WO2012132930A1 - レンズ測定装置 - Google Patents

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WO2012132930A1
WO2012132930A1 PCT/JP2012/056693 JP2012056693W WO2012132930A1 WO 2012132930 A1 WO2012132930 A1 WO 2012132930A1 JP 2012056693 W JP2012056693 W JP 2012056693W WO 2012132930 A1 WO2012132930 A1 WO 2012132930A1
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WO
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lens
light
deviation
test
optical axis
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PCT/JP2012/056693
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English (en)
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宗涛 葛
萍 孫
裕行 岩崎
Original Assignee
富士フイルム株式会社
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    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G01M11/02—Testing optical properties
    • G01M11/0242—Testing optical properties by measuring geometrical properties or aberrations
    • G01M11/0271—Testing optical properties by measuring geometrical properties or aberrations by using interferometric methods
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/2441—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures using interferometry
    • G—PHYSICS
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    • G01M11/02—Testing optical properties
    • G01M11/0242—Testing optical properties by measuring geometrical properties or aberrations
    • G01M11/025—Testing optical properties by measuring geometrical properties or aberrations by determining the shape of the object to be tested

Definitions

  • the present invention relates to a lens measuring apparatus that measures the relative amount of displacement between two front and back lens surfaces, and more specifically, the amount of displacement (surface displacement) due to parallel movement of the two front and back lens surfaces in a direction perpendicular to the optical axis. ) And a lens measuring device that measures a shift amount (surface tilt) due to relative rotation.
  • Lenses used in optical devices such as digital cameras and optical pickups are manufactured by molding, for example.
  • glass or resin is molded by a pair of molds.
  • the shape accuracy of the molded product depends on the accuracy of the mold and the meshing accuracy of the mold.
  • the optical performance is determined by the shape of the front and back lens surfaces depending on the surface accuracy of the inner surface (cavity portion) of the mold.
  • the mold engagement accuracy is poor, the front and back lens surfaces may be relatively misaligned or tilted, and the surface shape is molded with high accuracy.
  • it deteriorates the optical performance of the lens and causes wavefront aberration.
  • test lens the transmission wavefront of the lens (hereinafter referred to as the test lens) that is the subject is measured, so An apparatus for measuring the relative displacement between two lens surfaces is known (Patent Documents 1 and 2).
  • the optical axis of an optical system for performing wavefront measurement (hereinafter referred to as a measurement optical system) is measured. It is assumed that the lens is accurately adjusted with respect to the inspection lens.
  • the lens measuring device of the present invention includes a light source, a collimating lens, a branching member, a retroreflective member, a rotation mechanism, an imaging unit, an interference fringe analysis unit, and a deviation amount calculation unit.
  • the light source emits highly coherent light.
  • the collimating lens adjusts highly coherent light emitted from the light source into parallel light and makes it incident on a lens to be inspected.
  • the branching member branches the highly coherent light adjusted to parallel light into test light that enters the test lens and reference light that does not pass through the test lens.
  • the retroreflective member reflects the test light incident from the branching member and passed through the test lens in a direction of incidence, and recursively so as to become parallel light after passing through the test lens again. reflect.
  • the rotation mechanism rotates the relative positional relationship between the retroreflective member and the test lens by 180 degrees around the optical axis.
  • the imaging unit images an interference fringe between the reference light and the test light carrying information on the test lens via the test lens and the retroreflective member. Further, the imaging unit images the first interference fringe with the rotation mechanism in a predetermined state of the positional relationship between the retroreflective member and the test lens, and the positional relationship between the retroreflective member and the test lens is in the predetermined state.
  • the second interference fringes are imaged in a state of 180 degrees with respect to the angle.
  • the interference fringe analysis unit calculates a wavefront aberration caused by passing through the test lens by analyzing the interference fringes.
  • the wavefront aberration is calculated for each of the first interference fringes and the second interference fringes.
  • the deviation amount calculation unit calculates a deviation between the two lens surfaces of the test lens based on the wavefront aberration calculated from the first interference fringe and the wavefront aberration obtained from the second interference fringe. calculate.
  • the deviation amount calculation unit calculates an amount of deviation due to the two lens surfaces of the test lens being shifted in a direction perpendicular to a predetermined optical axis.
  • the deviation amount calculation unit calculates the amount of surface tilt due to the rotation of the two lens surfaces of the test lens with respect to a predetermined optical axis.
  • the interference fringe analysis unit calculates the coefficient of each term of the equation based on the interference fringe so that the interference fringe is represented by an equation having a Zernike polynomial as each term. Wavefront aberration is calculated. Further, the deviation amount calculation unit stores in advance the wavefront aberration mode of the reference lens without the deviation as the coefficient when expressed by the above equation, and the test object calculated by the interference fringe analysis unit It is preferable to calculate the wavefront aberration due to the shift based on the coefficient representing the wavefront aberration due to the lens and the coefficient representing the wavefront aberration due to the reference lens.
  • the deviation amount calculation unit calculates a value obtained by averaging the deviation calculated based on the wavefront aberration calculated from the first interference fringe and the deviation calculated based on the wavefront aberration calculated from the second interference fringe. It is preferable to calculate the deviation of the lens to be examined.
  • the deviation amount calculation unit calculates coma aberration based on the coefficient, and calculates the deviation from the calculated coma aberration.
  • the deviation amount calculation unit calculates third-order coma aberration and fifth-order coma aberration as the coma aberration.
  • the predetermined direction of the test lens is x
  • the direction perpendicular to the x direction is y
  • the x direction component of the third order coma aberration is C 3 x
  • the y direction component is C 3 y
  • the fifth order coma aberration is
  • the x-direction component is C 5 x
  • the y-direction component is C 5 y
  • the direction component is ⁇ x
  • the y direction component is ⁇ y
  • the x direction component of the surface tilt ⁇ due to the rotation of the two lens surfaces of the lens to be tested with respect to a predetermined optical axis is ⁇ x
  • the y direction When the component is ⁇ y, it is preferable that the deviation amount calculation unit calculates the surface deviation ⁇ and the surface tilt ⁇ based on the following formula using a known coefficient ⁇ by simulation.
  • the interferometer formed including the light source, the collimating lens, the branch member, and the retroreflective member is a Fizeau interferometer.
  • test lens is an aspheric lens in which at least one of the front and back lens surfaces is formed as an aspheric surface.
  • the test lens 10 formed by mold shaping is an aspheric lens and is rotationally symmetric. Further, the first lens surface 11 and the second lens surface 12 are provided on the front and back sides. Hereinafter, both the first lens surface 11 and the second lens surface 12 are assumed to be aspherical surfaces.
  • first lens surface 11 and the second lens surface 12 there is a flange-shaped edge portion 13 projecting laterally (in the xy plane) from the first lens surface 11 and the second lens surface 12.
  • the surface of the edge portion 13 (hereinafter referred to as the edge surface) on which the first lens surface 11 and the second lens surface 12 are formed is an annular plane so as to border the first lens surface 11 and the second lens surface 12 respectively. Formed with.
  • the edge portion 13 becomes the outer shape of the lens 10 to be tested, and the outer shape and the edge surface are used for alignment when incorporated in a device such as an optical pickup.
  • the first lens surface 11 and the second lens surface 12 are formed at the center of the edge portion 13.
  • a rotationally symmetric axis L0 which is determined at the center of the edge portion 13 and passes through the center point of the outer shape of the lens 10 to be tested and is perpendicular to the edge surface, is a design optical axis of the lens 10 to be examined. is there.
  • An axis L1 passing through the center C1 of the curvature circle 16 at the center of the first lens surface 11 and passing through the center of the first lens surface 11 is the optical axis of the first lens surface 11.
  • an axis L2 passing through the center C2 of the curvature circle 17 at the center of the second lens surface 12 and passing through the center of the second lens surface 12 is the optical axis of the second lens surface 12.
  • the first lens surface 11 and the second lens surface 12 may be relatively displaced. As described below, there are two types of relative displacements: surface displacement and surface tilt.
  • a shift deviation in which the optical axis L1 of the first lens surface 11 and the optical axis L2 of the second lens surface 12 are translated in a plane perpendicular to the optical axis L0 is a surface deviation.
  • the surface misalignment is caused when the centers of the molds do not coincide with each other when the test lens 10 is molded.
  • the total amount ⁇ hereinafter referred to as the relative deviation between the optical axis L1 and the optical axis L2.
  • Wavefront aberration (specifically coma aberration) corresponding to the amount of surface deviation ⁇ is generated.
  • the surface deviation amount ⁇ is the sum of the shift amount ⁇ 1 of the optical axis L1 with respect to the optical axis L0 and the shift amount ⁇ 2 of the optical axis L2 with respect to the optical axis L0.
  • FIG. 4 schematically illustrates an example in which the shift of the optical axis L1 of the first lens surface 11 and the optical axis L2 of the second lens surface 12 occurs along a predetermined cross-sectional direction.
  • the shift shift of the optical axis L1 of the surface 11 and the shift shift of the optical axis L2 of the second lens surface 12 often occur in different directions.
  • An orthogonal xy plane is defined with the point on the optical axis L0 (the center point of the lens 10 to be tested) as the origin (see FIG. 1), and the shifts of the optical axes L1 and L2 are each represented by a vector.
  • the x-direction component of the deviation amount ⁇ 1 of the optical axis L1 is ⁇ 1x
  • the y-direction component is ⁇ 1y
  • the x-direction component of the deviation amount ⁇ 2 of the optical axis L2 is ⁇ 2x
  • the y-direction component is ⁇ 2y
  • the surface deviation amount ⁇ is also ⁇ x
  • the y-direction component is ⁇ y.
  • the surface deviation amounts ⁇ x and ⁇ y in each direction are calculated individually.
  • the deviation of the rotation of the optical axis L1 of the first lens surface 11 and the optical axis L2 of the second lens surface 12 with respect to the optical axis L0 is a surface tilt.
  • the surface tilt is caused by the relative inclination of the mold (particularly, the portion forming each lens surface) when the test lens 10 is molded.
  • a total amount ⁇ hereinafter, referred to as relative displacement between the optical axis L1 and the optical axis L2.
  • Wavefront aberration specifically coma aberration
  • the surface tilt amount ⁇ is an angle formed by the optical axis L1 and the optical axis L2. Unlike the case of surface misalignment, this is not the sum of the rotation amount ⁇ 1 of the optical axis L1 relative to the optical axis L0 and the rotation amount ⁇ 2 of the optical axis L2 relative to the optical axis L0.
  • FIG. 5 schematically illustrates an example in which the rotation of the optical axis L1 of the first lens surface 11 and the optical axis L2 of the second lens surface 12 occurs along a predetermined cross section of the lens 10 to be examined.
  • the rotation of the optical axis L1 of the first lens surface 11 and the rotation of the optical axis L2 of the second lens surface 12 often occur in different directions.
  • the z axis is defined along the optical axis L0, and the x, y, z direction components of the rotation amounts ⁇ 1, ⁇ 2 of the optical axes L1, L2 are represented by ( ⁇ 1x, ⁇ 1y.
  • sqrt means a square root.
  • both the surface displacement and the surface tilt are individually described. However, both the surface displacement and the surface tilt occur in the test lens 10. In the measurement apparatus described below, both the surface deviation and the surface tilt of the lens 10 to be measured are calculated by wavefront measurement.
  • the measuring device 21 includes a movable part 22, a light source part 23, an imaging part 24, and a control part 25.
  • the measuring device 21 captures an image of the transmitted wavefront of the test lens 10 as interference fringes, and the surface deviation and surface tilt of the test lens 10 based on the ratio of each Zernike mode component of the obtained transmitted wavefront. Measure.
  • the movable unit 22 includes a retroreflecting unit 31, a lens holding unit 32, a reference plate 33, and the like.
  • the movable part 22 shows only a member whose position, inclination, etc. are adjusted by the control part 25 in the measurement optical system 51 (see FIG. 7) provided in the measurement apparatus 21. The configuration of the entire measurement optical system will be described later.
  • the retroreflecting unit 31 includes a stage 36, a rotating mechanism 37, and a null mirror 38.
