(57)【要約】【課題】レンズ形状測定装置において、検レンズの肉厚測定と、被検レンズのレンズ面の面粗さと、被検レンズのレンズ面の面精度とを効率よく測定することができるようにする。【解決手段】レンズ形状測定装置５０は、光源部１と、オプティカルカプラ２と、測定光学系６と、測定光学系移動部９と、撮像部１０と、測定光学系６の集光位置Ｆが第１面６０ａの面頂Ｓまたは曲率中心Ｏａに一致するように測定光学系移動部９を移動させる位置合わせ制御部と、第１の光束合成部と、第２の光束合成部と、光路長変更部１６と、光検出部１８と、被検レンズ６０の肉厚測定を行う肉厚測定部と、第１面６０ａの面粗さを測定する面粗さ測定部と、第１面６０ａの面精度を測定する面精度測定部と、を備える。【選択図】図１
2014002026.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可干渉光と低コヒーレンス光とを選択的に切り替えて出射する光源部と、
前記光源部からの光束を測定光束と参照光束とに分割する光束分割部と、
前記測定光束を集光して被検レンズの被検面に照射するとともに前記被検レンズからの反射光束と前記測定光束とを干渉させる参照レンズを有する測定光学系と、
該測定光学系を、互いに直交する３軸方向に平行移動可能、かつ前記測定光学系の光軸上の１点において該光軸に直交するとともに互いに直交する２軸回りに傾動可能に保持する測定光学系移動部と、
前記光源から前記可干渉光が出射されたときに、前記反射光束と前記測定光束とによる干渉縞画像を取得する画像取得部と、
該画像取得部で取得した前記干渉縞画像を解析して、前記測定光学系の前記集光位置が前記被検面の面頂または前記被検面の曲率中心に一致するように前記測定光学系移動部を移動させる位置合わせ制御部と、
前記反射光束と前記参照光束とを合成して第１の合成光束を形成する第１の光束合成部と、
前記第１の合成光束を２つの光束に分割し、該２つの光束のうちの一方の光束と他方の光束とを合成して第２の合成光束を形成する第２の光束合成部と、
前記一方の光束の光路長を変更する光路長変更部と、
前記光源部から前記低コヒーレンス光が出射されたときに、前記第２の合成光束の光強度を検出して、光強度信号を出力する光検出部と、
前記位置合わせ制御部によって、前記測定光学系の集光位置が前記被検面の面頂位置に一致されたときに、前記光源部からの光束を前記低コヒーレンス光に切り替え、前記光路長変更部によって前記一方の光束の光路長を変化させつつ、前記光検出部からの前記光強度信号を取得し、該光強度信号のピーク値の位置を解析して、前記被検レンズの肉厚測定を行う肉厚測定部と、
前記位置合わせ制御部によって、前記測定光学系の集光位置が前記被検面の面頂位置に一致されたときに、前記光源部からの光束を前記低コヒーレンス光に切り替え、前記測定光学系移動部を駆動して前記被検面の曲率中心を中心として、前記測定光学系を傾動させて、前記被検面に沿って前記測定光束を走査させ、各走査位置において、前記一方の光束の光路長を変化させつつ、前記光検出部からの光強度信号を取得し、該光強度信号のピーク値に対応する光路長を求めることにより、前記被検面の面粗さを測定する面粗さ測定部と、
前記位置合わせ制御部によって、前記測定光学系の集光位置が前記被検面の曲率中心に一致されたときに、前記測定光学系移動部を駆動して前記測定光学系を前記被検面の光軸に沿って移動しつつ、前記画像取得部によって前記干渉縞画像を複数取得し、これら複数の干渉縞画像を解析して、前記被検面の面精度を測定する面精度測定部と、
を備えることを特徴とするレンズ形状測定装置。
【請求項２】
光源部から可干渉光を出射し、該可干渉光を、参照レンズを有する測定光学系に入射させ、該測定光学系で集光された第１の測定光束を形成して、被検レンズの被検面に照射し、前記第１の測定光束による前記被検面からの第１の反射光束と前記第１の測定光束とを干渉させて、干渉縞画像を取得する干渉縞画像取得工程と、
取得された前記干渉縞画像に基づいて、前記測定光学系の光軸が前記被検面の光軸と同軸となり、かつ前記第１の測定光束の集光位置が前記被検面の面頂、または前記被検面の曲率中心に一致するよう位置合わせするための、前記測定光学系の移動量を算出する移動量算出工程と、
該位置合わせ工程で算出された移動量に基づいて、前記測定光学系を移動して、前記測定光学系と前記被検面との位置合わせを行う位置合わせ工程と、
該位置合わせ工程により前記第１の測定光束の集光位置が、前記被検面の面頂に一致された場合に、前記光源部から出射する光束を低コヒーレンス光に切り替え、該低コヒーレンス光を前記測定光学系に入射する第２の測定光束と、参照光束とに分割し、前記第２の測定光束が前記被検レンズで反射された光束を集光した第２の反射光束と、前記参照光束とを合成して第１の合成光束を形成し、前記第１の合成光束を２つの光束に分割し、該２つの光束のうちの一方の光束と他方の光束とを合成して第２の合成光束を形成する光束合成工程と、
該光束合成工程を行った後、前記一方の光束の光路長を変化させつつ、前記第２の合成光束の光強度の変化を検出して光強度信号を取得し、該光強度信号のピーク値の位置を解析して、前記被検レンズの肉厚測定を行う肉厚測定工程と、
前記光束合成工程を行った後、前記被検面の曲率中心を中心として、前記測定光学系を傾動させて、前記被検面に沿って前記第２の測定光束を走査させ、各走査位置において、前記一方の光束の光路長を変化させつつ、前記第２の合成光束の光強度の変化を検出して光強度信号を取得し、該光強度信号のピーク値に対応する光路長を求めることにより、前記被検面の面粗さを測定する面粗さ測定工程と、
前記位置合わせ工程により前記第１の測定光束の集光位置が、前記被検面の曲率中心に一致された場合に、前記測定光学系を前記被検面の光軸に沿って移動しつつ、前記干渉縞画像を複数取得し、これら複数の干渉縞画像を解析して、前記被検面の面精度を測定する面精度測定工程と、
を備えることを特徴とするレンズ形状測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズ形状測定装置およびレンズ形状測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レンズの形状測定としては、レンズの肉厚測定、レンズ面の面粗さ測定、レンズ面の面精度測定などが行われている。これらの測定には、それぞれ専用の測定装置が用いられていた。
また、レンズ形状測定装置とは異なるものの、光透過性を有する平行平板の厚さ測定を行う装置として、特許文献１に記載には、光源と、光源からの光を伝送する光ファイバと、光ファイバの出射光を被測定物に照射して検査用反射光を形成する集光レンズと、この検査用反射光と光ファイバの出射端面からの端面反射光とを干渉させて干渉光を形成する干渉部と、干渉光の光強度を検出する検出手段、端面反射光が、光ファイバの出射端面ら検知手段に至るまでの光路長を変化させる光路長可変手段とを備えてなることを特徴とする厚さ測定装置が記載されている。
この装置では、光路長可変手段で光路長を変化させると、この光路長が検査用反射光の反射面の位置に対応する光路長に一致したときに、干渉光のピークが観察されるため、被測定物の光学界面間の光路長を検出することができる。このため、被測定物の屈折率が既知であれば、光学界面間の面間距離を算出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２７４４２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような従来技術のレンズ形状測定装置には、以下のような問題があった。
従来技術のレンズ形状測定装置は、レンズ形状の複数種類の測定を行うことができず、測定の種類に応じて専用の測定装置を用いる必要がある。このため、１つの被検レンズを複数のレンズ形状測定装置に順次載置してそれぞれの測定を行わなければならない。
