的聚光點；點C和點F為聚焦光501a和501b在表面502a被折射的位置；點D為表面502a的曲率中心；點E為表面502a與不考慮折射的聚焦光的光軸的交點。還有，線段AE的長度為測定值d；線段AB的長度與光學元件的厚度t相對應。另外，關於聚焦光的角度，以聚焦光的光軸Z為基準，將聚光角設為θ1；將線段BC與光軸Z的夾角設為θ2；將連接作為聚焦光501a和501b與表面502a的交點的點C和作為表面502a的曲率中心的點D的線段CD與光軸Z的夾角和連接作為聚焦光501a和501b與表面502a的交點的點F和作為表面502a的曲率中心的點D的線段FD與光軸Z的夾角均設為θ3。首先，使用上述設定值，並且利用用來表示不考慮折射的聚焦光的直線方程式(即，用來表示線段CE的直線方程式)和用來表示 被檢光學元件502的表面502a的圓的方程式，來求出點C的x座標，即，聚焦光501a和501b的光軸Z與點C之間的距離e。接下來，基於作為點C的x座標的距離e，求出θ3、作為點C和點F的y座標的f以及△(=r-f)。然後，基於利用斯涅爾定律(折射定律)求出的θ2和點C的x座標e，求出作為點C與被檢光學元件502的背面502b之間的距離的g。利用上述結果，來計算出被檢光學元件502的厚度t(=g+△)。
具體地說，將作為光學元件表面的曲率中心的點D設為座標的原點，就可以用作為具有斜率a和截距b的直線方程式的式1來表示線段CE。
【式1】y=ax+b
還有，可以分別用式2和式3來表示斜率a和截距b。
【式3】b=r-d
然後，將點D設為座標的原點，就可以用作為圓的方程式的式4來表示被檢光學元件502的表面502a。
基於式1和式4，就可以用式5來表示用來計算出點C的x座標e的方程式(在式5中，x代表點C的x座標e。)。
可以基於式6來求出點C與聚焦光501a和501b的光軸Z之間的距離e。
在這裡，對經過點C和點E的直線與以點D為圓心並以r為半徑的圓的交點進行說明。如第17圖所示，在被檢光學元件502的表面502a為凸面(r>0)的情況下，將點C作為經過點C和點E的直線與以點D為圓心並以r為半徑的圓的交點，並且的符號採用正(+)的值。還有，如第18圖所示，在被檢光學元件502的表面502a為凹面(r<0)的情況下，將點C'作為經過點C和點E的直線與以點D為圓心並以r為半徑的圓的交點，並且的符號採用負(-)的值。
接下來，如下所述，對利用點C與聚焦光501a和501b的光軸Z之間的距離e、測定值d、光學元件的材料的折射率n、表面曲率半徑r和聚焦光的聚光角θ1可以計算出被檢光學元件502的厚度t的原理進行說明。
如第17圖所示，利用距離e和表面曲率半徑r，可以用式7來表示作為連接作為聚焦光501a和501b與表面502a的交點的點C和作為表面502a的曲率中心的點D的線段CD與光軸Z的夾角的θ3。
【式7】
還有，利用θ3和表面曲率半徑r，可以用式8來表示作為點C的y座標的f。另外，可以用式9來表示從點C的y座標到被檢光學元件502的表面502a的最上部的點A的距離△。
【式8】f=r cosθ 3
【式9】△=r-f
然後，利用斯涅爾定律，可以用式10來表示被檢光學元件502的表面502a的入射角(θ1-θ3)、折射角(θ2-θ3)以及被檢光學元件502的折射率n之間的關係。並且，通過對式10進行變形，可得到式11。
【式10】sin(θ 1-θ 3)=n sin(θ 2-θ 3)
還有，可以用式12來表示作為從點C到被檢光學元件502的背面502b的距離的g。
可以用式13來表示透鏡的厚度t。另外，利用式9至式13還可以用式14來表示透鏡的厚度t。
【式13】t=g+△
通過如上所述那樣做，在本發明的第一實施形態中，找到了可以基於測定值d、被檢光學元件的材料的折射率n、表面曲率半徑r和利用聚焦光的聚光角θ1計算出的距離e，來計算出被檢光學元件的透鏡的厚度t的計算公式。
在這裡，對本發明的第一實施形態中的被檢光學元件37的厚度t的測定順序進行說明。首先，對光學系統30的光軸(即，聚焦光光軸Z)和被檢光學元件保持部36的基準平面300進行變成垂直的調整。如上所述那樣，測定光學系統30的光軸與光學元件保持部的基準平面300的夾角，並且通過旋轉平臺43來進行調整。
接下來，通過調整旋轉平臺43的x軸和y軸，來調整被檢光學元件37的位置以便在xy平面內使光學系統30的光軸和被檢光學元件37的光軸變成一致。具體地說，將被檢光學元件37配置在被檢光學元件保持部36，當聚焦光被照射在被檢光學元件37的時候，聚焦光在被檢光學元件37的表面變成平行光線並被反射之後，通過光學系統30，然後到達自動準直儀部47，並成像於CCD攝像機46的受光面上。通過調整設置了被檢光學元件保持部36的旋轉平臺43的x軸和y 軸，來調整被被檢光學元件37反射的平行光線的反射角，從而使已經成像於自動準直儀部47的CCD攝像機46的受光面上的點光位於所規定的位置，並且使該點光的面積變成最小。