  • the stage 36 moves the retroreflecting unit 31 freely in two directions in a plane perpendicular to the imaging optical axis P0 of the imaging unit 24 and freely moves along the imaging optical axis P0.
  • the stage 36 makes the reflected optical axis of the null mirror 38 coincide with the imaging optical axis P0 by moving in a plane perpendicular to the imaging optical axis P0.
  • the stage 36 moves the retroreflecting unit 31 along the photographic optical axis P0 so that the stage 36 moves away from the imaging unit 24 when the lens 10 to be tested is exchanged, or the stage 36 is moved away from the imaging unit 24. Adjust the optical path length between.
  • the rotation mechanism 37 is provided on the stage 36, and a null mirror 38 is attached to the test lens 10 side.
  • the rotation mechanism 37 is rotatable around a predetermined rotation axis Q0 with respect to the stage 36.
  • the rotation mechanism 37 is provided such that the rotation axis Q0 is positioned at the center of the stage 36, and the rotation axis Q0 and the imaging optical axis P0 are matched by the movement of the stage 36. Therefore, the rotation mechanism 37 is rotatable around the imaging optical axis P0, and when measuring the wavefront of the lens 10 to be measured, the null mirror 38 is rotated by 180 degrees around the imaging optical axis P0 based on the control of the control unit 25.
  • the null mirror 38 is a retroreflective member that reflects light that has passed through the test lens 10 toward the test lens 10 again.
  • the shape of the reflecting surface of the null mirror 38 (retroreflecting surface 38a: see FIG. 7) is determined according to the first lens surface 11 and the second lens surface 12 of the test lens 10 so that the null mirror 38 has the above-described characteristics. It has been. Accordingly, the null mirror 38 is a mirror dedicated to the test lens 10 having the first lens surface 11 and the second lens surface 12.
  • the null mirror 38 is provided on the rotating mechanism 37 so as to be replaceable.
  • the null mirror 38 is attached to the test lens. A corresponding null mirror is used.
  • the lens holding part 32 is a holding member that holds the test lens 10 so that the optical axis L0 coincides with the imaging optical axis P0.
  • the lens holding part 32 holds the test lens 10 with the edge part 13, and includes the first lens surface 11 and the first lens surface 11.
  • the entire lens surface 12 has an opening that is exposed.
  • the lens holding unit 32 is provided so as to be movable in a plane perpendicular to the imaging optical axis P0, and based on the control of the control unit 25, a measurement position for measuring the wavefront of the lens 10 to be measured, and the imaging light
  • the test lens 10 is moved to the retracted position where the test lens 10 is retracted from the axis P0.
  • the lens replacement mechanism (not shown) causes the test lens 10 to be held to be the test lens 10 that performs wavefront measurement next to the test lens 10 that has completed the wavefront measurement. Exchanged. When the new test lens 10 is held, the test lens 10 is moved to the measurement position.
  • the reference plate 33 is a branching member that is held by the reference plate holding unit 41 and branches the light I incident along the imaging optical axis P0 from the light source unit 23 into the reference light R1 and the test light R2 (FIG. 7). reference).
  • the reference light R1 is reflected light obtained by reflecting light incident from the light source unit 23 along the imaging optical axis P0 by the reference plate 33.
  • the test light R2 is transmitted light that passes through the reference plate 33, passes through the test lens 10 and is retroreflected by the null mirror 38, and then interferes with the reference light R1 again through the test lens 10 and the reference plate 33. To do.
  • the reference plate holding unit 41 is a holding member that holds the reference plate 33 movably along the imaging optical axis P ⁇ b> 0, and moves the reference plate 33 based on the control of the control unit 25.
  • the reference plate holding unit 41 includes, for example, a piezo element and the like, and can finely adjust the position of the reference plate 33 along the imaging optical axis P0.
  • the imaging unit 24 images the interference fringes caused by the reference light R1 and the test light R2 branched by the reference plate 33.
  • the imaging unit 24 captures two types of interference fringe images (hereinafter referred to as fringe images) of the 0-degree fringe image 42 and the 180-degree fringe image 43 for one lens 10 to be examined.
  • the 0-degree fringe image 42 is an interference fringe image obtained by imaging the null mirror 38 at a position with a predetermined angle as a reference (hereinafter referred to as a reference position).
  • the 180-degree fringe image 43 is an interference imaged at a position where the direction of the null mirror 38 when the 0-degree fringe image 42 is imaged is rotated 180 degrees around the imaging optical axis P0 by the rotation mechanism 37 (hereinafter referred to as a rotation position). It is a fringe image.
  • the captured 0 degree stripe image 42 and 180 degree stripe image 43 are input to the control unit 25.
  • the measurement when the null mirror 38 is set to the reference position is referred to as 0 degree measurement
  • 180 degree measurement the measurement when the null mirror 38 is set to the rotation position.
  • the control unit 25 is a control device that comprehensively controls the measurement device 21, for example, an input device such as a keyboard or a mouse, a display device that displays a 0-degree fringe image 42 or 180-degree fringe image, a wavefront measurement result, and the like.
  • a so-called computer having a storage device (not shown) for storing data necessary for wavefront measurement of the lens 10 to be measured and control of each part of the measuring apparatus 21.
  • the control unit 25 controls the operation of the stage 36, the rotation mechanism 37, the lens holding unit 32, and the reference plate holding unit 41. Further, by controlling these operations, the null mirror 38 is switched between the reference position and the rotation position, and the optical path length at the time of wavefront measurement is adjusted.
  • the control unit 25 includes an interference fringe analysis unit 44 and a deviation amount calculation unit 45.
  • the interference fringe analysis unit 44 analyzes the interference fringes projected on the 0-degree fringe image 42 and the 180-degree fringe image 43 captured by the imaging unit 24, thereby changing the wavefront mode of the lens 10 to be measured in the Zernike mode. To express.
  • the deviation amount calculation unit 45 calculates the surface deviation amount ⁇ and the surface tilt amount ⁇ of the lens 10 to be measured based on the wavefront aberration analyzed by the interference fringe analysis unit 44. Further, the deviation amount calculation unit 45 stores in advance interference fringe data (hereinafter referred to as reference fringe data) obtained by the test lens 10 and the null mirror 38 when the test lens 10 is accurately formed. Yes.
  • the reference fringe data is obtained by computer simulation.
  • the deviation amount calculation unit 45 calculates a difference D0 between the wavefront aberration data (hereinafter referred to as 0 degree wavefront data) based on the 0 degree fringe image 42 and the reference fringe data, and is caused by the deviation of the surface of the lens 10 to be examined and the surface tilt.
  • the generated wavefront aberration is calculated as each component of the Zernike mode.
  • the interference fringe analysis unit 44 determines the surface deviation and surface tilt of the lens 10 to be detected from the difference D180 between the wavefront aberration data (hereinafter referred to as 180 degree wavefront data) based on the 180 degree fringe image 43 and the reference fringe data. Is calculated as each component of the Zernike mode.
  • the deviation amount calculation unit 45 based on the difference D0, to calculate the surface deviation amount delta 0 and tilt amount Omega 0 at 0 ° measurement. Similarly, based on the difference D180, it calculates the surface deviation amount delta 180 and tilt amount Omega 180 at 180 degrees measured. Further, the deviation amount calculation unit 45 uses the surface deviation amount ⁇ 0 and the surface tilt amount ⁇ 0 at the time of 0 degree measurement, and the surface deviation amount ⁇ 180 and the surface tilt amount ⁇ 180 at the time of 180 degree measurement, and uses the error of the measuring device 21. Regardless of the above, the accurate values of the face deviation amount ⁇ and the face tilt amount ⁇ are calculated.
  • the measurement optical system 51 of the measurement apparatus 21 is a so-called Fizeau interferometer, and includes a light source unit 23, a beam splitter 52, a collimator lens 53, a reference plate 33, and a null mirror 38.
  • the test lens 10 is disposed between the reference plate 33 and the null mirror 38.
  • the light source unit 23 includes a laser light source 54 that generates highly coherent laser light and a beam diameter expanding lens 56.
  • the laser light emitted from the laser light source 54 is converged by the beam diameter enlarging lens 56 and enters the beam splitter 52.
  • the laser light incident on the beam splitter 52 is reflected in the direction of the null mirror 38 by the semi-transmissive film 52 a of the beam splitter 52, so that the beam diameter is enlarged and incident on the collimator lens 53.
  • the laser beam whose beam diameter is enlarged and incident on the collimating lens 53 is adjusted in wavefront in a direction perpendicular to the imaging optical axis P0 by the collimating lens 53 and is incident on the reference plate 33 as parallel light I.
  • the reference plate 33 is a wedge-shaped plate-like member, and has a reference surface 33a perpendicular to the imaging optical axis P0 and an inclined surface 33b inclined with respect to the imaging optical axis P0.
  • a semi-permeable membrane is provided on the reference surface 33a, and a part of the parallel light I incident on the reference plate 33 is reflected by the reference surface 33a and becomes reflected light R1 traveling in the incident direction of the parallel light I.
  • the parallel light I transmitted through the reference surface 33 a is reflected by the null mirror 38 through the test lens 10, and enters the reference plate 33 through the test lens 10 again. Part of the reflected light from the null mirror 38 passes through the reference surface 33a and becomes reflected light R2.
  • Reflected light R1 and reflected light R2 interfere.
  • the interference light in which the reflected light R ⁇ b> 1 and the reflected light R ⁇ b> 2 are combined passes through the collimator lens 53, is converged to the beam splitter 52 side, passes through the beam splitter 52, and enters the imaging unit 24.
  • the imaging unit 24 includes an imaging lens 58 and an imaging element 59.
  • the imaging lens 58 makes the interference light incident from the beam splitter 52 incident with a diameter corresponding to the imaging surface of the imaging element 59.
  • the image sensor 59 captures the interference fringes of the incident interference light as described above as a fringe image.
  • the measurement optical system 51 images the wavefront aberration mode of the lens 10 to be examined.
  • a part of the parallel light I is also reflected by the inclined surface 33b, but the reflected light R3 from the inclined surface 33b is reflected by the imaging optical axis P0 because the inclined surface 33b is inclined with respect to the imaging optical axis P0. Deviate from. For this reason, it does not affect the imaging of a striped image.
  • the measuring device 21 configured as described above is used as described below, and calculates the surface deviation amount ⁇ ( ⁇ x, ⁇ y) and the surface tilt amount ⁇ ( ⁇ x, ⁇ y) of the lens 10 to be tested.
  • the measurement device 21 is calibrated.
  • the null mirror 38 is installed on the rotation mechanism 37 so that the optical axis of the null mirror 38 and the rotation axis Q0 of the rotation mechanism 37 coincide.
  • the optical axis of the null mirror 38 and the rotation axis Q 0 automatically coincide with each other due to the holding structure on the rotation mechanism 37.
  • the rotation mechanism 37 and the null mirror 38 are moved by the stage 36 so that the rotation axis Q0 and the imaging optical axis P0 coincide.
  • the lens holding unit 32 holds a reference lens (not shown) formed in an accurate shape without surface deviation and surface tilt, captures a fringe image by the reference lens, and measures the transmitted wavefront of the reference lens. To do.
  • the measuring device 21 calculates the direction and amount of the positional deviation between the optical axis of the null mirror 38 and the rotation axis Q0 of the rotation mechanism 37 and the imaging optical axis P0 by measuring the wavefront aberration of the reference lens. And the imaging optical axis P0 are adjusted.
  • the interference fringe analysis unit 44 develops the fringe image by the reference lens in the Zernike mode, and determines the coefficient of each term.
  • the deviation amount calculation unit 45 calculates the difference D between the coefficient of each Zernike mode term obtained by the interference fringe analysis unit 44 and the reference fringe data, thereby calculating the optical axis of the null mirror 38 (retroreflecting unit 31).
  • the wavefront aberration generated by the relative positional deviation of the imaging optical axis P0 is calculated.
  • the deviation amount calculation unit 45 calculates the direction and amount of the positional deviation of the reference lens based on the difference D.
  • control unit 25 drives the stage 36 according to the direction and amount of the positional shift of the null mirror 38 calculated by the shift amount calculation unit 45, and the optical axis of the null mirror 38, the rotation axis Q0 of the rotation mechanism 37, and the imaging optical axis. Match P0.
