(57)【要約】【課題】面間隔測定装置において、被検レンズの偏心調整を行うことなく、面間隔の測定を行うことができ、複数の被検レンズの同時測定が可能となるようにする。【解決手段】面間隔測定装置１００は、光源２ａと、その光束を平行光束にするコリメータレンズ３ａと、平行光束を測定光束Ｌ１ｍと参照光束Ｌ１ｒとに分割する光束分割部と、被検レンズ１４を保持するレンズ保持台部９と、参照光束Ｌ１ｒの光路長を変化させる光路長変更部７ａと、被検レンズ１４での反射光束Ｌ２ｍと参照光束Ｌ１ｒとを重ね合わせて合成光束Ｌ２ｃを形成する光束合成部と、合成光束Ｌ２ｃの光強度分布の変化を測定する光電検出部８ａと、この光強度分布の時間変化から、第１面１４ａ、第２面１４ｂの面頂の位置の情報を算出し、この情報と第１面１４ａ、第２面１４ｂの曲率半径の情報とに基づいて面間隔を算出する演算部と、を備える。【選択図】図１
2014202589.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
球面レンズからなる被検レンズの面間隔を測定する面間隔測定装置であって、
低コヒーレンス光を発生する光源と、
該光源からの光束を平行光束にするコリメータレンズと、
該コリメータレンズによって形成された前記平行光束を測定光束と参照光束とに分割する光束分割部と、
前記測定光束の光路上に配置され、前記被検レンズを保持するレンズ保持台部と、
前記参照光束の光路長を変化させる光路長変更部と、
前記測定光束のうち、前記被検レンズで反射された反射光束と、前記光路長変更部によって光路長が変更された前記参照光束とを重ね合わせて合成光束を形成する光束合成部と、
前記光路長変更部による前記参照光束の光路長変化に伴う干渉による前記合成光束の光強度分布の変化を測定する光電検出部と、
該光電検出部で測定された前記合成光束の光強度分布の時間変化から、干渉が発生した前記被検レンズのレンズ面の面頂の位置の情報を算出する面頂位置算出部と、
前記被検レンズの２つのレンズ面に関して前記面頂位置算出部で算出された前記面頂の位置の情報と、予め取得された前記２つのレンズ面の曲率半径の情報とに基づいて、前記被検レンズのレンズ光軸に沿う方向における前記２つのレンズ面の間の面間隔を算出する面間隔算出部と、
を備える、面間隔測定装置。
【請求項２】
前記レンズ保持台部は、
前記光電検出部により検出可能な、少なくとも３つの基準位置参照部を備え、
前記面頂位置算出部は、
前記光電検出部で検出された前記基準位置参照部の位置を基準として、前記面頂の位置の情報を算出する
ことを特徴とする、請求項１に記載の面間隔測定装置。
【請求項３】
前記基準位置参照部は、
３つの反射球からなる
ことを特徴とする、請求項２に記載の面間隔測定装置。
【請求項４】
前記光源、前記コリメータレンズ、前記光束分割部、前記光路長変更部、前記光束合成部、および前記光電検出部を有する干渉測定部は、
前記レンズ保持台部を挟んで、前記被検レンズの２つのレンズ面の一方に対向して配置された第１の干渉測定部と、前記被検レンズの２つのレンズ面の他方に対向して配置された第２の干渉測定部とからなり、
前記面頂位置算出部は、
前記第１の干渉測定部および前記第２の干渉測定部のそれぞれの前記光電検出部で測定された前記合成光束の光強度分布の時間変化から、干渉が発生した前記２つのレンズ面の一方の面頂の位置の情報と、前記２つのレンズ面の他方の面頂の位置の情報とを算出する
ことを特徴とする、請求項１に記載の面間隔測定装置。
【請求項５】
前記レンズ保持台部は、
前記第１の干渉測定部および前記第２の干渉測定部のそれぞれの前記光電検出部により検出可能な、少なくとも３つの基準位置参照部を備え、
前記第１の干渉測定部および前記第２の干渉測定部のそれぞれにおいて、
前記面頂位置算出部は、前記光電検出部で検出された前記基準位置参照部の位置を基準として、前記面頂の位置の情報を算出する
ことを特徴とする、請求項４に記載の面間隔測定装置。
【請求項６】
前記基準位置参照部は、
３つの反射球からなる
ことを特徴とする、請求項５に記載の面間隔測定装置。
【請求項７】
前記第１の干渉測定部および前記第２の干渉測定部を、前記レンズ保持台部に対してそれぞれ独立に移動する移動部と、
前記レンズ保持台部に少なくとも３つ設けられ、前記第１の干渉測定部および前記第２の干渉測定部のそれぞれの前記光電検出部により位置検出可能な基準位置参照部と、
前記第１の干渉測定部および前記第２の干渉測定部のそれぞれの前記光電検出部で検出された前記基準位置参照部の位置を基準として、前記移動部の動作を制御して、前記第１の干渉測定部および前記第２の干渉測定部の前記レンズ保持台部に対する位置調整を行う移動制御部と、
を備える
ことを特徴とする、請求項４に記載の面間隔測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面間隔測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レンズの面間隔を非接触で測定する面間隔測定装置としては、低コヒーレンス干渉を用いて、レンズ面からの反射光の光路長を計測することによりこれらの光路長の差から面間隔を求める装置が知られている。
このような面間隔測定装置では、被検レンズのレンズ光軸が測定基準軸に対して偏心していると測定誤差が発生するため、被検レンズを装置に保持させる際に被検レンズの偏心調整を行うことが必要であった。
例えば、特許文献１には、被測定面における反射スポットの位置から被測定面の偏心量を測定し、被検レンズのレンズ光軸を算出してから、自動ステージによる芯出しを行うようにした面間隔測定装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１４７７０３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、上記のような従来の面間隔測定装置には、以下のような問題があった。
低コヒーレンス干渉を用いた従来の面間隔測定装置は、面間隔の測定を行う前に被検レンズの偏心調整を行う必要があるため、全体として測定にかかる時間が増大してしまうという問題がある。
特許文献１に記載の面間隔測定装置では、自動ステージを用いて偏心調整を簡素化しているものの、偏心量の測定と自動ステージによる移動を繰り返して行うことは手動調整の場合と同じであるため、面間隔の測定以外に測定時間がかかってしまうという問題がある。
また、このような偏心調整は、被検レンズごとに行う必要があるため、例えば、複数の被検レンズを同時に測定することは困難であり、この点でも測定効率を向上することが難しいという問題がある。
【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、被検レンズの偏心調整を行うことなく、面間隔の測定を行うことができ、複数の被検レンズの同時測定が可能な面間隔測定装置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の態様の面間隔測定装置は、球面レンズからなる被検レンズの面間隔を測定する面間隔測定装置であって、低コヒーレンス光を発生する光源と、該光源からの光束を平行光束にするコリメータレンズと、該コリメータレンズによって形成された前記平行光束を測定光束と参照光束とに分割する光束分割部と、前記測定光束の光路上に配置され、前記被検レンズを保持するレンズ保持台部と、前記参照光束の光路長を変化させる光路長変更部と、前記測定光束のうち、前記被検レンズで反射された反射光束と、前記光路長変更部によって光路長が変更された前記参照光束とを重ね合わせて合成光束を形成する光束合成部と、前記光路長変更部による前記参照光束の光路長変化に伴う干渉による前記合成光束の光強度分布の変化を測定する光電検出部と、該光電検出部で測定された前記合成光束の光強度分布の時間変化から、干渉が発生した前記被検レンズのレンズ面の面頂の位置の情報を算出する面頂位置算出部と、前記被検レンズの２つのレンズ面に関して前記面頂位置算出部で算出された前記面頂の位置の情報と、予め取得された前記２つのレンズ面の曲率半径の情報とに基づいて、前記被検レンズのレンズ光軸に沿う方向における前記２つのレンズ面の間の面間隔を算出する面間隔算出部と、を備える構成とする。
【０００７】
上記面間隔測定装置では、前記レンズ保持台部は、前記光電検出部により検出可能な、少なくとも３つの基準位置参照部を備え、前記面頂位置算出部は、前記光電検出部で検出された前記基準位置参照部の位置を基準として、前記面頂の位置の情報を算出することが可能である。