然後，通過使旋轉平臺43沿著z軸方向移動以便使被檢光學元件37沿著z軸方向移動，檢測出CCD攝像機41的受光面上的環狀成像，接著，將檢測出的環狀成像變換成數字化數據並將其傳送到處理部42。處理部42存儲通過使z軸的值與基於數字化數據計算出的光強度相對應而得到的測定數據。處理部42基於測定數據檢測出兩個光強度的極大值(峰值)，然後計算出兩個極大值的z軸的差並將其當作測定值d。最後，處理部42基於測定值d、被檢光學元件的材料的折射率n、表面曲率半徑r和利用聚焦光的聚光角θ1計算出的距離e，來計算出被檢光學元件的透鏡的厚度t。
【第二實施形態】
接下來，對本發明的第二實施形態進行說明。在第二實施形態中，為了取代一束環狀的聚焦光，配置複數個光束(複數束光束)，例如，配置如第19圖所示那樣的四束光束，以便使其通過虛擬的環狀聚焦光(即，以便使其通過由虛擬的環狀聚焦光的外周335a和虛擬的環狀聚焦光的內周335b夾起來的區域)。從聚光點332分出來的四個光束形成由四個背面像333a、333b、333c和333d構成的像。然後，由四個背面像333a、333b、333c和333d構成的像分別在表面311a被反射之後，形成由四個表面像334a、334b、334c和334d構成的像。儘管在第19圖中，使用四束聚焦光(四個聚焦光)331a、 331b、331c和331d，但在本發明的第二實施形態中，光束的個數(光束的數量)並未限定於四個(四束)，可以使用任意個數(數量)的光束。還有，配置於由虛擬的環狀聚焦光的外周335a和虛擬的環狀聚焦光的內周335b夾起來的區域的各個光束，具體地說分別被配置在以如第19圖所示那樣的x軸和y軸交叉的原點為中心的正方形的各個頂點。另外，儘管在第19圖中，各個光束分別被配置在以如第19圖所示那樣的x軸和y軸交叉的原點為中心的正方形的各個頂點，但在本發明的第二實施形態中，各個光束的配置並未限定於如第19圖所示的配置，各個光束可以分別被配置在由虛擬的環狀聚焦光的外周335a和虛擬的環狀聚焦光的內周335b夾起來的區域中的任意位置。還有，在本發明的第二實施形態中，能夠以任意的分配比率來分配各個光束的光量，並且還能夠以任意的比率來分配各個光束的光強度。還有，在本發明的第二實施形態中，使用如第20圖(A)所示的具有四個呈圓形的通過孔的光學元件61，以便使如第19圖所示的四束光束(四個光束)通過。還有，在本發明的第二實施形態中，使用如第20圖(B)所示的具有四個呈圓形的通過孔的光學元件62。如第20圖(A)所示，通過孔61c至61f被配置在以光學元件61為中心的正方形的各個頂點。還有，如第20圖(B)所示，通過孔62b至62e被配置在以光學元件62為中心的正方形的各個頂點。此外，在本發明的第二實施形態中，可以將上述各個通過孔的位置和直徑設計成與用於測定的光束的個數和配置相對應。
【第三實施形態】
接下來，對本發明的第三實施形態進行說明。在第三實施形態中，對用來計算出被檢光學元件512為平板(曲率半徑r=∞)時的被檢光學元件512的厚度t的方法進行說明。第21圖為顯示聚焦光501a和501b入射到被檢光學元件512的表面和背面均為平面的光學元件，在表面512a被折射後，在背面512b被聚光的樣子的圖。關於聚焦光的角度，以聚焦光的光軸Z為基準，將聚光角設為θ1；將聚焦光在平板的表面522a被折射的角度設為θ6。
利用斯涅爾定律，可以用式15來表示θ1與θ6之間的關係。並且，通過對式15進行變形，就可以用式16來表示θ6。
將聚焦光501a和501b與表面522a的交點的x座標，即，聚焦光501a和501b的光軸Z與交點之間的距離設為i，並且將不考慮折射的聚焦光的聚光點與表面522a之間的距離設為d的時候，就可以用式17來表示θ1。
【式15】sinθ 1=nsinθ 6
【式17】i=d tanθ 1
然後，利用式17和式18，就可以用式19來表示平板的厚度t。
【式18】
通過如上所述那樣做，在本發明的光學元件厚度測定裝置(光學元件特性測定裝置)中，基於測定值d、光學元件的材料的折射率n和聚焦光的聚光角θ1，能夠計算出平板的厚度t。
和上述例子不一樣，在這裡，對通過針對具有折射率n和已知的厚度t並且表面和背面互相平行的被檢光學元件522測定出測定值d以便決定作為本發明的光學元件厚度測定裝置的固有的設定值的聚焦光的聚光角θ1的方法進行說明。作為被檢光學元件522，例如可以使用玻璃板。
可以用式20和式21來分別表示sinθ1與sinθ6。還有，將式20和式21代入上述式15的話，則可以獲得如式22所示的關係。