  • the measurement of the surface deviation and the surface tilt of the test lens 10 is performed after the above calibration is completed. For this reason, in the following, it is assumed that the optical axis of the null mirror 38 and the imaging optical axis P0 coincide. However, since the arrangement of the reference lens by the lens holding unit 32 depends on the mechanical accuracy, there is a slight error.
  • the lens holding unit 32 holds the test lens 10 and moves the test lens 10 to the measurement position. Then, the angle of the null mirror 38 is set at the reference position, the wavefront measurement of the lens 10 to be tested is performed, and a 0-degree fringe image 42 is obtained.
  • the interference fringe analysis unit 44 fits the interference fringes projected on the obtained 0-degree fringe image 42 to the transmission wavefront of the lens 10 to be examined using an equation having Zernike mode polynomials as terms, and calculates the coefficients of the terms. decide.
  • the interference fringe analysis unit 44 inputs the coefficient A0 j of each term determined by the fitting to the deviation amount calculation unit 45 as 0 degree wavefront data.
  • the deviation amount calculation unit 45 stores, as reference fringe data, the coefficients (hereinafter referred to as ⁇ j ) of each term when the test lens 10 is accurately formed in advance, and thus the deviation amount calculation unit 45. Calculates the difference D0 j between the 0-degree wavefront data A0 j and the reference fringe data ⁇ j . If the test lens 10 is accurately formed, this difference is zero. On the other hand, if there is a tilt surface misalignment or the target lens 10, the difference D0 j 0 ° wavefront data A0 j and the reference fringe data alpha j is a value corresponding to the plane shift amount and tilt amount.
  • surface misalignment and surface tilt represent coefficients A0 7 and A0 8 of Zernike modes Z 7 and Z 8 representing third-order coma aberration, and fifth-order coma aberration.
  • the Zernike modes Z 14 and Z 15 to be expressed appear in the coefficients A 0 14 and A 0 15 .
  • the coefficient ⁇ is a known amount by simulation. Therefore, the deviation amount calculation unit 45 calculates the surface deviation amount ⁇ and the surface tilt amount ⁇ based on (5) to (8).
  • the coefficients A at the time of 180 degree measurement are A180 7 , A180 8 , A180 14 , and A180 15 .
  • the difference D is D180 7 , D180 8 , D180 14 , and D180 15 .
  • the deviation amount calculation unit 45 calculates an accurate surface tilt amount ⁇ from which the arrangement error of the null mirror 38 and the test lens 10 is removed, using the surface tilt amounts ⁇ 0 and ⁇ 180 .
  • the contribution to the surface deviation amounts ⁇ 0 , ⁇ 180 due to the optical axis deviation of the null mirror 38 is Ga
  • the contribution of the placement error of the lens 10 to the lens holding member 32 is Gb
  • the mechanical error of the measuring device 21 is represented.
  • the appearance is also reversed with the degree measurement, and the sign is reversed with the following formula.
  • ⁇ 0 ⁇ + Ga + Gb +...
  • ⁇ 180 ⁇ -Ga-Gb -...
  • the contribution of the surface tilt amount ⁇ 0 , ⁇ 180 due to the optical axis deviation of the null mirror 38 to Ha the contribution of the placement error of the lens 10 to the lens holding member 32 to Hb, etc.
  • the measured surface tilt amounts ⁇ 0 , ⁇ 180 , the true surface tilt amount ⁇ , and the various errors Ha, Hb,... Therefore, the true surface tilt amount ⁇ obtained based on the wavefront measurement does not change even when the test lens 10 is rotated, but the mechanical error is 180 degrees and 180 degrees due to the inversion of the test lens 10.
  • the appearance is also reversed with the degree measurement, and the sign is reversed with the following formula.
  • the measuring apparatus 21 uses a surface deviation amount delta 0 and tilt amount Omega 0 obtained at 0 ° measurement, a surface deviation amount delta 0 and tilt amounts Omega 180 was obtained in 180 measurements, A true surface deviation amount ⁇ and a surface tilt amount ⁇ are calculated excluding mechanical errors of the measuring device 21. Therefore, it is possible to calculate the surface deviation amount ⁇ and the surface tilt amount ⁇ more accurately as compared with a conventional measuring device of the same type. For the same reason, by performing 0 degree measurement and 180 degree measurement at the time of calibration, the measurement apparatus 21 can perform calibration more accurately than a conventional homogeneous measurement apparatus.
  • the measuring device 21 calculates the true surface deviation amount ⁇ and the surface tilt amount ⁇ , the optical axis of the null mirror 38 and the arrangement of the lens 10 to be tested need only be at a predetermined position. Therefore, the measuring device 21 can calculate the accurate surface misalignment amount ⁇ and surface tilt amount ⁇ without performing strict calibration. Thereby, the surface shift
  • the Fizeau interferometer has been described by taking the measurement optical system 51 as an example, but the present invention is not limited to this.
  • the measurement optical system 51 may be configured with a Michelson interferometer or the like.
  • the lens 10 may be rotated while the null mirror 38 is fixed.
  • a rotation mechanism that rotates the test lens 10 held by the lens holding unit 32 by 180 degrees may be provided.
  • the entire measurement optical system 51 may be rotated with respect to the test lens 10.
  • a rotation mechanism that rotates the entire measurement optical system 51 is provided, and the lens holding unit 32 and the measurement optical system 51 are not physically interfered by the rotation of the measurement optical system 51.
  • a space having an angle larger than 180 degrees may be provided as a portion where 32 enters and exits.
  • the rotation mechanism 37 is provided on the stage 36 and the null mirror 38 is disposed on the rotation mechanism 37 as the retroreflecting unit 31 .
  • the rotation mechanism 37 only needs to be able to rotate the null mirror 38 for 0 degree measurement and 180 degree measurement. Therefore, the stage 36 and the rotation mechanism 37 may be exchanged, the stage 36 and the null mirror 38 may be disposed on the rotation mechanism 37, and the entire stage 36 and the null mirror 38 may be rotated by the rotation mechanism 37.
  • the measurement apparatus 21 that measures the transmitted wavefront of the lens 10 to be measured using the null mirror 38 has been described as an example.
  • the wavefront measurement of the first lens surface 11 and the second lens surface 12 may be performed using the reflected light from the first lens surface 11 and the second lens surface 12 of the test lens 10.
  • This example will be described below as a second embodiment.
  • the description of the same members as those of the measuring device 21 of the first embodiment is omitted.
  • the measurement apparatus 60 includes a first interferometer 61 and a first interferometer 61 that perform wavefront measurement of the first lens surface 11 on the lens 10 to be measured held by the lens holding unit 32.
  • a first rotation mechanism 62 that holds the whole around the rotation axis Q 1
  • a stage 63 that adjusts the positions of the first interferometer 61 and the first rotation mechanism 62
  • a second wavefront measurement of the second lens surface 12 The interferometer 64 and the second interferometer 64 are provided with a stage 66 that adjusts the positions of the second rotation mechanism 65, the second interferometer 64, and the second rotation mechanism 65 that hold the whole of the second interferometer 64 rotatably around the rotation axis Q2.
  • the first interferometer 61 captures an interference fringe using reflected light from a minute region near the center of the first lens surface 11 and performs a wavefront measurement of the first lens surface 11.
  • It is a microscopic interferometer, and includes a light source unit 71, an objective lens unit 72, a first imaging unit 73, a second imaging unit 74, and the like.
  • the light source unit 71 includes a low coherence light source 71a and a collimating lens 71b.
  • the low coherence light source 71a is a light source that generates low coherence light, such as an SLD (super luminescent diode).
  • the low coherence light emitted from the low coherence light source 71a is adjusted to parallel light by the collimating lens 71b. Therefore, the light source unit 71 causes the low-coherence parallel light to enter the beam splitter 76.
  • the low coherence light that has entered the beam splitter 76 is reflected by the semipermeable membrane 76 a and enters the objective lens unit 72.
  • the objective lens unit 72 includes an objective lens 72a, a half mirror 72b, and a minute reflecting mirror 72c.
  • the objective lens 72 a converges the low coherence light incident on the objective lens unit 72 to a minute region near the center of the first lens surface 11.
  • a half mirror 72b is provided in front of the objective lens 72a (on the side of the lens 10 to be examined).
  • the half mirror 72b is a branching member that branches the low-coherence light converged by the objective lens 72a into test light and reference light.
  • the component that becomes the test light is transmitted through the half mirror 72 b and converged to a minute region near the center of the first lens surface 11. Then, by being reflected by the first lens surface 11, information on wavefront aberration by the first lens surface 11 is carried. Thereafter, the light passes through the half mirror 72 b, is further adjusted to parallel light by the objective lens 72 a, and is emitted from the objective lens unit 72.
  • the component serving as the reference light is reflected by the half mirror 72b and enters the minute reflecting mirror 72c.
  • the micro-reflecting mirror 72c is provided at the center of the lens surface of the objective lens 72a on the side of the test lens 10, and reflects the reference light.
  • the reference light is reflected by the minute reflecting mirror 72 c, it is reflected again by the half mirror 72 b, further adjusted to parallel light by the objective lens 72 a, and emitted from the objective lens unit 72.
  • the objective lens unit 72 includes an adjustment mechanism (for example, a piezo element) that adjusts the position of the half mirror 72b so that the reference light is emitted from the objective lens unit 72 as described above.
  • the position adjustment of the half mirror 72b is performed by the control unit 25 controlling the adjustment mechanism.
  • the reference light and the test light emitted from the objective lens unit 72 pass through the beam splitter 76 and enter the beam splitter 77. Then, the light is reflected by the semipermeable membrane 77 a of the beam splitter 77 and enters the first imaging unit 73.
  • the first imaging unit 73 includes a first imaging element 73a and an imaging lens 73b.
  • the reference light and the test light incident on the first imaging unit 73 are incident on the imaging surface of the first imaging element 73a by the imaging lens 73b.
  • the first image sensor 73a images the interference fringes caused by the reference light and the test light. Then, the 0 degree stripe image 42 is input to the control unit 25 at the time of 0 degree measurement, and the 180 degree stripe image 43 is input to the control unit 25 at the time of 180 degree measurement.
  • the light transmitted through the beam splitter 77 is incident on the second imaging unit 74.
  • the second imaging unit 74 is used when the measurement device 60 is aligned.
  • the alignment of the measuring device 60 referred to here is an alignment in which the rotation axis Q1 of the first interferometer 61 and the rotation axis Q2 of the second interferometer 64 coincide with each other. This is done by measuring the wavefront of an alignment element such as.
  • the second imaging unit 74 includes a second imaging element 74a and an imaging lens 74b.
  • the center (imaging optical axis) of the second imaging element 74a is arranged so as to coincide with the rotation axis Q1 of the first interferometer 61, and the test light by the reference light and the alignment element passes through the imaging lens 74b.
  • the second image sensor 74 a captures the interference fringes due to the reference light and the test light, and inputs the 0-degree fringe image and the 180-degree fringe image during alignment to the control unit 25.
  • the second interferometer 64 captures interference fringes using reflected light from a minute region near the center of the second lens surface 12 and performs microscopic interference for measuring the wavefront of the second lens surface 12. It is a total. Therefore, the second interferometer 64 has the same configuration as that of the first interferometer 61, and includes a light source unit 81, an objective lens unit 82, a first imaging unit 83, a second imaging unit 84, beam splitters 86 and 87, and the like. .
  • the light source unit 81 includes a low coherence light source 81a and a collimating lens 81b.
  • the objective lens 82 includes an objective lens 82a, a half mirror 82b, and a minute reflecting mirror 82c.
  • the first imaging unit 83 includes a first imaging element 83a and an imaging lens 83b, and the second imaging unit 84 includes a second imaging element 84a and an imaging lens 84b.
  • the beam splitter 86 has a semipermeable membrane 86a, and the beam splitter 87 has a semipermeable membrane 87a. Since each part of these 2nd interferometers 64 is the effect
  • the measuring device 60 configured as described above is used as described below, and calculates the surface deviation amount ⁇ and the surface tilt amount ⁇ of the lens 10 to be examined.
  • the measurement device 60 is calibrated.
