(57)【要約】【課題】迅速且つ高精度に形状測定を行うことが可能な形状測定装置および形状測定方法、ならびにこれらに使用される光軸調整用治具を提供する。【解決手段】本発明に係る形状測定装置１は、被測定物１００の一方の第１測定面１１０の形状を測定する第１干渉計２と、被測定物１００の他方の第２測定面１２０の形状を測定する第２干渉計３と、を備え、第１干渉計２および第２干渉計３は、第１干渉計２から第１測定面１１０に照射される第１照射光Ｌ４の光軸Ｓ１と第２干渉計３から第２測定面１２０に照射される第２照射光Ｌ５の光軸Ｓ２が略一致するように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物の一方の第１測定面の形状を測定する第１干渉計と、
前記被測定物の他方の第２測定面の形状を測定する第２干渉計と、を備え、
前記第１干渉計および前記第２干渉計は、前記第１干渉計から前記第１測定面に照射される第１照射光の光軸と前記第２干渉計から前記第２測定面に照射される第２照射光の光軸が略一致するように構成されることを特徴とする、
形状測定装置。
【請求項２】
前記第１照射光の光軸と前記第２照射光の光軸を略一致させるための光軸調整用治具をさらに備え、
前記光軸調整用治具は、
前記第１照射光を照射して前記第１照射光の光軸の傾きを調整するための第１平面と、
前記第１平面と略平行に形成され、前記第２照射光を照射して前記第２照射光の光軸の傾きを調整するための第２平面と、
前記第１照射光および前記第２照射光を照射して前記第１照射光の光軸および前記第２照射光の光軸の位置を調整するための球体と、を備えることを特徴とする、
請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項３】
前記光軸調整用治具は、一方の面を前記第１平面とし、他方の面を前記第２平面とする平板を備えることを特徴とする、
請求項２に記載の形状測定装置。
【請求項４】
前記平板は、前記第１平面と前記第２平面の間で貫通する貫通孔を備え、
前記球体は、前記貫通孔の内部に配置されることを特徴とする、
請求項３に記載の形状測定装置。
【請求項５】
前記第１測定面および前記第２測定面の少なくとも一方は、非球面であることを特徴とする、
請求項１乃至４のいずれかに記載の形状測定装置。
【請求項６】
前記被測定物が載置されるステージをさらに備え、
前記ステージは、
前記被測定物を保持する保持部材と、
前記第１照射光の光軸または前記第２照射光の光軸と略直交する面内において互いに略直交するＸ軸方向およびＹ軸方向に前記被測定物を移動させる直動機構と、
前記Ｘ軸周りおよび前記Ｙ軸周りに前記被測定物を回転させる回動機構と、
前記第１照射光または前記第２照射光を通過させる孔部と、を備えることを特徴とする、
請求項１乃至５のいずれかに記載の形状測定装置。
【請求項７】
前記回動機構は、
前記Ｘ軸周りに回転自在となるように前記直動機構に支持されるＸ軸周り回動部材と、
前記Ｙ軸周りに回転自在となるように前記Ｘ軸周り回動部材に支持されると共に前記保持部材を支持するＹ軸周り回動部材と、を備えることを特徴とする、
請求項６に記載の形状測定装置。
【請求項８】
前記Ｘ軸周り回動部材は、環状に構成され、
前記Ｙ軸周り回動部材は、前記Ｘ軸周り回動部材の内部に配置されることを特徴とする、
請求項７に記載の形状測定装置。
【請求項９】
前記回動機構は、
前記Ｘ軸周りの回転中心軸と前記Ｙ軸周りの回転中心軸の交点を中心とする部分球面状の滑動面と、
前記滑動面を滑動自在に支持する支持部材と、を備えることを特徴とする、
請求項６に記載の形状測定装置。
【請求項１０】
前記支持部材は、前記滑動面を少なくとも３点で支持することを特徴とする、
請求項９に記載の形状測定装置。
【請求項１１】
前記第１干渉計および前記第２干渉計は、光を出射する光源、および干渉縞を観測する観測部を共用することを特徴とする、
請求項１乃至１０のいずれかに記載の形状測定装置。
【請求項１２】
干渉計により被測定物の一方の第１測定面の形状、および前記被測定物の他方の第２測定面の形状を測定する形状測定方法であって、
前記第１測定面に照射する第１照射光の光軸と前記第２測定面に照射する第２照射光の光軸を略一致させる光軸調整ステップと、
前記第１測定面に前記第１照射光を照射しながら前記被測定物を移動させて、前記第１照射光による干渉縞がヌル状態またはヌル状態に近い状態となる基準位置姿勢に前記被測定物を配置するステップと、
前記第２測定面に前記第２照射光を照射しながら前記被測定物を移動させて、前記第２照射光による干渉縞がヌル状態またはヌル状態に近い状態となる比較位置姿勢に前記被測定物を配置するステップと、
前記基準位置姿勢における前記被測定物の位置および姿勢と前記比較位置姿勢における前記被測定物の位置および姿勢から前記第１測定面の軸心と前記第２測定面の軸心の相対的な偏心量を導出するステップと、を有することを特徴とする、
形状測定方法。
【請求項１３】
前記光軸調整ステップは、
第１平面に前記第１照射光を照射して得られる干渉縞に基づいて、前記第１平面に略直交するように前記第１照射光の光軸を調整するステップと、
第１平面と略平行な第２平面に前記第２照射光を照射して得られる干渉縞に基づいて、前記第２平面に略直交するように前記第２照射光の光軸を調整するステップと、
球体に前記第１照射光を照射して得られる干渉縞に基づいて、前記球体の略中心を通過するように前記第１照射光の光軸を調整するステップと、
前記球体に前記第２照射光を照射して得られる干渉縞に基づいて、前記球体の略中心を通過するように前記第２照射光の光軸を調整するステップと、有することを特徴とする、
請求項１２に記載の形状測定方法。
【請求項１４】
被測定物の一方の第１測定面の形状および他方の第２測定面の形状を干渉計によって測定する場合に、前記第１測定面に照射する第１照射光の光軸と前記第２測定面に照射する第２照射光の光軸を略一致させるための光軸調整用治具であって、
前記第１照射光を照射して前記第１照射光の光軸の傾きを調整するための第１平面と、
前記第１平面と略平行に形成され、前記第２照射光を照射して前記第２照射光の光軸の傾きを調整するための第２平面と、
前記第１照射光および前記第２照射光を照射して前記第１照射光の光軸および前記第２照射光の光軸の位置を調整するための球体と、を備えることを特徴とする、
光軸調整用治具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種物体の形状を測定する形状測定装置に関するものであり、特に両面非球面レンズ等において光軸の偏心を測定することが可能な形状測定装置および形状測定方法、ならびにこれらに使用される光軸調整用治具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、デジタルカメラ等の撮像装置では、撮像性能の向上と共にコンパクト化が求められており、近年では、このような要求に応えるために非球面レンズの採用が増えてきている。この非球面レンズは、屈折面が球面ではない曲面から構成されたレンズであり、球面レンズと比較して収差を小さくすることができるという利点を有している。【０００３】
このような非球面レンズは、一般的に、軟化状態のガラス塊を２つの金型によって加圧成形するモールドプレス成形法によって製造される。但し、モールドプレス成形法では、金型の微妙な位置ずれや傾き、加圧成形時の温度分布やその後の冷却むら等によって形状誤差が生じる場合があるため、非球面レンズの製造においては形状検査が必須の工程となっている。【０００４】
近年、非球面レンズの形状検査では、フィゾー型等の干渉計を用いた形状測定が行われている。この干渉計による形状測定では、測定面に相当する波面を形成した可干渉光を被測定物に照射しながら被測定物の位置および姿勢を調整し、被測定物からの反射光と参照面からの参照光の干渉によって生じる干渉縞をヌル状態（縞がない状態）に近づけて測定を行う。【０００５】
従来、このような干渉計では、被測定物の片面の形状のみを測定するものが一般的であった。このため、レンズ両面の形状を測定するには、片面ごとに被測定レンズを配置し直して測定を行う必要があり、測定に多大な手間と時間を要するという問題があった。また、被測定レンズを配置し直すことにより、片面ごとに測定の基準位置が変化してしまうため、各面の軸心（光軸）の相対的なずれ（偏心）を測定することが非常に難しいという問題があった。【０００６】
このような問題に対し、レンズの両面に可干渉光を照射し、各面の光軸の相対的な偏心を測定可能とする測定装置が提案されている（例えば、特許文献１または２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−２７１４号公報
【特許文献２】特開２００１−１６５８０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１に記載の測定装置では、レンズの一方の面を測定して基準位置を定めた後に、他方の面に可干渉光を照射する光学系の配置を、ミラーや干渉計を含めて調整する必要があるため、やはり測定に手間と時間を要するという問題があった。また、調整時の光学系の配置誤差が測定精度に影響するため、高精度な測定を行うことが難しいという問題があった。【０００９】
また、上記特許文献２に記載の測定装置では、可干渉光を照射する光学系の位置を固定した状態で両面の測定を行うようになってはいるものの、やはり測定に手間と時間を要すると共に、高精度な測定を行うことが難しいという問題があった。【００１０】
具体的には、上記特許文献２に記載の測定装置では、一方の面を測定して基準位置を定めた後に他方の面を測定し、その後被測定レンズを１８０度回転させて再度一方の面の測定を行うことで、各面の光軸の相対的な偏心を測定している。すなわち、１つのレンズにつき３回の測定を行う必要があるため、測定に手間と時間を要するものとなっていた。また、被測定レンズを１８０度回転させる際の移動誤差が測定精度を低下させる要因となっていた。【００１１】
また、そもそも従来の測定装置は、基台上に設置された干渉計からの可干渉光を被測定物に対して水平方向に照射するように構成されているため、被測定物の片面のみを測定する場合においても手間と時間を要するものであった。すなわち、測定位置に被測定物を適切に配置するのに時間を要すると共に、測定装置に対する被測定物の搬入・搬出の自動化が困難であった。このため、従来の測定装置は、製造ラインに組み込んで使用することのできるものではなかった。【００１２】
本発明は、斯かる実情に鑑み、迅速且つ高精度に形状測定を行うことが可能な形状測定装置および形状測定方法、ならびにこれらに使用される光軸調整用治具を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、被測定物の一方の第１測定面の形状を測定する第１干渉計と、前記被測定物の他方の第２測定面の形状を測定する第２干渉計と、を備え、前記第１干渉計および前記第２干渉計は、前記第１干渉計から前記第１測定面に照射される第１照射光の光軸と前記第２干渉計から前記第２測定面に照射される第２照射光の光軸が略一致するように構成されることを特徴とする、形状測定装置である。【００１４】