然後，通過對式22進行變形，就可以用式23來 表示i。還有，使用上述式17的話，則可以用式24來表示θ1。
如上所述，在本發明的光學元件厚度測定裝置(光學元件特性測定裝置)中，基於測定值d、光學元件的材料的折射率n和光學元件的已知的厚度t，可以計算出聚焦光的聚光角θ1。在利用本發明的光學元件厚度測定裝置來測定光學元件的厚度之前，需要對本發明的光學元件厚度測定裝置進行校正。為了對本發明的光學元件厚度測定裝置進行校正，需要測定作為本發明的光學元件厚度測定裝置的固有的設定值的聚焦光的聚光角θ1。基於光學元件的材料的折射率n、光學元件的已知的厚度t和測定值d，並且利用式24，可以計算出聚焦光的聚光角θ1。
【第四實施形態】
本發明的透鏡之面偏差量測定裝置(光學元件特性測定裝置)是這樣一種裝置，即，該裝置通過同時照射從反射光傳感器部的光軸來看光強度分佈呈環狀的聚焦光和被照射在被檢透鏡的中心附近的平行光線，在調整被檢透鏡的位置以便使被檢透鏡的透鏡中心軸(被檢透鏡第一面的法線)和反射光傳感器部的光軸變成一致之後，測定透過被檢透鏡的光線 的聚光點位置，從而不使被檢透鏡旋轉就可以測定出被檢透鏡的面偏差量。
第22圖為用於說明由本發明的第四實施形態的透鏡之面偏差量測定裝置測定出的被檢透鏡的面偏差量的定義的圖。在這裡，參閱第22圖對被檢透鏡的面偏差量的定義進行說明。如第22圖所示，在本發明的透鏡之面偏差量測定裝置中，被檢透鏡20被設置在被檢透鏡保持器112處。然後，將被檢透鏡保持部111的上表面設為基準平面LS。接下來，如第22圖所示，被配置成第一面的球心(第一面的中心點)CN1位於與基準平面LS垂直的被檢透鏡第一面20a的法線LN1，同時，第二面的球心(第二面的中心點)CN2位於與基準平面LS垂直的被檢透鏡第二面110b的法線LN2。還有，具有通過透鏡保持器保持平臺部113來支撐用於保持透鏡保持器22的被檢透鏡保持部111的結構，以便確保基準平面LS。
在這樣的配置中，將與基準平面LS垂直的被檢透鏡第一面(表面)110a的法線與與基準平面LS垂直的被檢透鏡第二面(背面)110b的法線之間的距離設為面偏差量△2。在本發明的實施形態中，在這裡，將被檢透鏡第一面110a的法線LN1定義成被檢透鏡的透鏡中心軸。下面利用此定義來進行說明。
如第23圖所示，本發明的透鏡之面偏差量測定裝置120具備被檢透鏡保持器121、透鏡保持器保持機構平臺部122、反射光傳感器部123、透射光傳感器部124、透射光傳感器部保持機構平臺部124c、數據處理部125和監視器126，其 中，被檢透鏡保持器121用於設置被檢透鏡121a；透鏡保持器保持機構平臺部122用於保持被檢透鏡保持器121，並且將被檢透鏡保持器121固定在可以朝著X軸、Y軸和Z軸中的某一個方向移動同時還可以沿著X軸或Y軸旋轉(傾斜)的平臺；反射光傳感器部123具有用於測定來自光源123a的光束被被檢透鏡121a反射之後的光線與光軸的夾角的反射光傳感器部自動準直儀123b；透射光傳感器部124具有用於測定透過被檢透鏡121a的光線與光軸的夾角的透射光傳感器部自動準直儀124a以及光傳感器部124b；透射光傳感器部保持機構平臺部124c用於將透射光傳感器部124固定在可以朝著X軸、Y軸和Z軸中的某一個方向移動同時還可以沿著X軸或Y軸旋轉(傾斜)的平臺；數據處理部125基於反射光傳感器部自動準直儀123b、透射光傳感器部自動準直儀124a和光傳感器部124b的輸出，運算出被檢透鏡121a的面偏差量；監視器126用於顯示由數據處理部125運算出的面偏差量。
第24圖示出了透鏡之面偏差量測定裝置130的詳細的結構圖。接下來，參閱第24圖的結構圖對透鏡之面偏差量測定裝置130進行說明。
透鏡之面偏差量測定裝置130具備被檢部130a、反射光傳感器部130b、透射光傳感器部130c、透射光傳感器部保持機構平臺部139、數據處理部130d和顯示器130e，其中，被檢部130a具有用於保持用來固定被檢透鏡131a的被檢透鏡保持器131b，並且具有基準平面並可以朝著X軸、Y軸和Z軸中的某一個方向移動同時還可以沿著X軸或Y軸旋轉 的透鏡保持器保持機構平臺部131c；反射光傳感器部130b用來將環狀的聚焦光照射在被檢透鏡131a，並且具有用於測定來自被檢透鏡第一面的反射光與透鏡中心軸的夾角的自動準直儀功能；透射光傳感器部130c具有用於檢測出與來自反射光傳感器部130b的環狀的聚焦光一起同時被照射的平行光線透過被檢透鏡131a而得到的透射光線的聚光點位置的功能和用於測定透射光線與透鏡中心軸的夾角的自動準直儀功能；透射光傳感器部保持機構平臺部139用於保持透射光傳感器部130c，並且可以朝著X軸、Y軸和Z軸中的某一個方向移動同時還可以沿著X軸或Y軸旋轉；數據處理部130d具有通過上述各個自動準直儀的測定處理並基於聚光點位置數據計算出面偏差量的功能和基於透射光線與透鏡中心軸的夾角計算出面偏差量的功能。還有，透鏡保持器保持機構平臺部131c具備具有基準平面的被檢透鏡保持部(未在圖中示出)。作為透鏡保持器保持機構平臺部131c，可以使用旋轉平臺。