この結果、レンズ形状測定装置ごとに、被検レンズの着脱作業や光軸合わせ作業を行う必要があり、すべての種類のレンズ形状を測定するために長大な時間を要するという問題がある。
例えば、特許文献１に記載された低コヒーレンス干渉を利用した測長技術を利用して、種々のレンズ形状測定を行うことも考えられるが、特許文献１には、平板の厚さ測定技術が記載されているのみであり、被検面が曲率を有するレンズを対象とした厚さ測定については開示されていない。
【０００５】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、被検レンズの肉厚測定と、被検レンズのレンズ面の面粗さと、被検レンズのレンズ面の面精度とを効率よく測定することができるレンズ形状測定装置およびレンズ形状測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明の第１の態様のレンズ形状測定装置は、可干渉光と低コヒーレンス光とを選択的に切り替えて出射する光源部と、前記光源部からの光束を測定光束と参照光束とに分割する光束分割部と、前記測定光束を集光して被検レンズの被検面に照射するとともに前記被検レンズからの反射光束と前記測定光束とを干渉させる参照レンズを有する測定光学系と、該測定光学系を、互いに直交する３軸方向に平行移動可能、かつ前記測定光学系の光軸上の１点において該光軸に直交するとともに互いに直交する２軸回りに傾動可能に保持する測定光学系移動部と、前記光源から前記可干渉光が出射されたときに、前記反射光束と前記測定光束とによる干渉縞画像を取得する画像取得部と、該画像取得部で取得した前記干渉縞画像を解析して、前記測定光学系の前記集光位置が前記被検面の面頂または前記被検面の曲率中心に一致するように前記測定光学系移動部を移動させる位置合わせ制御部と、前記反射光束と前記参照光束とを合成して第１の合成光束を形成する第１の光束合成部と、前記第１の合成光束を２つの光束に分割し、該２つの光束のうちの一方の光束と他方の光束とを合成して第２の合成光束を形成する第２の光束合成部と、前記一方の光束の光路長を変更する光路長変更部と、前記光源部から前記低コヒーレンス光が出射されたときに、前記第２の合成光束の光強度を検出して、光強度信号を出力する光検出部と、前記位置合わせ制御部によって、前記測定光学系の集光位置が前記被検面の面頂位置に一致されたときに、前記光源部からの光束を前記低コヒーレンス光に切り替え、前記光路長変更部によって前記一方の光束の光路長を変化させつつ、前記光検出部からの前記光強度信号を取得し、該光強度信号のピーク値の位置を解析して、前記被検レンズの肉厚測定を行う肉厚測定部と、前記位置合わせ制御部によって、前記測定光学系の集光位置が前記被検面の面頂位置に一致されたときに、前記光源部からの光束を前記低コヒーレンス光に切り替え、前記測定光学系移動部を駆動して前記被検面の曲率中心を中心として、前記測定光学系を傾動させて、前記被検面に沿って前記測定光束を走査させ、各走査位置において、前記一方の光束の光路長を変化させつつ、前記光検出部からの光強度信号を取得し、該光強度信号のピーク値に対応する光路長を求めることにより、前記被検面の面粗さを測定する面粗さ測定部と、前記位置合わせ制御部によって、前記測定光学系の集光位置が前記被検面の曲率中心に一致されたときに、前記測定光学系移動部を駆動して前記測定光学系を前記被検面の光軸に沿って移動しつつ、前記画像取得部によって前記干渉縞画像を複数取得し、これら複数の干渉縞画像を解析して、前記被検面の面精度を測定する面精度測定部と、を備える構成とする。
【０００７】
本発明の第２の態様のレンズ形状測定方法は、光源部から可干渉光を出射し、該可干渉光を、参照レンズを有する測定光学系に入射させ、該測定光学系で集光された第１の測定光束を形成して、被検レンズの被検面に照射し、前記第１の測定光束による前記被検面からの第１の反射光束と前記第１の測定光束とを干渉させて、干渉縞画像を取得する干渉縞画像取得工程と、取得された前記干渉縞画像に基づいて、前記測定光学系の光軸が前記被検面の光軸と同軸となり、かつ前記第１の測定光束の集光位置が前記被検面の面頂、または前記被検面の曲率中心に一致するよう位置合わせするための、前記測定光学系の移動量を算出する移動量算出工程と、該位置合わせ工程で算出された移動量に基づいて、前記測定光学系を移動して、前記測定光学系と前記被検面との位置合わせを行う位置合わせ工程と、該位置合わせ工程により前記第１の測定光束の集光位置が、前記被検面の面頂に一致された場合に、前記光源部から出射する光束を低コヒーレンス光に切り替え、該低コヒーレンス光を前記測定光学系に入射する第２の測定光束と、参照光束とに分割し、前記第２の測定光束が前記被検レンズで反射された光束を集光した第２の反射光束と、前記参照光束とを合成して第１の合成光束を形成し、前記第１の合成光束を２つの光束に分割し、該２つの光束のうちの一方の光束と他方の光束とを合成して第２の合成光束を形成する光束合成工程と、該光束合成工程を行った後、前記一方の光束の光路長を変化させつつ、前記第２の合成光束の光強度の変化を検出して光強度信号を取得し、該光強度信号のピーク値の位置を解析して、前記被検レンズの肉厚測定を行う肉厚測定工程と、前記光束合成工程を行った後、前記被検面の曲率中心を中心として、前記測定光学系を傾動させて、前記被検面に沿って前記第２の測定光束を走査させ、各走査位置において、前記一方の光束の光路長を変化させつつ、前記第２の合成光束の光強度の変化を検出して光強度信号を取得し、該光強度信号のピーク値に対応する光路長を求めることにより、前記被検面の面粗さを測定する面粗さ測定工程と、前記位置合わせ工程により前記第１の測定光束の集光位置が、前記被検面の曲率中心に一致された場合に、前記測定光学系を前記被検面の光軸に沿って移動しつつ、前記干渉縞画像を複数取得し、これら複数の干渉縞画像を解析して、前記被検面の面精度を測定する面精度測定工程と、を備える方法とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のレンズ形状測定装置およびレンズ測定方法によれば、肉厚測定部、面粗さ測定部、および面精度測定部を有し、測定光学系移動部によって測定光学系を移動して位置合わせを行った後にそれぞれの測定を行うことができるため、被検レンズの肉厚測定と、被検レンズのレンズ面の面粗さと、被検レンズのレンズ面の面精度とを効率よく測定することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態のレンズ形状測定装置のシステム構成を示す模式的なシステム構成図である。
【図２】本発明の実施形態のレンズ形状測定装置の制御ユニットの機能構成を示す機能ブロック図である。
【図３】本発明の実施形態のレンズ形状測定方法の工程フローの一例を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施形態のレンズ形状測定装置の測定光学系移動部の動作を説明する動作説明図である。
【図５】本発明の実施形態のレンズ形状測定装置の光検出部の光強度信号の一例を示す模式的なグラフである。
【図６】本発明の実施形態のレンズ形状測定装置による面粗さ測定の測定結果の一例を示す模式的なグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下では、本発明の実施形態のレンズ形状測定装置について添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態のレンズ形状測定装置のシステム構成を示す模式的なシステム構成図である。図２は、本発明の実施形態のレンズ形状測定装置の制御ユニットの機能構成を示す機能ブロック図である。
【００１１】