【０００８】
上記面間隔測定装置では、前記光源、前記コリメータレンズ、前記光束分割部、前記光路長変更部、前記光束合成部、および前記光電検出部を有する干渉測定部は、前記レンズ保持台部を挟んで、前記被検レンズの２つのレンズ面の一方に対向して配置された第１の干渉測定部と、前記被検レンズの２つのレンズ面の他方に対向して配置された第２の干渉測定部とからなり、前記面頂位置算出部は、前記第１の干渉測定部および前記第２の干渉測定部のそれぞれの前記光電検出部で測定された前記合成光束の光強度分布の時間変化から、干渉が発生した前記２つのレンズ面の一方の面頂の位置の情報と、前記２つのレンズ面の他方の面頂の位置の情報とを算出することが可能である。
【０００９】
上記面間隔測定装置では、前記レンズ保持台部は、前記第１の干渉測定部および前記第２の干渉測定部のそれぞれの前記光電検出部により検出可能な、少なくとも３つの基準位置参照部を備え、前記第１の干渉測定部および前記第２の干渉測定部のそれぞれにおいて、
前記面頂位置算出部は、前記光電検出部で検出された前記基準位置参照部の位置を基準として、前記面頂の位置の情報を算出することが可能である。
【００１０】
上記面間隔測定装置では、前記基準位置参照部は、３つの反射球からなる構成が可能である。
【００１１】
上記面間隔測定装置では、前記第１の干渉測定部および前記第２の干渉測定部を、前記レンズ保持台部に対してそれぞれ独立に移動する移動部と、前記レンズ保持台部に少なくとも３つ設けられ、前記第１の干渉測定部および前記第２の干渉測定部のそれぞれの前記光電検出部により位置検出可能な基準位置参照部と、前記第１の干渉測定部および前記第２の干渉測定部のそれぞれの前記光電検出部で検出された前記基準位置参照部の位置を基準として、前記移動部の動作を制御して、前記第１の干渉測定部および前記第２の干渉測定部の前記レンズ保持台部に対する位置調整を行う移動制御部と、を備えることが可能である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の面間隔測定装置によれば、低コヒーレンス光による干渉に基づく光強度分布のピーク発生位置と光強度のピークの発生タイミングとを検出することにより、被検レンズの２つのレンズ面の面頂の位置の情報を取得し、この面頂の位置の情報と予め取得された２つのレンズ面の曲率半径の情報とに基づいて、被検レンズのレンズ光軸に沿う方向における２つのレンズ面の間の面間隔を算出するため、被検レンズの偏心調整を行うことなく、面間隔の測定を行うことができ、複数の被検レンズの同時測定が可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態の面間隔測定装置の構成を示す模式的な構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の面間隔測定装置のレンズ保持台部の構成を示す平面図、およびそのＡ−Ａ断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の面間隔測定装置の制御ユニットの構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の面間隔測定装置を用いた測定動作の測定フローを示すフローチャートである。
【図５】本発明の第１の実施形態の面間隔測定装置の測定原理について説明する模式図である。
【図６】本発明の第１の実施形態の面間隔測定装置の光電検出部で取得される光強度信号について説明する模式的なグラフである。
【図７】本発明の第１の実施形態の面間隔測定装置の光電検出部で取得される光強度分布について説明する模式図である。
【図８】本発明の第１の実施形態の面間隔測定装置の座標変換について説明する模式図である。
【図９】本発明の第２の実施形態の面間隔測定装置の構成を示す模式的な構成図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態の面間隔測定装置の制御ユニットの構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態の面間隔測定装置を用いた測定動作の測定フローを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
【００１５】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態の面間隔測定装置について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態の面間隔測定装置の構成を示す模式的な構成図である。図２（ａ）は、本発明の第１の実施形態の面間隔測定装置のレンズ保持台部の構成を示す平面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。図３は、本発明の第１の実施形態の面間隔測定装置の制御ユニットの構成を示すブロック図である。
【００１６】
図１に示すように、本実施形態の面間隔測定装置１００は、球面レンズからなる被検レンズ１４の面間隔を測定する装置である。
被検レンズ１４としては、レンズ面である第１面１４ａ、第２面１４ｂがそれぞれ球面からなる球面レンズであれば特に限定されず、例えば、両凸レンズ、両凹レンズ、正または負のメニスカスレンズを採用することができる。以下では、一例として、被検レンズ１４が両凸レンズの場合の例で説明する。
被検レンズ１４の面間隔は、被検レンズ１４のレンズ光軸に沿う第１面１４ａと第２面１４ｂとの距離で定義される。このようなレンズの面間隔は、レンズの肉厚、あるいはレンズの中肉とも呼ばれる場合がある。
【００１７】
面間隔測定装置１００の概略構成は、図１に示すように、第１の干渉測定部１ａ（干渉測定部）、レンズ保持台部９、第２の干渉測定部１ｂ（干渉測定部）、制御ユニット１０、表示部１１、および操作部１２を備える。
【００１８】
第１の干渉測定部１ａは、図示略の筐体の内部に、光源２ａ、コリメータレンズ３ａ、ハーフミラー４ａ（光束分割部、光束合成部）、光路長変更部７ａ、および光電検出部８ａが互いに位置決めして配置されたものである。
【００１９】
光源２ａは、低コヒーレンス光である光束Ｌａを発生し、発散光として出射する光源である。光源２ａとしては、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、ＳＬＤを採用している。
【００２０】
コリメータレンズ３ａは、光束Ｌａを集光して光軸Ｏ１に沿って進む平行光束Ｌ１を形成するレンズまたはレンズ群である。
【００２１】
ハーフミラー４ａは、平行光束Ｌ１の光路上に配置され、平行光束Ｌ１の一部を参照光束Ｌ１ｒとして透過させるともに、平行光束Ｌ１のその他を測定光束Ｌ１ｍとして反射することにより、平行光束Ｌ１を２方向に分割するものである。
本実施形態では、一例として、光軸Ｏ１は水平方向に延ばされており、ハーフミラー４ａは、光軸Ｏ１を鉛直下方に向けて反射する位置関係に配置されている。このため、測定光束Ｌ１ｍは、光軸Ｏ１と直交する鉛直軸に平行な光軸Ｏ２に沿って下方に反射される。
【００２２】
光路長変更部７ａは、参照光束Ｌ１ｒの光路長を変化させる装置部分であり、参照光束Ｌ１ｒの光路上に配置されている。
光路長変更部７ａは、参照光束Ｌ１ｒをハーフミラー４ａに向けて光軸Ｏ１に沿う方向に反射する反射平面を有する参照ミラー５ａと、参照ミラー５ａの光軸Ｏ１に沿う方向の位置を変化させる移動ステージ６ａとを備える。
【００２３】
参照ミラー５ａの反射平面は参照光束Ｌ１ｒの光路長を光束の径方向の位置によらず均一に変化させるため、高精度の面精度を有している。
【００２４】
移動ステージ６ａの具体的な構成は、参照光束Ｌ１ｒの光路長を、第１面１４ａの面頂の位置、および後述する反射球１３の面頂の位置の探索に必要な距離に対応する光路長の範囲で可変できる移動機構であって、低コヒーレンス光の干渉による後述する光強度信号のピーク検出が可能な移動分解能を有していれば、特に限定されない。例えば、ピエゾ素子、ステッピングモータ、リニアモータなどを駆動源とする１軸ステージを採用することができる。
また、移動ステージ６ａは、例えば、エンコーダなどの位置検出センサ（図示略）を備えており、移動量や移動速度を検出することが可能である。