還有，光源部132由光源(例如，雷射二極體)132a和透鏡(焦點距離f2)132b構成，用於射出平行光線。然後，將用於將從光源部132照射過來的光線變換成環狀光線和聚光光線的光學元件133配置在反射光傳感器部130b。接下來，配置用於將環狀光線變換成聚焦光並將在點C聚光的光線變換成平行光線的透鏡(焦點距離f4)134，照射在被檢透鏡131a。在被被檢透鏡131a反射的光線馬上要入射到反射光傳感器部自動準直儀136之前，配置光學元件(針孔)。還有，第25圖(A)和第25圖(B)分別示出了光學元件133和135的形 狀。如第25圖(A)所示，光學元件133採用在外側的環狀部件133h的中心配置內側的環狀部件133g的結構，以便形成呈環狀的透射孔133a，並且對於入射光使具有所規定的範圍的直徑的環狀光線透過。還有，具有焦點距離f5的小徑透鏡133b被配置在光學元件133的中央附近，並且，具有將平行光線變換成聚焦光的功能。另外，作為支撐小徑透鏡133b的支架，配置環狀部件133g。還有，因為支架部件133g與支架部件133h之間變成透射孔133a，即，變成空間，所以配置支撐部件133c至133f。如第25圖(B)所示，光學元件135為在外側支架135b的中央配置了用於光線通過的透射孔135a的結構。
首先，為了調整被檢透鏡保持器131b的基準平面LS以便使其變得與反射光傳感器部130b的光軸垂直，將平面反射鏡(未在圖中示出)設置在被檢透鏡保持器131b的基準平面LS上。接著，使從反射光傳感器部130b射出的平行光線反射，並且利用反射光傳感器部130b內的由透鏡(焦點距離f7)136a和反射光傳感器部受光裝置136b構成的反射光傳感器部自動準直儀136來測定反射光線的角度。然後，通過透鏡保持器保持機構平臺部131c將該角度調整成針對反射光傳感器部130b的光軸為0度。
接下來，針對反射光傳感器部130b的光軸，對透射光傳感器部130c的透射光傳感器部自動準直儀138和透射光傳感器部光學系統137(聚光點位置檢測用受光元件)進行通過調整透射光傳感器部130c的XY面上的位置來進行的變成原點的調整(homing)。
在對本發明的第四實施形態的透鏡之面偏差量測定裝置進行初期設定的時候，作為調整用透鏡142使用平凸透鏡。第26圖示出了本發明的第四實施形態的透鏡之面偏差量測定裝置的初期設定時的環狀的聚焦光145a、環狀的反射光線145b和透過透鏡中心軸附近的平行光線的光路146的樣子。還有，將調整用透鏡142設置在被檢透鏡保持器143以便使調整用透鏡142的凸面朝向反射光傳感器部141a一側。然後，一邊在監視器141d上觀察通過利用數據處理部141c來對由透射光傳感器部141b內的透射光傳感器部自動準直儀(未在圖中示出)和透射光傳感器部受光裝置(未在圖中示出)傳送過來的圖像數據進行處理後而得到的圖像，一邊沿著Z軸方向調整透射光傳感器部保持機構平臺部144以便使聚光點像的面積變成最小。因為上述調整用透鏡142為平凸透鏡，所以透射光線的聚光點確實存在於透鏡中心軸上，從而可以將透射光傳感器部自動準直儀(未在圖中示出)和光傳感器部(未在圖中示出)的受光元件上的位置設為原點並存儲在數據處理部141c，還可以固定變成反射光傳感器部141a和透射光傳感器部141b的原點的XY位置。通過上述過程，可以使(調整用透鏡142的)透鏡中心軸與反射光傳感器部141a的光軸變得一致，並且使平行光線的光路146被照射在(調整用透鏡142的)透鏡中心附近。
如在前面所說明的那樣，對反射光傳感器部130b的光軸和用於保持被檢透鏡保持器131b的被檢透鏡保持部(未在圖中示出)的基準平面LS進行變成垂直的調整。還有，將平面反射鏡設置在被檢透鏡保持器131b處，並使從反射光傳 感器部130b照射出來的平行光線反射。然後，利用反射光傳感器部130b的反射光傳感器部自動準直儀136來測定與光軸的夾角。基於測定出的與光軸的夾角，進行調整以便使用於保持被檢透鏡保持器131b的被檢透鏡保持部(未在圖中示出)的角度變成針對反射光傳感器部130b的光軸為0度。另外，上述被檢透鏡保持部用於保持被檢透鏡保持器131b，與如上所說明的被檢透鏡保持部111同樣，形成基準平面LS。