図１に示すように、本実施形態のレンズ形状測定装置５０は、被検レンズ６０のレンズ形状測定のうち、肉厚測定、面粗さ測定、および面精度測定を行うことができる装置である。
被検レンズ６０の種類は、特に限定されず、適宜の凸レンズ、凹レンズを採用することができる。以下では、一例として、被検面である第１面６０ａが曲率半径Ｒａの凹球面、被検面の裏面である第２面６０ｂが平面の凹平レンズの場合の例で説明する。図１において符号Ｏａは、第１面６０ａの曲率中心を示す。
レンズ形状測定装置５０は、光源部１、オプティカルカプラ２（光束分割部、第１の光束合成部）、測定光学部３、レンズ保持台２０、測定光学系移動部９、干渉縞画像解析部２３（位置合わせ制御部、面精度測定部）、干渉計部１１、信号解析部１９（肉厚測定部、面粗さ測定部）、および制御ユニット２１を備える。
【００１２】
光源部１は、可干渉光を発生する可干渉光源１Ａと、低コヒーレンス光を発生する低コヒーレンス光源１Ｂと、可干渉光源１Ａで発生された可干渉光と低コヒーレンス光源１Ｂで発生された低コヒーレンス光とを選択的に切り替えて出射する光源切替部１Ｃとを備える。
可干渉光源１Ａは、可干渉光が発生できれば、特に限定されず、例えば、適宜波長のレーザ光源を採用することができる。本実施形態では、一例として、波長６３５ｎｍのルミネセントダイオードレーザを採用している。
低コヒーレンス光源１Ｂは、低コヒーレンス光が発生できれば、特に限定されず、例えば、ハロゲン光源、スーパールミネセントダイオード（ＳＬＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）などを採用することができる。本実施形態では、一例として、ルミネセントダイオードを採用している。
光源切替部１Ｃは、後述する制御ユニット２１に電気的に接続され、制御ユニット２１によって切替動作が制御される。
光源切替部１Ｃの具体的な構成は、可干渉光源１Ａ、低コヒーレンス光源１Ｂの構成にもよるが、例えば、可動支持されたプリズム、遮光板で光路を遮る構成などを採用することができる。本実施形態では、一例として、可動支持されたミラーにて光路を切替える方法を採用している。
【００１３】
オプティカルカプラ２は、少なくとも３つのポートを備え、各ポートから延ばされた光ファイバの先端部に入出射口としてカプラ端面２ａ、２ｂ、２ｃが形成されている。
オプティカルカプラ２は、カプラ端面２ａから入射した光を分割して、カプラ端面２ｃ、２ｂに出射するとともに、カプラ端面２ｂから入射した光を、カプラ端面２ｃから出射させることができる。このため、カプラ端面２ｃからは、カプラ端面２ａから入射されて分割された光束と、カプラ端面２ｂから入射された光束とが合成された合成光束が出射される。
【００１４】
光源部１は、その出射光束がカプラ端面２ａに入射されるように、カプラ端面２ａの近傍に配置されている。
このため、オプティカルカプラ２に入射した光源部１からの光束は、カプラ端面２ｂから出射される測定光束Ｌｍと、カプラ端面２ｃから出射される参照光束Ｌｒとに分割される。したがって、オプティカルカプラ２は、光束分割部を構成している。
【００１５】
測定光学部３は、カプラ端面２ｂから出射された測定光束Ｌｍを集光して被検レンズ６０に照射し、被検レンズ６０からの反射光束Ｌｍ’を集光して、カプラ端面２ｂに再入射させる装置部分である。
測定光学部３の概略構成は、測定光学系６と、オプティカルカプラ２のカプラ端面２ｂが設けられたポートを接続するとともに測定光学系６を収容する筐体３ａと、筐体３ａに固定された撮像部１０（画像取得部）とを備える。
また、測定光学部３は、被検レンズ６０を保持するレンズ保持台２０に対向して配置され、測定光学系移動部９によって可動に支持されている。
以下では、レンズ保持台２０に保持された被検レンズ６０は、第１面６０ａを測定光学部３側に向けて配置されているものとして説明する。
【００１６】
測定光学系６は、フィゾー干渉計を構成するもので、カプラ端面２ｂに対向する位置に配置されカプラ端面２ａから出射された測定光束Ｌｍの光軸を反射するビームスプリッタ４と、ビームスプリッタ４で反射された測定光束Ｌｍの光軸と同軸に配置された参照レンズ５とを備える。以下では、測定光束Ｌｍの光軸と参照レンズ５のレンズ光軸とが整列する軸線を、測定光軸Ｐと称する。
撮像部１０は、ビームスプリッタ４を透過した光束を光電変換して撮像するもので、例えば、ＣＣＤなどの撮像素子を備えるカメラなどからなる。撮像部１０は、ビームスプリッタ４を挟んで参照レンズ５と反対側となる測定光軸Ｐ上の位置に配置されている。
【００１７】
参照レンズ５は、ビームスプリッタ４で反射された測定光束Ｌｍを、測定光軸Ｐ上の集光位置Ｆに集光する収束光とする光学素子であり、波面収差が良好となるように形成されている。
参照レンズ５の被検レンズ６０に対向する最外面には、集光位置Ｆを曲率中心とする参照面５ａが形成されている。参照面５ａは、測定光束Ｌｍを、被検レンズ６０に向かって透過する透過光束と、ビームスプリッタ４側に反射される反射光束Ｌｍｒ’とに分割する光学面になっている。
このため、参照面５ａを透過した測定光束Ｌｍが被検レンズ６０で反射されて、反射光束Ｌｍ’として参照面５ａに戻り、参照面５ａにおける反射光束Ｌｍｒ’と合成されて、反射光束Ｌｍ’’を形成する。
なお、図１は模式図のため、参照レンズ５を模式化して示しており、具体的なレンズ構成を表しているわけではない。参照レンズ５の具体的なレンズ構成は、被検レンズ６０のレンズ形状に応じて、適宜のレンズ構成を採用することができる。
また、参照レンズ５は、種々の被検面の大きさに対応できるように、焦点距離が異なる複数のものが用意され、必要に応じて測定光学部３に脱着できるようになっている。参照レンズ５の脱着機構は特に限定されず、例えば、ネジマウント、アリ溝マウントなどの例を挙げることができる。
【００１８】
反射光束Ｌｍ’’がビームスプリッタ４に入射すると、反射光束Ｌｍ’’はビームスプリッタ４により、透過光束Ｌｍ１’’と、反射光束Ｌｍ２’’とに分割される。
透過光束Ｌｍ１’’は、測定光軸Ｐに沿って進んで、撮像部１０に入射し、撮像部１０によって撮像される。
測定光束Ｌｍが可干渉光の場合には、反射光束Ｌｍｒ’と反射光束Ｌｍ’との間で、光路差に応じて干渉が起こるため、反射光束Ｌｍ’’では、干渉縞が観察される。例えば、反射光束Ｌｍ’’が分割された透過光束Ｌｍ１’は撮像部１０に入射する。このため、撮像部１０は反射光束Ｌｍ’’における干渉縞画像を撮像することができる。
撮像部１０は、干渉縞画像解析部２３と電気的に接続されており、撮像部１０で撮像された映像は、干渉縞画像解析部２３に送出される。
一方、反射光束Ｌｍ２’’は、カプラ端面２ｂ上またはその周囲に集光され、カプラ端面２ｂの開口角に応じて、全部または一部がカプラ端面２ｂに再入射する。
【００１９】
測定光学系移動部９は、測定光学系６を、互いに直交する３軸方向に平行移動可能、かつ測定光学系６の光軸上の１点においてこの光軸に直交するとともに互いに直交する２軸回りに傾動可能に保持する装置部分である。
本実施形態では、測定光学系６を含む測定光学部３を、測定光軸Ｐに沿う方向と、測定光軸Ｐに直交する２軸方向とに平行移動可能に保持する平行移動機構７と、測定光学部３を、測定光軸Ｐ上の１点である傾動中心Ｑにおいて測定光軸Ｐに直交するとともに互いに直交する２軸回りに傾動可能に保持する傾動機構８とを備える。
平行移動機構７は、例えば、３軸移動ステージなどの構成を採用することができる。ただし、平行移動機構７は、後述する面精度測定工程においてフリンジスキャン法を行う。このため、少なくとも測定光軸Ｐに沿う方向においては、可干渉光源１Ａの光束の波長の１波長分程度の移動範囲では、この波長を複数に等分して移動することができる移動精度が必要である。本実施形態では、例えば、ピエゾ素子などによって駆動される微小移動機構を併せて備えている。