  • the lens holding unit 32 holds the alignment element, and the first interferometer 62 is used to measure the wavefront of the upper surface of the alignment element (the surface on the first interferometer 62 side).
  • This wavefront measurement is carried out by the first rotation mechanism 62 in two degrees: zero degree measurement performed with the first interferometer 62 as the reference position, and 180 degree measurement performed with the first interferometer 62 rotated by 180 degrees. Perform wavefront measurement of degree.
  • the measuring device 60 by the interference fringe analysis unit 44 and the deviation amount calculation unit 45, zero degrees during measurement and 180 degrees at the time of measurement each face offset amount delta 0U, delta 180 U and tilt amount Omega 0U, the Omega 180 U calculate.
  • the subscript “U” indicates measurement data of the upper surface on the first interferometer 62 side.
  • wavefront measurement is performed on the lower surface of the alignment element (the surface on the second interferometer 64 side).
  • This wavefront measurement is performed by the second rotation mechanism 65, ie, 0 degree measurement performed using the second interferometer 64 as a reference position, and 180 degree measurement performed using the second interferometer 64 rotated by 180 degrees. Perform wavefront measurement of degree.
  • the measuring device 60 uses the interference fringe analysis unit 44 and the deviation amount calculation unit 45 to calculate the respective plane deviation amounts ⁇ 0L and ⁇ 180L and the plane tilt amounts ⁇ 0L and ⁇ 180L at the time of 0 degree measurement and 180 degree measurement. calculate.
  • the subscript “L” indicates measurement data of the lower surface on the second interferometer 62 side.
  • the deviation between the rotation axis Q1 and the rotation axis Q2 includes a shift deviation due to parallel movement in the in-plane direction perpendicular to these axes and a deviation due to rotation.
  • the measurement of the surface deviation and the surface tilt of the test lens 10 is performed after the calibration described above.
  • the surface displacement amount ⁇ for each of the first lens surface 11 and the second lens surface 12 of the lens 10 to be measured is the same as at the time of calibration. 0U, ⁇ 180U, ⁇ 0L, ⁇ 180L and tilt amount ⁇ 0U, ⁇ 180U, ⁇ 0L , ⁇ 180L is calculated.
  • the deviation amount calculation unit 45 a surface deviation amount ⁇ 0U, ⁇ 180U, ⁇ 0L , ⁇ 180L and tilt amount ⁇ 0U, ⁇ 180U, ⁇ 0L , based on the Omega 180L, surface deviation amount delta and tilt amount Calculate ⁇ .
  • the surface deviation amount ⁇ and the surface inclination amount ⁇ calculated here are the true surface deviation amount ⁇ and the true surface inclination amount ⁇ . is there.
  • the measuring device 60 can perform calibration accurately by using the results of two types of wavefront measurements, 0 degree measurement and 180 degree measurement. Further, even if the shift deviation S ′ and the rotation deviation T ′ between the rotation axes Q1 and Q2 remain after the calibration, in the measurement of the surface deviation and the surface tilt of the lens 10 to be tested, these contributions are removed. It is possible to calculate the surface deviation ⁇ and the surface collapse ⁇ .
  • test lens 10 in which both front and back surfaces are formed as aspherical surfaces will be described as an example.
  • a single-sided aspherical lens or a double-sided spherical lens is used.
  • Surface misalignment and surface tilt can also be suitably measured.
  • a spherical lens since the spherical surface is rotationally symmetric in any direction, the surface of the spherical surface is not tilted.
  • the measurement target is a lens
  • the measurement target is not necessarily a lens.
  • an optical element having a composite function of a lens and a prism may be used.

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Abstract

　迅速かつ正確に表裏２つのレンズ面のズレ量を得られるレンズ測定装置を提供する。　光源部（２３）から発せられた光を平行光に整えるコリメートレンズ（５３）と、高可干渉光Ｉを被検光（Ｒ２）と基準光（Ｒ１）とに分岐させる基準板（３３）と、被検光（Ｒ２）を再帰的に反射するヌルミラー（３８）と、被検レンズ（１０）に対して、ヌルミラー（３８）を光軸（Ｐ０）の周りに１８０度回転させる回転機構（３７）と、基準光（Ｒ１）と被検光（Ｒ２）との干渉縞を撮像する撮像部（２４）と、干渉縞を解析して、被検レンズ（１０）を通過することによる波面収差を算出する干渉縞解析部（４４）と、ヌルミラー３８が所定位置のときに算出された波面収差と、ヌルミラー（３８）を１８０度回転させたときに算出される波面収差に基づいて、被検レンズ（１０）の表裏２つのレンズ面のズレを算出するズレ量算出部（４５）と、を備える。

Description

レンズ測定装置
　本発明は、表裏２つのレンズ面の相対的なズレ量を測定するレンズ測定装置に関し、さらに詳しくは、表裏２つのレンズ面の、光軸に垂直な方向への平行移動によるズレ量（面ズレ）及び相対的な回転によるズレ量（面倒れ）を測定するレンズ測定装置に関する。
　デジタルカメラや光ピックアップ等の光学機器に用いられるレンズは、例えばモールド成型により製造される。モールド成型では対になる金型により、ガラスや樹脂を成型する。このため、成型品の形状精度は、金型の精度及び金型の噛みあわせ精度による。
　レンズの場合、金型の内面（キャビティ部分）の面精度によって、表裏２つのレンズ面の形状によって光学性能が決定される。但し、金型の噛み合わせ精度が悪いと、表裏２つのレンズ面が相対的に位置ズレを起こしていたり、相対的に傾いていたりすることがあり、面形状が高精度に成型されていた場合でもレンズの光学性能を劣化させ、波面収差が発生する要因となる。
　とはいえ、金型の噛み合わせ精度は数μｍ程度のものであり、従来のレンズ製品では問題にならなかった。しかし、例えば青色レーザー光を用いる光ピックアップ用のレンズ等、近年では、従来のレンズ製品と比較してさらに高精度が求められるようになってきた。
　こうしたことから、金型の噛み合わせ精度を高精度に調節したり、あるいは製品を検品するために、被検体であるレンズ（以下、被検レンズという）の透過波面を測定することにより、表裏２つのレンズ面の相対的なズレ量を測定する装置が知られている（特許文献１，２）
特開２０１０－２８１７９２号公報 特開２００８－２４９４１５号公報