下面，對利用本發明的透鏡之面偏差量測定裝置130來進行的用來測定被檢透鏡131a的面偏差量的事前的光軸對準(optical-axis alignment)和被檢透鏡保持器保持部131b的Z軸方向的位置調整，進行簡單的說明。通過利用反射光傳感器部130b的反射光傳感器部自動準直儀136來測定來自被檢透鏡131a的反射光線的角度，並且調整用於保持被檢透鏡保持部131b的透鏡保持器保持機構平臺部131c的XY面內的位置以便使測定角度變為0度，從而可以使反射光傳感器部130b的光軸(從反射光傳感器部130b照射出來的環狀的聚焦光的光軸)與透鏡中心軸變得一致。
在這裡，第27圖示出了在本發明的第四實施形態中，被檢透鏡的反射光線的光軸變成與被檢透鏡第一面的中心軸不一致的平行光線並被反射的樣子，即，第27圖示出了沒有被調整的狀態。還有，第28圖示出了被檢透鏡的反射光線的光軸變成與被檢透鏡第一面的中心軸一致的平行光線並被反射的樣子，即，第28圖示出了已被調整的狀態。
首先，將被檢透鏡150安裝在被檢透鏡保持器151 (被檢透鏡專用透鏡保持器)，並將其設置在被檢透鏡保持部(未在圖中示出)的基準平面LS上。
接下來，通過沿著Z軸方向調整被檢透鏡保持器131b，以便使從反射光傳感器部130b照射出來的環狀聚焦光152a和152b聚光的聚光點位置FP1移動到被檢透鏡第一面150a和被檢透鏡第一面150a的球心CN1的中間位置。作為結果，來自被檢透鏡第一面150a的反射光線152c和152d變成平行光線，回到反射光傳感器部130b並被入射。然後，該平行光線在半反射鏡32c被反射90度，並被入射到反射光傳感器部130b的反射光傳感器部自動準直儀136。通過該反射光傳感器部自動準直儀136，可以測定出平行光線與透鏡中心軸(被檢透鏡第一面的法線)的夾角θ0。然後，基於該夾角θ0，可以計算出聚焦光線聚光的聚光點位置FP1和透鏡中心軸(被檢透鏡第一面的法線)LZ的被檢透鏡保持器131b的面內XY偏差量。基於該XY偏差量，通過使透鏡保持器保持機構平臺部131c在XY面內移動來進行調整，從而使透鏡中心軸與透鏡之面偏差量測定裝置的光軸(即，環狀聚焦光的光軸)變得一致。通過該調整，被調整成使從反射光傳感器部130b同時照射出來的平行光線被平行地照射在透鏡中心軸，還被照射在被檢透鏡131a的中心附近。
還有，因為從反射光傳感器部130b與環狀聚焦光同時照射出來的平行光線的光軸被調整成與環狀聚焦光的光軸變得一致，所以本發明的第四實施形態的透鏡之面偏差量測定裝置130通過將從反射光傳感器部130b照射出來的平行光 線的光軸設為基準軸，並通過調整各自的平臺機構(即，透鏡保持器保持機構平臺部131c和透射光傳感器部保持機構平臺部139)來調整被檢透鏡保持器保持部131b和透射光傳感器部130c的光軸，從而可以進行透鏡之面偏差量測定裝置整體的光軸對準。
首先，通過沿著Z軸方向移動透鏡保持器保持機構平臺部131c，以便使從反射光傳感器部130b照射出來的環狀聚焦光(即，收斂光)的聚光點FP1位於被檢透鏡第一面的球心CN1和被檢透鏡第一面150a的中間。在此狀態下，透鏡保持器保持機構平臺部131c在XY平面沒有被調整，如第27圖所示，聚焦光152a和152b的光軸LF和透鏡的中心軸(被檢透鏡第一面的法線)LZ偏移了距離(XY偏差量)L1，並且反射光線152c和152d相對於透鏡的中心軸LZ傾斜。在這裡，通過使透鏡保持器保持機構平臺部131c在XY平面內移動來進行調整，從而使來自被檢透鏡第一面150a的反射光線152c和152d變成與透鏡的中心軸(被檢透鏡第一面的法線)LZ平行的光線。例如，將被檢透鏡第一面的曲率半徑設為r1的話，則可以用式25來表示距離(XY偏差量)L1。
亦就是說，通過反射光傳感器部的自動準直儀來測定出夾角θ0。然後，通過調整被檢透鏡保持器131b的透鏡保持器保持機構平臺部131c以便使該夾角θ0變為0度，從而可以調整成使反射光傳感器部130b的光軸與透鏡中心軸LZ變 得一致，即，可以調整成使距離L1變為0(L1=0)。通過這樣的調整，如第28圖所示，可以使聚焦光162a和162b在被檢透鏡第一面150a反射後得到的平行光線162c和162d的光軸與被檢透鏡第一面的中心軸變得一致。
另外，第29圖示出了從反射光傳感器部130b或141a分別被照射到被檢透鏡150的環狀的聚焦光180a的形狀和環狀的強度分佈180b。如第29圖所示，在與聚焦光180a的光軸垂直的面，為具有環狀的強度分佈180b的光線。示出了在被檢透鏡第一面150a作為維持了環狀的強度分佈181b的平行光線181a被反射的樣子。