平行移動機構７、傾動機構８は、制御ユニット２１に電気的に接続され、制御ユニット２１によって、平行移動量および傾動量が制御される。
【００２０】
干渉縞画像解析部２３は、制御ユニット２１と通信可能に接続され、制御ユニット２１の制御信号に基づいて、撮像部１０によって撮像された干渉縞画像を解析するものである。干渉縞画像解析部２３には、撮像部１０から送出された干渉縞画像の映像、干渉縞画像解析部２３が行う過程で求められた画像処理された画像データ、および算出された数値データ等を表示する表示部２４が接続されている。図１には、表示部２４の表示画面２４ａに干渉縞画像が表示されている様子を模式的に示している。
表示部２４と干渉縞画像解析部２３との接続方法は、例えば、コンポジット接続やＵＳＢ接続等の周知の接続方法を採用できる。
表示部２４は、撮像部１０が撮像した映像を常時表示していてもよいが、干渉縞画像解析部２３が識別可能な干渉縞の発生を検知した場合のみ、映像を写し出すようにしてもよい。
【００２１】
干渉縞画像解析部２３が行う解析としては、周知のフリンジスキャン法に基づいての干渉縞画像から波面を求める解析を挙げることができる。
【００２２】
また、干渉縞画像の解析としては、測定光学系６の集光位置Ｆが、第１面６０ａの面頂Ｓまたは第１面６０ａの曲率中心Ｏａの近傍に位置づけられたときに、干渉縞画像の縞本数や干渉縞の形状から、測定光学系６と第１面６０ａとの相対的な位置や姿勢の誤差を評価する解析を挙げることができる。
すなわち、参照面５ａにおける干渉縞は、図１に示すように集光位置Ｆが被検レンズ６０の第１面６０ａの面頂に位置する場合（以下、面頂干渉位置と称する）と、集光位置Ｆが第１面６０ａの曲率中心Ｏａに一致する場合（図１には不図示、図４（ｃ）参照。以下、球心干渉位置と称する）との２位置で、縞本数が極小となる。
周知の方法による面頂検出方法を用い、フリンジスキャンにおける複数の干渉縞画像から位相差を計算して、干渉縞の中心になる位置を計算し、その位置を面頂位置、球心位置として検出する。
このため、干渉縞画像の本数と、干渉縞画像の位相の変化とを画像処理によって求めることにより、集光位置Ｆと面頂Ｓとの位置関係、または集光位置Ｆと曲率中心Ｏａとの位置関係と、測定光軸Ｐに対する第１面６０ａの偏心量を求めることができる。
これにより、測定光軸Ｐと第１面６０ａとの光軸合わせを行うための測定光学系移動部９の駆動量と、集光位置Ｆを、面頂Ｓまたは曲率中心Ｏａと一致させるための測定光学系移動部９の駆動量とが求められる。
【００２３】
干渉計部１１は、オプティカルカプラ２のカプラ端面２ｃを有するポートが接続され、カプラ端面２ｃから出射された光束を干渉させるための装置部分であり、本実施形態では、マイケルソン干渉計を採用している。
干渉計部１１の概略構成は、コリメートレンズ１２、ビームスプリッタ１３（第２の光束合成部）、可動ミラー１５、光路長変更部１６、固定ミラー１４、集光レンズ１７、および光検出部１８と、これらを内部に収容する筐体１１ａとを備える。
【００２４】
カプラ端面２ｃからは、オプティカルカプラ２で分割された参照光束Ｌｒと、被検レンズ６０で反射されカプラ端面２ｂに入射された反射光束Ｌｍ２’’が合成された合成光束Ｌｃ０（第１の合成光束）が出射される。
このため、オプティカルカプラ２は、反射光束Ｌｍ２’’と参照光束Ｌｒとを合成して第１の合成光束を形成する第１の光束合成部を構成している。
ここで、反射光束Ｌｍ２’’は、測定光束Ｌｍが被検レンズ６０で反射された光束であるため、参照光束Ｌｒと干渉可能な光束である。また、図１では、反射光束Ｌｍ２’’が、測定光束Ｌｍが第１面６０ａで反射された場合の光路のみを描いているが、実際の反射光束Ｌｍ２’’には、光路上のすべての反射面で反射された光束成分が含まれている。例えば、第２面６０ｂで反射され、参照面５ａの開口角の範囲に入射した光束も含まれている。
【００２５】
コリメートレンズ１２は、カプラ端面２ｃから出射された合成光束Ｌｃ０を集光して平行光束にレンズまたはレンズ群であり、焦点位置がカプラ端面２ｃに位置合わせされた状態で合成光束Ｌｃ０の光軸上に配置されている。
【００２６】
ビームスプリッタ１３は、合成光束Ｌｃ０を、透過光束である光束Ｌｃ１（一方の光束）と、反射光束である光束Ｌｃ２（他方の光束）とに分割するものである。
光束ｃ１の光路上には、光束ｃ１の光軸を折り返す可動ミラー１５が配置されている。
可動ミラー１５は、光束Ｌｃ１の光路長を変更する光路長変更部１６によって、光束Ｌｃ１の光路に沿って移動可能に支持されている。
【００２７】
光路長変更部１６は、例えば、直動ステージとリニアスケールとを備え、制御ユニット２１と通信可能に接続されている。これにより、光路長変更部１６は、制御ユニット２１からの制御信号に基づいて移動量が制御され、移動位置の情報を制御ユニット２１に送出できるようになっている。
【００２８】
また、光束ｃ２の光路上には、光束ｃ２の光軸を折り返す固定ミラー１４が配置されている。
このため、可動ミラー１５、固定ミラー１４でそれぞれ折り返された光束Ｌｃ１、Ｌｃ２は、ビームスプリッタ１３に再入射して合成される。これにより、合成光束Ｌｃ３（第２の合成光束）が、形成される。合成光束Ｌｃ３は、光束Ｌｃ２の光軸に沿って進んでビームスプリッタ１３から出射される。
このため、ビームスプリッタ１３は、合成光束Ｌｃ０を２つの光束Ｌｃ１、Ｌｃ２に分割し、光束Ｌｃ１、Ｌｃ２を合成して第２の合成光束を形成する第２の光束合成部を構成している。
【００２９】
集光レンズ１７は、合成光束Ｌｃ３を集光するレンズまたはレンズ群であり、合成光束Ｌｃ３の光路上においてビームスプリッタ１３と対向する位置に配置されている。
【００３０】
光検出部１８は、集光レンズ１７で集光された合成光束Ｌｃ３の光強度を検出するものであり、適宜の光検出センサを採用することができる。本実施形態ではフォトダイオードを用いている。
なお、光検出部１８は、後述するように、光源部１が低コヒーレンス光源１Ｂに切り替えられた場合に使用されるため、低コヒーレンス光源１Ｂが発生する光束の波長に対して感度を有する構成を採用している。
光検出部１８は、信号解析部１９と電気的に接続されている。このため、光検出部１８によって検出された光強度は光強度信号として信号解析部１９に送出される。
【００３１】
信号解析部１９は、制御ユニット２１と通信可能に接続され、制御ユニット２１から制御信号に基づいて、光検出部１８から送出される光強度信号の解析を行う装置部分である。
信号解析部１９は、光検出部１８から光強度信号を取得すると、光強度信号を波形解析して、一群の振動波形における最大ピーク値を検出して、各振動波形における最大ピーク値が検出された測定開始時からの経過時間を最大ピーク値の発生時間情報として取得し、これら最大ピーク値と発生時間情報を、制御ユニット２１の後述する測定制御部１００に送出するものである。
【００３２】
制御ユニット２１は、レンズ形状測定装置５０の動作制御やレンズ形状測定のための演算を行うためのもので、その機能構成は、図２に示すように、測定制御部１００（位置合わせ制御部、肉厚測定部、面粗さ測定部、面精度測定部）、肉厚算出部１０１（肉厚測定部）、面粗さ算出部１０２（面粗さ測定部）、および面精度算出部１０３（面精度測定部）を備える。
【００３３】
測定制御部１００は、レンズ形状測定装置５０の全体制御を行うためのもので、制御対象である光源切替部１Ｃ、測定光学系移動部９、および光路長変更部１６と通信可能に接続されている。
また、測定制御部１００は、制御ユニット２１内の肉厚算出部１０１、面粗さ算出部１０２、面精度算出部１０３と通信可能に接続され、それぞれに制御信号やデータを送出したり、それぞれから演算結果を取得したりすることができる。