このような移動ステージ６ａは、後述する制御ユニット１０と通信可能に接続されており、制御ユニット１０からの制御信号に基づいて光軸Ｏ１に沿う移動動作が制御される。
図示略の位置検出センサで検出した移動量や移動速度は、制御ユニット１０に送出され、制御ユニット１０における制御に使用することができる。
【００２５】
光電検出部８ａは、ハーフミラー４ａにおいて干渉し、光電検出部８ａの受光面に投影された光像を光電変換して、測定光束Ｌ１ｍの照射範囲における２次元の画像データを取得するものである。
光電検出部８ａの好ましい構成としては、例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサなどからなる撮像素子や、イメージディテクタなどを挙げることができる。
本実施形態では、光電検出部８ａの一例として、ＣＣＤを採用している。このため、光電検出部８ａは、矩形状の範囲に多数の受光部が格子状に配列され、それぞれの受光部によって検知された蓄積光量が一定の時間間隔で読み出され、各受光部の位置における受光量を検出できるようになっている。
光電検出部８ａの撮像面の中心は、光軸Ｏ２に位置合わせされており、これにより、光軸Ｏ２に直交する方向の各受光部の位置を特定することが可能である。
【００２６】
光電検出部８ａは、後述する制御ユニット１０と通信可能に接続されている。このため、光電検出部８ａによって取得される画像信号は、制御ユニット１０に送出されるようになっている。
【００２７】
レンズ保持台部９は、図示略の支持部材に支持されて、被検レンズ１４を保持するもので、ハーフミラー４ａで反射された測定光束Ｌ１ｍの光路上に配置されている。
本実施形態では、レンズ保持台部９は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、板状部材からなり、３個の被検レンズ１４を載置するため、被検レンズ１４の外径よりも小径で厚さ方向に貫通する円孔からなる３個の保持孔９ｃが設けられている。
これにより、図２（ａ）に示すように、各保持孔９ｃの上側から、第２面１４ｂを下側に向けて被検レンズ１４を載置することで、被検レンズ１４を下方から保持することができる。
本実施形態では、各保持孔９ｃ上にそれぞれ、同一の設計条件で製造された被検レンズ１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃが保持されている。
【００２８】
この保持状態においては、各被検レンズ１４の第２面１４ｂが、保持孔９ｃの上面９ａ側の内周エッジに当接している。これにより被検レンズ１４が、保持孔９ｃの径方向および軸方向に位置決めされている。
このとき、被検レンズ１４の第１面１４ａは、レンズ保持台部９の上面９ａより上方に位置している。また、レンズ保持台部９を下面９ｂ側から見ると、上面９ａより上方に位置する外縁部を除く第２面１４ｂが、下方を向いて保持孔９ｃの内側に露出されている。
このような保持状態では、各被検レンズ１４は、第２面１４ｂの球心回りに回転可能である。このため、図２（ｂ）に示すように、被検レンズ１４のレンズ光軸ＯＬと、保持孔９ｃの中心軸線とは互いに非平行になっているおそれがあるが、本実施形態では、後述するように、各被検レンズ１４のレンズ光軸ＯＬの向きが異なっていても正確な測定が可能である。このため、被検レンズ１４のレンズ光軸ＯＬの向きを規制する保持機構や位置合わせ機構は不要である。
【００２９】
なお、保持孔９ｃの個数は一例である。保持孔９ｃは、測定光束Ｌ１ｍの照射範囲内であれば、１回に測定する被検レンズ１４の個数に応じて適宜個数を設けることが可能である。したがって、保持孔９ｃは、１〜２個、あるいは４個以上設けられていてもよい。
【００３０】
また、レンズ保持台部９には、直径が既知の３個の反射球１３（基準位置参照部）が、その表面の一部を上面９ａ側および下面９ｂ側のレンズ保持台部９の外部から観察できる状態で埋め込まれている。
各反射球１３の直径は、既知であれば、互いに異なっていてもよいが、本実施形態では一例として、同一寸法である。
反射球１３は、表面の外径が高精度に形成された滑らかな反射面になっていれば、材質や製法は特に限定されず、例えば、研磨されたガラス球や、金属製の球体を採用することができる。
【００３１】
反射球１３の平面視の配置位置は、レンズ保持台部９の外周の近傍において互いに離間した配置とすることが好ましい。本実施形態では、一例として、矩形状のレンズ保持台部９の３つの隅部に配置されている。すなわち、３つの反射球１３を反射球１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃとすると、反射球１３Ａ、１３Ｃが、レンズ保持台部９の対角方向の隅部に配置され、反射球１３ｂが、これと交差する対角方向の一方の隅部に配置されている。
反射球１３の、レンズ保持台部９の厚さ方向における配置位置は、反射球１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃのそれぞれの球心Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３（ただし、図２（ｂ）では球心Ｃ３の図示は省略）が、レンズ保持台部９の上面９ａから等距離となるように配置されている。
【００３２】
図１に示すように、第２の干渉測定部１ｂは、図示略の筐体の内部に、光源２ｂ、コリメータレンズ３ｂ、ハーフミラー４ｂ（光束分割部、光束合成部）、光路長変更部７ｂ、および光電検出部８ｂが互いに位置決めして配置されたものである。
それぞれの構成は、上記第１の干渉測定部１ａの光源２ａ、コリメータレンズ３ａ、ハーフミラー４ａ、光路長変更部７ａ、および光電検出部８ａの構成とまったく同様であり、反射球１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃの球心Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３が規定する平面に関して略面対称（面対称の場合も含む）となる位置に配置されている点が第１の干渉測定部１ａと異なる。
以下、第１の干渉測定部１ａと異なる点を中心に簡単に説明する。
【００３３】
光源２ｂは、低コヒーレンス光である光束Ｌｂを発散光として、水平方向に延びる光軸Ｏ３に沿って出射する。
コリメータレンズ３ｂは、光束Ｌｂを集光して光軸Ｏ３に沿って進む平行光束Ｌ３を形成する
ハーフミラー４ｂは、平行光束Ｌ３の光路上に配置され、平行光束Ｌ３の一部を参照光束Ｌ３ｒとして透過させるともに、平行光束Ｌ３のその他を測定光束Ｌ３ｍとして反射することにより、平行光束Ｌ３を２方向に分割する。
ハーフミラー４ｂは、光軸Ｏ３を鉛直上方に向けて反射する位置関係に配置され、測定光束Ｌ３ｍは、光軸Ｏ３と直交する鉛直軸に平行な光軸Ｏ４に沿って上方に反射される。
光路長変更部７ｂは、参照光束Ｌ３ｒの光路長を変化させる装置部分であり、光路長変更部７ａの参照ミラー５ａ、移動ステージ６ａと同様の構成を有する参照ミラー５ｂ、移動ステージ６ｂを備え、参照光束Ｌ３ｒの光路上に配置されている。
参照ミラー５ｂは、参照光束Ｌ３ｒをハーフミラー４ｂに向けて光軸Ｏ３に沿う方向に反射する。
移動ステージ６ｂは、参照ミラー５ｂの光軸Ｏ３に沿う方向の位置を変化させる。
光電検出部８ｂは、ハーフミラー４ｂにおいて、後述するように形成される干渉画像を光電変換して、測定光束Ｌ３ｍの照射範囲における２次元の画像データを取得する。
【００３４】
このような第２の干渉測定部１ｂは、図示略の支持部材によって、レンズ保持台部９の下方において、光軸Ｏ４が第１の干渉測定部１ａの光軸Ｏ２と略整列する（整列する場合含む）位置に配置されている。
【００３５】
制御ユニット１０は、面間隔測定装置１００の動作制御を行うもので、図３に示すように、測定制御部２１、画像取得部２０、演算部２２（面頂位置算出部、面間隔算出部）、および記憶部２３を備える。
【００３６】
測定制御部２１は、測定者の操作入力に基づいて、面間隔測定装置１００の測定動作全般を制御するものであり、操作部１２、光路長変更部７ａ、７ｂ、光源２ａ、２ｂ、後述の画像取得部２０、および演算部２２と通信可能に接続されている。
操作部１２は、測定者が操作やデータ入力を行うための装置部分であり、例えば、マウス、キーボード、操作ボタン等からなる。