本発明はまた、上記手段の形状測定装置において、前記第１照射光の光軸と前記第２照射光の光軸を略一致させるための光軸調整用治具をさらに備え、前記光軸調整用治具は、前記第１照射光を照射して前記第１照射光の光軸の傾きを調整するための第１平面と、前記第１平面と略平行に形成され、前記第２照射光を照射して前記第２照射光の光軸の傾きを調整するための第２平面と、前記第１照射光および前記第２照射光を照射して前記第１照射光の光軸および前記第２照射光の光軸の位置を調整するための球体と、を備えることを特徴とする。【００１５】
本発明はまた、上記手段の形状測定装置において、前記光軸調整用治具は、一方の面を前記第１平面とし、他方の面を前記第２平面とする平板を備えることを特徴とする。【００１６】
本発明はまた、上記手段の形状測定装置において、前記平板は、前記第１平面と前記第２平面の間で貫通する貫通孔を備え、前記球体は、前記貫通孔の内部に配置されることを特徴とする。【００１７】
本発明はまた、上記手段の形状測定装置において、前記第１測定面および前記第２測定面の少なくとも一方は、非球面であることを特徴とする。【００１８】
本発明はまた、上記手段の形状測定装置において、前記被測定物が載置されるステージをさらに備え、前記ステージは、前記被測定物を保持する保持部材と、前記第１照射光の光軸または前記第２照射光の光軸と略直交する面内において互いに略直交するＸ軸方向およびＹ軸方向に前記被測定物を移動させる直動機構と、前記Ｘ軸周りおよび前記Ｙ軸周りに前記被測定物を回転させる回動機構と、前記第１照射光または前記第２照射光を通過させる孔部と、を備えることを特徴とする。【００１９】
本発明はまた、上記手段の形状測定装置において、前記回動機構は、前記Ｘ軸周りに回転自在となるように前記直動機構に支持されるＸ軸周り回動部材と、前記Ｙ軸周りに回転自在となるように前記Ｘ軸周り回動部材に支持されると共に前記保持部材を支持するＹ軸周り回動部材と、を備えることを特徴とする。【００２０】
本発明はまた、上記手段の形状測定装置において、前記Ｘ軸周り回動部材は、環状に構成され、前記Ｙ軸周り回動部材は、前記Ｘ軸周り回動部材の内部に配置されることを特徴とする。【００２１】
本発明はまた、上記手段の形状測定装置において、前記回動機構は、前記Ｘ軸周りの回転中心軸と前記Ｙ軸周りの回転中心軸の交点を中心とする部分球面状の滑動面と、前記滑動面を滑動自在に支持する支持部材と、を備えることを特徴とする。【００２２】
本発明はまた、上記手段の形状測定装置において、前記支持部材は、前記滑動面を少なくとも３点で支持することを特徴とする。【００２３】
本発明はまた、上記手段の形状測定装置において、前記第１干渉計および前記第２干渉計は、光を出射する光源、および干渉縞を観測する観測部を共用することを特徴とする。【００２４】
本発明はまた、干渉計により被測定物の一方の第１測定面の形状、および前記被測定物の他方の第２測定面の形状を測定する形状測定方法であって、前記第１測定面に照射する第１照射光の光軸と前記第２測定面に照射する第２照射光の光軸を略一致させる光軸調整ステップと、前記第１測定面に前記第１照射光を照射しながら前記被測定物を移動させて、前記第１照射光による干渉縞がヌル状態またはヌル状態に近い状態となる基準位置姿勢に前記被測定物を配置するステップと、前記第２測定面に前記第２照射光を照射しながら前記被測定物を移動させて、前記第２照射光による干渉縞がヌル状態またはヌル状態に近い状態となる比較位置姿勢に前記被測定物を配置するステップと、前記基準位置姿勢における前記被測定物の位置および姿勢と前記比較位置姿勢における前記被測定物の位置および姿勢から前記第１測定面の軸心と前記第２測定面の軸心の相対的な偏心量を導出するステップと、を有することを特徴とする、形状測定方法である。【００２５】
本発明はまた、上記手段の形状測定方法において、前記光軸調整ステップは、第１平面に前記第１照射光を照射して得られる干渉縞に基づいて、前記第１平面に略直交するように前記第１照射光の光軸を調整するステップと、第１平面と略平行な第２平面に前記第２照射光を照射して得られる干渉縞に基づいて、前記第２平面に略直交するように前記第２照射光の光軸を調整するステップと、球体に前記第１照射光を照射して得られる干渉縞に基づいて、前記球体の略中心を通過するように前記第１照射光の光軸を調整するステップと、前記球体に前記第２照射光を照射して得られる干渉縞に基づいて、前記球体の略中心を通過するように前記第２照射光の光軸を調整するステップと、有することを特徴とする。【００２６】
本発明はまた、被測定物の一方の第１測定面の形状および他方の第２測定面の形状を干渉計によって測定する場合に、前記第１測定面に照射する第１照射光の光軸と前記第２測定面に照射する第２照射光の光軸を略一致させるための光軸調整用治具であって、前記第１照射光を照射して前記第１照射光の光軸の傾きを調整するための第１平面と、前記第１平面と略平行に形成され、前記第２照射光を照射して前記第２照射光の光軸の傾きを調整するための第２平面と、前記第１照射光および前記第２照射光を照射して前記第１照射光の光軸および前記第２照射光の光軸の位置を調整するための球体と、を備えることを特徴とする、光軸調整用治具である。
【発明の効果】
【００２７】
本発明に係る形状測定装置および形状測定方法、ならびにこれらに使用される光軸調整用治具によれば、迅速且つ高精度に形状測定を行うことが可能という優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態に係る形状測定装置の構成を示した概略図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）ステージの構成を示した概略図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）回動機構の動作を示した概略図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）その他の構成の回動機構を備えるステージの例を示した概略図である。
【図５】（ａ）および（ｂ）光軸調整用治具を示した概略図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）光軸の調整方法の概要を示した概略図である。
【図７】（ａ）〜（ｄ）非球面レンズの形状の例を示した概略図である。
【図８】（ａ）および（ｂ）非球面レンズの形状測定方法の概要を示した概略図である。
【図９】（ａ）および（ｂ）非球面レンズの形状測定方法の概要を示した概略図である。
【図１０】本発明のその他の実施形態に係る形状測定装置の構成を示した概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の例について詳細に説明する。
【００３０】
＜全体構成＞
まず、本実施形態に係る形状測定装置１の全体構成について説明する。
【００３１】
図１は、本実施形態に係る形状測定装置１の構成を示した概略図である。なお、同図においては、光束を二点鎖線で示している。本実施形態に係る形状測定装置１は、被測定物である非球面レンズ１００の一方（図の上方）の第１測定面１１０および他方（図の下方）の第２測定面１２０の形状をそれぞれ測定すると共に、第１測定面１１０の軸心（光軸）と第２測定面１２０の軸心（光軸）の相対的なずれ（偏心）を測定するものである。
【００３２】
形状測定装置１は、同図に示されるように、所定の光束Ｌ１を出射する干渉計ユニット１０と、光束Ｌ１を第１光路２０および第２光路２２に向けて分割するビームスプリッタ３０と、第１光路２０上に配置される第１波面形成器４０と、第２光路２２上に配置される第２波面形成器５０と、非球面レンズ１００を保持するステージ６０と、を備えて構成されている。
【００３３】
また、形状測定装置１は、箱形の基台７０と、基台７０上に除振ユニット７２を介して配置される定盤７４と、定盤７４から上下方向に延設される柱７６と、を備えている。干渉計ユニット１０、ビームスプリッタ３０、第１波面形成器４０および第２波面形成器５０は、柱７６に取り付けられ、ステージ６０は、定盤７４上に取り付けられている。
【００３４】
干渉計ユニット１０は、可干渉光を発するレーザ装置等の光源１２と、光源１２からの光を所定の光束Ｌ１となるように調整する各種レンズ等からなる光学系１４と、第１光路２０および第２光路２２を逆行してきた光における干渉縞を観測する観測部１６等を備えている。また、干渉計ユニット１０には、コンピュータ等から構成される画像処理装置（図示省略）が接続されており、観測部１６によって観測した干渉縞は、この画像処理装置によって解析される。本実施形態では、この干渉計ユニット１０として、既存のフィゾー型干渉計のユニットを使用しているため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００３５】
干渉計ユニット１０は、基台７０の内部においてブラケット１８を介して柱７６の下部に固定されており、上方に向けて光束を出射するように配置されている。なお、干渉計ユニット１０としてフィゾー型以外の型式のものを使用するようにしてもよい。
【００３６】
ビームスプリッタ３０は、干渉計ユニット１０から出射された光束Ｌ１を、第１光路２０を通過する光束Ｌ２および第２光路２２を通過する光束Ｌ３に分割するものである。このビームスプリッタ３０としては、キューブタイプ、プレートタイプおよびペリクルタイプ等、各種既存のものを使用することができる。
【００３７】
ビームスプリッタ３０は、ブラケット３２を介して柱７６の下部に固定されており、干渉計ユニット１０の上方に配置されている。本実施形態では、ビームスプリッタ３０によって干渉計ユニット１０から出射された光束Ｌ１を２分割し、第１光路２０および第２光路２２を構成することにより、１台の干渉計ユニット１０で非球面レンズ１００の両面を測定することを可能としている。
【００３８】
第１光路２０は、干渉計ユニット１０から非球面レンズ１００の上面である第１測定面１１０に向かう光路である。本実施形態では、干渉計ユニット１０から上方に向けて出射された光束Ｌ１の一部をビームスプリッタ３０で側方に向けて反射させて形成した光束Ｌ２を、３つのミラー８０で上方、側方、下方へと順に反射させるように、第１測定面１１０に向かう第１光路２０を構成している。第１光路２０を通過した光束Ｌ２は、第１波面形成器４０を通過した後に、非球面レンズ１００の上方から第１測定面１１０に向けて照射される第１照射光Ｌ４となる。なお、３つのミラー８０は、それぞれブラケット８２を介して柱７６に固定されている。
【００３９】
第２光路２２は、干渉計ユニット１０から非球面レンズ１００の下面である第２測定面１２０に向かう光路である。本実施形態では、干渉計ユニット１０から上方に向けて出射された光束Ｌ１の一部をビームスプリッタ３０を透過させて形成した光束Ｌ３を、そのまま直進させて上方の第２測定面１２０に向かうように第２光路２２を構成している。第２光路２２を通過した光束Ｌ３は、第２波面形成器５０を通過した後に、非球面レンズ１００の下方から第２測定面１２０に向けて照射される第２照射光Ｌ５となる。
【００４０】