　特許文献１，２に記載されている測定装置は、被検レンズの透過波面を測定するものであるため、波面測定を行うための光学系（以下、測定光学系という）の光軸等が被検レンズに対して精度良く調節されていることが前提となる。
　しかしながら、一定以上に高精度に、測定光学系の光軸等を調節することは難しいという問題がある。このため、ある程度の精度になると、レンズ面のズレによる波面収差と、測定系の光軸等の誤差によって生じる擬似的な波面収差との区別は困難となり、それ以上には高精度にレンズ面のズレ量を算出することができない。その結果、金型のかみ合わせ精度の校正も一定以上の精度には調節できず、レンズの成型精度を向上させることが難しくなる。
　また、測定光学系の光軸等を極めて高精度に調節可能であるとしても、繰り返して調節することが必要であるため、相応の時間を要する。このため、多数の製品の検査、特に製品の全数検査を行うことが困難であるという問題もある。
　本発明は、測定光学系の誤差によらず、より迅速かつ正確に表裏２つのレンズ面のズレ量を得られるレンズ測定装置を提供することを目的とする。
　本発明のレンズ測定装置は、光源、コリメートレンズ、分岐部材、再帰反射部材、回転機構、撮像部、干渉縞解析部、ズレ量算出部を備える。光源は、高可干渉性光を発する。コリメートレンズは、前記光源から発せられた高可干渉性光を平行光に整えて、検査対象である被検レンズに入射させる。分岐部材は、平行光に整えられた前記高可干渉光を、前記被検レンズに入射させる被検光と、前記被検レンズを通過しない基準光とに分岐させる。再帰反射部材は、前記分岐部材から入射し、前記被検レンズを通過した前記被検光を、入射方向に反射するとともに、再度前記被検レンズを通過した後に平行光となるように再帰的に反射する。回転機構は、前記再帰反射部材と前記被検レンズの相対的な位置関係を、光軸の周りに１８０度回転させる。撮像部は、前記基準光と、前記被検レンズ及び前記再帰反射部材を経て前記被検レンズの情報を担持した前記被検光との干渉縞を撮像する。また撮像部は、前記回転機構により、前記再帰反射部材と前記被検レンズの位置関係が所定状態で第１干渉縞を撮像し、前記再帰反射部材と前記被検レンズの位置関係が前記所定状態に対して１８０度された状態で第２干渉縞を撮像する。干渉縞解析部は、前記干渉縞を解析することにより、前記被検レンズを通過することによる波面収差を算出する。具体的には、前記第１干渉縞、前記第２干渉縞についてそれぞれ前記波面収差を算出する。ズレ量算出部は、前記第１干渉縞から算出された前記波面収差と、前記第２干渉縞から得られた前記波面収差とに基づいて、前記被検レンズの表裏２つのレンズ面のズレを算出する。
　前記ズレ量算出部は、前記被検レンズの２つのレンズ面が所定光軸に垂直な方向にシフトしたことによる面ズレの量を算出することが好ましい。
　前記ズレ量算出部は、前記被検レンズの２つのレンズ面が所定光軸に対して回転したことによる面倒れの量を算出することが好ましい。
　前記干渉縞解析部は、前記干渉縞がツェルニケ多項式を各項とする式で表されるように、前記干渉縞に基づいて前記式の各項の係数を算出することにより、前記被検レンズの波面収差を算出する。また、前記ズレ量算出部は、前記ズレのない基準レンズによる波面収差の態様を、前記式で表した場合の前記係数として予め記憶しており、前記干渉縞解析部によって算出された前記被検レンズによる波面収差を表す前記係数と、前記基準レンズによる波面収差を表す前記係数とに基づいて、前記ズレによる波面収差を算出することが好ましい。
　前記ズレ量算出部は、前記第１干渉縞から算出された波面収差に基づいて算出した前記ズレと、前記第２干渉縞から算出された波面収差に基づいて算出した前記ズレを平均した値を、前記被検レンズの前記ズレとして算出することが好ましい。
　前記ズレ量算出部は、前記係数に基づいてコマ収差を算出し、算出した前記コマ収差から前記ズレを算出することが好ましい。
　前記ズレ量算出部は、前記コマ収差として、３次コマ収差と、５次コマ収差を算出することが好ましい。
　前記被検レンズの所定方向をｘ、前記ｘ方向に垂直な方向をｙ、前記３次コマ収差の前記ｘ方向成分をＣ３ｘ、前記ｙ方向成分をＣ３ｙ、前記５次コマ収差の前記ｘ方向成分をＣ５ｘ、前記ｙ方向成分をＣ５ｙ、前記ズレのうち前記被検レンズの２つのレンズ面が所定光軸に垂直な方向にシフトしたことによる面ズレΔの前記ｘ方向成分をΔｘ、前記ｙ方向成分をΔｙ、前記ズレのうち前記被検レンズの２つのレンズ面が所定光軸に対して回転したことによる面倒れΩの前記ｘ方向成分をΩｘ、前記ｙ方向成分をΩｙとするときに、前記ズレ量算出部は、シュミレーションにより既知の係数εを用いて、下記数式に基づいて前記前記面ズレΔ及び前記面倒れΩを算出することが好ましい。
　　Ｃ３ｘ＝ε１１・Δｘ＋ε１２・Ωｘ
　　Ｃ３ｙ＝ε２１・Δｙ＋ε２２・Ωｙ
　　Ｃ５ｘ＝ε３１・Δｘ＋ε３２・Ωｘ
　　Ｃ５ｙ＝ε４１・Δｙ＋ε４２・Ωｙ
　前記光源、前記コリメートレンズ、前記分岐部材、及び前記再帰反射部材を含んで形成される干渉計は、フィゾー型干渉計であることが好ましい。
　前記被検レンズは、少なくとも表裏一方のレンズ面が非球面に形成された非球面レンズであることことが好ましい。
　本発明によれば、測定光学系の誤差によらず、より迅速かつ正確に、表裏２つのレンズ面のズレ量を得ることができる。
被検レンズの態様を示す説明図である。 被検レンズの態様を示す説明図である。 被検レンズが正確に形成されている場合の例を示す説明図である。 面ズレの態様を示す説明図である。 面倒れの態様を示す説明図である。 ヌルミラーを用いる測定装置の構成を示す説明図である。 測定光学系の構成を示す説明図である。 顕微干渉計を用いる測定装置の構成を示す説明図である。 第１干渉計の構成を示す説明図である。 第２干渉計の構成を示す説明図である。
［第１実施形態］
　図１及び図２に示すように、モールド整形により形成された被検レンズ１０は、非球面レンズであり、回転対称である。また、表裏に第１レンズ面１１と第２レンズ面１２を有する。以下では、第１レンズ面１１及び第２レンズ面１２は、ともに非球面であるとする。
　また、第１レンズ面１１及び第２レンズ面１２の間には、第１レンズ面１１及び第２レンズ面１２から横方向（ｘｙ面内）に張り出した鍔状のコバ部１３を有する。第１レンズ面１１及び第２レンズ面１２が形成されたコバ部１３の表面（以下、コバ面という）は、各々第１レンズ面１１及び第２レンズ面１２を縁取るように円環状の平面で形成される。コバ部１３は被検レンズ１０の外形となり、光ピックアップ等の装置に組み込まれるときに、外形及びコバ面が位置合わせに利用される。また、第１レンズ面１１及び第２レンズ面１２はコバ部１３の中央に形成される。
　図３に示すように、コバ部１３の中央に定められ、被検レンズ１０の外形の中心点を通り、コバ面に垂直な回転対称軸Ｌ０は、被検レンズ１０の設計上の光軸である。また、第１レンズ面１１の中心における曲率円１６の中心Ｃ１を通り、第１レンズ面１１の中心を通る軸Ｌ１は、第１レンズ面１１の光軸である。同様に、第２レンズ面１２の中心における曲率円１７の中心Ｃ２を通り、第２レンズ面１２の中心を通る軸Ｌ２は、第２レンズ面１２の光軸である。被検レンズ１０が正確に製造された場合、被検レンズ１０の外形中心である光軸Ｌ０と、第１レンズ面１１の光軸Ｌ１、第２レンズ面１２の光軸Ｌ２は全て一致する。
　しかし、被検レンズ１０の成型精度により、第１レンズ面１１と第２レンズ面１２は、相対的にズレが生じることがある。この相対的なズレには、以下に説明するように、面ズレと面倒れの２種類がある。
　図４に示すように、光軸Ｌ０に対して垂直な面内で、第１レンズ面１１の光軸Ｌ１，第２レンズ面１２の光軸Ｌ２が平行移動したシフトズレが面ズレである。面ズレは、被検レンズ１０の成型時に、金型の中心が一致しないことによって生じる。面ズレにより、光軸Ｌ１，Ｌ２が光軸Ｌ０に対してシフトすると、後述する被検レンズ１０の波面測定においては、光軸Ｌ１と光軸Ｌ２との相対的なズレの総量Δ（以下、面ズレ量Δという）に応じた波面収差（具体的にはコマ収差）が発生する。面ズレ量Δは、光軸Ｌ０に対する光軸Ｌ１のシフト量δ１と、光軸Ｌ０に対する光軸Ｌ２のシフト量δ２の和である。
　なお、図４では、第１レンズ面１１の光軸Ｌ１と第２レンズ面１２の光軸Ｌ２のシフトが所定の断面方向に沿って生じている例を模式的に説明したが、第１レンズ面１１の光軸Ｌ１のシフトズレと、第２レンズ面１２の光軸Ｌ２のシフトズレは、多くの場合それぞれ異なる方向に生じる。光軸Ｌ０上の点（被検レンズ１０の中央の点）を原点として直交するｘｙ平面を定め（図１参照）、光軸Ｌ１，Ｌ２のシフトは各々ベクトルで表す。この場合、光軸Ｌ１のズレ量δ１のｘ方向成分をδ１ｘ、ｙ方向成分をδ１ｙとする。同様に、光軸Ｌ２のズレ量δ２のｘ方向成分をδ２ｘ、ｙ方向成分をδ２ｙとし、面ズレ量Δについても、ｘ方向成分をΔｘ、ｙ方向成分をΔｙとする。このとき、面ズレ量Δのｘ方向成分ΔｘはΔｘ＝δ１ｘ＋δ２ｘ、ｙ方向成分ΔｙはΔｙ＝δ１ｙ＋δ２ｙで表される。後述するように各方向の面ズレ量Δｘ，Δｙは各々個別に算出される。
　図５に示すように、光軸Ｌ０に対して、第１レンズ面１１の光軸Ｌ１，第２レンズ面１２の光軸Ｌ２が回転したズレが面倒れである。面倒れは、被検レンズ１０の成型時に、金型（特に各レンズ面を形成する部分）が相対的に傾いていることにより生じる。面倒れにより、光軸Ｌ１，Ｌ２が光軸Ｌ０に対して回転すると、後述する被検レンズ１０の波面測定においては、光軸Ｌ１と光軸Ｌ２との相対的なズレの総量Ω（以下、面倒れ量Ωという）に応じた波面収差（具体的にはコマ収差）が発生する。面倒れ量Ωは、光軸Ｌ１と光軸Ｌ２のなす角である。面ズレの場合とは異なり、光軸Ｌ０に対する光軸Ｌ１の回転量ω１と、光軸Ｌ０に対する光軸Ｌ２の回転量ω２の和ではない。
　なお、図５では、第１レンズ面１１の光軸Ｌ１と第２レンズ面１２の光軸Ｌ２の回転が、ともに被検レンズ１０の所定断面に沿って生じている例を模式的に説明したが、第１レンズ面１１の光軸Ｌ１の回転と、第２レンズ面１２の光軸Ｌ２の回転は、多くの場合それぞれ異なる方向に生じる。前述の面ズレの場合に定めたｘｙ座標系において、光軸Ｌ０に沿ってｚ軸を定め、光軸Ｌ１，Ｌ２の回転量ω１，ω２のｘ，ｙ，ｚ各方向成分を（ω１ｘ，ω１ｙ，ω１ｚ），（ω２ｘ，ω２ｙ，ω２ｚ）とすると、面倒れ量Ωは、光軸Ｌ１，Ｌ２のなす角なので、Ω＝ｃｏｓ－１｛(ω１ｘ・ω２ｘ＋ω１ｙ・ω２ｙ＋ω１ｚ・ω２ｚ)／ｓｑｒｔ（ω１ｘ２＋ω１ｙ２＋ω１ｚ２）／ｓｑｒｔ（ω１ｘ２＋ω１ｙ２＋ω１ｚ２）｝で表される。但し、ｓｑｒｔは平方根を意味する。後述するように、被検レンズ１０の波面測定では、面倒れ量Ω＝（Ωｘ，Ωｙ）が直接算出される。
　また、図４及び図５では、面ズレ及び面倒れを各々個別に説明したが、被検レンズ１０では、面ズレ及び面倒れがともに生じる。以下に説明する測定装置では、波面測定により、被検レンズ１０の面ズレ及び面倒れをともに算出する。
　図６に示すように、測定装置２１は、可動部２２、光源部２３、撮像部２４、制御部２５を備える。測定装置２１は、被検レンズ１０の透過波面の態様を干渉縞として撮像し、得られた透過波面の、ツェルニケ（Zernike）モード各成分の比率に基づいて被検レンズ１０の面ズレ及び面倒れを測定する。
　可動部２２は、再帰反射部３１、レンズ保持部３２、基準板３３等を備える。可動部２２は、測定装置２１が備える測定光学系５１（図７参照）のうち、制御部２５によって位置や傾き等を調節される部材だけを示している。測定光学系全体の構成は後述する。