測定制御部２１が行う制御の例としては、光路長変更部７ａ（７ｂ）の移動ステージ６ａ（６ｂ）を駆動して参照光束Ｌ１ｒ（Ｌ３ｒ）の光路長を変化させる制御、光源２ａ（２ｂ）の点灯・消灯制御、画像取得部２０による画像取得動作の制御、演算部２２による演算処理を開始させる制御などの例を挙げることができる。
【００３７】
画像取得部２０は、測定制御部２１、光電検出部８ａ、８ｂ、記憶部２３と通信可能に接続され、測定制御部２１からの制御信号に基づいて、光電検出部８ａ、８ｂによって検出された画像信号を取得して、画像データに変換するものである。
すなわち、画像取得部２０は、測定制御部２１から画像信号の取得開始の制御信号が送出されると、光電検出部８ａ、８ｂから画像信号を取得し、Ａ／Ｄ変換を行うとともに、必要に応じてノイズ除去処理等を行い、各受光部の配置位置に対応して光強度データが格納されたフレーム単位の画像データを生成する。
この画像データは、記憶部２３に送出されて、記憶部２３に記憶される。
また、画像取得部２０は、例えばモニタ等からなる表示部１１と電気的に接続されており、取得した画像データを表示部１１に逐次表示させることができるようになっている。
【００３８】
記憶部２３は、画像取得部２０および演算部２２と通信可能に接続され、画像取得部２０から送出された画像データを記憶するとともに、演算部２２の演算に必要なパラメータや、演算部２２の演算結果を記憶するものである。
演算部２２の演算に必要なパラメータとしては、例えば、被検レンズ１４における第１面１４ａと第２面１４ｂとの曲率半径の情報と、反射球１３の直径の情報とを挙げることができる。
【００３９】
演算部２２は、測定制御部２１からの制御信号に基づいて、記憶部２３に記憶された画像データ群に基づいて、被検レンズ１４における第１面１４ａおよび第２面１４ｂの面頂の位置を算出し、さらに、この面頂の位置の情報と、予め記憶部２３に記憶された第１面１４ａおよび第２面１４ｂの曲率半径の情報とに基づいて、被検レンズ１４の面間隔を算出するものである。
これらの具体的な算出方法については、後述する動作説明の中で詳しく説明する。
【００４０】
制御ユニット１０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、これにより上記のような制御を行う制御プログラムや、後述するような演算を行う演算プログラムが実行されるようになっている。
【００４１】
次に、本実施形態の面間隔測定装置１００の動作について説明する。
図４は、本発明の第１の実施形態の面間隔測定装置を用いた測定動作の測定フローを示すフローチャートである。図５（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態の面間隔測定装置の測定原理について説明する模式図である。図６は、本発明の第１の実施形態の面間隔測定装置の光電検出部で取得される光強度信号について説明する模式的なグラフである。横軸は時間および受光部の位置、縦軸は光強度を示す。図７は、本発明の第１の実施形態の面間隔測定装置の光電検出部で取得される光強度分布について説明する模式図である。図８（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態の面間隔測定装置の座標変換について説明する模式図である。
【００４２】
面間隔測定装置１００によって、レンズの面間隔を測定するには、図４に示すステップＳ１〜Ｓ６を、図４に示す測定フローにしたがって実行する。
【００４３】
ステップＳ１は、レンズ保持台部９に被検レンズ１４を載置するステップである。
本実施形態では、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、各保持孔９ｃ上に、第１面１４ａを上に向けた状態で、被検レンズ１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃを載置する。ここで、「上に向けた状態」の範囲は、第１面１４ａを上面９ａの法線方向から見たときに、第１面１４ａが面頂部を有する範囲を意味するものとする。言い換えれば、被検レンズ１４のレンズ光軸ＯＬが上面９ａの法線に対して傾斜していたとしても、第１面１４ａ上に、レンズ保持台部９の上面９ａに平行な接平面が存在する状態を意味する。
例えば、保持孔９ｃの内径の大きさを被検レンズ１４のレンズ外径に近い適宜値に設定しておけば、保持孔９ｃの内周エッジの全周に第２面１４ｂが当接する状態で載置するだけで、上記の「上に向けた状態」が満足される。
以上で、ステップＳ１が終了する。
【００４４】
次に、ステップＳ２を行う。本ステップは、第１の干渉測定部１ａ、第２の干渉測定部１ｂにおいて、光源２ａ、２ｂを点灯し、測定光束Ｌ１ｍ、Ｌ３ｍをそれぞれ第１面１４ａ、第２面１４ｂに照射するステップである。
すなわち、ステップＳ１終了後、測定者が、操作部１２を通して、面間隔測定を開始させる操作入力を行うと、測定制御部２１が光源２ａ、２ｂを点灯する。
ただし、本実施形態では、測定光束Ｌ１ｍ、Ｌ３ｍは、レンズ保持台部９を覆う範囲に照射されるため、各被検レンズ１４に照射されるとともに各反射球１３にも照射される。
【００４５】
光源２ａ（２ｂ）が点灯されると光束Ｌａ（Ｌｂ）が発生する。光束Ｌａ（Ｌｂ）は、発散光としてコリメータレンズ３ａ（３ｂ）に入射し、コリメータレンズ３ａ（３ｂ）によって平行光束化され、平行光束Ｌ１（Ｌ３）として、光軸Ｏ１（Ｏ３）上を進む。
平行光束Ｌ１（Ｌ３）は、ハーフミラー４ａ（４ｂ）に到達すると、ハーフミラー４ａ（４ｂ）を透過して光軸Ｏ１（Ｏ３）に沿って進む参照光束Ｌ１ｒ（Ｌ３ｒ）と、ハーフミラー４ａ（４ｂ）で反射されて光軸Ｏ２（Ｏ４）に沿って下方（上方）に進む測定光束Ｌ１ｍ（Ｌ３ｍ）とに分割される。
【００４６】
測定光束Ｌ１ｍ（Ｌ３ｍ）は、レンズ保持台部９の上面９ａ（下面９ｂ）に到達し、上面９ａ（下面９ｂ）において露出する各被検レンズ１４の第１面１４ａ（第２面１４ｂ）と、各反射球１３の表面とに照射される。
これにより、レンズ保持台部９の上面９ａ（下面９ｂ）、第１面１４ａ（第２面１４ｂ）、および各反射球１３の表面で反射された反射光束Ｌ２ｍ（Ｌ４ｍ）がハーフミラー４ａ（４ｂ）側に戻り、その一部が、ハーフミラー４ａ（４ｂ）を透過して、光軸Ｏ１（Ｏ３）に沿って上方（下方）に進む。
一方、参照光束Ｌ１ｒ（Ｌ３ｒ）は、参照ミラー５ａ（５ｂ）に到達してそれぞれの反射平面によって、光軸が折り返され、光軸Ｏ１（Ｏ３）に沿ってハーフミラー４ａ（４ｂ）に戻り、その一部が、ハーフミラー４ａ（４ｂ）で反射されて、光軸Ｏ２（Ｏ４）に沿って上方（下方）に進む。
このため、ハーフミラー４ａによって、反射光束Ｌ２ｍ（Ｌ４ｍ）と、参照光束Ｌ１ｒ（Ｌ３ｒ）とが重ね合わされた合成光束Ｌ２ｃ（Ｌ４ｃ）が、光電検出部８ａ（８ｂ）に入射する。
以上で、ステップＳ２が終了する。
【００４７】
合成光束Ｌ２ｃ（Ｌ４ｃ）は、反射光束Ｌ２ｍ（Ｌ４ｍ）と、参照光束Ｌ１ｒ（Ｌ３ｒ）との光路長の差に応じて、干渉を起こすため、光路長の差が波長の整数倍になる領域の光強度が強くなる光強度分布を持つ。ただし、光源２ａ（２ｂ）は、低コヒーレンス光源である。このため、光路長の差が０になると非干渉光に比べて光強度が格段に増大するが、光路長の差が波長の整数倍であっても光路長の差が増大すると干渉が起こりにくくなり、光強度は非干渉光の光強度に急速に近づく。
【００４８】
ここで、第１面１４ａ（第２面１４ｂ）は、球面であるため、図５（ａ）に示すように、ハーフミラー４ａ（４ｂ）に戻って干渉を起こすのは、光軸Ｏ２（Ｏ４）（図５（ａ）では図示略）から見た面頂Ｐａ（Ｐｂ）、すなわち、光軸Ｏ２（Ｏ４）と平行であって第１面１４ａ（第２面１４ｂ）の球心Ｃ１４ａ（Ｃ１４ｂ）を通る直線Ｏ２’（Ｏ４’）と第１面１４ａ（第２面１４ｂ）とが交差する点状の部位のみである。
このため、光電検出部８ａ（８ｂ）で撮像される画像は、干渉が発生した面頂Ｐａ（Ｐｂ）の位置に高輝度の反射スポットが発生する画像となる。
同様に、各反射球１３の表面１３ａ（１３ｂ）は、球面であるため、図５（ｂ）に示すように、ハーフミラー４ａ（４ｂ）に戻って干渉を起こすのは、光軸Ｏ２（Ｏ４）（図５（ａ）では図示略）から見た面頂Ｑａ（Ｑｂ）、すなわち、光軸Ｏ２（Ｏ４）と平行であって表面１３ａ（１３ｂ）の球心Ｃを通る直線Ｏ２’’（Ｏ４’’）と表面１３ａ（１３ｂ）とが交差する点状の部位のみである。
【００４９】