例えば、信号解析部１９から送出された発生時間情報は、測定制御部１００から肉厚算出部１０１、面粗さ算出部１０２に送出される。また、干渉縞画像解析部２３から送出された波面の情報は、測定制御部１００から面精度算出部１０３に送出される。
【００３４】
また、測定制御部１００は、レンズ形状測定装置５０の動作を制御するために操作者が操作入力を行うための操作部２５と、制御ユニット２１が行う制御や演算結果に関する情報を文字や画像等によって表示する表示部２６とが接続されている。
操作部２５は、例えば、キーボード、マウス、操作ボタン等の操作入力手段を備えている。
操作者が行う操作入力の例としては、レンズ形状測定装置５０の起動、停止、測定種類の選択、測定光学系移動部９を駆動するための操作入力等を挙げることができる。
各操作入力は、必要に応じて、制御信号や数値情報に換算されて、測定制御部１００に送出される。
【００３５】
肉厚算出部１０１は、測定制御部１００から送出された情報のうち、第１面６０ａから第２面６０ｂまでの光路長を表す情報を、予め記憶されている被検レンズ６０の屈折率ｎで割ることにより、被検レンズ６０の肉厚を算出するものである。ここで、被検レンズ６０の肉厚とは、第１面６０ａと第２面６０ｂとの間の光軸上の面間隔であり、いわゆるレンズ中肉である。
算出された肉厚は、測定制御部１００に送出される。
【００３６】
面粗さ算出部１０２は、測定制御部１００から送出された情報のうち、一定の基点からから、第１面６０ａまたは第２面６０ｂまでの光路長の変化から、第１面６０ａ、第２面６０ｂの面粗さを算出するものである。算出方法については後述する。
算出された面粗さは、測定制御部１００に送出される。
【００３７】
面精度算出部１０３は、測定制御部１００から送出された波面の情報に基づいて、予め記憶されたレンズ有効径の範囲内の面精度を算出するものである。
算出された面精度は、測定制御部１００に送出される。
【００３８】
制御ユニット２１の装置構成は、ＣＰＵ、メモリ、入出力インターフェース、外部記憶装置などからなるコンピュータからなり、このコンピュータによって、上記に説明した各機能に対応する制御プログラムや演算プログラムが実行されるようになっている。
【００３９】
次に、レンズ形状測定装置５０の動作について、レンズ形状測定装置５０を用いて行う本実施形態のレンズ形状測定方法を中心として説明する。
図３は、本発明の実施形態のレンズ形状測定方法の工程フローの一例を示すフローチャートである。図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の実施形態のレンズ形状測定装置の測定光学系移動部の動作を説明する動作説明図である。図５は、本発明の実施形態のレンズ形状測定装置の光検出部の光強度信号の一例を示す模式的なグラフである。横軸は光強度が測定された時の可動ミラーの位置、縦軸は光強度である。図６は、本発明の実施形態のレンズ形状測定装置による面粗さ測定の測定結果の一例を示す模式的なグラフである。横軸は傾動量、縦軸はピーク位置である。
【００４０】
レンズ形状測定装置５０は、被検レンズの肉厚測定と、被検レンズのレンズ面の面粗さ測定と、被検レンズのレンズ面の面精度測定との少なくともいずれかのレンズ形状測定を行うことができる。以下では、一例として、被検レンズ６０について、これらのレンズ形状測定をすべて行う場合の例で説明するが、不要の測定があれば、対応する測定工程を省略することができる。
【００４１】
レンズ形状測定装置５０によって、被検レンズ６０のレンズ形状測定を行うには、まず、図１に示すように、被検レンズ６０をレンズ保持台２０に保持させる。
次に、操作者は、操作部２５から操作入力して、レンズ形状測定装置５０を起動する。レンズ形状測定装置５０が起動されると、測定制御部１００は、平行移動機構７、傾動機構８の移動位置を、それぞれ平行移動、傾動の基準位置に合わせる初期設定を行う。
平行移動、傾動の基準位置は、測定光学部３の測定光軸Ｐがレンズ保持台２０の保持中心軸と同軸に配置され、集光位置Ｆがレンズ保持台２０に保持される被検レンズ６０の第１面６０ａから離間した定位置に位置づけられる位置であり、レンズ形状測定装置５０の組立時に予め調整済みである。
また、後述する計算や動作制御に用いるため、第１面６０ａ、第２面６０ｂの曲率半径Ｒａ、Ｒｂ、被検レンズ６０の硝材の屈折率ｎを入力する。これらの値は、予め設定済みの測定光学部３に対する集光位置Ｆの位置座標や、傾動中心Ｑの位置座標とともに、測定制御部１００によって記憶され、制御ユニット２１内でパラメータとして共有される。
【００４２】
以上の初期設定が終了すると、操作者が操作部２５から測定種類とその実行順序とを操作入力することにより、レンズ形状測定が開始される。
例えば、肉厚測定、面粗さ測定、面精度測定をこの順に行うように、操作入力する。
この場合、図３に示すフローに従って、ステップＳ１〜Ｓ１２が行われる。
【００４３】
なお、以下では、光源部１から可干渉光が出射される場合と低コヒーレンス光が出射される場合では動作が異なる。このため、可干渉光の場合には、光束の符号に［Ａ］を付し、低コヒーレンス光の場合には、光束の符号に［Ｂ］を付して区別することにする。
例えば、測定光束Ｌｍ［Ａ］は、可干渉光源１Ａから出射されて測定光学系６に入射する光束であり、測定光束Ｌｍ［Ｂ］は、低コヒーレンス光源１Ｂから出射されて測定光学系６に入射する光束である。
【００４４】
ステップＳ１では、干渉縞画像取得工程が行われる。本工程は、光源部１から可干渉光を出射し、この可干渉光を測定光学系６に入射させ、測定光学系６で集光された測定光束Ｌｍ［Ａ］（第１の測定光束）を形成して、被検レンズ６０の第１面６０ａに照射し、測定光束Ｌｍ［Ａ］による第１面６０ａからの反射光束Ｌｍ’［Ａ］（第１の反射光束）と測定光束Ｌｍ［Ａ］とを干渉させて、干渉縞画像を取得する工程である。
【００４５】
本ステップでは、肉厚測定および面粗さ測定を行う際の位置合わせを行うための干渉縞画像を取得する。このため、第１面６０ａの面頂干渉位置の近傍で発生する干渉縞画像を取得する。
このため、測定制御部１００は、まず、光源切替部１Ｃに制御信号を送出して、可干渉光源１Ａからの光束をカプラ端面２ａに入射させる。
カプラ端面２ａに入射された光束は、オプティカルカプラ２で測定光束Ｌｍ［Ａ］と参照光束Ｌｒ［Ａ］とに分割される。
測定光束Ｌｍ［Ａ］は、カプラ端面２ｂから出射されると、ビームスプリッタ４で反射されて参照レンズ５に入射し、参照レンズ５によって集光されて集光位置Ｆに集光される。
【００４６】
次に、測定制御部１００は、予め記憶されたレンズ保持台２０上の被検レンズ６０の位置情報に基づいて、集光位置Ｆが第１面６０ａ上に位置するように、平行移動機構７を測定光軸Ｐに沿う方向に駆動して、測定光学部３を平行移動する。
これにより、測定光束Ｌｍ［Ａ］は参照面５ａで透過光束と反射光束とに分割される。そして、分割された透過光束が、第１面６０ａ上で反射されて反射光束Ｌｍ’［Ａ］が形成される。
反射光束Ｌｍ’［Ａ］は、参照レンズ５の開口角の範囲内の光束が参照レンズ５で集光され、参照面５ａで分割されてビームスプリッタ４側に反射される反射光束Ｌｍｒ’ ［Ａ］と合成されて、反射光束Ｌｍ’’［Ａ］を形成し、ビームスプリッタ４に入射する。
反射光束Ｌｍ’’［Ａ］のうち、ビームスプリッタ４を透過した透過光束Ｌｍ１’’［Ａ］は、撮像部１０に入射する。撮像部１０によって撮像された映像は、干渉縞画像解析部２３に送出され、表示部２４に表示される。
透過光束Ｌｍ１’’［Ａ］は、干渉が起こっているため、表示部２４には干渉縞画像が表示される。
ただし、この状態では、必ずしも集光位置Ｆが第１面６０ａの面頂Ｓに一致しているとは限らないため、干渉縞本数は極小とは限らない。
以上で、ステップＳ１が終了する。
【００４７】
なお、光源切替部１Ｃ、撮像部１０は、測定制御部１００、干渉縞画像解析部２３によって切替制御、停止制御が行われるまでは、本ステップの状態を保つ。