　再帰反射部３１は、ステージ３６、回転機構３７、ヌルミラー３８を有する。ステージ３６は、再帰反射部３１を撮像部２４の撮像光軸Ｐ０に対して垂直な面内の２方向に自在に移動させるとともに、撮像光軸Ｐ０に沿って自在に移動させる。ステージ３６は、撮像光軸Ｐ０に垂直な面内での移動により、ヌルミラー３８の反射光軸を撮像光軸Ｐ０に一致させる。また、ステージ３６は、撮影光軸Ｐ０に沿って再帰反射部３１を移動させることにより、被検レンズ１０を交換するとき等に撮像部２４から遠ざかる向きに退避したり、ヌルミラー３８と撮像部２４間の光路長を調節したりする。
　回転機構３７は、ステージ３６上に設けられ、被検レンズ１０側にヌルミラー３８が取り付けられる。回転機構３７は、ステージ３６に対して所定の回転軸Ｑ０の周りに回転自在である。回転機構３７は、回転軸Ｑ０がステージ３６の中央に位置するように設けられ、ステージ３６の移動によって、回転軸Ｑ０と撮像光軸Ｐ０とが一致される。したがって、回転機構３７は、撮像光軸Ｐ０の周りに回転自在であり、被検レンズ１０の波面測定時には、制御部２５の制御に基づいて、ヌルミラー３８を撮像光軸Ｐ０のまわりに１８０度回転させる。
　ヌルミラー３８は、被検レンズ１０を通過した光を再び被検レンズ１０に向けて反射する再帰反射部材である。撮像光軸Ｐ０に沿って平行光が被検レンズ１０に入射された場合、ヌルミラー３８によって再帰的に反射して被検レンズ１０を通過した反射光は、再び平行光となって出射される。ヌルミラー３８の反射面（再帰反射面３８ａ：図７参照）は、ヌルミラー３８が上述の特性を有するように、被検レンズ１０の第１レンズ面１１及び第２レンズ面１２に応じて形状が定められている。したがって、ヌルミラー３８は、第１レンズ面１１及び第２レンズ面１２を有する被検レンズ１０に専用のミラーである。ヌルミラー３８は、回転機構３７上に交換可能に設けられており、測定装置２１を用いてレンズ面の形状が異なる他の被検レンズの面ズレ及び面倒れを測定するときには、その被検レンズに対応するヌルミラーが用いられる。
　レンズ保持部３２は、光軸Ｌ０が撮像光軸Ｐ０に一致するように被検レンズ１０を保持する保持部材であり、コバ部１３で被検レンズ１０を保持し、第１レンズ面１１及び第２レンズ面１２の全面が露呈される開口を有している。また、レンズ保持部３２は、撮像光軸Ｐ０に垂直な面内で移動自在に設けられており、制御部２５の制御に基づいて、被検レンズ１０の波面測定を行う測定位置と、撮像光軸Ｐ０上から被検レンズ１０を退避させた退避位置とに被検レンズ１０を移動させる。レンズ保持部３２が退避位置にあるときに、レンズ交換機構（図示しない）によって、保持する被検レンズ１０が、波面測定を終えた被検レンズ１０から次に波面測定を行う被検レンズ１０に交換される。そして、この新たな被検レンズ１０を保持すると、この被検レンズ１０を測定位置に移動される。
　基準板３３は、基準板保持部４１によって保持され、光源部２３から撮像光軸Ｐ０に沿って入射される光Ｉを、基準光Ｒ１と被検光Ｒ２に分岐する分岐部材である（図７参照）。基準光Ｒ１は、光源部２３から入射する光を基準板３３によって撮像光軸Ｐ０に沿って反射した反射光である。被検光Ｒ２は、基準板３３を透過する透過光であり、被検レンズ１０を通過しヌルミラー３８によって再帰反射された後に、再び被検レンズ１０及び基準板３３を経て、基準光Ｒ１と干渉する。
　基準板保持部４１は、基準板３３を撮像光軸Ｐ０に沿って移動自在に保持する保持部材であり、制御部２５の制御に基づいて、基準板３３を移動させる。また、基準板保持部４１は、例えばピエゾ素子等を内蔵しており、撮像光軸Ｐ０に沿って基準板３３の位置を微調節することが可能である。
　撮像部２４は、基準板３３によって分岐された基準光Ｒ１と被検光Ｒ２による干渉縞を撮像する。撮像部２４は、１つの被検レンズ１０について、０度縞画像４２と１８０度縞画像４３の２種類の干渉縞の画像（以下、縞画像という）を撮像する。０度縞画像４２は、ヌルミラー３８を基準となる所定角度の位置（以下、基準位置という）において撮像した干渉縞画像である。１８０度縞画像４３は、０度縞画像４２を撮像するときのヌルミラー３８の向きを回転機構３７によって撮像光軸Ｐ０のまわりに１８０度回転させた位置（以下、回転位置という）において撮像した干渉縞画像である。撮影された０度縞画像４２と１８０度縞画像４３は、制御部２５に入力される。なお、以下では、ヌルミラー３８を基準位置にした場合の測定を０度測定、回転位置にした場合の測定を１８０度測定という。
　制御部２５は、測定装置２１を統括的に制御する制御装置であり、例えば、キーボードやマウス等の入力デバイス、０度縞画像４２や１８０度縞画像，波面測定の結果等を表示する表示デバイス、被検レンズ１０の波面測定や測定装置２１の各部の制御に必要なデータを記憶する記憶デバイス等（いずれも図示しない）を有するいわゆるコンピュータである。制御部２５は、ステージ３６，回転機構３７，レンズ保持部３２，基準板保持部４１を動作を制御する。また、これらの動作を制御することにより、ヌルミラー３８を基準位置と回転位置とで切り替えたり、波面測定時の光路長等を調節する。また、制御部２５は、干渉縞解析部４４とズレ量算出部４５を備える。
　干渉縞解析部４４は、撮像部２４で撮像された０度縞画像４２及び１８０度縞画像４３に写し出された干渉縞を解析することにより、被検レンズ１０の波面の態様をツェルニケモードで表す。
　ズレ量算出部４５は、干渉縞解析部４４によって解析された波面収差に基づいて、被検レンズ１０の面ズレ量Δ及び面倒れ量Ωを算出する。また、ズレ量算出部４５は、被検レンズ１０が正確に形成されているときに、被検レンズ１０及びヌルミラー３８によって得られる干渉縞のデータ（以下、基準縞データという）を予め記憶している。基準縞データは、コンピュータシミュレーションにより求められる。
　ズレ量算出部４５は、０度縞画像４２に基づく波面収差のデータ（以下、０度波面データという）と基準縞データとの差Ｄ０を算出し、被検レンズ１０の面ズレ及び面倒れによって発生した波面収差を、ツェルニケモードの各成分として算出する。同様に、干渉縞解析部４４は、１８０度縞画像４３に基づく波面収差のデータ（以下、１８０度波面データという）と基準縞データとの差Ｄ１８０から、被検レンズ１０の面ズレ及び面倒れによって発生した波面収差を、ツェルニケモードの各成分として算出する。
　そして、ズレ量算出部４５は、差Ｄ０に基づいて、０度測定時の面ズレ量Δ０及び面倒れ量Ω０を算出する。同様に、差Ｄ１８０に基づいて、１８０度測定時の面ズレ量Δ１８０及び面倒れ量Ω１８０を算出する。さらにズレ量算出部４５は、０度測定時の面ズレ量Δ０及び面倒れ量Ω０と、１８０度測定時の面ズレ量Δ１８０及び面倒れ量Ω１８０を用いて、測定装置２１の誤差によらない、正確な面ズレ量Δ及び面倒れ量Ωの値を算出する。
　図７に示すように、測定装置２１の測定光学系５１は、いわゆるフィゾー型干渉計であり、光源部２３、ビームスプリッタ５２、コリメートレンズ５３、基準板３３、ヌルミラー３８を有する。被検レンズ１０は基準板３３とヌルミラー３８との間に配置される。
　光源部２３は、高可干渉性のレーザー光を発生するレーザー光源５４とビーム径拡大レンズ５６を有する。レーザー光源５４が出射するレーザー光は、ビーム径拡大レンズ５６によって収束されてビームスプリッタ５２に入射する。ビームスプリッタ５２に入射したレーザー光は、ビームスプリッタ５２の半透膜５２ａによってヌルミラー３８の方向に反射されることにより、ビーム径が拡大されて、コリメートレンズ５３に入射する。
　こうしてビーム径が拡大されてコリメートレンズ５３に入射したレーザー光は、コリメートレンズ５３によって、撮像光軸Ｐ０に垂直な方向に波面が整えられ、平行光Ｉとして基準板３３に入射する。
　基準板３３は、くさび型の板状部材であり、撮像光軸Ｐ０に垂直な基準面３３ａと、撮像光軸Ｐ０に対して傾斜した傾斜面３３ｂとを有する。基準面３３ａには半透膜が設けられており、基準板３３に入射する平行光Ｉは、一部が基準面３３ａで反射され、平行光Ｉの入射方向に進む反射光Ｒ１となる。また、基準面３３ａを透過した平行光Ｉは、被検レンズ１０を通ってヌルミラー３８で反射され、再び被検レンズ１０を通って基準板３３に入射する。このヌルミラー３８での反射光のうち一部が基準面３３ａを透過して、反射光Ｒ２となる。
　反射光Ｒ１と反射光Ｒ２は干渉する。この反射光Ｒ１と反射光Ｒ２とが合わさった干渉光は、コリメートレンズ５３をを通過することによってビームスプリッタ５２側に収束され、ビームスプリッタ５２を透過し、撮像部２４に入射する。
　撮像部２４は、撮像レンズ５８と撮像素子５９とを有する。撮像レンズ５８は、ビームスプリッタ５２から入射する干渉光を撮像素子５９の撮像面に応じた径で入射させる。撮像素子５９は、こうして入射される干渉光の干渉縞を、縞画像として撮像する。
　上述のように、基準面３３ａによる反射光Ｒ１と、被検レンズ１０の情報（第１レンズ面１１及び第２レンズ面１２による波面収差）を担持した反射光Ｒ２による干渉縞を撮像することにより、測定光学系５１は被検レンズ１０の波面収差の態様を撮像する。
　なお、平行光Ｉの一部は傾斜面３３ｂでも反射されるが、傾斜面３３ｂでの反射光Ｒ３は、傾斜面３３ｂが撮像光軸Ｐ０に対して傾斜していることによって、撮像光軸Ｐ０から逸れる。このため、縞画像の撮像には影響しない。
　上述のように構成される測定装置２１は、以下に説明するように用いられ、被検レンズ１０の面ズレ量Δ（Δｘ，Δｙ）及び面倒れ量Ω（Ωｘ，Ωｙ）を算出する。
　まず、測定装置２１のキャリブレーションを行う。ヌルミラー３８の光軸と回転機構３７の回転軸Ｑ０が一致するように、ヌルミラー３８を回転機構３７上に設置する。測定装置２１の場合、回転機構３７上の保持構造により、ヌルミラー３８の光軸と回転軸Ｑ０が自動的に一致する。
　また、ステージ３６によって、回転軸Ｑ０と撮像光軸Ｐ０が一致するように、回転機構３７及びヌルミラー３８を移動させる。このとき、レンズ保持部３２には、面ズレ及び面倒れがなく正確な形状に形成された基準レンズ（図示しない）を保持させ、基準レンズによる縞画像を撮像し、基準レンズの透過波面を測定する。基準レンズの光軸Ｌ０（＝Ｌ１，Ｌ２）は、レンズ保持部材３２の機械的精度で、撮像光軸Ｐ０に一致する。
　ヌルミラー３８の光軸及び回転機構３７の回転軸Ｑ０が、基準レンズの光軸及び撮像光軸Ｐ０からズレている場合、基準レンズの波面収差の態様が変化する。このため、測定装置２１は、基準レンズの波面収差を測定することにより、ヌルミラー３８の光軸及び回転機構３７の回転軸Ｑ０と撮像光軸Ｐ０の位置ズレの方向及び量を算出し、軸Ｑ０と撮像光軸Ｐ０が一致するように調節を行う。
　具体的には、基準レンズによる縞画像を撮像すると、干渉縞解析部４４は、基準レンズによる縞画像をツェルニケモードで展開し、各項の係数を決定する。ズレ量算出部４５は、干渉縞解析部４４で得られたツェルニケモード各項の係数と、基準縞データとの差Ｄを算出することにより、ヌルミラー３８（再帰反射部３１）の光軸と撮像光軸Ｐ０の相対的な位置ズレにより発生した波面収差を算出する。そして、ズレ量算出部４５は、差Ｄに基づいて、基準レンズの位置ズレの方向及び量を算出する。その後、制御部２５は、ズレ量算出部４５が算出したヌルミラー３８の位置ズレの方向及び量に応じてステージ３６を駆動し、ヌルミラー３８の光軸及び回転機構３７の回転軸Ｑ０と撮像光軸Ｐ０を一致させる。
　被検レンズ１０の面ズレ及び面倒れの測定は、上述のキャリブレーションの完了後に行う。このため、以下ではヌルミラー３８の光軸と撮像光軸Ｐ０は一致しているものとする。但し、レンズ保持部３２による基準レンズの配置は機械精度によるものであるため、僅かな誤差はある。