なお、図５（ａ）、（ｂ）では、簡単のため、反射球１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃの各球心Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３が規定する平面Ｓ０と、光軸Ｏ２、Ｏ４が直交している場合であって、被検レンズ１４のレンズ光軸ＯＬが光軸Ｏ２、Ｏ４に対して角度θだけ傾斜している場合の例を図示している。
【００５０】
一方、上面９ａ（９ｂ）は平面であるため、もし、干渉が起これば上面９ａ（下面９ｂ）の全面が高輝度となる。
しかし、本実施形態では、上面９ａ（９ｂ）は参照ミラー５ａ（５ｂ）と同程度の面精度を有する反射平面として製造されておらず、さらに、光軸Ｏ２（Ｏ４）が上面９ａ（９ｂ）の法線になるように、厳密に調整されているわけでもいない。
このため、上面９ａ（９ｂ）での反射光束Ｌ２ｍ（Ｌ４ｍ）と参照光束Ｌ１ｒ（Ｌ３ｒ）との干渉は実質的には発生しない。
【００５１】
次に、ステップＳ３を行う。本ステップは、光路長変更部７ａ、７ｂによって、それぞれ参照光束Ｌ１ｒ、Ｌ３ｒの光路長を変化させ、合成光束Ｌ２ｃ、Ｌ４ｃによる画像データを取得するステップである。
測定制御部２１は、光路長変更部７ａ（７ｂ）に制御信号を送出して、移動ステージ６ａ（６ｂ）移動させ、参照光束Ｌ１ｒ（Ｌ３ｒ）の光路長を、予め設定された変化範囲内で変化させる。
本実施形態では、一例として、参照光束Ｌ１ｒ（Ｌ３ｒ）の光路長が、上面９ａ（９ｂ）で反射された戻り光の光路長となる光路長から移動を開始して、参照ミラー５ａ（５ｂ）がハーフミラー４ａに近づく方向に一定速度で移動して、光路長を短縮している。
その際、測定制御部２１は、一定の間隔を置いて、画像取得部２０により、光電検出部８ａ（８ｂ）から画像信号を取得する。
画像取得部２０は、取得した画像信号をＡ／Ｄ変換し、必要に応じてノイズ除去処理等を行って画像データを生成する。そして、この画像データを光路長変更開始時からの時刻と併せてフレーム単位で記憶部２３に記憶させるとともに、表示部１１に送出して、表示部１１に表示させる。
以上でステップＳ３が終了する。
【００５２】
本ステップは、第１の干渉測定部１ａ、第２の干渉測定部１ｂの光電検出部８ａ、８ｂを独立に駆動して、並行して行うことが可能である。ただし、データ転送時間などの都合で、並行して行うことができない場合には、例えば、第１の干渉測定部１ａからの画像データを取得した後に、第２の干渉測定部１ｂからの画像データを取得することも可能である。
【００５３】
本ステップで取得される画像データは、干渉が発生した部位に相対的に高輝度の反射スポットが現れる画像となる。
光路長の変更開始からの経過時間をｔとすると、時間ｔに応じて画像は変化する。例えば、図７（ａ）に示すように、ｔ＝ｔ１では、反射球１３Ｂの第１面１４ａの面頂Ｑ２ａでの反射による反射スポットが現れる。
反射球１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃが、レンズ保持台部９の上面９ａと厳密に平行に位置決めされ、かつ第１の干渉測定部１ａの光軸Ｏ２が、上面９ａの法線と平行であれば、上面９ａから測った反射球１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃの各表面１３ａの高さは等しい。このため、反射球１３Ａ、１３Ｃの面頂Ｑ１ａ、Ｑ２ａにおける反射スポットも現れるはずである。
しかし、レンズ保持台部９の製作誤差や第１の干渉測定部１ａとの位置合わせ誤差を有する場合、反射球１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃの各表面１３ａの高さはばらつくため、反射スポットは、高さが低い順に順次現れる。
第１面１４ａでの反射による反射スポットも同様であり、例えば、ｔ＝ｔ４では、図７（ｂ）に示すように、被検レンズ１４Ａの面頂Ｐ１ａでの反射による反射スポットが現れる。
【００５４】
上記ステップＳ２、Ｓ３の説明から分かるように、ハーフミラー４ａ（４ｂ）は、コリメータレンズ３ａ（３ｂ）によって形成された平行光束Ｌ１（Ｌ３）を測定光束Ｌ１ｍ（Ｌ３ｍ）と参照光束Ｌ１ｒ（Ｌ３ｒ）とに分割する光束分割部を構成している。
また、ハーフミラー４ａ（４ｂ）は、測定光束Ｌ１ｍ（Ｌ３ｍ）のうち、被検レンズ１４で反射された反射光束Ｌ２ｍ（Ｌ４ｍ）と、光路長変更部７ａ（７ｂ）によって光路長が変更された参照光束１ｒ（Ｌ３ｒ）とを重ね合わせて合成光束Ｌ２ｃ（Ｌ４ｃ）を形成する光束合成部を構成している。
【００５５】
次に、ステップＳ４を行う。本ステップは、各画像データから光強度分布の変化を測定し、干渉による光強度のピーク発生位置と発生タイミングとを検出するステップである。
以下では、簡単のため、光電検出部８ａから取得した画像データに基づく例で説明する。以下の説明から、光電検出部８ｂから取得した画像データに基づく演算処理も容易に理解される。
【００５６】
上記に説明した画像データに現れる光強度分布の変化を、光電検出部８ａの受光部ごとにプロットすると、例えば、図６に一例を示すように干渉が発生するわずかの時間幅で、ピークを有する光強度のグラフが得られる。
図６の例では、互いにわずかに時間差を有する時間ｔ１、ｔ２、ｔ３（ただし、ｔ１＜ｔ２＜ｔ３）において、それぞれ、面頂Ｑ２ａ、Ｑ１ａ、Ｑ３ａの反射による反射スポットに対応するピークが現れている。
さらに、時間ｔ３よりもさらに時間が経過した時間ｔ４、ｔ５、ｔ６（ただし、ｔ４＜ｔ５＜ｔ６）において、それぞれ、面頂Ｐ１ａ、Ｐ２ａ、Ｐ３ａの反射による反射スポットに対応するピークが現れている。
ここで、それぞれの受光部の位置で、最も強い干渉が発生するタイミングに対応して、光強度信号のピークが発生する時間（以下、ピーク発生時間）は、光路長の変化に対応しており、参照ミラー５ａの移動量の２倍の光路長に相当している。したがって、参照ミラー５ａの移動速度から、各時間差を光路長、すなわち、光軸Ｏ２に沿う面頂同士の間の間隔を計算することが可能である。
面頂Ｑ１ａ、Ｑ２ａ、Ｑ３ａのピーク発生時間の差は、レンズ保持台部９と第１の干渉測定部１ａとの相対位置のずれを表しており、反射球１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃの配置位置が既知であることから、相対位置のずれを計算することが可能である。
【００５７】
そこで、測定制御部２１は、演算部２２に制御信号を送出して、干渉による光強度のピーク発生位置と、光強度のピークの発生タイミングとの検出を行わせる。
演算部２２では、図６に示すような受光部ごとの光強度分布の変化を示すデータから光強度のピーク位置を検出して、干渉の発生タイミングであるｔ１〜ｔ６を求める。このとき、光軸Ｏ２に直交する方向のピーク発生位置は、受光部の配列を、上面９ａ上の実寸法に換算して求める。
以上で、ステップＳ４が終了する。
【００５８】
次に、ステップＳ５を行う。本ステップは、ステップＳ４で検出したピーク発生位置と発生タイミングとから、第１面１４ａ、第２面１４ｂの面頂の位置の情報を算出するステップである。
簡単のため、被検レンズ１４Ａの第１面１４ａの面頂Ｐ１ａの情報を算出するものとし、ステップＳ４で求めたピーク発生位置を（ｘ，ｙ）で表し、同じく干渉の発生タイミングであるｔ４から求めた面頂の高さをｚ’とする。
【００５９】
本ステップでは、まず、各反射球１３の反射による干渉に基づく光強度のピークの発生タイミングを表す時間ｔ１、ｔ２、ｔ３から、光軸Ｏ２に対する、反射球１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃの球心Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３が規定する平面Ｓ０の傾きφを算出する（図８（ｂ）参照）。
【００６０】
例えば、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、平面Ｓ０が、面間隔測定装置１００の配置から想定される平面Ｓ０’に対して、紙面奥行き方向に延びる回転軸線Ｒ回りに角度φだけ回転していたとする。
この場合、例えば、被検レンズ１４Ａの第１面１４ａの反射による干渉に基づく光強度のピークの発生タイミングを表す時間ｔ４から決まる面頂Ｐ１ａ’の高さｚ’は、平面Ｓ０’に対する高さになっている。
