(57)【要約】【課題】レンズ検査装置およびレンズ検査方法において、レンズの面間偏心の検査を迅速かつ高精度に行うことができるようにする。【解決手段】単レンズからなる被検レンズの第１面と第２面との面間偏心の検査を行うレンズ検査装置１であって、被検レンズを検査基準位置に保持するレンズ保持部と、被検レンズの透過波面を測定する干渉計と、干渉計で測定された透過波面をゼルニケ多項式近似して、ゼルニケ係数を算出するフィッティング演算部１０４と、フィッティング演算部１０４により算出されたゼルニケ係数のうち、回転方向の次数が１または−１であって放射方向の次数が互いに異なる次数に対応する２種類のゼルニケ係数Ｚｐ、Ｚｑ（ただし、ｐ、ｑは、ｐ≠ｑの整数）を変数とし、係数が予め実測値により校正された１次式によって、面間偏心量に対応する偏心判定値を算出する判定値算出部１０６と、を備える装置を用いる。【選択図】図６
2014020881.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単レンズからなる被検レンズの第１面と第２面との面間偏心の検査を行うレンズ検査装置であって、
前記被検レンズを検査基準位置に保持するレンズ保持部と、
前記被検レンズの透過波面を測定する波面測定部と、
該波面測定部で測定された前記透過波面をゼルニケ多項式近似して、ゼルニケ係数を算出するフィッティング演算部と、
該フィッティング演算部により算出された前記ゼルニケ係数のうち、回転方向の次数が１または−１であって放射方向の次数が互いに異なる次数に対応する２種類のゼルニケ係数Ｚｐ、Ｚｑ（ただし、ｐ、ｑは、ｐ≠ｑの整数）を変数とし、係数が予め実測値により校正された１次式によって、前記面間偏心量に対応する偏心判定値を算出する判定値算出部と、
を備えることを特徴とするレンズ検査装置。
【請求項２】
前記レンズ保持部を、前記検査基準位置と、該検査基準位置から前記波面測定部の測定光軸に直交する方向にずらされた複数の校正用測定位置との間で切り替え可能に移動する軸直角移動部と、
前記校正用測定位置において測定された透過波面から算出された前記ゼルニケ係数Ｚｐ、Ｚｑに基づいて前記１次式の係数を算出する係数算出部と、
校正用レンズを用いた校正動作の制御を行う校正モードと、前記被検レンズを検査する検査動作の制御を行う検査モードとが切り替え可能に設けられた制御部と、
をさらに備え、
前記制御部は、
前記校正モードでは、前記軸直角移動部によって、前記校正用レンズを前記校正用測定位置に移動させ、前記校正用測定位置を複数の測定位置において、前記波面測定部による透過波面を測定と、前記フィッティング演算部による前記ゼルニケ係数の算出と、をそれぞれ行わせて、前記フィッティング演算部から該ゼルニケ係数のうち前記ゼルニケ係数Ｚｐ、Ｚｑからなる２次元データの組（Ｚｐ、Ｚｑ）を取得して、前記係数算出部に送出し、
前記係数算出部は、
前記制御部が前記校正モードにおいて取得した前記校正用レンズの前記２次元データの組（Ｚｐ、Ｚｑ）の分布を直線近似して傾きを算出し、該傾きを前記１次式の係数として前記判定値算出部に設定する
ことを特徴とする請求項１に記載のレンズ検査装置。
【請求項３】
前記レンズ保持部をその保持中心回りに回転移動する回転移動部と、
前記レンズ保持部を回転移動して測定された前記偏心判定値の分布を解析して、測定系の収差であるシステム収差を推定し、該システム収差を除去するための補正値を算出して前記判定値算出部に送出する補正値算出部と、
を備え、
前記制御部は、
前記校正モードでは、前記軸直角移動部による移動と前記回転移動部による回転移動とを組み合わせて、複数の移動位置および複数の回転位置において、前記波面測定部による透過波面を測定と、前記フィッティング演算部による前記ゼルニケ係数の算出とをそれぞれ行わせて、前記回転位置の情報とともに前記フィッティング演算部から前記校正用レンズの前記２次元データの組（Ｚｐ、Ｚｑ）を取得して、前記係数算出部に送出し、
該係数算出部が前記校正用レンズの前記２次元データの組（Ｚｐ、Ｚｑ）に基づいて前記１次式の係数を算出して前記判定値算出部に設定した後に、該判定値算出部に前記校正用レンズの前記２次元データの組（Ｚｐ、Ｚｑ）を送出し、
該２次元データの組（Ｚｐ、Ｚｑ）を用いて、前記判定値算出部に算出させた前記偏心判定値の分布を取得して、前記回転位置の情報とともに、前記補正値算出部に送出して、前記補正値を算出させ、
前記検査モードでは、前記レンズ保持部に前記被検レンズが保持された後に、前記軸直角移動部によって、前記レンズ保持部を前記検査基準位置に位置づけ、
該検査基準位置において、前記波面測定部による透過波面を測定と、前記フィッティング演算部による前記ゼルニケ係数の算出とをそれぞれ行わせて、前記フィッティング演算部から前記被検レンズの前記２次元データの組（Ｚｐ、Ｚｑ）を取得し、