　被検レンズ１０の面ズレ及び面倒れを測定するときには、レンズ保持部３２に被検レンズ１０を保持させ、被検レンズ１０を測定位置に移動させる。そして、ヌルミラー３８の角度を基準位置にセットし、被検レンズ１０の波面測定を行い、０度縞画像４２を得る。
　干渉縞解析部４４は、得られた０度縞画像４２に写し出された干渉縞を、被検レンズ１０の透過波面をツェルニケモード多項式を各項とする式でフィッティングし、各項の係数を決定する。ツェルニケモード多項式を各項とする式は、次数ｊのツェルニケ多項式をＺｊ、各項の係数をＡ０ｊとすると、０度縞画像４２を式Ｆ＝Σ（Ａ０ｊ・Ｚｊ）で表される。したがって、干渉縞解析部４４は、フィッティングにより決定した各項の係数Ａ０ｊを０度波面データとしてズレ量算出部４５に入力する。
　ズレ量算出部４５は、基準縞データとして、被検レンズ１０が正確に形成されている場合の各項の係数（以下、αｊとする）を予め記憶しているので、ズレ量算出部４５は、０度波面データＡ０ｊと基準縞データαｊとの差Ｄ０ｊを算出する。被検レンズ１０が正確に形成されている場合、この差は０となる。一方、被検レンズ１０に面ズレや面倒れがある場合には、０度波面データＡ０ｊと基準縞データαｊの差Ｄ０ｊは、面ズレ量や面倒れ量に応じた値になる。また、面ズレや面倒れは、コマ収差として現れるので、面ズレや面倒れは、３次コマ収差を表すツェルニケモードＺ７，Ｚ８の係数Ａ０７，Ａ０８、及び５次コマ収差を表すツェルニケモードＺ１４，Ｚ１５の係数Ａ０１４，Ａ０１５に現れる。
　このため、ズレ量算出部４５は、算出した差Ｄ０７，Ｄ０８，Ｄ０１４，Ｄ０１５に基づいて、面ズレ量Δ＝（Δｘ，Δｙ）、及び面倒れ量Ω＝（Ωｘ，Ωｙ）を算出する。
　ズレ量算出部４５は、面ズレ量Δ及び面倒れ量Ωを次のように算出する。。まず、差Ｄ０７，Ｄ０８，Ｄ０１４，Ｄ０１５と、３次コマ収差Ｃ３＝（Ｃ３ｘ，Ｃ３ｙ）及び３次コマ角度θ３，５次コマ収差Ｃ５＝（Ｃ５ｘ，Ｃ５ｙ）及び５次コマ角度θ５とは、下記式（１）～（４）で示す関係にある。したがって、ズレ量算出部４５は、（１）～（４）の関係式に基づいて、３次コマ収差Ｃ３及び５次コマ収差Ｃ５を算出する。
　｜Ｃ３｜＝ｓｑｒｔ｛（Ｄ０７ ２＋Ｄ０８ ２）／８｝・・・（１）
　θ３　　＝ｔａｎ－１（Ｄ０７／Ｄ０８）　　　　　　・・・（２）
　｜Ｃ５｜＝ｓｑｒｔ｛（Ｄ０１４ ２＋Ｄ０１５ ２）／８｝・・・（３）
　θ３　　＝ｔａｎ－１（Ｄ０１５／Ｄ０１４）　　　　　　・・・（４）
　また、面ズレ量Δ＝（Δｘ，Δｙ）及び面倒れ量Ω＝（Ωｘ，Ωｙ）と、３次コマ収差Ｃ３＝（Ｃ３ｘ，Ｃ３ｙ）、５次コマ収差Ｃ５＝（Ｃ３ｘ，Ｃ３ｙ）とは、下記（５）～（８）で示す関係にある。また、係数εは、シミュレーションにより既知量である。このため、ズレ量算出部４５は、（５）～（８）に基づいて、面ズレ量Δ及び面倒れ量Ωを算出する。
　Ｃ３ｘ＝ε１１・Δｘ＋ε１２・Ωｘ　・・・（５）
　Ｃ３ｙ＝ε２１・Δｙ＋ε２２・Ωｙ　・・・（６）
　Ｃ５ｘ＝ε３１・Δｘ＋ε３２・Ωｘ　・・・（７）
　Ｃ５ｙ＝ε４１・Δｙ＋ε４２・Ωｙ　・・・（８）
　なお、ここでは０度測定時の説明をしたが、１８０度測定時も同様である。１８０度測定時の係数Ａは、Ａ１８０７，Ａ１８０８，Ａ１８０１４，Ａ１８０１５とする。また、差Ｄは、Ｄ１８０７，Ｄ１８０８，Ｄ１８０１４，Ｄ１８０１５とする。
　上述のようにして、０度測定による面ズレ量Δ０及び面倒れ量Ω０と、１８０度測定による面ズレ量Δ１８０及び面倒れ量Ω１８０を算出すると、ズレ量算出部４５は、面ズレ量Δ０及びΔ１８０を用いて、ヌルミラー３８や被検レンズ１０の配置誤差の除かれた、正確な面ズレ量Δを算出する。また、ズレ量算出部４５は、面倒れ量Ω０及びΩ１８０を用いて、ヌルミラー３８や被検レンズ１０の配置誤差の除かれた、正確な面倒れ量Ωを算出する。
　ヌルミラー３８の光軸ズレによる面ズレ量Δ０，Δ１８０への寄与をＧａ、被検レンズ１０のレンズ保持部材３２への配置誤差の寄与をＧｂ等と、測定装置２１の機械的誤差を表すと、測定した面ズレ量Δ０，Δ１８０と、真の面ズレ量Δと、各種誤差Ｇａ，Ｇｂ，・・・との間には、下記の関係がある。すなわち、波面測定に基づいて得られる真の面ズレ量Δは、被検レンズ１０を回転させても変化がないが、機械的な誤差は、被検レンズ１０の反転により、０度測定と１８０度測定とで表れ方も反転し、下記式で符号が反転する。
　　Δ０＝Δ＋Ｇａ＋Ｇｂ＋・・・
　　Δ１８０＝Δ－Ｇａ－Ｇｂ－・・・
　このため、ズレ量算出部４５は、０度測定時の面ズレ量Δ０と１８０度測定時の面ズレ量Δ１８０を平均し、真の面ズレ量Δ＝（Δ０＋Δ１８０）／２を算出する。これにより、ヌルミラー３８や被検レンズ１０の配置誤差の影響が除かれた、正確な面ズレ量Δを算出する。
　同様に、ヌルミラー３８の光軸ズレによる面倒れ量Ω０，Ω１８０への寄与をＨａ、被検レンズ１０のレンズ保持部材３２への配置誤差の寄与をＨｂ等と、測定装置２１の機械的誤差を表すと、測定した面倒れ量Ω０，Ω１８０と、真の面倒れ量Ωと、各種誤差Ｈａ，Ｈｂ，・・・との間には、下記の関係がある。したがって、波面測定に基づいて得られる真の面倒れ量Ωは、被検レンズ１０を回転させても変化がないが、機械的な誤差は、被検レンズ１０の反転により、０度測定と１８０度測定とで表れ方も反転し、下記式で符号が反転する。
　　Ω０＝Ω＋Ｈａ＋Ｈｂ＋・・・
　　Ω１８０＝Ω－Ｈａ－Ｈｂ－・・・
　このため、ズレ量算出部４５は、０度測定時の面倒れ量Ω０と１８０度測定時の面倒れ量Ω１８０を平均し、真の面倒れ量Ω＝（Ω０＋Ω１８０）／２を算出する。これにより、ヌルミラー３８や被検レンズ１０の配置誤差の影響が除かれた、正確な面倒れ量Ωを算出する。
　上述のように、測定装置２１は、０度測定で得た面ズレ量Δ０及び面倒れ量Ω０と、１８０度測定で得た面ズレ量Δ０及び面倒れ量Ω１８０を用いて、測定装置２１の機械的な誤差を除いた、真の面ズレ量Δ及び面倒れ量Ωを算出する。このため、従来の同種の測定装置と比較して、より正確に面ズレ量Δ及び面倒れ量Ωを算出することができる。また、同様の理由から、キャリブレーション時に０度測定及び１８０度測定を行うことによって、測定装置２１は、従来の同種測定装置と比較して、より正確にキャリブレーションを行うことができる。
　さらに、測定装置２１は、真の面ズレ量Δ及び面倒れ量Ωを算出するので、ヌルミラー３８の光軸や被検レンズ１０の配置は概ね所定位置にあれば良い。したがって、測定装置２１は、厳密なキャリブレーションを行わなくても正確な面ズレ量Δ及び面倒れ量Ωを算出することができる。これにより、素早く被検レンズ１０の面ズレ及び面倒れを測定することができる。特に、複数の被検レンズ１０を測定する場合にも、測定装置２１の可動部分（可動部２２）の動作による誤差等を含まずに、迅速かつ正確に面ズレ及び面倒れを測定することができる。
　なお、上述の第１実施形態では、フィゾー型干渉計を測定光学系５１を例に説明したが、これに限らない。測定光学系５１をマイケルソン型干渉計等で構成しても良い。
　なお、上述の第１実施形態では、０度測定及び１８０度測定のために、ヌルミラー３８を回転させる例を説明したが、これに限らない。例えば、ヌルミラー３８を固定しておいて、被検レンズ１０を回転させても良い。この場合、レンズ保持部３２に保持する被検レンズ１０を１８０度回転させる回転機構を設ければ良い。また、被検レンズ１０に対して、測定光学系５１の全体を回転させるようにしても良い。この場合、測定光学系５１の全体を回転させる回転機構を設けるとともに、測定光学系５１の回転によってレンズ保持部３２と測定光学系５１が物理的に干渉しないように、測定装置２１からレンズ保持部３２が出入りする部分として、１８０度より大きい角度の空間を設けておけば良い。
　また、上述の第１実施形態では、再帰反射部３１として、ステージ３６上に回転機構３７を設け、回転機構３７上にヌルミラー３８を配置した例を説明したが、回転機構３７の配置は、これに限らない。回転機構３７は、０度測定と１８０度測定のために、ヌルミラー３８を回転させることができれば良い。したがって、ステージ３６と回転機構３７を入れ替え、回転機構３７上にステージ３６とヌルミラー３８を配置し、回転機構３７によって、ステージ３６とヌルミラー３８の全体を回転させても良い。
　なお、上述の第１実施形態では、ヌルミラー３８を用いて被検レンズ１０の透過波面を測定する測定装置２１を例に説明したが、これに限らない。被検レンズ１０の第１レンズ面１１及び第２レンズ面１２からの反射光を利用して第１レンズ面１１及び第２レンズ面１２の波面測定を行っても良い。この例を以下に第２実施形態として説明する。但し、第１実施形態の測定装置２１と同様の部材の説明は省略する。
［第２実施形態］
　図８に示すように、測定装置６０は、レンズ保持部３２に保持された被検レンズ１０に対して、第１レンズ面１１の波面測定を行う第１干渉計６１、第１干渉計６１の全体を回転軸Ｑ１のまわりに回転自在に保持する第１回転機構６２、第１干渉計６１及び第１回転機構６２の位置調節を行うステージ６３、第２レンズ面１２の波面測定を行う第２干渉計６４、第２干渉計６４の全体を回転軸Ｑ２のまわりに回転自在に保持する第２回転機構６５、第２干渉計６４及び第２回転機構６５の位置調節を行うステージ６６を備える。
　図９に示すように、第１干渉計６１は、第１レンズ面１１の中心近傍の微小領域からの反射光を利用した干渉縞を撮像し、第１レンズ面１１の波面測定を行う、いわゆる顕微干渉計であり、光源部７１、対物レンズユニット７２、第１撮像部７３、第２撮像部７４等を備える。
　光源部７１は、低可干渉性光源７１ａとコリメートレンズ７１ｂとを有する。低可干渉性光源７１ａは、ＳＬＤ（スーパールミネッセントダイオード）等、低可干渉性光を発生する光源である。低可干渉性光源７１ａが発した低可干渉性光は、コリメートレンズ７１ｂによって平行光に整えられる。したがって、光源部７１は、低可干渉性の平行光をビームスプリッタ７６に入射させる。ビームスプリッタ７６に入射した低可干渉性光は、半透膜７６ａで反射され、対物レンズユニット７２に入射する。
　対物レンズユニット７２は、対物レンズ７２ａ、ハーフミラー７２ｂ、微小反射鏡７２ｃを有する。対物レンズ７２ａは、対物レンズユニット７２に入射された低可干渉性光を第１レンズ面１１の中心近傍の微小領域に収束させる。また、対物レンズ７２ａの前方（被検レンズ１０側）には、ハーフミラー７２ｂが設けられる。ハーフミラー７２ｂは、対物レンズ７２ａによって収束される低可干渉性光を、被検光と基準光に分岐させる分岐部材である。
　低可干渉性光のうち、被検光となる成分は、ハーフミラー７２ｂを透過し、第１レンズ面１１の中心近傍の微小領域に収束される。そして、第１レンズ面１１によって反射されることによって、第１レンズ面１１による波面収差の情報を担持する。その後、ハーフミラー７２ｂを通過し、さらに対物レンズ７２ａによって平行光に整えられて、対物レンズユニット７２から出射される。
　一方、低可干渉性光のうち、基準光となる成分は、ハーフミーラ７２ｂで反射され、微小反射鏡７２ｃに入射する。微小反射鏡７２ｃは、対物レンズ７２ａの被検レンズ１０側のレンズ面中央に設けられ、基準光を反射する。基準光は、微小反射鏡７２ｃに反射されると、再びハーフミラー７２ｂで反射され、さらに対物レンズ７２ａによって平行光に整えられて、対物レンズユニット７２から出射される。
　なお、対物レンズユニット７２には、上述のようにして基準光が対物レンズユニット７２から出射されるように、ハーフミラー７２ｂの位置を調節する調節機構（例えばピエゾ素子等）を備えている。ハーフミラー７２ｂの位置調節は、制御部２５が調節機構を制御することによって行われる。