對本發明的第四實施形態的透鏡之面偏差量測定裝置130的初期設定方法，特別是對透射光傳感器部130c的光軸角的調整進行說明。首先，透射光傳感器部130c的光軸是以從反射光傳感器部130b照射出來的光線的光軸為基準的。因此，利用透鏡138a將來自反射光傳感器部130b的光線變換成平行光線，該平行光線入射到透射光傳感器部光學系統137。然後，利用透射光傳感器部光學系統137內的透鏡137a在透射光傳感器部受光裝置137b聚光，測定該平行光線的角度。最後，基於該平行光線的角度，通過移動透射光傳感器部130c的透射光傳感器部保持機構平臺部139，將透射光傳感器部130c的光軸角度調整為0度。此外，作為透射光傳感器部保持機構平臺部139，可以使用旋轉平臺。
接下來，對利用本發明的透鏡之面偏差量測定裝置130並基於如第30圖所示那樣的被檢透鏡150的透射光線 的折射角度θ1的測定值來運算出被檢透鏡的面偏差量△2的方法進行簡單的說明。第30圖示出了與透鏡中心軸平行的平行光線Li入射到被檢透鏡150，在被檢透鏡第二面150b，由於在被檢透鏡150產生的面偏差量△2從而導致平行光線Li折射的樣子。
首先，為了測定如第30圖所示那樣的被折射的角度θ1，使用透射光傳感器部光學系統137。透射光傳感器部光學系統137由透鏡(焦點距離f11)137a和透射光傳感器部受光裝置137b構成。然後，透過被檢透鏡150的光線如第24圖所示那樣一旦在點D聚光之後，因透鏡(焦點距離f10)138a所起到的作用而變成平行光線，透過半反射鏡138c。接下來，因為跟在透鏡138a後面的透鏡(焦點距離f11)137a所起到的作用，所以光線聚光於透射光傳感器部受光裝置137b。因此，利用透射光傳感器部受光裝置137b可以檢測出聚光點位置。還有，在透射光傳感器部光學系統137中，如第24圖所示那樣，點D的位置和聚光點位置存在成像關係。通過如上所述那樣做，基於該聚光點位置的XY位置數據，數據處理部可以測定出θ1。
具體地說，利用如後述那樣的計算公式，事先計算出從被檢透鏡第二面的最下部的點到聚光點的距離B(下面亦稱為「後焦距B」或簡單地稱為「B」)。然後，在被檢透鏡150的焦點位置，測定平行光線的聚光點的XY位置，接下來，基於XY位置在透鏡中心軸LZ上設定原點，並運算出偏差量△1。接著，基於偏差量△1和後焦距B，運算出透過被檢 透鏡150的第二面150b的雷射入射平行光線的以透鏡中心軸LZ為基準的被折射的角度θ1。最後，將連接雷射入射平行光線Li與第二面150b的交點和第二面的球心(曲率中心)CN2的直線設為L，利用斯涅爾定律來運算出以透鏡中心軸LZ為基準的直線L的角度θ2。
具體地說，利用如後述那樣的計算公式，事先計算出從被檢透鏡第二面的最下部的點到聚光點的距離B(下面亦稱為「後焦距B」或簡單地稱為「B」)。然後，在被檢透鏡150的焦點位置，測定平行光線的聚光點的XY位置，接下來，基於XY位置在透鏡中心軸LZ上設定原點，並運算出偏差量△1。接著，基於偏差量△1和後焦距B，運算出透過被檢透鏡150的第二面150b的雷射入射平行光線的以透鏡中心軸LZ為基準的被折射的角度θ1。最後，將連接雷射入射平行光線Li與第二面150b的交點和第二面的球心(曲率中心)CN2的直線設為L，利用斯涅爾定律來運算出以透鏡中心軸LZ為基準的直線L的角度θ2。
接下來，對被檢透鏡150的面偏差量△2的具體的計算方法進行說明。在本發明的第四實施形態的透鏡之面偏差量測定裝置130中，計算面偏差量△2時所需要的參數為以下的參數。
n：被檢透鏡的材料的折射率
r1：被檢透鏡第一面曲率半徑
r2：被檢透鏡第二面曲率半徑
t：被檢透鏡的厚度
另外，例如，在數據處理部130d中事先設定上述參數。還有，本發明的透鏡之面偏差量測定裝置130使用被檢透鏡131a的中心附近的透射光線，來測定面偏差量△2。因此，由於透射光線透過被檢透鏡的近軸上，所以根據近軸近似來進行以下的計算。
首先，基於被檢透鏡150的厚度t、折射率n、第一面曲率半徑r1和第二面曲率半徑r2，並且利用式26，可以計算出被檢透鏡150的後焦距B。
接下來，將透過了被檢透鏡150的第二面的雷射入射平行光線的以透鏡中心軸LZ為基準的被折射的角度設為θ1。基於幾何學上的配置並使用偏差量△1和後焦距B，就可以用式27來表示角度θ1。
然後，將連接雷射入射平行光線與第二面的交點LN2和第二面的曲率中心CN2的直線設為L。接下來，利用如式4所示那樣的斯涅爾定律，可以計算出以透鏡中心軸LZ為基準的直線L的角度θ2。作為結果，通過對式28進行變形，就可以用式29來表示以透鏡中心軸LZ為基準的直線L的角度θ2。
【式28】nθ 2=θ 2+θ 1
然後，利用上述式29來消去θ1的話，就可以將式27變成式30。
在這裡，基於幾何學上的配置，就可以用式31來表示面偏差量△2。
【式31】△2=r 2 θ 2
將式30代入式31，就可以得到式32。