しかし、実際の平面Ｓ０は、平面Ｓ０’に対してφだけ傾斜しているため、干渉が起こっている真の面頂Ｐ１ａは、面間隔測定装置１００の配置から決まる面頂Ｐ１ａ’とは異なる面頂Ｐ１ａ（ｘ，ｙ，ｚ）である。ここで、座標（ｘ，ｙ）は、光電検出部８ａの受光部の配置位置を上面９ａ上の実寸法に換算した位置である。また、ｚは、ｚ’を平面Ｓ０の回転量φに応じて、平面Ｓ０からの高さに換算したものである。
位置座標の原点は、適宜に設定することができる。例えば、反射球１３のうちの１つの球心を原点とすることができる。
このようにして、面頂Ｐ１ａの位置の情報として、位置座標（ｘ，ｙ，ｚ）が求められる。
【００６１】
同様にして、他の第１面１４ａのピーク発生位置と、発生タイミングとから、被検レンズ１４Ｂ、１４Ｃにおいて、干渉が発生する真の面頂Ｐ２ｂ、Ｐ３ａの位置座標を算出する。
さらに、光電検出部８ｂから取得した画像データに基づいて、第２面１４ｂにおいて干渉が発生する面頂Ｐ１ｂ、Ｐ２ｂ、Ｐ３ｂの位置座標を算出する。
この際、座標系は、面頂Ｐ１ａ、Ｐ２ａ、Ｐ３ａの算出に用いた座標系と共通の座標系を用いる。
以上で、ステップＳ５が終了する。
【００６２】
このようにステップＳ５では、平面Ｓ０の傾きφが補正され、各被検レンズ１４の第１面１４ａ、第２面１４ｂの面頂の位置座標は、共通の座標系で記述されている。すなわち、各面頂の位置座標は、平面Ｓ０をｘｙ平面とし、平面Ｓ０に直交する軸をｚとするｘｙｚ座標系で記述されている。
したがって、これら面頂の位置座標は、例えば、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、第１の干渉測定部１ａおよび第２の干渉測定部１ｂと、レンズ保持台部９とが予め精度よく位置合わせされた場合の測定値と同様の測定値に変換されている。
したがって、以下では、特に断らない限り、図５（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。
【００６３】
次に、ステップＳ６を行う。本ステップは、第１面１４ａ、第２面１４ｂの面頂の位置の情報と各面の曲率半径の情報とに基づいて、第１面１４ａと第２面１４ｂとの間の面間隔を算出する工程である。
図５（ａ）に示すように、被検レンズ１４が平面Ｓ０に対して角度θだけ傾いていると、干渉が起こる面頂Ｐａ、Ｐｂは、レンズ光軸ＯＬからずれている。
以下では、ステップＳ５によって算出された面頂Ｐａ、Ｐｂの位置座標をそれぞれ、（ｘａ，ｙａ，ｚａ）、（ｘｂ，ｙｂ，ｚｂ）とし、第１面１４ａ、第２面１４ｂの曲率半径をＲａ、Ｒｂとする。ただし、各曲率半径の正負は、凹凸に応じて決まるものとし、ｚ軸の正方向に凸の場合に正、ｚ軸の正方向に凹の場合に負の値を有するものとする。
また、レンズ光軸ＯＬと第１面１４ａ、第２面１４ｂとが交差する点を、それぞれ点Ｐ０ａ、Ｐ０ｂとする。
【００６４】
面間隔ｄは、演算部２２によって点Ｐ０ａと点Ｐ０ｂとの位置座標を算出し、これらの２点間の距離として算出される。以下、この算出方法の一例について説明する。
第１面１４ａの球心Ｃ１４ａの座標は、第１面１４ａの曲率半径Ｒａを用いて、（ｘａ，ｙａ，ｚａ−Ｒａ）と表される。
第２面１４ｂの球心Ｃ１４ｂの座標は、第２面１４ｂの曲率半径Ｒｂを用いて、（ｘｂ，ｙｂ，ｚｂ−Ｒｂ）と表される。
したがって、球心Ｃ１４ａ、Ｃ１４ｂを通るレンズ光軸ＯＬに沿う直線は、媒介変数ｋを用いて、次式（１）〜（５）のように表すことができる。
なお、第１面１４ａの曲率半径Ｒａ、第２面１４ｂの曲率半径Ｒｂは予め記憶部２３に記憶されている。このため、演算部２２は、これらの曲率半径を記憶部２３から読み出して計算に使用する。
【００６５】
ｘ＝（１−ｋ）・ｘａ＋ｘｂ                                        ・・・（１）
ｙ＝（１−ｋ）・ｙａ＋ｙｂ                                        ・・・（２）
ｚ＝（１−ｋ）・ｚａ’＋ｚｂ’                                    ・・・（３）
ｚａ’＝ｚａ−Ｒａ                                                ・・・（４）
ｚｂ’＝ｚｂ−Ｒｂ                                                ・・・（５）
【００６６】
また、第１面１４ａ、第２面１４ｂの球面の方程式は、次式（６）、（７）で表すことができる。
【００６７】
（ｘ−ｘａ）２＋（ｙ−ｙａ）２＋（ｚ−ｚａ’）２＝Ｒａ２          ・・・（６）
（ｘ−ｘｂ）２＋（ｙ−ｙｂ）２＋（ｚ−ｚｂ’）２＝Ｒｂ２          ・・・（７）
【００６８】
よって、点Ｐ０ａ、Ｐ０ｂの位置座標は、式（１）〜（３）を式（６）、（７）に代入して得られるｋに関する２次方程式を解くことによって求めることができる。
すなわち、式（１）〜（３）を式（６）に代入すると、次式（８）、（９）、（１０）、（１１）が得られる。
【００６９】
Ａ・ｋ２＋Ｂ・ｋ＋Ｃ＝０                                          ・・・（８）
Ａ＝ｘａ２＋ｙａ２＋ｚａ’２                                      ・・・（９）
Ｂ＝−２・（ｘａ・ｘｂ＋ｙａ・ｙｂ＋ｚａ’・ｚａ’）              ・・・（１０）
Ｃ＝ｘｂ２＋ｙｂ２＋ｚｂ’２−Ｒａ２                              ・・・（１１）
【００７０】
また、式（１）〜（３）を式（７）に代入すると、次式（１２）、（１３）、（１４）、（１５）が得られる。
【００７１】
Ｄ・ｋ２＋Ｅ・ｋ＋Ｆ＝０                                          ・・・（１２）
Ｄ＝ｘａ２＋ｙａ２＋ｚａ’２                                      ・・・（１３）
Ｅ＝−２・（ｘａ２＋ｙａ２＋ｚａ’２）                            ・・・（１４）
Ｆ＝ｘａ２＋ｙａ２＋ｚａ’２−Ｒｂ２                              ・・・（１５）
【００７２】
式（８）を解くと、次式（１６）、（１７）に示すｋ１、ｋ２が得られ、式（１２）を解くと、次式（１８）、（１９）に示すｋ３、ｋ４が得られる。
【００７３】
ｋ１＝｛−Ｂ＋√（Ｂ２−４・Ａ・Ｃ）｝／２・Ａ                    ・・・（１６）
ｋ２＝｛−Ｂ−√（Ｂ２−４・Ａ・Ｃ）｝／２・Ａ                    ・・・（１７）
ｋ３＝｛−Ｅ＋√（Ｅ２−４・Ｄ・Ｆ）｝／２・Ｄ                    ・・・（１８）
ｋ４＝｛−Ｅ−√（Ｅ２−４・Ｄ・Ｆ）｝／２・Ｄ                    ・・・（１９）
【００７４】
次に、上記ｋ１、ｋ２を、上記（１）、（２）、（３）に代入して、点Ｐ０ａの候補となる２つの位置座標を求め、上記ｋ３、ｋ４を、上記（１）、（２）、（３）に代入して、点Ｐ０ｂの候補となる２つの位置座標を求める。
次に、点Ｐ０ａの候補である２つの位置座標と、点Ｐ０ｂの候補である２つの位置座標とによって、２点間の距離をそれぞれ求め、２点間の距離が小さくなる方の位置座標の組合せが求める点Ｐ０ａ、Ｐ０ｂである。また、その２点間の距離が面間隔ｄとなる。
演算部２２は、このようにして、面間隔ｄを算出すると、面間隔ｄを記憶部２３に記憶する。
【００７５】
このようにして、被検レンズ１４Ａの面間隔ｄの算出が終了したら、同様にして、被検レンズ１４Ｂ、１４Ｃの面間隔ｄを算出し、同様に記憶部２３に記憶する。
このようにして、レンズ保持台部９上のすべての被検レンズ１４の面間隔を算出したら、演算部２２は、算出した各被検レンズ１４の面間隔ｄを記憶部２３から読み出して、表示部１１に送出して、表示部１１に表示させる。
以上で、ステップＳ６が終了し、面間隔測定装置１００による面間隔測定が終了する。
【００７６】
このように、本実施形態では、演算部２２は、光電検出部８ａ、８ｂで測定された合成光束Ｌ２ｃ、Ｌ４ｃの光強度分布の時間変化から、干渉が発生した第１面１４ａ、第２面１４ｂ面頂Ｐａ、Ｐｂの位置の情報を算出する面頂位置算出部を構成している。
また、演算部２２は、第１面１４ａ、第２面１４ｂに関して面頂位置算出部で算出された面頂Ｐａ、Ｐｂの位置の情報と、予め取得された第１面１４ａ、第２面１４ｂの曲率半径Ｒａ、Ｒｂの情報とに基づいて、レンズ光軸ＯＬに沿う方向における第１面１４ａ、第２面１４ｂの間の面間隔を算出する面間隔算出部を構成している。