このため、本ステップが再度実行される場合には、撮像部１０によって撮像された映像を干渉縞画像解析部２３に送出する動作のみが行われる。
【００４８】
次に、ステップＳ２を行う。本ステップでは、移動量算出工程が行われる。本工程は、ステップＳ１で取得された干渉縞画像に基づいて、測定光学系６の測定光軸Ｐが第１面６０ａの光軸と同軸となり、かつ測定光束Ｌｍ［Ａ］の集光位置Ｆが第１面６０ａの面頂Ｓに一致するように位置合わせするための、測定光学系移動部９による測定光学系６の移動量を算出する工程である。
【００４９】
干渉縞画像解析部２３に干渉縞画像が送出されると、測定制御部１００は、干渉縞画像解析部２３によって干渉縞画像の解析を開始させる。
干渉縞画像解析部２３は、干渉縞画像の画像処理を行って、干渉縞本数や干渉縞の形状から、集光位置Ｆの面頂Ｓに対する位置ずれ量や、測定光軸Ｐに対する第１面６０ａの偏心量を推定し、これらの位置や姿勢の誤差を補正するための測定光学系移動部９の駆動量を算出する。
これらの駆動量は、干渉縞画像解析部２３から測定制御部１００に送出される。
以上で、本ステップが終了する。
【００５０】
次に、ステップＳ３を行う。本ステップは、測定光学系６の位置合わせが必要かどうかを判定する工程である。
すなわち、測定制御部１００は、干渉縞画像解析部２３から送出された駆動量を、駆動量の種類ごとに予め記憶された判定閾値と比較する。
各駆動量が判定閾値以下の場合には、集光位置Ｆの面頂Ｓに対する位置ずれ量や、測定光軸Ｐに対する第１面６０ａの偏心量が許容範囲であり、集光位置Ｆが面頂Ｓに一致している。すなわち、測定光学系６と第１面６０ａとは、図４（ａ）に示す位置関係に位置合わせされている。このため、測定制御部１００は位置合わせが不要と判定し、干渉縞画像解析部２３に制御信号を送出して、表示部２４における干渉縞画像の表示を停止させた後、ステップＳ５に移行する。
いずれかの駆動量が判定閾値を超えている場合には、ステップＳ４に移行する。
本実施形態では、判定閾値は、例えば、平行移動機構７、傾動機構８の各駆動パラメータから算出される平行移動の大きさと、傾動角の大きさとの２種類が設定されている。
【００５１】
ステップＳ４では、位置合わせ工程が行われる。本工程は、取得された干渉縞画像に基づいて、測定光束Ｌｍ［Ａ］の集光位置Ｆが第１面６０ａの面頂Ｓに一致するように、測定光学系６と被検レンズ６０との位置合わせを行う工程である。
【００５２】
測定制御部１００は、干渉縞画像解析部２３から送出された測定光学系移動部９の駆動量に基づいて、測定光学系移動部９を駆動して、測定光学部３を移動させる。
移動が終了すると本ステップが終了し、ステップＳ１に移行する。そして、ステップＳ３において、ステップＳ５に移行されるまでの間、ステップＳ１〜Ｓ４が繰り返される。
【００５３】
ステップＳ５では、光束合成工程が行われる。本工程は、位置合わせ工程により測定光束Ｌｍ［Ａ］の集光位置Ｆが、第１面６０ａの面頂Ｓに一致された場合に、光源部１から出射する光束を低コヒーレンス光に切り替え、この低コヒーレンス光を測定光学系６に入射する測定光束Ｌｍ［Ｂ］（第２の測定光束）と、参照光束Ｌｒ［Ｂ］とに分割し、測定光束Ｌｍ［Ｂ］が被検レンズ６０で反射された光束を集光した反射光束Ｌｍ２’’［Ｂ］（第２の反射光束）と、参照光束Ｌｒ［Ｂ］とを合成して合成光束Ｌｃ０［Ｂ］（第１の合成光束）を形成し、合成光束Ｌｃ０［Ｂ］を２つの光束Ｌｃ１、Ｌｃ２に分割し、この光束Ｌｃ１、Ｌｃ２を合成して合成光束Ｌｃ３［Ｂ］（第２の合成光束）を形成する工程である。
【００５４】
本工程では、測定制御部１００は、まず、光源切替部１Ｃに制御信号を送出して、低コヒーレンス光源１Ｂからの光束をカプラ端面２ａに入射させる。
カプラ端面２ａに入射された光束は、オプティカルカプラ２で測定光束Ｌｍ［Ｂ］と参照光束Ｌｒ［Ｂ］とに分割される。
測定光束Ｌｍ［Ｂ］は、カプラ端面２ｂから測定光学系６内に出射され、上記に説明した測定光束Ｌｍ［Ａ］と同様の光路をたどって、反射光束Ｌｍ’［Ｂ］、Ｌｍｒ’［Ｂ］、Ｌｍ’’［Ｂ］、Ｌｍ２’’［Ｂ］、透過光束、Ｌｍ１’’［Ｂ］が形成される。このうち、反射光束Ｌｍ２’’［Ｂ］はカプラ端面２ｂに入射する。
ただし、反射光束Ｌｍ２’’［Ｂ］、透過光束Ｌｍ１’’［Ｂ］は、測定光学系６内の種々の反射面での反射光束を含むものの、低コヒーレンス光であるため、干渉は起こしていない。したがって、測定光学系６が面頂干渉位置であっても、干渉縞画像は観察されない。
【００５５】
カプラ端面２ｂに入射した反射光束Ｌｍ２’’［Ｂ］は、オプティカルカプラ２によって、参照光束Ｌｒ［Ｂ］と合成され、カプラ端面２ｃから合成光束Ｌｃ０［Ｂ］として出射される。
合成光束Ｌｃ０［Ｂ］は、ビームスプリッタ１３によって、光束Ｌｃ１［Ｂ］と、光束Ｌｃ２［Ｂ］とに分割される。光束Ｌｃ１［Ｂ］、Ｌｃ２［Ｂ］は、それぞれ、可動ミラー１５、固定ミラー１４によって折り返され、測定光学部３に入射して合成され、合成光束Ｌｃ３［Ｂ］が形成される。
合成光束Ｌｃ３［Ｂ］は、集光レンズ１７によって集光され、光検出部１８で受光される。
光検出部１８は、合成光束Ｌｃ３［Ｂ］を光電変換して、光強度に応じて光強度信号を信号解析部１９に送出する。
以上で、本ステップが終了する。
【００５６】
次に、ステップＳ６を行う。本ステップでは、肉厚測定工程が行われる。本工程は、光束合成工程を行った後、光束Ｌｃ１［Ｂ］の光路長を変化させつつ、合成光束Ｌｃ３［Ｂ］の光強度の変化を検出して光強度信号を取得し、この光強度信号のピーク値の位置を解析して、被検レンズ６０の肉厚測定を行う工程である。
【００５７】
測定制御部１００は、光路長変更部１６を駆動して、可動ミラー１５を光束Ｌｃ１［Ｂ］の光軸に沿う方向に一定速度で動かすとともに、光検出部１８から送出される光強度信号を信号解析部１９により取得させる。
このようにして、光束Ｌｃ１［Ｂ］の光路長が、可動ミラー１５の移動位置に応じて変化するため、合成光束Ｌｃ３［Ｂ］は、光束Ｌｃ１［Ｂ］に含まれる参照光束Ｌｒ［Ｂ］の光路長が変化した状態で、光束Ｌｃ２［Ｂ］と合成される。
一方、光束Ｌｃ２［Ｂ］における反射光束Ｌｍ２’’［Ｂ］には、測定光学系６の各反射面で反射された光束成分が含まれているため、参照光束Ｌｒ［Ｂ］の光路長がこれらの反射面の位置に相当する光路長に一致する位置を中心として、コヒーレンス長に対応する範囲で干渉が起こり、光強度信号が振動する。
【００５８】
例えば、合成光束Ｌｃ３［Ｂ］に含まれる第１面６０ａと第２面６０ｂとでそれぞれ反射された反射光束と、参照光束Ｌｒ［Ｂ］との干渉に対応して、図５のグラフに主要部を示すような振動波形を伴った光強度信号が得られる。
なお、実際に取得される光強度信号は時間信号であるが、図５では、可動ミラー１５の移動速度から、時間軸を可動ミラー１５の移動位置に換算している。光強度信号の基点（グラフ上では不図示）は、測定制御部１００からの測定開始を制御する制御信号に同期されており、可動ミラー１５の移動開始時刻と一致されている。
光強度信号は、可動ミラー１５の位置ｄ１、ｄ２の近傍でそれぞれ一群の振動波形が現れる。すなわち、干渉によって光強度が増大した光強度の最大ピーク値Ｉ１、Ｉ２の前後の狭い領域内で振幅が減衰しつつ振動し、それ以外の領域では略一定の光強度が得られる。
位置ｄ１、ｄ２間の距離は、第１面６０ａと第２面６０ｂとの光路長に相当するため、ｄ２−ｄ１を被検レンズ６０の屈折率ｎで割れば、被検レンズ６０の肉厚を算出することができる。
【００５９】
信号解析部１９は、このような光強度信号の波形解析を行って、振動波形ごとに、光強度の最大ピーク値Ｉ１、Ｉ２と、これらの最大ピーク値の発生時間ｔ１、ｔ２を求めて、測定制御部１００に送出する。最大ピーク値の発生時間ｔ１、ｔ２は、可動ミラー１５の位置ｄ１、ｄ２に相当する情報である。