最後，利用參數和用來表示後焦距B的式26，將後焦距B從式32中消去的話，就可以得到式33，基於作為設計參數的聚光點偏差量△1、被檢透鏡第一面曲率r1、被檢透鏡第二面曲率r2、被檢透鏡的透鏡厚度t和被檢透鏡的折射率n，就可以計算出被檢透鏡第一面和第二面之間的面偏差量△2。
此外，在利用式33來計算面偏差量△2的情況下，不管被檢透鏡為凸透鏡還是為凹透鏡，均可以利用式33來測定出面偏差量△2。
還有，在本發明的透鏡之面偏差量測定裝置130中，即使利用環狀聚焦光，亦可以計算出面偏差量△2。在這種情況下，環狀聚焦光的聚光點從位於被檢透鏡第一面一側(反射光傳感器一側)的焦點FF(下面亦稱為「前焦點位置」)擴散。然後，對基於以透鏡中心軸LZ為基準並測定透過了被檢透鏡150的透射光線的角度θ1 '的面偏差量△2的計算方法進行說明。第31圖示出了光軸與被檢透鏡150的透鏡中心軸LZ一致的聚焦光入射到被檢透鏡150，然後，作為相對於透鏡中心軸LZ傾斜的平行光線LB從被檢透鏡150出射的樣子。將上述式28代入式31，就可以用式34來表示面偏差量△2。另外，在第31圖中，用θ1 '和θ2 '來取代θ1和θ2。
利用式34的話，就可以基於θ1 '來計算出面偏差量△2。θ1 '為從被檢透鏡的第二面150b出射的平行光線LB與透鏡中心軸LZ的夾角。因此，利用透射光傳感器部130c可以測定出θ1 '。在透射光傳感器部自動準直儀138中，因為是透鏡中心軸LZ成為基準的0度，所以通過透射光傳感器部自動準直儀138可以得到作為測定值的θ1 '。透射光傳感器部自動準直儀138由透鏡(焦點距離f10)138a、透射光傳感器部自動準直儀受光裝置138b和半反射鏡138c構成。根據這種結構，並因為透鏡(焦點距離f10)138a所起到的作用，所以透過了被檢透鏡150的平行光線LB經由半反射鏡138c聚光於透射光傳感器部自動準直儀受光裝置138b。因此，利用透射光傳 感器部自動準直儀受光裝置138b可以檢測出聚光點位置。最後，基於該聚光點位置的XY位置數據，數據處理部可以測定出θ1 '。另外，在利用式10來計算面偏差量△2的情況下，被檢透鏡被限定為凸透鏡。
如在前面所說明的那樣，根據本發明的第四實施形態的透鏡之面偏差量測定裝置，通過同時照射從反射光傳感器部的光軸來看光強度分佈呈環狀的聚焦光和被照射在被檢透鏡的中心附近的平行光線，在調整被檢透鏡的位置以便使被檢透鏡的透鏡中心軸(被檢透鏡第一面的法線)和反射光傳感器部的光軸變成一致之後，通過測定透過了被檢透鏡的光線的聚光點位置，從而不使被檢透鏡旋轉就可以測定出被檢透鏡的面偏差量。
如在前面所說明的那樣，在利用透過了被檢透鏡的透射光線的角度θ1 '來計算出面偏差量△2的方法中，通過從被檢透鏡的上述前焦點位置使擴散光線照射，並且測定透過了被檢透鏡的透射光線的方向與透鏡中心軸的夾角，從而不使被檢透鏡旋轉就可以測定出被檢透鏡的面偏差量。
根據本發明的透鏡之面偏差量測定裝置，因為不需要被檢透鏡旋轉機構，所以與作為先前技術的裝置相比，本發明的透鏡之面偏差量測定裝置具有更簡易的結構，並且還可以縮短測定時間。
另外，儘管對本發明的實施形態進行了說明，但上述實施形態僅僅是作為示例來說明的，上述實施形態并不限定本發明的範圍。本發明的實施形態不限於上述實施形態，可 在不脫離本發明要旨的範圍內進行各種各樣的省略、替換和改變。上述實施形態以及進行了各種各樣的省略、替換和改變之後的變形實施形態均被包含在本發明的範圍和要旨中，還被包含在申請專利範圍所記載的發明和其均等範圍內。
【產業上利用之可能性】
本發明可以應用於通過同時照射從反射光傳感器部的光軸來看光強度分佈呈環狀的聚焦光和被照射在被檢透鏡的中心附近的平行光線來測定出被檢透鏡的特性值。本發明特別適用於測定厚度200μm以下的薄型被檢透鏡的厚度。本發明還可以應用於在調整被檢透鏡的位置以便使被檢透鏡的透鏡中心軸(被檢透鏡第一面的法線)和反射光傳感器部的光軸變成一致之後，通過測定透過被檢透鏡的環狀的聚焦光或者被照射在被檢透鏡的中心附近的平行光線的聚光點位置，從而不使被檢透鏡旋轉就可以測定出被檢透鏡的面偏差量。

Claims (9)