【００７７】
このように、面間隔測定装置１００によれば、低コヒーレンス光による干渉の発生位置と、光強度のピークの発生タイミングとを検出することにより、被検レンズ１４の第１面１４ａ、１４ｂの面頂Ｐａ、Ｐｂの位置情報を取得し、この面頂Ｐａ、Ｐｂの位置情報と予め取得された第１面１４ａ、１４ｂの曲率半径Ｒａ、Ｒｂの情報とに基づいて、面間隔ｄを算出するため、被検レンズ１４の偏心調整を行うことなく、面間隔ｄの測定を行うことができる。
さらに、レンズ保持台部９上に複数の被検レンズ１４を載置して、面間隔ｄを同時に測定することができる。
被検レンズ１４は、レンズ保持台部９に載置するのみでよいため、被検レンズ１４の載せ替えを迅速の行うことができる。これにより測定効率を向上することができる。
【００７８】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態の面間隔測定装置について説明する。
図９は、本発明の第２の実施形態の面間隔測定装置の構成を示す模式的な構成図である。図１０は、本発明の第２の実施形態の面間隔測定装置の制御ユニットの構成を示すブロック図である。
【００７９】
図９に示すように、本実施形態の面間隔測定装置１１０は、上記第１の実施形態の面間隔測定装置１００と同様にして被検レンズ１４の面間隔を測定する装置である。
面間隔測定装置１１０は、上記第１の実施形態の面間隔測定装置１００に第１の位置調整部３１ａ（移動部）、第２の位置調整部３１ｂ（移動部）を追加し、面間隔測定装置１００の制御ユニット１０に代えて、制御ユニット３０を備えたものである。
以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００８０】
第１の位置調整部３１ａ（第２の位置調整部３１ｂ）は、第１の干渉測定部１ａ（第２の干渉測定部１ｂ）のレンズ保持台部９に対して移動して、レンズ保持台部９に対する位置および姿勢を調整する移動部である。
第１の位置調整部３１ａ（第２の位置調整部３１ｂ）は、本実施形態では、第１の干渉測定部１ａ（第２の干渉測定部１ｂ）を水平の２軸方向に移動する水平移動ステージと、第１の干渉測定部１ａ（第２の干渉測定部１ｂ）の姿勢を鉛直軸に対して傾斜させる傾斜ステージとの組合せからなる。
第１の位置調整部３１ａ（第２の位置調整部３１ｂ）は、制御ユニット３０と通信可能に接続され、制御ユニット３０からの制御信号に基づいて、第１の干渉測定部１ａ（第２の干渉測定部１ｂ）を移動する。
【００８１】
制御ユニット３０は、図１０に示すように、上記第１の実施形態の制御ユニット１０に移動制御部４２を追加し、測定制御部２１に代えて測定制御部４１を備えたものである。
【００８２】
移動制御部４２は、第１の干渉測定部１ａおよび第２の干渉測定部１ｂのそれぞれの光電検出部８ａ、８ｂで検出された各反射球１３の位置を基準として、第１の位置調整部３１ａおよび第２の位置調整部３１ｂの動作を制御して、第１の干渉測定部１ａおよび第２の干渉測定部１ｂのレンズ保持台部９に対する位置調整を行うものである。
このため、移動制御部４２は、演算部２２、第１の位置調整部３１ａ、および第２の位置調整部３１ｂと通信可能に接続されている。
【００８３】
測定制御部４１は、上記第１の実施形態の測定制御部２１と同様に、測定者の操作入力に基づいて、面間隔測定装置１１０の測定動作全体を制御するものである。ただし、面間隔の測定に先立って、反射球１３の位置を基準として、第１の干渉測定部１ａおよび第２の干渉測定部１ｂのレンズ保持台部９に対する位置調整の動作制御を行う点が、上記第１の実施形態と異なる。
測定制御部４１が行う制御に関しては、面間隔測定装置１１０の動作説明の中で説明する。
【００８４】
次に、本実施形態の面間隔測定装置１１０の動作について説明する。
図１１は、本発明の第２の実施形態の面間隔測定装置を用いた測定動作の測定フローを示すフローチャートである。
【００８５】
面間隔測定装置１１０によって、レンズの面間隔を測定するには、図１１に示すステップＳ１１〜Ｓ２０を、図１１に示す測定フローにしたがって実行する。
【００８６】
ステップＳ１１は、上記第１の実施形態におけるステップＳ１と同様なステップである。
【００８７】
次に、ステップＳ１２を行う。本ステップは、第１の干渉測定部１ａ、第２の干渉測定部１ｂにおいて、光源２ａ、２ｂを点灯し、測定光束Ｌ１ｍ、Ｌ３ｍをそれぞれ各反射球１３の表面１３ａ、１３ｂに照射するステップである。
ただし、面間隔測定装置１１０における第１の干渉測定部１ａおよび第２の干渉測定部１ｂは、第１の位置調整部３１ａおよび第２の位置調整部３１ｂによって、レンズ保持台部９に対して移動可能に保持されている点のみが異なる。
このため、本ステップでも、単に光源２ａ、２ｂを点灯すれば、各反射球１３の表面１３ａ、１３ｂにも測定光束Ｌ１ｍ、Ｌ３ｍが照射されることになる。
以上で、ステップＳ１２が終了する。
【００８８】
次に、ステップＳ１３を行う。本ステップは、測定制御部４１が、光路長変更部７ａ、７ｂにより参照光束Ｌ１ｒ、Ｌ３ｒの光路長を変化させる範囲が、各反射球１３のみによる干渉の反射スポットの画像がすべて取得される範囲のみである点を除いて、上記第１の実施形態のステップＳ３と同様なステップである。
次に行うステップＳ１４を行う。本ステップは、測定制御部４１が、演算部２２に各反射球１３での反射光束と参照光束との干渉による光強度のピーク発生位置と、光強度のピークの発生タイミングとを検出させる点を除いて、上記第１の実施形態のステップＳ４と同様なステップである。
【００８９】
次に、ステップＳ１５を行う。本ステップは、各反射球１３での反射光束と参照光束との干渉による光強度のピーク発生位置と、光強度のピークの発生タイミングとから、干渉測定部とレンズ保持台部との相対位置を算出し、第１の干渉測定部１ａおよび第２の干渉測定部１ｂをレンズ保持台部９に対して位置合わせするステップである。
本ステップでは、上記第１の実施形態のステップＳ５と同様にして、演算部２２が、各反射球１３の反射による干渉に基づく光強度のピーク発生位置（ｘ，ｙ）と、光強度のピークの発生タイミングを表す時間ｔ１、ｔ２、ｔ３とから、光軸Ｏ２に対する、反射球１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃの球心Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３が規定する平面Ｓ０の傾きφ（図８（ｂ）参照）と、球心Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の位置座標を算出する。
演算部２２は、面Ｓ０の傾きφと球心Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の位置座標とを移動制御部４２に送出する。
【００９０】
移動制御部４２では、演算部２２から送出された平面Ｓ０の傾きφを０にするように、第１の干渉測定部１ａおよび第２の干渉測定部１ｂの姿勢を変更する制御信号を、第１の位置調整部３１ａおよび第２の位置調整部３１ｂに送出する。
次に、移動制御部４２は、演算部２２から送出された球心Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の位置座標を基準として、第１の干渉測定部１ａおよび第２の干渉測定部１ｂのレンズ保持台部９に対する水平方向の位置合わせを行う制御信号を、第１の位置調整部３１ａおよび第２の位置調整部３１ｂに送出する。
これにより、第１の干渉測定部１ａおよび第２の干渉測定部１ｂのレンズ保持台部９に対する位置および姿勢が調整され、平面Ｓ０と光軸Ｏ２、Ｏ４が直交し、光電検出部８ａ、８ｂにおける水平方向の各受光部の位置が互いに対向する位置に位置合わせされる。
以上でステップＳ１５が終了する。
【００９１】
次に、ステップＳ１６を行う。本ステップは、第１の干渉測定部１ａ、第２の干渉測定部１ｂにおいて、測定光束Ｌ１ｍ、Ｌ３ｍをそれぞれ第１面１４ａ、第２面１４ｂに照射するステップである。
本実施形態では、上記第１の実施形態と同様に、測定光束Ｌ１ｍ、Ｌ３ｍは、各反射球１３とともに各被検レンズ１４にも照射されるため、上記ステップＳ１３終了後も光源２ａ、２ｂを点灯していれば、特に新たな動作を行う必要はない。
本ステップの開始前に、光源２ａ、２ｂが消灯されている場合には、本ステップにおいて、測定制御部４１により光源２ａ、２ｂを点灯させる。