測定制御部１００は、信号解析部１９から送出された最大ピーク値の発生時間ｔ１、ｔ２を、光路長変更部１６による可動ミラー１５の移動速度の情報から可動ミラー１５の位置ｄ１、ｄ２に換算して、この情報を肉厚算出部１０１に送出する。
肉厚算出部１０１では、ｄ２−ｄ１を被検レンズ６０の屈折率ｎで割って、被検レンズ６０の肉厚を算出し、測定制御部１００に送出する。測定制御部１００は、送出された肉厚を表示部２６に表示する。
以上で、肉厚測定工程が終了する。
【００６０】
このように、測定制御部１００、信号解析部１９、肉厚算出部１０１は、光源部１からの光束を低コヒーレンス光に切り替え、光路長変更部１６によって光束Ｌｃ１［Ｂ］の光束の光路長を変化させつつ、光検出部１８からの光強度信号を取得し、この光強度信号のピーク値の位置を解析して、被検レンズ６０の肉厚測定を行う肉厚測定部を構成している。
【００６１】
次に、ステップＳ７を行う。本ステップでは、面粗さ測定工程が行われる。本工程は、光束合成工程を行った後、第１面６０ａの曲率中心Ｏａを中心として、測定光学系６を傾動させて、第１面６０ａに沿って測定光束Ｌｍ［Ｂ］を走査させ、各走査位置において、光束Ｌｃ１［Ｂ］の光路長を変化させつつ、合成光束Ｌｃ３［Ｂ］の光強度の変化を検出して光強度信号を取得し、この光強度信号のピーク値に対応する光路長を求めることにより、第１面６０ａの面粗さを測定する工程である。
【００６２】
本実施形態では、本工程は、肉厚測定工程に続けて行うため、光源部１はすでに低コヒーレンス光源１Ｂが選択されており、図４（ａ）に示すように、集光位置Ｆが第１面６０ａの面頂Ｓに一致し、傾動中心Ｑが曲率中心Ｏａに一致した状態になっている。
肉厚測定工程を行うことなく本工程を行う場合には、ステップＳ６と同様にして、これらの位置合わせを行うことが必要である。
【００６３】
本工程では、測定制御部１００は、このような状態から、図４（ｂ）に示すように、測定光学系移動部９の傾動機構８を駆動して、傾動中心Ｑを中心にして測定光学部３を傾動させる。これにより、測定光束Ｌｍ［Ｂ］が第１面６０ａに沿って走査される。
１回の傾動量は、測定すべき第１面６０ａの凹凸ピッチの分解能に応じて予め測定制御部１００に設定しておくか、操作部２５から入力できるようにしておく。また、傾動方向も予め測定制御部１００に設定しておくか、操作部２５から入力できるようにしておく。
測定制御部１００は、各走査位置において、上記ステップＳ６と同様にして、干渉計部１１、光検出部１８、光路長変更部１６を用いた光強度測定を行う制御を行う。この際、可動ミラー１５は、各走査位置に移動するたびに、光路長変更部１６によって、一定の移動開始位置に戻され、各走査位置おける可動ミラー１５の移動開始位置は固定されている。
これにより、ステップＳ６と同様にして、傾動位置θごとに、最大ピーク値の発生時間ｔ１（θ）、ｔ２（θ）が、信号解析部１９によって測定され、測定制御部１００に送出される。
なお、発生時間ｔ２（θ）は、ステップＳ６と同じ波形処理を行うと求まる量であるが、第１面６０ａの面粗さの測定には使用しないため、本工程では求めない設定としてもよい。本実施形態では、第２面６０ｂの面粗さを定性的に表す参考情報として、表示部２６に表示するために取得している。
【００６４】
測定制御部１００は、信号解析部１９から送出された最大ピーク値の発生時間ｔ１（θ）、ｔ２（θ）を、光路長変更部１６による可動ミラー１５の移動速度の情報から可動ミラー１５の位置ｄ１（θ）、ｄ２（θ）に換算して、この情報を面粗さ算出部１０２に送出する。
このようにして、予め決められた第１面６０ａの走査範囲での測定が終了したら、測定制御部１００は、傾動機構８を駆動して、傾動開始前の位置に、測定光学部３を移動する。
また、測定制御部１００は、最大ピーク値が得られた可動ミラー１５の位置ｄ１（θ）、ｄ２（θ）のグラフの一例を、表示部２６に表示する。例えば、図６に示すようなグラフが表示される。図６において、曲線２０１、２０２は、それぞれ位置ｄ１（θ）、ｄ２（θ）のグラフである。
曲線２０１は、第１面６０ａの凹凸を表すグラフになっている。
曲線２０２は、第２面６０ｂの凹凸に、第１面６０ａと第２面６０ｂとの間の肉厚変化を含めて、曲率中心Ｏａを基点とする極座標表示したことに相当するグラフになっている。
【００６５】
面粗さ算出部１０２では、ｄ１（θ）の情報から、ｄ１（θ）−ｄ１（０）を算出し、第１面６０ａの面頂Ｓを基準とする凹凸量に換算して、粗さ曲線データを生成する。
そして、面粗さ算出部１０２は、予め入力された測定位置に対応する粗さ曲線データから、必要な面粗さ量の定義、例えば、算術平均粗さＲａ、最大高さＲｙ、十点平均粗さＲｚなどに応じて、面粗さ量を算出し、測定制御部１００に送出する。測定制御部１００は、送出された面粗さ量を表示部２６に表示する。
以上で、面粗さ測定工程が終了する。
【００６６】
このように、測定制御部１００、信号解析部１９、面粗さ算出部１０２は、光源部１からの光束を低コヒーレンス光に切り替え、測定光学系移動部９の傾動機構８を駆動して第１面６０ａの曲率中心Ｏａを中心として、測定光学系６を傾動させて、第１面６０ａに沿って測定光束Ｌｍ［Ｂ］を走査させ、各走査位置において、光路長変更部１６によって光束Ｌｃ１［Ｂ］の光束の光路長を変化させつつ、光検出部１８からの光強度信号を取得し、この光強度信号のピーク値に対応する光路長を求めることにより、第１面６０ａの面粗さを測定する面粗さ測定部を構成している。
【００６７】
次に、ステップＳ８を行う。本ステップでは、干渉縞画像取得工程が行われる。ステップＳ１の干渉画像取得工程と略同様な工程であるが、第１面６０ａの面精度測定を行う際の位置合わせを行うための干渉縞画像を取得する点が異なる。
すなわち、本ステップでは、第１面６０ａの球心干渉位置の近傍で発生する干渉縞画像を取得する。
このため、測定制御部１００は、ステップＳ１と同様にして、光源部１を低コヒーレンス光源１Ｂから可干渉光源１Ａに切り替える。これにより、ステップＳ１と同様にして干渉が起こり、表示部２４に干渉縞画像が表示される。
次に、図４（ｃ）に示すように、測定光学系移動部９の平行移動機構７を駆動して、測定光学部３を測定光軸Ｐに沿って第１面６０ａの曲率半径Ｒａだけ平行移動して、集光位置Ｆと曲率中心Ｏａとが一致する位置に位置づける。
これにより、球心干渉位置に相当する干渉が起こる。
ただし、この状態では、必ずしも集光位置Ｆが第１面６０ａの曲率中心Ｏａに一致しているとは限らないため、干渉縞本数は極小とは限らない。
以上で、ステップＳ８が終了する。
【００６８】
なお、ステップＳ１と同様に、光源切替部１Ｃ、撮像部１０は、測定制御部１００、干渉縞画像解析部２３によって切替制御、停止制御が行われるまでは、本ステップの状態を保つ。
このため、本ステップが再度実行される場合には、撮像部１０によって撮像された映像を干渉縞画像解析部２３に送出する動作のみが行われる。
【００６９】
次に、ステップＳ９を行う。本ステップでは、移動量算出工程が行われる。本工程は、ステップＳ８で取得された干渉縞画像に基づいて、測定光学系６の測定光軸Ｐが第１面６０ａの光軸と同軸となり、かつ測定光束Ｌｍ［Ａ］の集光位置Ｆが第１面６０ａの曲率中心Ｏａに一致するように位置合わせするための、測定光学系移動部９による測定光学系６の移動量を算出する工程である。
本工程は、位置合わせの目標位置が異なる点を除いて、上記ステップＳ２と同様の動作が行われる。
【００７０】
次に、ステップＳ１０を行う。本ステップは、測定光学系６の位置合わせが必要かどうかを判定する工程である。
すなわち、測定制御部１００は、干渉縞画像解析部２３から送出された駆動量を、ステップＳ３におけるのと同様の判定閾値と比較する。