ビームスプリッタ３０の第１光路２０側の出口、および第２光路２２側の出口には、それぞれ第１シャッタ３４および第２シャッタ３６が配置されている。第１シャッタ３４は、第１光路２０を通過する光束Ｌ２を遮断するものであり、第２シャッタ３６は、第２光路２２を通過する光束Ｌ３を遮断するものである。第１シャッタ３４および第２シャッタ３６は、ビームスプリッタ３０と共にブラケット３２を介して柱７６の下部に固定されている。
【００４１】
本実施形態では、このように、第１光路２０および第２光路２２に第１シャッタ３４および第２シャッタ３６をそれぞれ配置することで、いずれか一方の光路を使用している際には他方の光路を遮断するようにしている。なお、この第１シャッタ３４および第２シャッタ３６としては、ソレノイド式電子シャッタ等、各種既存のものを使用することができる。
【００４２】
第１波面形成器４０は、第１光路２０から非球面レンズ１００の第１測定面１１０に照射される第１照射光Ｌ４において、第１測定面１１０に相当する形状の波面、すなわち非球面波を形成するものである。なお、本実施形態では、第１波面形成器４０として、計算機合成ホログラム（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ  Ｈｏｌｏｇｒａｍ）を使用しているが、各種レンズ等、その他の方式によって非球面波を形成するようにしてもよい。
【００４３】
第１波面形成器４０の上流側には、第１波面形成器４０に隣接して第１アパーチャ４２が配置されている。この第１アパーチャ４２の内部には、光束Ｌ２において球面波を形成する球面波形成レンズ群（図示省略）が配置されている。従って、第１波面形成器４０は、この球面波形成レンズ群によって形成された球面波を、第１測定面１１０の形状に相当する非球面波に変換するように構成されている。また、球面波レンズ群において球面波が形成される面が、干渉計における参照面となっている。
【００４４】
なお、球面波形成レンズ群に代えて、平面波を形成する平面波形成レンズ群を設けるようにしてもよい。この場合、第１波面形成器４０は、平面波を第１測定面１１０の形状に相当する非球面波に変換するように構成することとなる。
【００４５】
第１波面形成器４０および第１アパーチャ４２は、位置姿勢調整機構４４を介して第１可動ブラケット４６に固定されている。位置姿勢調整機構４４は、第１波面形成器４０および第１アパーチャ４２をティップティルト可能な既知の構造を備えており、本実施形態では、この位置姿勢調整機構４４によって第１照射光Ｌ４の光軸Ｓ１を調整するようにしている。第１可動ブラケット４６は、駆動装置（図示省略）に駆動されて上下方向にスライド移動可能に柱７６の上部に固定されている。本実施形態では、この第１可動ブラケット４６を移動させることにより、第１照射光Ｌ４の焦点位置を調整するようにしている。
【００４６】
第２波面形成器５０は、第２光路２２から非球面レンズ１００の第２測定面１２０に照射される第２照射光Ｌ５において、第２測定面１２０に相当する形状の波面、すなわち非球面波を形成するものである。第２波面形成器５０は、第１波面形成器４０と同様に、計算機合成ホログラムから構成されている。また、第２波面形成器５０の上流側には、第１アパーチャ４２と同様の構成の第２アパーチャ５２が配置されている。
【００４７】
第２波面形成器５０および第２アパーチャ５２は、位置姿勢調整機構５４を介して第２可動ブラケット５６に固定されている。位置姿勢調整機構５４は、位置調整機構４４と同様の構造を備えており、この位置調整機構５４によって第２照射光Ｌ５の光軸Ｓ２を調整可能となっている。また、第２可動ブラケット５６は、第１可動ブラケット４６と同様に、駆動装置（図示省略）に駆動されて上下方向にスライド移動可能に柱７６の下部に固定されており、この第２可動ブラケット５６の移動によって第２照射光Ｌ５の焦点位置を調整可能となっている。
【００４８】
ステージ６０は、非球面レンズ１００を保持すると共に、非球面レンズ１００の位置および姿勢を変化させることが可能に構成されている。また、ステージ６０には、第１照射光Ｌ４および第２照射光Ｌ５を通過させるために、上下方向に貫通した孔部６２を備えている。ステージ６０は、定盤７４上において第１波面形成器４０および第２波面形成器５０の間に配置される。
【００４９】
また、図示は省略するが、形状測定装置１は、上述の構成に加えて、装置全体を制御する制御装置を備えている。この制御装置は、コンピュータ等から構成されており、干渉計ユニット１０、シャッタ３４等の各部の動作を制御するように構成されている。なお、上述の画像処理装置と制御装置を１台のコンピュータから構成するようにしてもよい。
【００５０】
このような構成により、本実施形態では、干渉計ユニット１０、第１アパーチャ４２および第１波面形成器４０から、非球面レンズ１００の第１測定面１１０の形状を測定する第１干渉計２を構成している。そして、干渉計ユニット１０、第２アパーチャ５２および第２波面形成器５０から、非球面レンズ１００の第２測定面１２０の形状を測定する第２干渉計３を構成している。すなわち、本実施形態の形状測定装置１は、干渉計ユニット１０を共用する２つの干渉計を備えている。
【００５１】
また、本実施形態では、第１干渉計２による第１照射光Ｌ４の光軸Ｓ１と、第２干渉計３による第２照射光Ｌ５の光軸Ｓ２が略一致する（略一直線状となる）ように、第１波面形成器４０および第１アパーチャ４２、ならびに第２波面形成器５０および第２アパーチャ５２を配置している。このように光軸Ｓ１、Ｓ２を揃えることによって、非球面レンズ１００の両面の形状を迅速且つ高精度に測定することが可能となる。光軸Ｓ１、Ｓ２の調整方法および形状測定方法の詳細については、後述する。
【００５２】
また、本実施形態では、全ての光学要素およびステージ６０を除振ユニット７２上に配置された定盤７４および定盤７４に固定された柱７６に取り付けるようにしているため、周囲の振動に影響されることなく、高精度な形状測定を行うことが可能となっている。
【００５３】
＜ステージ＞
次に、ステージ６０の構成について詳細に説明する。
【００５４】
図２（ａ）および（ｂ）は、ステージ６０の構成を示した概略図である。なお、同図（ａ）はステージ６０の平面図であり、同図（ｂ）はステージ６０の一部をＸ軸に沿う断面で示した正面図である。なお、本実施形態では、水平面内において互いに略直交する方向にＸ軸およびＹ軸を設定し、上下方向にＺ軸を設定している。従って、第１照射光Ｌ４の光軸Ｓ１および第２照射光Ｌ５の光軸Ｓ２は、Ｘ軸およびＹ軸に略直交すると共に、Ｚ軸に略平行となる。
【００５５】
これらの図に示されるように、ステージ６０は、被測定物である非球面レンズ１００をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させる直動機構６４と、非球面レンズ１００をＸ軸周りおよびＹ軸周りに回転させる回動機構６６と、非球面レンズ１００を保持する保持部材６７と、を備えて構成されている。また、ステージ６０は、制御装置（図示省略）に接続されており、直動機構６４および回動機構６６はこの制御装置に制御されて動作する。
【００５６】
直動機構６４は、定盤７４上に配置されるベース６４ａと、ベース６４ａの上部に配置されるテーブル６４ｂと、を備え、テーブル６４ｂをＸ軸方向およびＹ軸方向に移動可能ないわゆるＸ−Ｙテーブルを構成している。ベース６４ａには、テーブル６４ｂの移動をガイドするリニアガイド等（図示省略）と共に、ステッピングモータおよびボールねじ伝導機構等から構成されるＸ軸方向駆動装置６４ｃおよびＹ軸方向駆動装置６４ｄが配置されている。
【００５７】
Ｘ軸方向駆動装置６４ｃは、テーブル６４ｂをＸ軸方向に移動させると共にＸ軸方向の任意の位置で停止させることが可能に構成されている。また、Ｙ軸方向駆動装置６４ｄは、テーブル６４ｂをＹ軸方向に移動させると共にＹ軸方向の任意の位置で停止させることが可能に構成されている。さらに、Ｘ軸方向駆動装置６４ｃおよびＹ軸方向駆動装置６４ｄは、所定のエンコーダを備えており、テーブル６４ｂのＸ軸方向およびＹ軸方向の位置、すなわち非球面レンズ１００のＸ軸方向およびＹ軸方向の位置を検出することが可能に構成されている。
【００５８】
直動機構６４の中央部には、孔部６２の一部を構成する下側孔部６２ａが上下方向に貫通するように設けられている。第２照射光Ｌ５は、この下側孔部６２ａを通過して、非球面レンズ１００の第２測定面１２０に照射されるようになっている。
【００５９】
回動機構６６は、直動機構６４のテーブル６４ｂ上に配置されており、テーブル６４ｂと共にＸ軸方向およびＹ軸方向に移動するように構成されている。そして、回動機構６６は、Ｘ軸周りに回動するＸ軸周り回動部材６６ａと、Ｙ軸周りに回動するＹ軸周り回動部材６６ｂと、保持部材６７を支持する傾動ステージ６６ｃと、Ｘ軸周りの回動を駆動するＸ軸周り駆動装置６６ｄと、Ｙ軸周りの回動を駆動するＹ軸周り駆動装置６６ｅと、を備えている。
【００６０】
Ｘ軸周り回動部材６６ａは、円環状の部材であり、外周端からＸ軸に沿って突出するように２つのＸ軸周り回転軸６６ａ１が設けられている。そして、これら２つのＸ軸周り回転軸６６ａ１は、テーブル６４ｂに固定配置された軸受６６ａ２を介してそれぞれ回転自在に支持されている。すなわち、Ｘ軸周り回動部材６６ａは、２つのＸ軸周り回転軸６６ａ１および軸受６６ａ２を介して回転自在にテーブル６４ｂに支持されており、Ｘ軸を回転中心軸としてテーブル６４ｂに対して回動するように構成されている。
【００６１】
Ｙ軸周り回動部材６６ｂは、略同心円状にＸ軸周り回動部材６６ａの内部（半径方向内側）に配置される円環状の部材であり、外周端からＹ軸に沿って突出するように２つのＹ軸周り回転軸６６ｂ１が設けられている。そして、これら２つのＹ軸周り回転軸６６ｂ１は、外側のＸ軸周り回動部材６６ａの内周端部においてそれぞれ回動自在に支持されている。すなわち、Ｙ軸周り回動部材６６ｂは、２つのＹ軸周り回転軸６６ｂ１を介して回転自在にＸ軸周り回動部材６６ａに支持されており、Ｙ軸を回転中心軸としてＸ軸周り回動部材６６ａに対して回動するように構成されている。また、Ｙ軸周り回動部材６６ｂは、Ｘ軸周り回動部材６６ａと共に回動することにより、Ｘ軸周りにも回動可能となっている。
【００６２】
傾動ステージ６６ｃは、角を丸めた略矩形状の平板であり、Ｙ軸周り回動部材６６ｂ上に固定配置されている。従って、傾動ステージ６６ｃは、Ｘ軸周り回動部材６６ａおよびＹ軸周り回動部材６６ｂと共にＸ軸周りに回動し、Ｙ軸周り回動部材６６ｂと共にＹ軸周りに回動するように構成されている。傾動ステージ６６ｃおよびＹ軸周り回動部材６６ｂには、孔部６２の一部を構成する上側孔部６２ｂが設けられており、保持部材６７は、この上側孔部６２ｂ内に一部を挿入された状態で傾動ステージ６６ｃに支持される。
【００６３】
Ｘ軸周り駆動装置６６ｄおよびＹ軸周り駆動装置６６ｅは、略同一の構成となっている。このうち、Ｘ軸周り駆動装置６６ｄは、傾動ステージ６６ｃからＹ軸方向に突出するアーム６６ｄ１と、アーム６６ｄの先端部から下方に向けて突設されたカムフォロア６６ｄ２と、カムフォロア６６ｄ２と当接する楔形状のカム６６ｄ３と、カム６６ｄ３をスライド移動させる直動アクチュエータ６６ｄ４と、を備えて構成されている。
【００６４】
また、Ｙ軸周り駆動装置６６ｅは、傾動ステージ６６ｃからＸ軸方向に突出するアーム６６ｅ１と、アーム６６ｅの先端部から下方に向けて突設されたカムフォロア６６ｅ２と、カムフォロア６６ｅ２と当接する楔形状のカム６６ｅ３と、カム６６ｅ３をスライド移動させる直動アクチュエータ６６ｅ４と、を備えて構成されている。