前記判定値算出部に、前記被検レンズの前記２次元データの組（Ｚｐ、Ｚｑ）を送出し、
前記判定値算出部は、
前記検査モードで偏心判定値を算出する場合に、前記被検レンズの前記２次元データの組（Ｚｐ、Ｚｑ）を用いて前記１次式による偏心判定値を算出してから、前記補正値算出部から送出された前記補正値による補正を施したものを偏心判定値として算出する
ことを特徴とする請求項２に記載のレンズ検査装置。
【請求項４】
前記判定値算出部が用いる前記１次式の係数は、
単レンズからなる校正用レンズを前記検査基準位置から前記波面測定部の測定光軸に直交する方向に移動し、前記波面測定部によって前記校正用レンズの透過波面を複数の移動位置において測定し、測定された前記校正用レンズの各透過波面から前記フィッティング演算部により前記ゼルニケ係数を算出し、該ゼルニケ係数のうち、前記ゼルニケ係数Ｚｐ、Ｚｑからなる２次元データの組（Ｚｐ、Ｚｑ）の分布を直線近似したときの傾きである
ことを特徴とする請求項１に記載のレンズ検査装置。
【請求項５】
単レンズからなる被検レンズの第１面と第２面との面間偏心量の検査を行うレンズ検査方法であって、
前記被検レンズを検査基準位置に保持して、前記被検レンズの透過波面を測定する波面測定工程と、
該波面測定工程で測定された前記透過波面をゼルニケ多項式近似して、ゼルニケ係数を算出するフィッティング演算工程と、
該フィッティング演算工程により算出された前記ゼルニケ係数のうち、回転方向の次数が１または−１であって放射方向の次数が互いに異なる次数の２種類のゼルニケ係数Ｚｐ、Ｚｑ（ただし、ｐ、ｑは、ｐ≠ｑの整数）を変数とし、係数が予め実測値により校正された１次式によって、前記面間偏心量に対応する偏心判定値を算出する判定値算出工程と、
を備えることを特徴とするレンズ検査方法。
【請求項６】
前記波面測定工程に先行して、
校正用レンズを、前記検査基準位置から透過波面の測定光軸に直交する方向にずらした校正用測定位置を含む複数の測定位置に保持して、前記校正用レンズの透過波面を測定する校正用波面測定工程と、
前記測定位置ごとに測定された前記透過波面をゼルニケ多項式近似して、ゼルニケ係数を算出する校正用フィッティング演算工程と、
該校正用フィッティング演算工程で算出された前記ゼルニケ係数のうち前記ゼルニケ係数Ｚｐ、Ｚｑからなる２次元データの組（Ｚｐ、Ｚｑ）を前記測定位置ごとに取得し、前記２次元データの組（Ｚｐ、Ｚｑ）の分布を直線近似して傾きを算出し、該傾きを前記判定値算出工程に用いる前記１次式の係数に設定する係数算出工程と、
を備えることを特徴とする請求項５に記載のレンズ検査方法。
【請求項７】
前記係数算出工程と前記波面測定工程との間に、補正値算出工程を備え、
前記校正用波面測定工程では、
前記校正用レンズの保持中心回りに回転移動することにより、回転位置を変えた透過波面の測定を併せて行い、
前記補正値算出工程では、
前記係数算出工程で取得された前記２次元データの組（Ｚｐ、Ｚｑ）を用いて、前記回転位置ごとに、前記１次式による前記偏心判定値を算出して、前記校正用レンズの回転移動に伴う偏心誤差を含む前記偏心判定値の分布を取得し、該偏心判定値の分布を解析して、測定系の収差であるシステム収差を推定し、該システム収差を除去するための補正値を算出し、
前記判定値算出工程では、
前記ゼルニケ係数Ｚｐ、Ｚｑを用いて、前記１次式による偏心判定値に、前記補正値による補正を施したものを偏心判定値として算出する
ことを特徴とする請求項６に記載のレンズ検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズ検査装置およびレンズ検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レンズの検査の一つとして面間偏心の検査が行われている。
面間偏心の検査方法としては、レンズ面の反射光束を測定する方法や、触針などによりレンズ面を３次元計測する方法などが提案されているが、いずれも測定時間が長いという問題がある。このため、面間偏心を短時間で検査する方法が強く求められてきた。
例えば、特許文献１には、測定時間の短縮が可能なレンズ検査装置として、被検レンズの透過光の波面収差を測定することにより面間偏心の合否判定を行うレンズ総合検査機が記載されている。