各駆動量が判定閾値以下の場合には、集光位置Ｆの曲率中心Ｏａに対する位置ずれ量や、測定光軸Ｐに対する第１面６０ａの偏心量が許容範囲であり、集光位置Ｆが曲率中心Ｏａに一致している。すなわち、測定光学系６と第１面６０ａとは、図４（ｂ）に示す位置関係に位置合わせされている。このため、測定制御部１００は位置合わせが不要と判定し、ステップＳ１２に移行する。このとき、表示部２４の干渉縞画像の表示は停止させない。
いずれかの駆動量が判定閾値を超えている場合には、ステップＳ１１に移行する。
【００７１】
ステップＳ１１では、位置合わせ工程が行われる。本工程は、取得された干渉縞画像に基づいて、測定光束Ｌｍ［Ａ］の集光位置Ｆが第１面６０ａの曲率中心Ｏａに一致するように、測定光学系６と被検レンズ６０との位置合わせを行う工程である。
【００７２】
測定制御部１００は、ステップＳ４と同様に、干渉縞画像解析部２３から送出された測定光学系移動部９の駆動量に基づいて、測定光学系移動部９を駆動して、測定光学部３を移動させる。
移動が終了すると本ステップが終了し、ステップＳ８に移行する。そして、ステップＳ１０において、ステップＳ１２に移行されるまでの間、ステップＳ８〜Ｓ１１が繰り返される。
【００７３】
ステップＳ１２では、面精度測定工程が行われる。本工程は、ステップＳ１１の位置合わせ工程によって、測定光束Ｌｍ［Ａ］の集光位置Ｆが第１面６０ａの曲率中心Ｏａに一致された後、測定光学系６を測定光軸Ｐに沿って移動しつつ、干渉縞画像を複数取得し、これら複数の干渉縞画像を解析して、第１面６０ａの面精度を測定する工程である。
【００７４】
測定制御部１００は、位置合わせ工程が終了した状態から、少なくとも測定光束Ｌｍ［Ａ］の１波長を超える距離だけ、測定光軸Ｐに沿って移動させる。また、測定制御部１００は、この移動中に、干渉縞画像解析部２３を制御して、１波長を等分する複数箇所において、撮像部１０から干渉縞画像を取得させ、干渉縞画像解析部２３に記憶させる。干渉縞画像の取得数は１波長当たり５枚以上取得することが好ましい。
移動が終了したら、測定制御部１００は、干渉縞画像解析部２３に制御信号を送出して、干渉縞画像解析部２３にフリンジスキャン法による波面解析を行わせる。
干渉縞画像解析部２３は、複数枚の干渉縞画像の明暗の変化から、各干渉縞画像の位相を求め、波面データを算出し、測定制御部１００に送出する。波面データの算出に用いる演算は、干渉縞画像を取得した移動ステップに応じて決まる周知のフリンジスキャン法の演算式を用いる。
このようにして得られる波面データは、参照面５ａに対応する波面に対する第１面６０ａの面形状の誤差を表している。
【００７５】
測定制御部１００は、干渉縞画像解析部２３から送出された波面データのグラフを表示部２６に表示させるとともに、面精度算出部１０３に送出する。
面精度算出部１０３は、波面データから、予め設定された第１面６０ａのレンズ有効領域のデータを解析し、面精度を算出して、測定制御部１００に送出する。
測定制御部１００は、送出された面精度の情報を、表示部２６のグラフ上に重ね合わせて表示する。
以上で、面精度測定工程が終了する。
【００７６】
このように、測定制御部１００、干渉縞画像解析部２３、面精度算出部１０３は、測定光学系６の集光位置Ｆが第１面６０ａの曲率中心Ｏａに一致されたときに、測定光学系移動部９の平行移動機構７を駆動して測定光学系６を測定光軸Ｐに沿って移動しつつ、撮像部１０によって干渉縞画像を複数取得し、これら複数の干渉縞画像を解析して、第１面６０ａの面精度を測定する面精度測定部を構成している。
また、測定制御部１００、干渉縞画像解析部２３は、撮像部１０で取得した干渉縞画像を解析して、測定光学系６の集光位置Ｆが第１面６０ａの面頂Ｓまたは第１面６０ａの曲率中心Ｏａに一致するように測定光学系移動部９を移動させる位置合わせ制御部を構成している。
【００７７】
以上に説明したように、本実施形態のレンズ形状測定装置５０は、肉厚測定部、面粗さ測定部、および面精度測定部を有し、測定光学系移動部９によって測定光学系６を移動して位置合わせを行った後に測定を行うことができるため、被検レンズ６０の肉厚測定と、被検レンズ６０の第１面６０ａの面粗さと、面精度とを測定することができる。
したがって、複数のレンズ形状測定を１台のレンズ形状測定装置５０で行うことができるため、省スペース化が実現できる。
また、本実施形態では、被検レンズ６０をレンズ保持台２０に固定して、測定光学部３のみを移動することによってすべてのレンズ形状測定を行うことができるため、レンズ保持台２０の構成を簡素化、小型化することができる。また、被検レンズ６０を移動することなく測定を行うことができる。
【００７８】
このようなレンズ形状測定を行う際、レンズ形状測定装置５０では、測定光学系６と被検レンズ６０との相対的な位置合わせは、参照面５ａでの反射光束と、第１面６０ａでの反射光束Ｌｍ’’との干渉縞画像を解析することによって自動的に行うことができる。このため、操作者が被検レンズ６０と測定光学系６との位置関係の調整作業を行わなくてもよいため、測定作業の作業効率を向上し、効率的な測定を行うことができる。
【００７９】
なお、上記の実施形態の説明では、面粗さ測定および面精度測定は、第１面６０ａのみを測定する場合の例で説明したが、被検レンズ６０の第２面６０ｂを測定光学系６に向けて保持させ、上記実施形態と同様にして、測定光学系６の集光位置Ｆと第２面６０ｂの面頂とを位置合わせすることにより、第２面６０ｂの面粗さ測定および面精度測定を行うことができる。
レンズ保持台２０を、被検レンズ６０を反転可能に保持する構成とすれば、第２面６０ｂを迅速に測定光学系６に対向させることができるため、より迅速な測定が可能となる。
【００８０】
また、上記実施形態の説明では、第１面６０ａが凹球面であるとして説明したが、凸球面でも上記と同様にして測定できる。
また、被検面が平面の場合には、球心位置へ移動させる必要がなく、平行になるようチルト方向の調整をさせ、あとは凹球面と同様にして測定する。
【００８１】
また、上記の実施形態に説明したすべての構成要素は、本発明の技術的思想の範囲で適宜組み合わせを代えたり、削除したりして実施することができる。
【符号の説明】
【００８２】
１  光源部
１Ａ  可干渉光源
１Ｂ  低コヒーレンス光源
１Ｃ  光源切替部
２  オプティカルカプラ（光束分割部、第１の光束合成部）
２ａ、２ｂ、２ｃ  カプラ端面
３  測定光学部
４  ビームスプリッタ
５  参照レンズ
５ａ  参照面
６  測定光学系
７  平行移動機構
８  傾動機構
１０  撮像部（画像取得部）
１１  干渉計部
１３  ビームスプリッタ（第２の光束合成部）
１４  固定ミラー
１５  可動ミラー
１６  光路長変更部
１８  光検出部
１９  信号解析部（肉厚測定部、面粗さ測定部）
２０  レンズ保持台
２１  制御ユニット
２３  干渉縞画像解析部（位置合わせ制御部、面精度測定部）
５０  レンズ形状測定装置
６０  被検レンズ
６０ａ  第１面（被検面）
６０ｂ  第２面
１００  測定制御部（位置合わせ制御部、肉厚測定部、面粗さ測定部、面精度測定部）
１０１  肉厚算出部（肉厚測定部）
１０２  面粗さ算出部（面粗さ測定部）
１０３  面精度算出部（面精度測定部）
Ｆ  集光位置
Ｌｃ０、Ｌｃ０［Ｂ］  合成光束（第１の合成光束）
Ｌｃ１  光束（一方の光束）
Ｌｃ２  光束（他方の光束）
Ｌｃ３、Ｌｃ３［Ｂ］  合成光束（第２の合成光束）
Ｌｍ  測定光束
Ｌｍ［Ａ］  測定光束（第１の測定光束）
Ｌｍ［Ｂ］  測定光束（第２の測定光束）
Ｌｍ’［Ａ］  反射光束（第１の反射光束）
Ｌｍ’、Ｌｍｒ’、Ｌｍ’’、Ｌｍ２’’  反射光束
Ｌｍ１’’  透過光束
Ｌｒ  参照光束
Ｐ  測定光軸
Ｑ  傾動中心
Ｓ  面頂
Ｏａ  曲率中心
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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