  1. 一種光學元件特性測定裝置，其具備用於將在與光軸垂直的平面上光強度分佈呈環狀的聚焦光和在前述光軸上存在光強度分佈的中心的平行光線照射到被檢光學元件上之環狀聚焦光照射光部，其特徵在於：將前述被檢光學元件的在前述環狀聚焦光照射光部一側的一面作為表面，將前述表面的相反的一側作為背面；通過解析被前述被檢光學元件的前述表面或前述背面反射的光線的強度、解析透過前述被檢光學元件的光線的強度或者解析前述光線的光路，來測定前述被檢光學元件的形狀特性；前述光學元件特性測定裝置具備：反射光檢測部，將前述環狀的聚焦光照射到前述被檢光學元件上，使在前述被檢光學元件的表面產生的第一環狀像和在前述被檢光學元件的背面產生的第二環狀像都成像在受光面上，並且生成用於計算出前述第一環狀像和前述第二環狀像的光強度的數據；以及處理部，基於前述光強度相對於前述被檢光學元件在前述光軸方向上移動的距離的變化，計算出前述被檢光學元件的厚度；前述被檢光學元件為透鏡；前述處理部檢測出基於前述數據的前述第一環狀像和前述第二環狀像的光強度的變化的兩個極大值，並且使用作為與該兩個極大值相對應的前述被檢光學元件的移動距離的差的測定值d、前述被檢光學元件的材料的折射率n、前述被檢光學元件的曲率半徑r、前述曲率半徑r的中心點以及作為由前述光軸和前述聚焦光所構成的角度的前述聚焦光的聚光角θ1來計算出前述被檢光學元件的透鏡的厚度t；將連接前述被檢光學元件的表面的前述環狀的聚焦光折射的點C和前述被檢光學元件的背面的環狀的聚光點B的線段BC的斜率a和截距b分別設為和b=r-d，使用來計算出前述點C與前述環狀的聚焦光的光軸之間的距離e；在前述曲率半徑r為正(前述被檢光學元件為凸透鏡)的情況下，前述距離e的符號採用正的值，在前述曲率半徑r為負(前述被檢光學元件為凹透鏡)的情況下，前述距離e的符號採用負的值，使用來計算出前述被檢光學元件的透鏡的厚度t。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光學元件特性測定裝置，其中，前述環狀聚焦光照射光部具有光源、第一光學元件和第一透鏡；沿著前述光軸按前述光源、前述第一光學元件、前述第一透鏡的順序來配置前述光源、前述第一光學元件和前述第一透鏡；與前述光軸垂直的呈環狀的空隙形成於前述第一光學元件中；具有比前述環狀的空隙的內側的直徑小的直徑的前述第一透鏡被配置在前述第一光學元件，以便使前述光軸和前述第一透鏡的光軸變成大略一致。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之光學元件特性測定裝置，其中，前述光學元件特性測定裝置具備反射光傳感器部、透射光傳感器部以及數據處理部，前述反射光傳感器部具有用於將前述環狀的聚焦光照射到前述被檢光學元件上的前述環狀聚焦光照射光部，並且生成用於計算出在前述被檢光學元件的前述表面反射的環狀平行光線的光軸的反射角的第一聚光位置數據；前述透射光傳感器部生成用於計算出從前述環狀聚焦光照射光部被照射並透過前述被檢光學元件的光線的聚光點位置的第二聚光位置數據；前述數據處理部基於前述第一聚光位置數據計算出前述反射角，基於前述第二聚光位置數據計算出透過前述被檢光學元件的光線的前述聚光點位置；前述數據處理部基於前述第一聚光位置數據調整前述被檢光學元件的位置以便使前述被檢光學元件的透鏡中心軸和前述環狀聚焦光照射光部的光軸變成一致，並且基於前述聚光點位置，不使前述被檢光學元件旋轉就運算出前述被檢光學元件的面偏差量△2。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之光學元件特性測定裝置，其中，前述被檢光學元件為透鏡；前述處理部使用基於透過前述被檢光學元件的中心附近的透射平行光線的前述聚光點位置計算出的偏差量△1、前述被檢光學元件的材料的折射率n、前述被檢光學元件的前述表面的曲率半徑r1、前述被檢光學元件的前述背面的曲率半徑r2以及前述被檢光學元件的厚度t來計算出前述面偏差量△2。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之光學元件特性測定裝置，其中，使用來計算出前述前述面偏差量△2。
  6. 如申請專利範圍第3項所述之光學元件特性測定裝置，其中，前述被檢光學元件為透鏡；前述處理部使用基於通過在前述被檢光學元件的前述反射光傳感器部一側的焦點聚光的聚焦光透過前述被檢光學元件而得到的透射平行光線的前述透射光傳感器部的前述聚光點位置計算出的前述透射平行光線的折射角θ1 '、前述被檢光學元件的材料的折射率n以及前述被檢光學元件的前述背面的曲率半徑r2來計算出前述面偏差量△2。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之光學元件特性測定裝置，其中，使用來計算出前述前述面偏差量△2。
  8. 如申請專利範圍第1至7項中任一項所述之光學元件特性測定裝置，其中，用通過將三束以上的光束大略等間隔地配置在圓周上而得到的聚焦光來代替前述環狀的聚焦光。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之光學元件特性測定裝置，其中，使前述三束以上的光束通過的三個以上的孔形成於前述第一光學元件中。
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