【００６５】
Ｘ軸周り駆動装置６６ｄのカム６６ｄ３は、テーブル６４ｂに固定されたブラケット６４ｂ１上において水平方向にスライド可能に配置されており、直動アクチュエータ６６ｄ４は、カム６６ｄ３を押圧してスライド移動させるようにブラケット６４ｂ１上に配置されている。そして、カムフォロワ６６ｄ２は、上方からカム６６ｄ３の傾斜面に当接しており、カム６６ｄ３の移動に伴って上昇または下降するようになっている。
【００６６】
すなわち、Ｘ軸周り駆動装置６６ｄは、直動アクチュエータ６６ｄ４でカム６６ｄ３を移動させることによってカムフォロワ６６ｄ２を任意の高さまで上昇または下降させるように構成されている。そして、傾動ステージ６６ｃは、カムフォロワ６６ｄ２の上昇または下降に伴って、Ｙ軸周り回動部材６６ｂおよびＸ軸周り回動部材６６ａと共にＸ軸を回転中心軸として回動し、任意の角度で傾斜した状態となる。
【００６７】
同様に、Ｙ軸周り駆動装置６６ｅのカム６６ｅ３は、テーブル６４ｂに固定されたブラケット６４ｂ２上において水平方向にスライド可能に配置されており、直動アクチュエータ６６ｅ４は、カム６６ｅ３を押圧してスライド移動させるようにブラケット６４ｂ２上に配置されている。そして、カムフォロワ６６ｅ２は、上方からカム６６ｅ３の傾斜面に当接しており、カム６６ｅ３の移動に伴って上昇または下降するようになっている。
【００６８】
すなわち、Ｙ軸周り駆動装置６６ｅは、直動アクチュエータ６６ｅ４でカム６６ｅ３を移動させることによってカムフォロワ６６ｅ２を任意の高さまで上昇または下降させるように構成されている。そして、傾動ステージ６６ｃは、カムフォロワ６６ｅ２の上昇または下降に伴って、Ｙ軸周り回動部材６６ｂと共にＹ軸を回転中心軸として回動し、任意の角度で傾斜した状態となる。
【００６９】
また、Ｘ軸周り駆動装置６６ｄおよびＹ軸周り駆動装置６６ｅは、それぞれ所定のエンコーダを備えており、これらのエンコーダの出力に基づいて、傾動ステージ６６ｃのＸ軸周りの傾斜角度およびＹ軸周りの傾斜角度、すなわち非球面レンズ１００の傾斜角度を導出することが可能となっている。
【００７０】
保持部材６７は、上部が開口した有底円筒状の円筒部６７ａと、円筒部６７ａの開口部の縁に形成されたフランジ部６７ｂと、からなる部材である。保持部材６７は、円筒部６７ａを上側孔部６２ｂに挿入した状態で傾動ステージ６６ｃ上面にフランジ部６７ｂが載置される。そして、フランジ部６７ｂと傾動ステージ６６ｃをボルト等によって締結することで、保持部材６７は、傾動ステージ６６ｃに固定される。
【００７１】
円筒部６７ａの底部には、板バネから構成される付勢部材６７ｃが３箇所に配置されている。また、円筒部６７ａの底部の中央部には、下方からの第２照射光Ｌ５を通過させるための孔部６７ｄが形成されている。非球面レンズ１００は、円筒部６７ａの底部上に載置され、３つの付勢部材６７ｃの間に挟持されることで円筒部６７ａの底部の略中央に保持される。
【００７２】
本実施形態では、非球面レンズ１００の厚みに合わせて保持部材６７の円筒部６７ａの深さを適宜に設定することにより、保持部材６７に保持された非球面レンズ１００の上面（第１測定面１１０）の頂点がＸ軸およびＹ軸の交点Ｏに位置するようにしている。このようにすることで、回動機構６６によって非球面レンズ１００を回転させる場合に、非球面レンズ１００のＸ軸方向の移動およびＹ軸方向の移動を最小限にすることが可能となる。これにより、非球面レンズ１００の位置および姿勢の導出を容易にすると共に、測定を高精度に行うことができる。
【００７３】
また、非球面レンズ１００の種類毎に保持部材６７を用意しておくことにより、保持部材６７を交換するだけで、多種類の非球面レンズ１００の測定を高精度に行うことができる。本実施形態では、ステージ６０に下側孔部６２ａおよび上側孔部６２ｂを設けると共に、これらの内部に保持部材６７の円筒部６７ａが挿入されるようにしているため、円筒部６７ａの深さを広い範囲で設定することが可能となっている。
【００７４】
なお、非球面レンズ１００の下面（第２測定面１２０）の頂点が交点Ｏに位置するように円筒部６７ａの深さを設定してもよいし、非球面レンズ１００の上面の頂点と下面の頂点の中間点が交点Ｏに位置するように円筒部６７ａの深さを設定してもよい。また、非球面レンズの上面の頂点または下面の頂点から所定の距離だけ離れた点に交点Ｏが位置するようにしてもよいし、非球面レンズ１００の所定の基準面または基準点から所定の距離だけ離れた位置に交点Ｏが位置するようにしてもよい。
【００７５】
また、本実施形態では、付勢部材６７ｃによって非球面レンズ１００を側方から挟持することにより、上方から非球面レンズ１００を容易に着脱することを可能としている。このようにすることで、例えば搬送装置による非球面レンズ１００の自動搬入および自動搬出が可能となるため、形状測定を自動化すると共に高速化することができる。
【００７６】
図３（ａ）〜（ｄ）は、回動機構６６の動作を示した概略図である。なお、同図（ａ）および（ｂ）はステージ６０の一部をＹ軸に沿う断面で示した側面図であり、同図（ｃ）および（ｄ）はステージ６０の一部をＸ軸に沿う断面で示した正面図である。
【００７７】
同図（ａ）および（ｂ）に示されるように、Ｘ軸周り駆動装置６６ｄの直動アクチュエータ６６ｄ４がカム６６ｄ３をスライド移動させることにより、カムフォロア６６ｄ２が上昇（同図（ａ））または下降（同図（ｂ））する。そして、カムフォロワ６６ｄ２の上昇または下降により傾動ステージ６６ｃ、Ｙ軸周り回動部材６６ｂおよびＸ軸周り回動部材６６ａがＸ軸を回転中心軸として回動し、傾動ステージ６６ｃに固定された保持部材６７を回動させる。これにより、非球面レンズ１００はＸ軸周りに回動し、所定の角度で傾斜した状態となる。
【００７８】
また、同図（ｃ）および（ｄ）に示されるように、Ｙ軸周り駆動装置６６ｅの直動アクチュエータ６６ｅ４がカム６６ｅ３をスライド移動させることにより、カムフォロア６６ｅ２が上昇（同図（ｃ））または下降（同図（ｄ））する。そして、カムフォロワ６６ｅ２の上昇または下降により傾動ステージ６６ｃおよびＹ軸周り回動部材６６ｂがＹ軸を回転中心軸として回動し、傾動ステージ６６ｃに固定された保持部材６７を回動させる。これにより、非球面レンズ１００はＹ軸周りに回動し、所定の角度で傾斜した状態となる。
【００７９】
このように、ステージ６０の回動機構６６は、非球面レンズ１００をＸ軸周りおよびＹ軸周りに回動させることで、非球面レンズ１００を任意の姿勢に配置するように構成されている。特に、本実施形態では、回動機構６６にＸ軸周り回動部材６６ａおよびＹ軸周り回動部材６６ｂを組み合わせた構成を採用しているため、ステージ６０の高さを従来以上に低くすることが可能となっている。
【００８０】
また、非球面レンズ１００の上面の頂点が回転中心となるＸ軸およびＹ軸の交点Ｏに位置するようにしているため、非球面レンズ１００のＸ軸方向およびＹ軸方向の位置変化を最小限としながら、非球面レンズ１００を任意の姿勢に配置することが可能となっている。さらに、下側孔部６２ａおよび上側孔部６２ｂを設けているため、非球面レンズ１００の上面（第１測定面１１０）および下面（第２測定面１２０）の両方を測定することが可能となっている。
【００８１】
なお、本実施形態では、Ｘ軸周り駆動装置６６ｄにおいて、カム６６ｄ３がＹ軸方向にスライド移動するように配置しているが、Ｘ軸周り駆動装置６６ｄの構成はこれに限定されるものではなく、例えばカム６６ｄ３がＸ軸方向にスライド移動するようにカム６６ｄ３および直動アクチュエータ６６ｄ４を配置してもよい。同様に、Ｙ軸周り駆動装置６６ｅにおいて、カム６６ｅ３がＹ軸方向にスライド移動するようにカム６６ｅ３および直動アクチュエータ６６ｅ４を配置してもよい。
【００８２】
また、本実施形態では、Ｘ軸周り回動部材６６ａを円環状に構成しているが、Ｘ軸周り回動部材６６ａの形状はこれに限定されるものではなく、Ｙ軸周り可動部材６６ｂを内部に収容可能な略環状の形状であればよい。また、Ｙ軸周り回動部材６６ａの形状も、本実施形態で示した円環状に限定されるものではなく、傾動ステージ６６ｃまたは保持部材６７を保持可能な形状であれば、その他の形状であってもよい。
【００８３】
また、ステージ６０は、上述した構成とは異なる構成の回動機構６６を備えるものであってもよい。図４（ａ）〜（ｄ）は、その他の構成の回動機構６６を備えるステージ６０の例を示した概略図である。なお、同図（ａ）、（ｃ）および（ｄ）はステージ６０の一部をＸ軸に沿う断面で示した正面図であり、同図（ｂ）はステージ６０の一部をＹ軸に沿う断面で示した側面図である。また、以下の説明においては、上述の例と共通する部分に同一の符号を付すと共に、その説明を省略する。
【００８４】
この例の回動機構６６は、同図（ａ）に示されるように、Ｘ軸周り回動部材６６ａおよびＹ軸周り回動部材６６ｂに代えて、テーブル６４ｂに固定配置される支持部材６８と、この支持部材６８によって回動可能に支持される回動部材６９を備えている。このうち、回動部材６９は、外周表面にＸ軸およびＹ軸の交点Ｏを中心とする部分球面状に形成された滑動面６９ａを備えている。また、支持部材６８は、滑動面６９ａにおける部分球面の相補的形状に形成された凹面６８ａを備えている。
【００８５】
そして、回動部材６９は、滑動面６９ａが支持部材６８の凹面６８ａ内に嵌り込んだ状態で支持部材６８上に載置されており、滑動面６９ａは凹面６８ａに沿って自由に滑動可能な状態となっている。すなわち、この例の回動機構６６は、滑動面６９ａが凹面６８ａに対して滑動することにより、回動部材６９がＸ軸周りおよびＹ軸周りに回動するように構成されている。なお、滑動面６９ａおよび凹面６８ａの間に潤滑剤を塗布するようにしてもよい。
【００８６】
傾動ステージ６６ｃは、回動部材６９の上部に固定配置されており、回動部材６９と共に回動するようになっている。また、回動部材６９の中央部には、上側孔部６２ｂが形成されており、保持部材６７は、円筒部６７ａがこの上側孔部６２ｂ内に挿入された状態で傾動ステージ６６ｃに固定されている。
【００８７】
同図（ｂ）に示されるように、Ｘ軸周り駆動装置６６ｄにおいてカムフォロア６６ｄ２を上昇または下降させると、これに伴い滑動面６９ａが凹面６８ａに沿って滑動する。すなわち、滑動面６９ａは、交点Ｃを中心とする部分球面に沿って滑動するため、回動部材６９はＸ軸周りに回動することとなる。同様に、同図（ｃ）に示されるように、Ｙ軸周り駆動装置６６ｅにおいてカムフォロア６６ｅ２を上昇または下降させると、これに伴い滑動面６９ａが凹面６８ａに沿って、すなわち交点Ｃを中心とする部分球面に沿って滑動し、回動部材６９はＹ軸周りに回動することとなる。この例の回動機構６６では、このようにして非球面レンズ１００をＸ軸周りおよびＹ軸周りに回転させる。
【００８８】
なお、滑動面６９ａを支持する凹面６８ａは、滑動面６９ａを全周にわたって支持するように形成されるものであってもよいし、部分的に支持するように形成されたものであってもよい。また、同図（ａ）〜（ｃ）に示したように、滑動面６９ａを面で支持するのではなく、点で支持するように支持部材６８を構成するようにしてもよい。