【００９２】
次に、ステップＳ１７を行う。本ステップは、上記第１の実施形態のステップＳ３と略同様にして画像データを取得するが、各被検レンズ１４の第１面１４ａ、第２面１４ｂでの反射の干渉による光強度のピークを検出できる範囲の画像データを取得する点が異なる。
例えば、ステップＳ１５によって、各反射球１３の位置が測定されるため、本ステップでは、被検レンズ１４が配置される範囲以外の画像をマスクした画像データを取得することが可能である。
また、光路長変更部７ａ、７ｂによって光路長を変化させる範囲は、各被検レンズ１４の第１面１４ａ、第２面１４ｂの面頂が存在する範囲のみで変化させることが可能である。
このように、本ステップでは、各反射球１３での反射による干渉の画像を取得する場合に比べて、画像データ量や、光路長の変化範囲を低減することができるため、より迅速な測定が可能となる。
【００９３】
次に、ステップＳ１８を行う。本ステップは、各被検レンズ１４の第１面１４ａ、第２面１４ｂでの反射の干渉による光強度のピーク発生位置と、光強度のピークの発生タイミングのみを検出する点を除いて、上記第１の実施形態のステップＳ４と同様である。
本ステップにおいても、各反射球１３での反射の干渉による光強度のピーク発生位置と発生タイミングを取得する場合に比べて、演算時間を低減することができるため、より迅速な測定が可能となる。
【００９４】
次に、ステップＳ１９を行う。本ステップは、ステップＳ１８で検出したピーク発生位置と発生タイミングとから、第１面１４ａ、第２面１４ｂの面頂の位置の情報を算出するステップである。
本実施形態では、ステップＳ１５によって、レンズ保持台部９に対する第１の干渉測定部１ａおよび第２の干渉測定部１ｂの位置および姿勢が調整済みであるため、ステップＳ１８で検出したピーク発生位置と、発生タイミングに基づく面頂の高さとは、そのまま、面頂の位置座標（ｘ，ｙ，ｚ）になる。
【００９５】
次に、ステップＳ２０を行う。本ステップは、上記第１の実施形態のステップＳ６とまったく同様なステップである。
これにより、上記第１の実施形態と同様にして、各被検レンズ１４の面間隔ｄが算出され、表示部１１に表示される。
以上で、ステップＳ２０が終了し、面間隔測定装置１１０による面間隔の測定が終了する。
【００９６】
面間隔測定装置１１０によれば、上記第１の実施形態と同様に、被検レンズの偏心調整を行うことなく、面間隔の測定を行うことができ、複数の被検レンズの同時測定が可能になる。
特に、面間隔測定装置１１０では、ステップＳ１２〜Ｓ１５を行うことにより、レンズ保持台部９に対する第１の干渉測定部１ａおよび第２の干渉測定部１ｂの位置調整が行われる。このため、このように位置調整された状態が保持されている間は、ステップＳ１２〜Ｓ１５を再実行することなく、他の被検レンズ１４を載せ替えて測定を続けることができる。これにより、２回目以降の測定は、ステップＳ１１、Ｓ１６〜Ｓ２０を行うのみでよい。
このため、多数の被検レンズ１４の面間隔を連続的に測定する場合に、特に測定効率を向上することができる。
また、面間隔測定装置１１０は、第１の干渉測定部１ａおよび第２の干渉測定部１ｂの位置調整を、各反射球１３の位置測定に基づいて自動的に決定するため、位置調整を迅速に行うことができ、測定精度が良好な測定を容易に行うことができる。
【００９７】
なお、上記各実施形態の説明では、基準位置参照部が３つの反射球１３からなる場合の例で説明したが、基準位置参照部は、レンズ保持台部９の姿勢と位置とを特定できれば、４つ以上設けてもよい。
また、基準位置参照部の形状は球には限定されず、半球、楕円体、先端に微小な平坦反射面を有する突起体等の形状を有する反射体を用いてもよい。また、反射面は、凸面には限定されず、凹面で構成してもよい。
また、上面９ａ側の反射面と、下面９ｂ側の反射面との位置関係が既知であれば、各反射体は、上面９ａと下面９ｂとに分けて配置してもよい。
【００９８】
上記各実施形態の説明では、第１の干渉測定部１ａおよび第２の干渉測定部１ｂにそれぞれ光源２ａ、２ｂを有する場合の例で説明したが、光源２ａ、２ｂは、単一の低コヒーレンス光源からの光束を光ファイバなどによって分岐させた構成を用いることも可能である。
この場合、干渉測定部の一方から照射された測定光束と、干渉測定部のもう一方から照射された測定光束の重ね合わせによる干渉信号が光電検出部で検出されないように、各干渉測定部の間隔と参照ミラーの移動範囲を適宜設定しておく。
【００９９】
上記第１の実施形態の説明では、基準位置参照部として、反射球１３を設けた場合の例で説明したが、予め、レンズ保持台部９と第１の干渉測定部１ａおよび第２の干渉測定部１ｂとの位置合わせが必要な位置合わせ精度で実施されていれば、基準位置参照部を削除した構成も可能である。
この場合の面間隔測定動作は、上記第２の実施形態におけるステップＳ１１、Ｓ１６〜Ｓ２０をこの順に実行すればよい。
【０１００】
上記第２の実施形態の説明では、第１の位置調整部３１ａおよび第２の位置調整部３１ｂが、それぞれ第１の干渉測定部１ａおよび第２の干渉測定部１ｂのレンズ保持台部９に対する位置および姿勢を調整する場合の例で説明したが、位置調整機構は、調整が必要な方向の調整機構のみを備えていればよい。
例えば、光軸の傾きが組立調整によって必要な精度に容易に調整できる場合には、姿勢の調整機構を省略し、水平方向の移動のみを行う構成を採用することができる。
【０１０１】
上記各実施形態では、光路長変更部が、参照光束を反射する参照ミラーの位置を変更して光路長を変更する場合の例で説明したが、光路長が変更できれば他の手段を用いて光路長を変更することも可能である。
例えば、参照ミラーに代えて、例えば、コーナーキューブ等の平面ミラー以外の反射部材を用いてもよい。
【０１０２】
上記各実施形態では、干渉測定部がレンズ保持台部９を挟んで２台配置された場合の例で説明したが、干渉測定部をレンズ保持台部９に対して相対移動させることにより、上面９ａ側の測定と、下面９ｂ側の測定とを１台の干渉測定部によって順次行うようにすれば、干渉測定部を１台のみを有する構成も可能である。
また、被検レンズ１４の一方の面が平面からなる球面レンズの場合には、レンズ保持台部９上にレンズ平面を配置し、レンズ平面を基準として、球面の面頂の位置を測定することにより、面間隔を測定することが可能である。
【０１０３】
また、上記の各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】
【０１０４】
１ａ  第１の干渉測定部（干渉測定部）
１ｂ  第２の干渉測定部（干渉測定部）
２ａ、２ｂ  光源
３ａ、３ｂ  コリメータレンズ
４ａ、４ｂ  ハーフミラー（光束分割部、光束合成部）
５ａ、５ｂ  参照ミラー
６ａ、６ｂ  移動ステージ
７ａ、７ｂ  光路長変更部
８ａ、８ｂ  光電検出部
９  レンズ保持台部
１０、３０  制御ユニット
１３、１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ  反射球（基準位置参照部）
１４、１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ  被検レンズ（球面レンズ）
１４ａ  第１面（レンズ面）
１４ｂ  第２面（レンズ面）
２０  画像取得部
２１、４１  測定制御部
２２  演算部（面頂位置算出部、面間隔算出部）
２３  記憶部
３１ａ  第１の位置調整部
３１ｂ  第２の位置調整部
４２  移動制御部
１００、１１０  面間隔測定装置
Ｌ１、Ｌ３  平行光束
Ｌ１ｍ、Ｌ３ｍ  測定光束
Ｌ１ｒ、Ｌ３ｒ  参照光束
Ｌ２ｃ、Ｌ４ｃ  合成光束
Ｌ２ｍ、Ｌ４ｍ  反射光束
Ｌａ、Ｌｂ  光束（低コヒーレンス光）
Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３、Ｏ４  光軸
ＯＬ  レンズ光軸
Ｐａ、Ｐｂ、Ｐ１ａ、Ｐ２ａ、Ｐ３ａ、Ｑａ、Ｑｂ、Ｑ１ａ、Ｑ２ａ、Ｑ３ａ  面頂
Ｒａ、Ｒｂ  曲率半径
Ｓ０  平面
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
2014202589.tif 000011
【図１０】
2014202589.tif 000012
【図１１】
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