　対物レンズユニット７２から出射される基準光及び被検光は、ビームスプリッタ７６を透過し、ビームスプリッタ７７に入射する。そして、ビームスプリッタ７７の半透膜７７ａによって反射され、第１撮像部７３に入射する。
　第１撮像部７３は、第１撮像素子７３ａと撮像レンズ７３ｂを有する。第１撮像部７３に入射した基準光および被検光は、撮像レンズ７３ｂによって第１撮像素子７３ａの撮像面に入射される。第１撮像素子７３ａは、基準光と被検光による干渉縞を撮像する。そして、０度測定時には０度縞画像４２を、１８０度測定時には１８０度縞画像４３を各々制御部２５に入力する。
　一方、ビームスプリッタ７７を透過した光は、第２撮像部７４に入射する。第２撮像部７４は、測定装置６０のアラインメントを行うときに用いられる。ここで言う測定装置６０のアラインメントは、第１干渉計６１の回転軸Ｑ１と第２干渉計６４の回転軸Ｑ２を一致させるアラインメントであり、被検レンズ１０の代わりに、例えば基準レンズや真球等のアラインメント用素子の波面測定によって行われる。
　第２撮像部７４は、第２撮像素子７４ａと撮像レンズ７４ｂを有する。第２撮像素子７４ａの中心（撮像光軸）は、第１干渉計６１の回転軸Ｑ１と一致するように配置されており、基準光とアラインメント用素子による被検光が撮像レンズ７４ｂを介して入射される。第２撮像素子７４ａは、基準光と被検光による干渉縞を撮像し、アラインメント時の０度縞画像及び１８０度縞画像を制御部２５に入力する。
　図１０に示すように、第２干渉計６４は、第２レンズ面１２の中心近傍の微小領域からの反射光を利用した干渉縞を撮像し、第２レンズ面１２の波面測定を行う顕微干渉計である。したがって、第２干渉計６４は、第１干渉計６１の構成と同様であり、光源部８１、対物レンズユニット８２、第１撮像部８３、第２撮像部８４、ビームスプリッタ８６，８７等を備える。
　光源部８１は、低可干渉性光源８１ａとコリメートレンズ８１ｂを有する。対物レンズ８２は、対物レンズ８２ａ、ハーフミラー８２ｂ、微小反射鏡８２ｃを有する。第１撮像部８３は、第１撮像素子８３ａと撮像レンズ８３ｂを有し、第２撮像部８４は、第２撮像素子８４ａと撮像レンズ８４ｂを有する。ビームスプリッタ８６は半透膜８６ａを、ビームスプリッタ８７は半透膜８７ａを有する。これらの第２干渉計６４の各部は、第１干渉計６１の対応箇所と同様の作用であるため、説明を省略する。
　上述のように構成される測定装置６０は、以下に説明するように用いられ、被検レンズ１０の面ズレ量Δ及び面倒れ量Ωを算出する。
　まず、測定装置６０のキャリブレーションを行う。レンズ保持部３２にアラインメント用素子を保持させ、第１干渉計６２を用いて、アラインメント用素子の上面（第１干渉計６２側の面）の波面測定を行う。この波面測定は、第１回転機構６２によって、第１干渉計６２を基準位置にして行う０度測定と、第１干渉計６２を１８０度回転させた回転位置にして行う１８０度測定との２度の波面測定を行う。
　そして、測定装置６０は、干渉縞解析部４４及びズレ量算出部４５によって、０度測定時及び１８０度測定時の各々の面ズレ量Δ０Ｕ，Δ１８０Ｕ及び面倒れ量Ω０Ｕ，Ω１８０Ｕを算出する。添字「Ｕ」は、第１干渉計６２側の上面の測定データであることを示す。
　次に、第２干渉計６４を用いて、アラインメント用素子の下面（第２干渉計６４側の面）の波面測定を行う。この波面測定は、第２回転機構６５によって、第２干渉計６４を基準位置にして行う０度測定と、第２干渉計６４を１８０度回転させた回転位置にして行う１８０度測定との２度の波面測定を行う。
　そして、測定装置６０は、干渉縞解析部４４及びズレ量算出部４５によって、０度測定時及び１８０度測定時の各々の面ズレ量Δ０Ｌ，Δ１８０Ｌ及び面倒れ量Ω０Ｌ，Ω１８０Ｌを算出する。添字「Ｌ」は、第２干渉計６２側の下面の測定データであることを示す。
　こうして、アラインメント用素子の上下面について、面ズレ量Δ０Ｕ，Δ１８０Ｕ，Δ０Ｌ，Δ１８０Ｌと面倒れ量Ω０Ｕ，Ω１８０Ｕ，Ω０Ｌ，Ω１８０Ｌを算出すると、ズレ量算出部４５はこれらの値に基づいて、第１干渉計６２の回転軸Ｑ１と第２干渉計６４の回転軸Ｑ２のズレを算出する。回転軸Ｑ１と回転軸Ｑ２のズレには、被検レンズ１０の場合と同様に、これらの軸に垂直な面内方向への平行移動によるシフトズレと、回転によるズレがある。シフトズレ量をＳ＝（Ｓｘ，Ｓｙ）、回転ズレをＴ＝（Ｔｘ，Ｔｙ）とすると、シフトズレ量Ｓ、回転ズレ量Ｔと、算出した面ズレ量Δ０Ｕ，Δ１８０Ｕ，Δ０Ｌ，Δ１８０Ｌ及び面倒れ量Ω０Ｕ，Ω１８０Ｕ，Ω０Ｌ，Ω１８０Ｌは、前述の（５）～（８）と同様の関係があり、その係数はシミュレーションによって既知量である。このため、ズレ量算出部４５は、（５）～（８）と同様の関係と同様の式から、シフトズレ量Ｓ及び回転ズレ量Ｔを算出する。制御部４５は、これらを打ち消す方向にステージ６３，６６を移動させる。これにより、第１干渉計６２の回転軸Ｑ１と第２干渉計６４の回転軸Ｑ２が正確に一致する。
　被検レンズ１０の面ズレ及び面倒れの測定は、上述のキャリブレーションの後に行う。測定装置６０で被検レンズ１０の面ズレ及び面倒れを測定するときには、キャリブレーション時と同様に、被検レンズ１０の第１レンズ面１１及び第２レンズ面１２の各々について、面ズレ量Δ０Ｕ，Δ１８０Ｕ，Δ０Ｌ，Δ１８０Ｌ及び面倒れ量Ω０Ｕ，Ω１８０Ｕ，Ω０Ｌ，Ω１８０Ｌが算出される。そして、ズレ量算出部４５は、面ズレ量Δ０Ｕ，Δ１８０Ｕ，Δ０Ｌ，Δ１８０Ｌ及び面倒れ量Ω０Ｕ，Ω１８０Ｕ，Ω０Ｌ，Ω１８０Ｌに基づいて、面ズレ量Δ及び面倒れ量Ωを算出する。このとき、機械的な誤差等は第１実施形態と同様にキャンセルされるので、ここで算出する面ズレ量Δ及び面倒れ量Ωは、真の面ズレ量Δ及び真の面倒れ量Ωである。
　上述のように、測定装置６０は、０度測定と１８０度測定の２種類の波面測定の結果を用いることによって、キャリブレーションを正確に行うことができる。さらに、キャリブレーション後に、回転軸Ｑ１，Ｑ２間のシフトズレＳ’及び回転ズレＴ’が残っていたとしても、被検レンズ１０の面ズレ及び面倒れの測定では、これらの寄与が除かれた真の面ズレΔ及び面倒れΩを算出することができる。
　なお、上述の第１，第２実施形態では、表裏両面が非球面に形成された被検レンズ１０を例に説明するが、本発明は、片面が非球面のレンズや、両面が球面レンズの面ズレ及び面倒れも好適に測定することができる。但し、球面レンズの場合には球面がレンズ面の形状がどのような向きにも回転対称であるため、面倒れはない。
　なお、上述の第１，第２実施形態では、測定対象がレンズである例を説明したが、測定対象は必ずしもレンズである必要はない。例えば、レンズやプリズムの機能を複合的に有する光学素子であっても良い。
　１０　被検レンズ
　２４　撮像部
　２５　制御部
　３１　再帰反射部
　３２　レンズ保持部
　３７　回転機構
　３８　ヌルミラー
　４１　基準板保持部
　４４　干渉縞解析部
　４５　ズレ量算出部

Claims (10)

  1. 　高可干渉性光を発する光源と、
    　前記光源から発せられた高可干渉性光を平行光に整えて、検査対象である被検レンズに入射させるコリメートレンズと、
    　平行光に整えられた前記高可干渉光を、前記被検レンズに入射させる被検光と、前記被検レンズを通過しない基準光とに分岐させる分岐部材と、
    　前記分岐部材から入射し、前記被検レンズを通過した前記被検光を、入射方向に反射するとともに、再度前記被検レンズを通過した後に平行光となるように再帰的に反射する再帰反射部材と、
    　前記再帰反射部材と前記被検レンズの相対的な位置関係を、光軸の周りに１８０度回転させる回転機構と、
    　前記基準光と、前記被検レンズ及び前記再帰反射部材を経て前記被検レンズの情報を担持した前記被検光との干渉縞を撮像する撮像部であり、前記回転機構により、前記再帰反射部材と前記被検レンズの位置関係が所定状態で第１干渉縞を撮像し、前記再帰反射部材と前記被検レンズの位置関係が前記所定状態に対して１８０度された状態で第２干渉縞を撮像する撮像部と、
    　前記干渉縞を解析することにより、前記被検レンズを通過することによる波面収差を算出する干渉縞解析部であり、前記第１干渉縞、前記第２干渉縞についてそれぞれ前記波面収差を算出する干渉縞解析部と、
    　前記第１干渉縞から算出された前記波面収差と、前記第２干渉縞から得られた前記波面収差とに基づいて、前記被検レンズの表裏２つのレンズ面のズレを算出するズレ量算出部と、
    を備えることを特徴とするレンズ測定装置。
  2. 　前記ズレ量算出部は、前記被検レンズの２つのレンズ面が所定光軸に垂直な方向にシフトしたことによる面ズレの量を算出することを特徴とする請求の範囲第１項記載のレンズ測定装置。
  3. 　前記ズレ量算出部は、前記被検レンズの２つのレンズ面が所定光軸に対して回転したことによる面倒れの量を算出することを特徴とする請求の範囲第１項記載のレンズ測定装置。
  4. 　前記干渉縞解析部は、前記干渉縞がツェルニケ多項式を各項とする式で表されるように、前記干渉縞に基づいて前記式の各項の係数を算出することにより、前記被検レンズの波面収差を算出し、
    　前記ズレ量算出部は、前記ズレのない基準レンズによる波面収差の態様を、前記式で表した場合の前記係数として予め記憶しており、前記干渉縞解析部によって算出された前記被検レンズによる波面収差を表す前記係数と、前記基準レンズによる波面収差を表す前記係数とに基づいて、前記ズレによる波面収差を算出することを特徴とする請求の範囲第１項記載のレンズ測定装置。
  5. 　前記ズレ量算出部は、前記第１干渉縞から算出された波面収差に基づいて算出した前記ズレと、前記第２干渉縞から算出された波面収差に基づいて算出した前記ズレを平均した値を、前記被検レンズの前記ズレとして算出することを特徴とする請求の範囲第１項記載のレンズ測定装置。
  6. 　前記ズレ量算出部は、前記係数に基づいてコマ収差を算出し、算出した前記コマ収差から前記ズレを算出することを特徴とする請求の範囲第１項記載のレンズ測定装置。
  7. 　前記ズレ量算出部は、前記コマ収差として、３次コマ収差と、５次コマ収差を算出することを特徴とする請求の範囲第６項記載のレンズ測定装置。
  8. 　前記被検レンズの所定方向をｘ、前記ｘ方向に垂直な方向をｙ、前記３次コマ収差の前記ｘ方向成分をＣ３ｘ、前記ｙ方向成分をＣ３ｙ、前記５次コマ収差の前記ｘ方向成分をＣ５ｘ、前記ｙ方向成分をＣ５ｙ、前記ズレのうち前記被検レンズの２つのレンズ面が所定光軸に垂直な方向にシフトしたことによる面ズレΔの前記ｘ方向成分をΔｘ、前記ｙ方向成分をΔｙ、前記ズレのうち前記被検レンズの２つのレンズ面が所定光軸に対して回転したことによる面倒れΩの前記ｘ方向成分をΩｘ、前記ｙ方向成分をΩｙとするときに、
    　前記ズレ量算出部は、シュミレーションにより既知の係数εを用いて、下記数式に基づいて前記前記面ズレΔ及び前記面倒れΩを算出することを特徴とする請求の範囲第７項記載のレンズ測定装置。
    　　Ｃ３ｘ＝ε１１・Δｘ＋ε１２・Ωｘ
    　　Ｃ３ｙ＝ε２１・Δｙ＋ε２２・Ωｙ
    　　Ｃ５ｘ＝ε３１・Δｘ＋ε３２・Ωｘ
    　　Ｃ５ｙ＝ε４１・Δｙ＋ε４２・Ωｙ
  9. 　前記光源、前記コリメートレンズ、前記分岐部材、及び前記再帰反射部材を含んで形成される干渉計は、フィゾー型干渉計であることを特徴とする請求の範囲第１項記載のレンズ測定装置。
  10. 　前記被検レンズは、少なくとも表裏一方のレンズ面が非球面に形成された非球面レンズであることを特徴とする請求の範囲第１項記載のレンズ測定装置。
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