【００８９】
同図（ｄ）は、滑動面６９ａを３点で支持するように支持部材６８を構成した例を示した図である。この例では、支持部材６８は、滑動面６９ａの周方向において均等に配置された３つの突起部６８ｂを備えている。そして、これらの突起部６８ｂを滑動面６９ａに当接させることによって回動部材６９を支持している。このように、滑動面６９ａを点で支持した場合においても、滑動面６９ａは交点Ｃを中心とする部分球面に沿って滑動するため、回動部材６９はＸ軸周りおよびＹ軸周りに回動することとなる。
【００９０】
なお、突起部６８ｂは、支持部材６８に固定されたものであってもよいし、滑動面６９ａの移動に伴って回転するボールやローラ等から構成されるものであってもよい。また、突起部６８ｂの個数は、滑動面６０ａに対して均等に当接させるためには３つであることが好ましいが、これに限定されるものではなく、３つ以上の突起部６８ｂを設けるようにしてもよい。
【００９１】
このように、ステージ６０の回動機構６６を、交点Ｃを中心とする滑動面６９ａを有する回動部材６９と、回動部材６９の滑動面６９ａを滑動自在に支持する支持部材６８とを備えて構成することにより、ステージ６０をシンプル且つコンパクトに構成することが可能となる。また、Ｘ軸周り回動部材６６ａおよびＹ軸周り回動部材６６ｂを備える場合と比較して、より滑らかに回動部材６９を回動させることができるため、非球面レンズ１００の姿勢をより高速且つ高精度に決定することができる。
【００９２】
＜光軸調整用治具＞
次に、形状測定装置１が備える光軸調整用治具９０について説明する。
【００９３】
上述のように、本実施形態の形状測定装置１では、非球面レンズ１００の第１測定面１１０に照射する第１照射光Ｌ４の光軸Ｓ１と、第２測定面１２０に照射する第２照射光Ｌ５の光軸Ｓ２を略一致させている。このため、光軸Ｓ１と光軸Ｓ２を高精度に一致させるための光軸調整用治具９０を備えている。
【００９４】
図５（ａ）および（ｂ）は、光軸調整用治具９０を示した概略図である。なお、同図（ａ）は光軸調整用治具９０の平面図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。これらの図に示されるように、光軸調整用治具９０は、略円盤状の平板９２と、球体９４とを備えて構成されている。
【００９５】
平板９２は、適宜に研磨された光学平面である第１平面９２ａと、同様に光学平面である第２平面９２ｂを両面に有している。このうち、第１平面９２ａは、第１照射光Ｌ４を照射して第１照射光Ｌ４の光軸Ｓ１の傾きを調整するための平面であり、第２平面９２ｂは、第２照射光Ｌ５を照射して第２照射光Ｌ５の光軸Ｓ２の傾きを調整するための平面である。
【００９６】
従って、光軸Ｓ１および光軸Ｓ２を略平行に調整するために、第１平面９２ａおよび第２平面９２ｂは、互いに略平行に形成されている。なお、第１平面９２ａおよび第２平面９２ｂの平行度は特に限定されるものではなく、要求される光軸の一致度に応じて適宜に決定すればよいが、一般的な非球面レンズ１００を測定する場合には平行度が±１秒以内であることが好ましい。
【００９７】
平板９２の中央部には、第１平面９２ａと第２平面９２ｂの間で貫通するテーパ状の貫通孔９２ｃが形成されている。そして、この貫通孔９２ｃの内部に球体９４が配置されている。この球体９４は、第１照射光Ｌ４および第２照射光Ｌ５を中心に向けて照射するように調整することで、第１照射光Ｌ４の光軸Ｓ１と第２照射光Ｌ５の光軸Ｓ２の位置を略一致させるためのものである。
【００９８】
球体９４の大きさは、特に限定されるものではないが、光軸の一致度を向上させるためには小径であることが好ましく、直径が２ｍｍ以下であればより好ましく、直径が１ｍｍ以下であることが最も好ましい。また、球体９４の真球度は、特に限定されるものではないが、光軸の一致度を向上させるためには、真球度が０．０６μｍ以下であることが好ましく、真球度が０．０５μｍ以下であればより好ましい。また、球体９４を配置する位置は、第１照射光Ｌ４および第２照射光Ｌ５を照射可能な位置であれば、特に限定されるものではないが、球体９４の中心が第２平面９２ａおよび第２平面９２ｂの中間点に位置していることが好ましい。
【００９９】
なお、平板９２の形状は、矩形状等、その他の形状であってもよい。さらに、平板９２の厚みは、特に限定されるものではなく、ブロック状のものであってもよい。また、本実施形態では、貫通孔９２をテーパ状に形成し、この中に落とし込むようにして球体９４を固定配置しているが、その他の既知の手法によって球体９４を平板９２に固定するようにしてもよい。
【０１００】
また、光軸調整用治具９０は、光軸調整を行うときにのみステージ６０や定盤７４に配置されるものであってもよいし、ステージ６０や定盤７４に恒常的に配置されるものであってもよい。さらに、光軸調整用治具９０を、ステージ６０または定盤７４の一部として一体的に構成するようにしてもよい。
【０１０１】
＜光軸調整方法＞
次に、第１照射光Ｌ４の光軸Ｓ１および第２照射光Ｌ５の光軸Ｓ２の調整方法について説明する。
【０１０２】
図６（ａ）〜（ｃ）は、光軸Ｓ１、Ｓ２の調整方法の概要を示した概略図である。光軸Ｓ１、Ｓ２の調整では、最初のステップとして、光軸調整用治具９０を第１波面形成器４０および第２波面形成器５０の間の所定の位置に配置する。このとき、光軸調整用治具９０の第１平面９２ａを第１波面形成器４０に対向させ、第２平面９２ｂを第２波面形成器５０に対向させるように、光軸調整用治具９０を配置する。
【０１０３】
光軸調整用治具９０の配置は、専用の保持部材６７を介して光軸調整用治具９０をステージ６０に保持させるようにしてもよいし、傾動ステージ６６ｃ上に光軸調整用治具９０を直接載置するようにしてもよい。また、光軸調整専用のステージを定盤７４上に配置するようにしてもよいし、定盤７４上に光軸調整用治具９０を直接載置するようにしてもよい。
【０１０４】
次のステップでは、干渉計ユニット１０から光束Ｌ１を出射する。このとき、第１シャッタ３４および第２シャッタ３６は閉じた状態としておく。
【０１０５】
次のステップでは、第１シャッタ３４を開き、同図（ａ）に示されるように、第１照射光Ｌ４を第１平面９２ａに照射する。そして、第１平面９２ａからの反射光と参照面からの参照光の干渉縞Ｉ１を観測し、この干渉縞Ｉ１が真円となるように、第１波面形成器４０および第１アパーチャ４２の姿勢を位置姿勢調整機構４４によって調整する。干渉縞Ｉ１が略真円となれば、第１照射光Ｌ４の光軸Ｓ１が第１平面９２ａに対して略直交するように調整されたこととなる。
【０１０６】
次のステップでは、第１シャッタ３４を閉じると共に第２シャッタ３６を開き、同図（ａ）に示されるように、第２照射光Ｌ５を第２平面９２ｂに照射する。そして、第２平面９２ｂからの反射光と参照面からの参照光の干渉縞Ｉ２を観測し、この干渉縞Ｉ２が真円となるように、第２波面形成器５０および第２アパーチャ５２の姿勢を位置姿勢調整機構５４によって調整する。干渉縞Ｉ２が略真円となれば、第２照射光Ｌ５の光軸Ｓ２が第２平面９２ｂに対して略直交するように調整されたこととなる。
【０１０７】
以上の手順により、第１照射光Ｌ４の光軸Ｓ１および第２照射光Ｌ５の光軸Ｓ２が略平行に調整される。
【０１０８】
次のステップでは、同図（ｂ）に示されるように、光軸調整用治具９０を移動させて第１照射光Ｌ４および第２照射光Ｌ５が球体９４に照射される位置まで、光軸調整用治具９０を移動させる。
【０１０９】
次のステップでは、第２シャッタ３６を閉じると共に第１シャッタ３４を開き、同図（ｃ）に示されるように、第１照射光Ｌ４を球体９４に照射する。そして、球体９４からの反射光と参照面からの参照光の干渉縞Ｉ１を観測し、この干渉縞Ｉ１が真円となるように、第１波面形成器４０および第１アパーチャ４２の位置を位置姿勢調整機構４４によって調整する。干渉縞Ｉ１が略真円となれば、第１照射光Ｌ４の光軸Ｓ１が球体９４の中心を略通過する位置に調整されたこととなる。
【０１１０】
次のステップでは、第１シャッタ３４を閉じると共に第２シャッタ３６を開き、同図（ｃ）に示されるように、第２照射光Ｌ５を球体９４に照射する。そして、球体９４からの反射光と参照面からの参照光の干渉縞Ｉ２を観測し、この干渉縞Ｉ２が真円となるように、第２波面形成器５０および第２アパーチャ５２の位置を位置姿勢調整機構５４によって調整する。干渉縞Ｉ２が略真円となれば、第２照射光Ｌ５の光軸Ｓ２が球体９４の中心を略通過する位置、すなわち第１照射光Ｌ４の光軸Ｓ１と略同一の位置に調整されたこととなる。
【０１１１】
以上の手順により、第１照射光Ｌ４の光軸Ｓ１と第２照射光Ｌ５の光軸Ｓ２を略一致させる（略一直線上とする）ことができる。上記手順による光軸調整は、形状測定装置１による形状測定を最初に実施する前に行う必要があるが、一旦光軸Ｓ１、Ｓ２を調整した後は、所定の周期で定期的に実行すればよい。また、測定する非球面レンズ１００の種類が変更されるような場合には、焦点位置の調整と共に光軸調整を実行することが好ましい。
【０１１２】
なお、上記手順は、制御装置および画像処理装置によって自動的に行うようにしてもよいし、測定者が手動で行うようにしてもよい。また、上記手順おいては、干渉縞Ｉ１、Ｉ２が完全な真円となるまで調整する必要はなく、許容される所定の誤差範囲内で真円に近い状態となればよい。また、上記手順においては、必要に応じて各ミラー８０やビームスプリッタ３０、干渉計ユニット１０の位置姿勢等を調整してもよいことは言うまでもない。
【０１１３】
また、上記手順においては、光軸Ｓ１の傾き→光軸Ｓ２の傾き→光軸Ｓ１の位置→光軸Ｓ２の位置の順に調整を行うようにしているが、この他にも、光軸Ｓ２の傾き→光軸Ｓ１の傾き→光軸Ｓ２の位置→光軸Ｓ１の位置の順に調整を行うようにしてもよいし、光軸Ｓ１の傾き→光軸Ｓ２の傾き→光軸Ｓ２の位置→光軸Ｓ１の位置の順に調整を行うようにしてもよいし、光軸Ｓ２の傾き→光軸Ｓ１の傾き→光軸Ｓ１の位置→光軸Ｓ２の位置の順に調整を行うようにしてもよい。
【０１１４】
＜非球面レンズの形状＞
次に、非球面レンズ１００の形状について説明する。
【０１１５】
図７（ａ）〜（ｄ）は、非球面レンズ１００の形状の例を示した概略図である。同図（ａ）に示されるように、この例の非球面レンズ１００は、上面が非球面状の凸面に形成され、下面が非球面状の凹面に形成されている。そして、本実施形態では、上面を第１測定面１１０とし、下面を第２測定面１２０としている。
【０１１６】
同図（ａ）は、非球面レンズ１００が理想的な形状である場合を示している。非球面レンズ１００は、第１測定面１１０の軸心（光軸）Ｃ１と、第２測定面１２０の軸心（光軸）Ｃ２が一致していることが理想的であり、この理想的な形状に基づいて非球面レンズ１００自体の性能や、非球面レンズ１００が使用される各種光学系の設計値が設定されている。しかしながら、実際に製造される非球面レンズ１００においては、製造時の様々な条件により、第１測定面１１０の光軸Ｃ１と第２測定面１２０の光軸Ｃ２が相対的にずれている、すなわち相対的に偏心している場合がほとんどである。
【０１１７】
光軸Ｃ１と光軸Ｃ２の相対的な偏心の態様は、２種類に大別することができる。１つは、同図（ｂ）に示されるように光軸Ｃ１および光軸Ｃ２が互いに傾いている態様であり、もう１つは、同図（ｃ）に示されるように光軸Ｃ１および光軸Ｃ２の横方向の位置がずれている態様である。実際に製造された非球面レンズ１００においては、上記２つの偏心の態様が複合的に生じている場合が多い。
【０１１８】
すなわち、実際の非球面レンズ１００においては、同図（ｄ）に示されるように、光軸Ｃ１および光軸Ｃ２が相対的に傾くと共に横方向の位置がずれていることが多い。従って、非球面レンズ１００の形状測定においては、光軸Ｃ１と光軸Ｃ２の相対的な傾きおよび横方向の位置ずれの両方を高精度に導出することが最重要課題となっている。なお、同図（ａ）〜（ｄ）においては、光軸Ｃ１と光軸Ｃ２の相対的な偏心を２次元的に示しているが、実際の偏心が３次元的に生じることは言うまでもない。
【０１１９】
＜形状測定方法＞
次に、非球面レンズ１００の形状測定方法について説明する。
【０１２０】
図８（ａ）および（ｂ）ならびに図９（ａ）および（ｂ）は、非球面レンズ１００の形状測定方法の概要を示した概略図である。非球面レンズ１００の形状測定では、最初のステップとして、上述の手順により第１照射光Ｌ４の光軸Ｓ１と第２照射光Ｌ５の光軸Ｓ２を略一致させる光軸調整を行う。なお、この光軸調整は、測定毎に行う必要はなく、最初に実行した後は、測定回数が所定の回数に達したときや、測定する非球面レンズ１００の種類を変更したとき等、適宜のタイミングで実行すればよい。
【０１２１】
次のステップでは、測定する非球面レンズ１００をステージ６０の保持部材６７に配置する。この非球面レンズ１００の配置は、作業者が手で行ってもよいし、搬送装置等によって自動的に行ってもよい。
【０１２２】
次のステップでは、干渉計ユニット１０から光束Ｌ１を出射する。このとき、第１シャッタ３４および第２シャッタ３６は閉じた状態としておく。
【０１２３】
次のステップでは、第１シャッタ３４を開き、図８（ａ）に示されるように、第１照射光Ｌ４を第１測定面１１０に照射する。そして、第１測定面１１０からの反射光と参照面からの参照光の干渉縞を観測し、この干渉縞がヌル状態、すなわち干渉縞がない状態となるようにステージ６０を操作して非球面レンズ１００を移動させ、非球面レンズ１００の位置および姿勢を調整する。具体的には、直動機構６４によって非球面レンズ１００のＸ軸方向位置およびＹ軸方向位置を変化させて非球面レンズ１００の位置を調整し、回動機構６６によって非球面レンズ１００のＸ軸周りの傾斜角度およびＹ軸周りの傾斜角度を変化させて非球面レンズ１００の姿勢を調整する。
【０１２４】
このとき、第１測定面１１０が理想的な形状であれば、非球面レンズ１００の位置および姿勢の調整によって干渉縞を完全なヌル状態とすることができるが、第１測定面１１０に凹凸やうねりが生じている場合には、非球面レンズ１００の位置および姿勢をいかに調整しても干渉縞を完全なヌル状態にすることはできない。従って、ここでは、干渉縞が最もヌル状態に近い状態となるように非球面レンズ１００の位置および姿勢を調整すればよい。
【０１２５】
図８（ｂ）は、第１照射光Ｌ４による干渉縞がヌル状態またはヌル状態に最も近い状態となった場合の非球面レンズ１００の位置および姿勢を示している。本実施形態では、このときの非球面レンズ１００の位置および姿勢を、基準位置姿勢としている。非球面レンズ１００が基準位置姿勢に配置された場合、図８（ｂ）に示されるように、第１測定面１１０の光軸Ｃ１が第１照射光Ｌ４の光軸Ｓ１（および光軸Ｓ２）と略一致した状態となる。
【０１２６】
次のステップでは、基準位置姿勢における非球面レンズ１００の位置情報および姿勢情報を基準位置姿勢情報として所定の記憶装置に記憶する。具体的には、ステージ６０が備える各種エンコーダの出力から基準位置姿勢における非球面レンズ１００のＸ軸方向位置、Ｙ軸方向位置、Ｘ軸周りの傾斜角度およびＹ軸周りの傾斜角度を導出し、ＲＡＭやハードディスク等の所定の記憶装置に記憶する。さらに、必要に応じて基準位置姿勢における干渉縞の情報を所定の記憶装置に記憶する。
【０１２７】
次のステップでは、第１シャッタ３４を閉じて第２シャッタ３６を開き、図９（ａ）に示されるように、第２照射光Ｌ５を第２測定面１２０に照射する。そして、第２測定面１２０からの反射光と参照面からの参照光の干渉縞を観測し、この干渉縞がヌル状態またはヌル状態に最も近い状態となるようにステージ６０を操作して非球面レンズ１００を移動させ、非球面レンズ１００の位置および姿勢を調整する。
【０１２８】
図９（ｂ）は、第２照射光Ｌ５による干渉縞がヌル状態またはヌル状態に最も近い状態となった場合の非球面レンズ１００の位置および姿勢を示している。本実施形態では、このときの非球面レンズ１００の位置および姿勢を、比較位置姿勢としている。非球面レンズ１００が比較位置姿勢に配置された場合、図９（ｂ）に示されるように、第２測定面１２０の光軸Ｃ２が第２照射光Ｌ５の光軸Ｓ２（および光軸Ｓ１）と略一致した状態となる。
【０１２９】
次のステップでは、比較位置姿勢における非球面レンズ１００の位置情報および姿勢情報、すなわち非球面レンズ１００のＸ軸方向位置、Ｙ軸方向位置、Ｘ軸周りの傾斜角度およびＹ軸周りの傾斜角度を比較位置姿勢情報として所定の記憶装置に記憶する。さらに、必要に応じて基準位置姿勢における干渉縞の情報を所定の記憶装置に記憶する。
【０１３０】
次のステップでは、記憶した基準位置姿勢情報および比較位置姿勢情報を比較して、第１測定面１１０の光軸Ｃ１と第２測定面１２０の光軸Ｃ２の相対的な偏心量を導出する。すなわち、光軸Ｃ１に対する光軸Ｃ２のＸ軸周りおよびＹ軸周りの傾き角度、ならびに光軸Ｃ１に対する光軸Ｃ２のＸ軸方向およびＹ軸方向の位置ずれ量を導出する。導出した偏心量は、所定の記憶装置に記憶する。
【０１３１】
本実施形態では、第１照射光Ｌ４の光軸Ｓ１と第２照射光Ｌ５の光軸Ｓ２を略一致させているため、基準位置姿勢情報および比較位置姿勢情報は、それぞれ同一の基準軸に第１測定面１１０の光軸Ｃ１および第２測定面１２０の光軸Ｃ２を略一致させた状態における非球面レンズ１００の位置および姿勢の情報となっている。従って、基準位置姿勢情報および比較位置姿勢情報の差を求めるだけで容易に偏心量を導出することが可能となっている。
【０１３２】
次のステップでは、必要に応じて、基準位置姿勢における干渉縞の情報から第１測定面１１０における凹凸やうねり等の詳細な形状を導出して所定の記憶装置に記憶する。また、比較位置姿勢における干渉縞の情報から第２測定面１２０の詳細な形状を導出して所定の記憶装置に記憶する。
【０１３３】
以上の手順により、非球面レンズ１００の第１測定面１１０の光軸Ｃ１および第２測定面１２０の光軸Ｃ２の相対的な偏心を測定することができる。なお、上記手順は、制御装置および画像処理装置によって自動的に行うようにしてもよいし、測定者が手動で行うようにしてもよい。
【０１３４】
また、上記手順では、第１照射光Ｌ４による測定を先に行っているが、第２照射光Ｌ５による測定を先に行うようにしてもよい。また、上記手順では、第１測定面１１０の光軸Ｃ１が第１照射光Ｌ４の光軸Ｓ１と略一致する状態を基準位置姿勢としているが、第２測定面１２０の光軸Ｃ２が第２照射光Ｌ５の光軸Ｓ２と略一致する状態を基準位置姿勢としてもよい。
【０１３５】
以上説明したように、本実施形態に係る形状測定装置１は、被測定物（非球面レンズ１００）の一方の第１測定面１１０の形状を測定する第１干渉計２と、被測定物の他方の第２測定面１２０の形状を測定する第２干渉計３と、を備え、第１干渉計２および第２干渉計３は、第１干渉計２から第１測定面１１０に照射される第１照射光Ｌ４の光軸Ｓ１と第２干渉計３から第２測定面１２０に照射される第２照射光Ｌ５の光軸Ｓ２が略一致するように構成されている。
【０１３６】
このような構成とすることで、非球面レンズ１００のように両面に非球面形状を有する被測定物であっても、迅速且つ高精度に形状測定を行うことができる。特に、被測定物を配置し直すことなく被測定物の両面の形状を測定することができるため、簡便且つ迅速に測定を行うことができる。また、光軸Ｓ１、Ｓ２を略一致させることにより、第１測定面１１０の形状測定の基準軸と第２測定面１２０の形状測定の基準軸を統一することができるため、従来の測定装置では困難であった第１測定面１１０の軸心Ｃ１と第２測定面１２０の軸心Ｃ１の相対的な偏心量の導出を、容易且つ高精度に行うことができる。
【０１３７】
さらに、例えば形状測定装置１を非球面レンズ１００の製造ラインに組み込み、製造した非球面レンズ１００の全数検査を行うといったことも可能となるため、非球面レンズ１００の品質および歩留りを向上させることができる。
【０１３８】
また、形状測定装置１は、第１照射光Ｌ４の光軸Ｓ１と第２照射光Ｌ５の光軸Ｓ２を略一致させるための光軸調整用治具９０をさらに備え、光軸調整用治具９０は、第１照射光Ｌ４を照射して第１照射光Ｌ４の光軸Ｓ１の傾きを調整するための第１平面９２ａと、第１平面９２ａと略平行に形成され、第２照射光Ｌ５を照射して第２照射光Ｌ５の光軸Ｓ２の傾きを調整するための第２平面９２ｂと、第１照射光Ｌ４および第２照射光Ｌ５を照射して第１照射光Ｌ４の光軸Ｓ１および第２照射光Ｌ５の光軸Ｓ２の位置を調整するための球体９４と、を備えている。
【０１３９】
このようにすることで、第１照射光Ｌ４の光軸Ｓ１と第２照射光Ｌ５の光軸Ｓ２を容易且つ高精度に一致させることが可能となるため、第１測定面１１０の軸心Ｃ１と第２測定面１２０の軸心Ｃ２の相対的な偏心量の導出を、より高精度に行うことができる。
【０１４０】
また、光軸調整用治具９０は、一方の面を第１平面９２ａとし、他方の面を第２平面９２ｂとする平板９２を備えている。このようにすることで、高精度な光軸調整用治具９０を低コストで実現することができる。
【０１４１】
また、平板９２は、第１平面９２ａと第２平面９２ｂの間で貫通する貫通孔９２ｃを備え、球体９４は、貫通孔９２ｃの内部に配置されている。このようにすることで、球体９４を光軸調整に最適な位置に確実に配置することができる。すなわち、第１平面９２ａおよび第２平面９２ｂによる光軸Ｓ１、Ｓ２の傾き調整の後に光軸調整用治具９０をスライド移動させるだけで、球体９４による光軸Ｓ１、Ｓ２の位置調整を行うことができるように光軸調整用治具９０を構成することができる。また、高精度な光軸調整用治具９０を低コストで実現することができる。
【０１４２】
また、形状測定装置１によれば、第１測定面１１０および第２測定面１２０の少なくとも一方が、測定の困難な非球面である場合にも、迅速且つ高精度に両面の形状測定を行うことができる。なお、本実施形態では、両面が非球面である非球面レンズ１００を被測定物とした例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、被測定物は、一方の面のみが非球面のものであってもよい。また、本実施形態では、一方の面が凸面で他方の面が凹面の非球面レンズ１００を被測定物とした例を示したが、被測定物は、両面が凸面または凹面のものであってもよい。
【０１４３】
また、形状測定装置１は、被測定物が載置されるステージ６０をさらに備え、ステージ６０は、被測定物を保持する保持部材６７と、第１照射光Ｌ４の光軸Ｓ１または第２照射光Ｌ５の光軸Ｓ２と略直交する面内において互いに略直交するＸ軸方向およびＹ軸方向に被測定物を移動させる直動機構６４と、Ｘ軸周りおよびＹ軸周りに被測定物を回転させる回動機構６６と、第１照射光Ｌ４または第２照射光Ｌ５を通過させる孔部６２と、を備えている。
【０１４４】
このようにすることで、第１照射光Ｌ４の光軸Ｓ１および第２照射光Ｌ５の光軸Ｓ２を固定した状態のままで、被測定物のみを移動させて被測定物の両面の形状を測定することが可能となり、形状測定を迅速且つ高精度に行うことができる。また、ステージ６０に孔部６２を設けることにより、被測定物を配置し直すことなく被測定物の両面の形状を測定することが可能となる。
【０１４５】
また、回動機構６６は、Ｘ軸周りに回転自在となるように直動機構６４に支持されるＸ軸周り回動部材６６ａと、Ｙ軸周りに回転自在となるようにＸ軸周り回動部材６６ａに支持されると共に保持部材６７を支持するＹ軸周り回動部材６６ｂと、を備えている。このようにすることで、被測定物をＸ軸周りおよびＹ軸周りに自在に回転させることが可能となるため、被測定物を任意の姿勢にスムーズに配置することができる。
【０１４６】
また、Ｘ軸周り回動部材６６ａは、環状に構成され、Ｙ軸周り回動部材６６ｂは、Ｘ軸周り回動部材６６ａの内部に配置されている。このようにすることで、回動機構６６の高さを従来以上に低くし、ステージ６０をコンパクトに構成することができる。また、被測定物の上面または下面の頂点がＸ軸周りの回転中心軸（Ｘ軸）とＹ軸周りの回転中心軸（Ｙ軸）の交点Ｏの近傍に位置するように被測定物を保持することが可能となり、被測定物を回転させたときのＸ軸方向およびＹ軸方向の移動を最小限にすることができるため、高精度測定を行うことが可能となる。
【０１４７】
また、回動機構６６は、Ｘ軸周りの回転中心軸（Ｘ軸）とＹ軸周りの回転中心軸（Ｙ軸）の交点Ｏを中心とする部分球面状の滑動面６９ａと、滑動面６９ａを滑動自在に支持する支持部材６８と、を備えるものであってもよい。この場合、よりシンプル且つコンパクトに回動機構６６を構成すると共に、より滑らかに被測定物を回転させることが可能となる。
【０１４８】
また、この場合、支持部材６８は、滑動面６９ａを少なくとも３点で支持するものであってもよい。このようにすることで、滑動面６９ａをより高精度に支持することが可能となり、被測定物の回転をより高精度にすることができる。また、回転するローラやボール等によって滑動面６９ａを支持することにより、摩擦抵抗を低減することが可能となる。
【０１４９】
また、第１干渉計２および第２干渉計３は、光を出射する光源１２、および干渉縞を観測する観測部１６を共用している。このようにすることで、形状測定装置１をコンパクト且つ低コストに構成することができる。なお、本発明はこれに限定されるものではなく、第１干渉計２および第２干渉計３がそれぞれ専用の光源１２および観測部１６を備える、すなわちそれぞれ専用の干渉計ユニット１０を備えるものであってもよいことは言うまでもない。
【０１５０】
また、本実施形態に係る形状測定方法は、干渉計により被測定物の一方の第１測定面１１０の形状、および被測定物の他方の第２測定面１２０の形状を測定する形状測定方法であって、第１測定面１１０に照射する第１照射光Ｌ４の光軸Ｓ１と第２測定面１２０に照射する第２照射光Ｌ５の光軸Ｓ２を略一致させる光軸調整ステップと、第１測定面１１０に第１照射光Ｌ４を照射しながら被測定物を移動させて、第１照射光Ｌ４による干渉縞がヌル状態またはヌル状態に近い状態となる基準位置姿勢に被測定物を配置するステップと、第２測定面１２０に第２照射光Ｌ５を照射しながら被測定物を移動させて、第２照射光Ｌ５による干渉縞がヌル状態またはヌル状態に近い状態となる比較位置姿勢に被測定物を配置するステップと、基準位置姿勢における被測定物の位置および姿勢と比較位置姿勢における被測定物の位置および姿勢から第１測定面１１０の軸心Ｃ１と第２測定面１２０の軸心Ｃ２の相対的な偏心量を導出するステップと、を有している。
【０１５１】
このような構成とすることで、非球面レンズ１００のように両面に非球面形状を有する被測定物であっても、迅速且つ高精度に形状測定を行うことができる。特に、光軸調整ステップを有することにより、第１測定面１１０の形状測定の基準軸と第２測定面１２０の形状測定の基準軸を統一することができるため、従来の測定装置では困難であった第１測定面１１０の軸心Ｃ１と第２測定面１２０の軸心Ｃ２の相対的な偏心量の導出を、容易且つ高精度に行うことができる。
【０１５２】
また、形状測定方法における光軸調整ステップは、第１平面９２ａに第１照射光Ｌ４を照射して得られる干渉縞に基づいて、第１平面９２ａに略直交するように第１照射光Ｌ４の光軸Ｓ１を調整するステップと、第１平面９２ａと略平行な第２平面９２ｂに第２照射光Ｌ５を照射して得られる干渉縞に基づいて、第２平面９２ｂに略直交するように第２照射光Ｌ５の光軸Ｓ２を調整するステップと、球体９４に第１照射光Ｌ４を照射して得られる干渉縞に基づいて、球体９４の略中心を通過するように第１照射光Ｌ４の光軸Ｓ１を調整するステップと、球体９４に第２照射光Ｌ５を照射して得られる干渉縞に基づいて、球体９４の略中心を通過するように第２照射光Ｌ５の光軸Ｓ２を調整するステップと、有している。
【０１５３】
このような構成とすることで、第１照射光Ｌ４の光軸Ｓ１と第２照射光Ｌ５の光軸Ｓ２を容易且つ高精度に一致させることが可能となるため、第１測定面１１０の軸心Ｃ１と第２測定面１２０の軸心Ｃ２の相対的な偏心量の導出を、より高精度に行うことができる。
【０１５４】
また、本実施形態に係る光軸調整用治具９０は、被測定物の一方の第１測定面１１０の形状および他方の第２測定面１２０の形状を干渉計によって測定する場合に、第１測定面１１０に照射する第１照射光Ｌ４の光軸Ｓ１と第２測定面１２０に照射する第２照射光Ｌ５の光軸Ｓ２を略一致させるための光軸調整用治具であって、第１照射光Ｌ４を照射して第１照射光Ｌ４の光軸Ｓ１の傾きを調整するための第１平面９２ａと、第１平面９２ａと略平行に形成され、第２照射光Ｌ５を照射して第２照射光Ｌ５の光軸Ｓ２の傾きを調整するための第２平面９２ｂと、第１照射光Ｌ４および第２照射光Ｌ５を照射して第１照射光Ｌ４の光軸Ｓ１および第２照射光Ｌ５の光軸Ｓ２の位置を調整するための球体９４と、を備えている。
【０１５５】
このような構成とすることで、第１照射光Ｌ４の光軸Ｓ１と第２照射光Ｌ５の光軸Ｓ２を容易且つ高精度に一致させることが可能となるため、第１測定面１１０の軸心Ｃ１と第２測定面１２０の軸心Ｃ２の相対的な偏心量の導出を、より高精度に行うことができる。
【０１５６】
次に、本発明のその他の実施形態に係る形状測定装置４について説明する。なお、形状測定装置４については、形状測定装置１と異なる部分についてのみ説明し、形状測定装置１と同一の部分については図面に同一の符号を付すと共にその説明を省略する。
【０１５７】
図１０は、形状測定装置４の構成を示した概略図である。同図に示されるように、本実施形態の形状測定装置４は、干渉計ユニット１０、第２アパーチャ５２および第２波面形成器５０から構成される第２干渉計３のみを備えており、非球面レンズ１００の下側の第２測定面１２０の形状のみを測定するように構成されている。
【０１５８】
また、形状測定装置４は、定盤７４から下方に向けて延設される柱７６を備えており、干渉計ユニット１０、第２アパーチャ５２および第２波面形成器５０は、柱７６に取り付けられている。従って、干渉計ユニット１０から上方に向けて出射された光束Ｌ１は、第２光路２２をそのまま直進して第２アパーチャ５２に入射するようになっている。その後、光束Ｌ１は、第２波面形成器５０を通過し、非球面レンズ１００の下方から第２測定面１２０に向けて照射される第２照射光Ｌ５となる。
【０１５９】
このように、定盤７４から下方に向けて延接した柱７６に第２干渉計３を構成する各機器を取り付けることにより、第２干渉計３を基台７０内に収容した状態で配置すると共に、定盤７４上にステージ６０のみを配置するようにすることができる。そして、これにより、第２干渉計３を適切に保護すると共に、ステージ６０へのアクセスを容易にし、ステージ６０に対する非球面レンズ１００（被測定物）の搬入および搬出を迅速化することができる。
【０１６０】
特に、本実施形態では、上下方向に貫通する孔部６２をステージ６０に設けているため、この孔部６２を介して上方から載置するだけで、きわめて容易に非球面レンズ１００をステージ６０に配置することが可能となっている。また、非球面レンズ１００の搬入・搬出に複雑な構成の搬送装置を必要とせず、搬入・搬出のタクトタイムも短縮可能であるため、形状測定装置４を非球面レンズ１００の製造ラインに組み込んで、測定を自動化することができる。
【０１６１】
このように、本実施形態の形状測定装置４によれば、被測定物の片面のみを測定する場合においても、従来の測定装置以上に迅速且つ高精度に形状測定を行うことが可能となっている。なお、非球面レンズ１００を反転させて配置すれば、第１測定面１１０も測定可能であることは言うまでもない。
【０１６２】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の形状測定装置および形状測定方法、ならびにこれらに使用される光軸調整用治具は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【０１６３】
本発明の形状測定装置および形状測定方法、ならびにこれらに使用される光軸調整用治具は、非球面レンズの形状測定以外にも、各種物品の表面形状測定の分野において利用することができる。
【符号の説明】
【０１６４】
１  形状測定装置
２  第１干渉計
３  第２干渉計
１２  光源
１６  観測部
６０  ステージ
６２  孔部
６４  直動機構
６６  回動機構
６６ａ  Ｘ軸周り回動部材
６６ｂ  Ｙ軸周り回動部材
６７  保持部材
６８  支持部材
６９ａ  滑動面
９０  光軸調整用治具
９２  平板
９２ａ  第１平面
９２ｂ  第２平面
９２ｃ  貫通孔
９４  球体
１００  非球面レンズ
１１０  第１測定面
１２０  第２測定面
Ｃ１  第１測定面の軸心（光軸）
Ｃ２  第２測定面の軸心（光軸）
Ｌ４  第１照射光
Ｌ５  第２照射光
Ｓ１  第１照射光の光軸
Ｓ２  第２照射光の光軸
【図１】
2012039341.tif 000003
【図２】
2012039341.tif 000004
【図３】
2012039341.tif 000005
【図４】
2012039341.tif 000006
【図５】
2012039341.tif 000007
【図６】
2012039341.tif 000008
【図７】
2012039341.tif 000009
【図８】
2012039341.tif 000010
【図９】
2012039341.tif 000011
【図１０】
2012039341.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成25年6月10日(2013.6.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物の一方の第１測定面の形状を測定する第１干渉計と、
前記被測定物の他方の第２測定面の形状を測定する第２干渉計と、を備え、
前記第１干渉計および前記第２干渉計は、前記第１干渉計から前記第１測定面に照射される第１照射光の光軸と前記第２干渉計から前記第２測定面に照射される第２照射光の光軸が略一致するように構成される形状測定装置であって、
前記第１照射光の光軸と前記第２照射光の光軸を略一致させるための光軸調整用治具をさらに備え、
前記光軸調整用治具は、
前記第１照射光を照射して前記第１照射光の光軸の傾きを調整するための第１平面と、
前記第１平面と略平行に形成され、前記第２照射光を照射して前記第２照射光の光軸の傾きを調整するための第２平面と、
前記第１平面と前記第２平面の間で貫通する貫通孔と、
前記貫通孔の内部に配置され、前記第１照射光および前記第２照射光を照射して前記第１照射光の光軸および前記第２照射光の光軸の位置を調整するための球体と、を備えることを特徴とする、
形状測定装置。
【請求項２】
前記貫通孔は、テーパ状に形成されることを特徴とする、
請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項３】
前記光軸調整用治具は、一方の面を前記第１平面とし、他方の面を前記第２平面とする平板を備えることを特徴とする、
請求項１または２に記載の形状測定装置。
【請求項４】
定盤と、
前記定盤から延設される柱と、をさらに備え、
前記第１干渉計は、上方から前記第１照射光を前記第１測定面に照射するように前記柱に設けられ、
前記第２干渉計は、下方から前記第２照射光を前記第２測定面に照射するように前記柱に設けられることを特徴とする、
請求項１乃至３のいずれかに記載の形状測定装置。
【請求項５】
前記第１測定面および前記第２測定面の少なくとも一方は、非球面の曲面であることを特徴とする、
請求項１乃至４のいずれかに記載の形状測定装置。
【請求項６】
前記被測定物が載置されるステージをさらに備え、
前記ステージは、
前記被測定物を保持する保持部材と、
前記第１照射光の光軸または前記第２照射光の光軸と略直交する面内において互いに略直交するＸ軸方向およびＹ軸方向に前記被測定物を移動させる直動機構と、
前記Ｘ軸周りおよび前記Ｙ軸周りに前記被測定物を回転させる回動機構と、
前記第１照射光または前記第２照射光を通過させる孔部と、を備えることを特徴とする、
請求項１乃至５のいずれかに記載の形状測定装置。
【請求項７】
前記回動機構は、
前記Ｘ軸周りに回転自在となるように前記直動機構に支持されるＸ軸周り回動部材と、
前記Ｙ軸周りに回転自在となるように前記Ｘ軸周り回動部材に支持されると共に前記保持部材を支持するＹ軸周り回動部材と、を備えることを特徴とする、
請求項６に記載の形状測定装置。
【請求項８】
前記Ｘ軸周り回動部材は、環状に構成され、
前記Ｙ軸周り回動部材は、前記Ｘ軸周り回動部材の内部に配置されることを特徴とする、
請求項７に記載の形状測定装置。
【請求項９】
前記回動機構は、
前記Ｘ軸周りの回転中心軸と前記Ｙ軸周りの回転中心軸の交点を中心とする部分球面状の滑動面と、
前記滑動面を滑動自在に支持する支持部材と、を備えることを特徴とする、
請求項６に記載の形状測定装置。
【請求項１０】
前記支持部材は、前記滑動面を少なくとも３点で支持することを特徴とする、
請求項９に記載の形状測定装置。
【請求項１１】
前記第１干渉計および前記第２干渉計は、光を出射する光源、および干渉縞を観測する観測部を共用することを特徴とする、
請求項１乃至１０のいずれかに記載の形状測定装置。
【請求項１２】
干渉計により被測定物の一方の第１測定面の形状、および前記被測定物の他方の第２測定面の形状を測定する形状測定方法であって、
前記第１測定面に照射する第１照射光の光軸と前記第２測定面に照射する第２照射光の光軸を略一致させる光軸調整ステップと、
前記第１測定面に前記第１照射光を照射しながら前記被測定物を移動させて、前記第１照射光による干渉縞がヌル状態またはヌル状態に近い状態となる基準位置姿勢に前記被測定物を配置するステップと、
前記第２測定面に前記第２照射光を照射しながら前記被測定物を移動させて、前記第２照射光による干渉縞がヌル状態またはヌル状態に近い状態となる比較位置姿勢に前記被測定物を配置するステップと、
前記基準位置姿勢における前記被測定物の位置および姿勢と前記比較位置姿勢における前記被測定物の位置および姿勢から前記第１測定面の軸心と前記第２測定面の軸心の相対的な偏心量を導出するステップと、を有し、
前記光軸調整ステップは、
第１平面に前記第１照射光を照射して得られる干渉縞に基づいて、前記第１平面に略直交するように前記第１照射光の光軸を調整するステップと、
前記第１平面と略平行な第２平面に前記第２照射光を照射して得られる干渉縞に基づいて、前記第２平面に略直交するように前記第２照射光の光軸を調整するステップと、
前記第１平面と前記第２平面の間で貫通する貫通孔の内部に配置された球体に前記第１照射光を照射して得られる干渉縞に基づいて、前記球体の略中心を通過するように前記第１照射光の光軸を調整するステップと、
前記球体に前記第２照射光を照射して得られる干渉縞に基づいて、前記球体の略中心を通過するように前記第２照射光の光軸を調整するステップと、を有することを特徴とする、
形状測定方法。
【請求項１３】
前記第１照射光は、上方から前記第１測定面に照射され、
前記第２照射光は、下方から前記第２測定面に照射されることを特徴とする、
請求項１２に記載の形状測定方法。
【請求項１４】
被測定物の一方の第１測定面の形状および他方の第２測定面の形状を干渉計によって測定する場合に、前記第１測定面に照射する第１照射光の光軸と前記第２測定面に照射する第２照射光の光軸を略一致させるための光軸調整用治具であって、
前記第１照射光を照射して前記第１照射光の光軸の傾きを調整するための第１平面と、
前記第１平面と略平行に形成され、前記第２照射光を照射して前記第２照射光の光軸の傾きを調整するための第２平面と、
前記第１平面と前記第２平面の間で貫通する貫通孔と、
前記貫通孔の内部に配置され、前記第１照射光および前記第２照射光を照射して前記第１照射光の光軸および前記第２照射光の光軸の位置を調整するための球体と、を備えることを特徴とする、
光軸調整用治具。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本発明は、被測定物の一方の第１測定面の形状を測定する第１干渉計と、前記被測定物の他方の第２測定面の形状を測定する第２干渉計と、を備え、前記第１干渉計および前記第２干渉計は、前記第１干渉計から前記第１測定面に照射される第１照射光の光軸と前記第２干渉計から前記第２測定面に照射される第２照射光の光軸が略一致するように構成される形状測定装置であって、前記第１照射光の光軸と前記第２照射光の光軸を略一致させるための光軸調整用治具をさらに備え、前記光軸調整用治具は、前記第１照射光を照射して前記第１照射光の光軸の傾きを調整するための第１平面と、前記第１平面と略平行に形成され、前記第２照射光を照射して前記第２照射光の光軸の傾きを調整するための第２平面と、前記第１平面と前記第２平面の間で貫通する貫通孔と、前記貫通孔の内部に配置され、前記第１照射光および前記第２照射光を照射して前記第１照射光の光軸および前記第２照射光の光軸の位置を調整するための球体と、を備えることを特徴とする、形状測定装置である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
本発明はまた、上記手段の形状測定装置において、前記貫通孔は、テーパ状に形成されることを特徴とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
本発明はまた、上記手段の形状測定装置において、定盤と、前記定盤から延設される柱と、をさらに備え、前記第１干渉計は、上方から前記第１照射光を前記第１測定面に照射するように前記柱に設けられ、前記第２干渉計は、下方から前記第２照射光を前記第２測定面に照射するように前記柱に設けられることを特徴とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
本発明はまた、上記手段の形状測定装置において、前記第１測定面および前記第２測定面の少なくとも一方は、非球面の曲面であることを特徴とする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
本発明はまた、干渉計により被測定物の一方の第１測定面の形状、および前記被測定物の他方の第２測定面の形状を測定する形状測定方法であって、前記第１測定面に照射する第１照射光の光軸と前記第２測定面に照射する第２照射光の光軸を略一致させる光軸調整ステップと、前記第１測定面に前記第１照射光を照射しながら前記被測定物を移動させて、前記第１照射光による干渉縞がヌル状態またはヌル状態に近い状態となる基準位置姿勢に前記被測定物を配置するステップと、前記第２測定面に前記第２照射光を照射しながら前記被測定物を移動させて、前記第２照射光による干渉縞がヌル状態またはヌル状態に近い状態となる比較位置姿勢に前記被測定物を配置するステップと、前記基準位置姿勢における前記被測定物の位置および姿勢と前記比較位置姿勢における前記被測定物の位置および姿勢から前記第１測定面の軸心と前記第２測定面の軸心の相対的な偏心量を導出するステップと、を有し、前記光軸調整ステップは、第１平面に前記第１照射光を照射して得られる干渉縞に基づいて、前記第１平面に略直交するように前記第１照射光の光軸を調整するステップと、前記第１平面と略平行な第２平面に前記第２照射光を照射して得られる干渉縞に基づいて、前記第２平面に略直交するように前記第２照射光の光軸を調整するステップと、前記第１平面と前記第２平面の間で貫通する貫通孔の内部に配置された球体に前記第１照射光を照射して得られる干渉縞に基づいて、前記球体の略中心を通過するように前記第１照射光の光軸を調整するステップと、前記球体に前記第２照射光を照射して得られる干渉縞に基づいて、前記球体の略中心を通過するように前記第２照射光の光軸を調整するステップと、を有することを特徴とする、形状測定方法である。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
本発明はまた、上記手段の形状測定方法において、前記第１照射光は、上方から前記第１測定面に照射され、前記第２照射光は、下方から前記第２測定面に照射されることを特徴とする。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
本発明はまた、被測定物の一方の第１測定面の形状および他方の第２測定面の形状を干渉計によって測定する場合に、前記第１測定面に照射する第１照射光の光軸と前記第２測定面に照射する第２照射光の光軸を略一致させるための光軸調整用治具であって、前記第１照射光を照射して前記第１照射光の光軸の傾きを調整するための第１平面と、前記第１平面と略平行に形成され、前記第２照射光を照射して前記第２照射光の光軸の傾きを調整するための第２平面と、前記第１平面と前記第２平面の間で貫通する貫通孔と、前記貫通孔の内部に配置され、前記第１照射光および前記第２照射光を照射して前記第１照射光の光軸および前記第２照射光の光軸の位置を調整するための球体と、を備えることを特徴とする、光軸調整用治具である。
【国際調査報告】
2012039341.tif 000013
2012039341.tif 000014
2012039341.tif 000015
2012039341.tif 000016