特許文献１に記載の技術では、透過波面の位相データをツェルニケ（Ｚｅｒｎｉｋｅ、ゼルニケ。本明細書では、以下、「ゼルニケ」に統一する）の多項式展開によって近似すると、多項式展開の係数であるゼルニケ係数が、６つの偏心量の１次結合で表されることを利用し、連立方程式を解くことで面間偏心を求めている。この連立方程式の係数行列は、各ゼルニケ係数を各偏心量で偏微分した偏微分係数になっており、特許文献１では、被検レンズの設計値に基づいてコンピュータシミュレーションプログラムから計算される値を利用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３２０６９８４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レンズ検査装置およびレンズ検査方法には、以下の問題があった。
特許文献１に記載の技術では、面間偏心量を求める連立方程式の係数行列として、被検レンズの設計値に基づいてコンピュータシミュレーションプログラムから計算される値を利用している。
このような光学シミュレーションは、理想的な測定系を前提としているため、実際の波面収差の測定系における波面収差の挙動とのずれが無視できない場合には、測定精度が悪化してしまうという問題がある。
測定系にも、例えば、測定光学系のレンズの製作誤差や配置誤差など、波面収差の誤差要因がある。このため、測定系における測定光束の波面は、光学シミュレーションの波面収差の挙動とは異なる挙動を示す可能性がある。このような誤差要因は、レンズ検査装置ごとにばらつくため、複数のレンズ検査装置間の機差が発生する原因となる。
また、測定光束の波面を表す位相データを多項式展開する空間領域が、実際の測定系と光学シミュレーションとで一致しないために、実際の波面の挙動が光学シミュレーションと一致しない場合もある。
例えば、測定系で検出される光束のうち周辺部は輝度が低下していたり、歪みが生じていたり、光束が真円でなかったりする。さらに、このような周辺部では、画像データを取得する撮像光学系のディストーションの影響もある。
このため、光束の周辺まで含めてゼルニケ多項式によるフィッティングを行うと各項の係数が不安定になりがちである。
一般的には光束に円形のマスクをかけてその内部のみで多項式展開するが、この空間領域を狭くしすぎると、多項式展開のフィッティング誤差が大きくなってしまうおそれがある。
【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、レンズの面間偏心の検査を迅速かつ高精度に行うことができるレンズ検査装置およびレンズ検査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、本発明のレンズ検査装置は、単レンズからなる被検レンズの第１面と第２面との面間偏心量の検査を行うレンズ検査装置であって、前記被検レンズを検査基準位置に保持するレンズ保持部と、前記被検レンズの透過波面を測定する波面測定部と、該波面測定部で測定された前記透過波面をゼルニケ多項式近似して、ゼルニケ係数を算出するフィッティング演算部と、該フィッティング演算部により算出された前記ゼルニケ係数のうち、回転方向の次数が１または−１であって放射方向の次数が互いに異なる次数に対応する２種類のゼルニケ係数Ｚｐ、Ｚｑ（ただし、ｐ、ｑは、ｐ≠ｑの整数）を変数とし、係数が予め実測値により校正された１次式によって、前記面間偏心量に対応する偏心判定値を算出する判定値算出部と、を備える構成とする。
【０００７】
また、本発明のレンズ検査装置では、前記レンズ保持部を、前記検査基準位置と、該検査基準位置から前記波面測定部の測定光軸に直交する方向にずらされた複数の校正用測定位置との間で切り替え可能に移動する軸直角移動部と、前記校正用測定位置において測定された透過波面から算出された前記ゼルニケ係数Ｚｐ、Ｚｑに基づいて前記１次式の係数を算出する係数算出部と、校正用レンズを用いた校正動作の制御を行う校正モードと、前記被検レンズを検査する検査動作の制御を行う検査モードとが切り替え可能に設けられた制御部と、をさらに備え、前記制御部は、前記校正モードでは、前記軸直角移動部によって、前記校正用レンズを前記校正用測定位置に移動させ、前記校正用測定位置を複数の測定位置において、前記波面測定部による透過波面を測定と、前記フィッティング演算部による前記ゼルニケ係数の算出と、をそれぞれ行わせて、前記フィッティング演算部から該ゼルニケ係数のうち前記ゼルニケ係数Ｚｐ、Ｚｑからなる２次元データの組（Ｚｐ、Ｚｑ）を取得して、前記係数算出部に送出し、前記係数算出部は、前記制御部が前記校正モードにおいて取得した前記校正用レンズの前記２次元データの組（Ｚｐ、Ｚｑ）の分布を直線近似して傾きを算出し、該傾きを前記１次式の係数として前記判定値算出部に設定することが好ましい。
【０００８】
また、本発明のレンズ検査装置では、前記レンズ保持部をその保持中心回りに回転移動する回転移動部と、前記レンズ保持部を回転移動して測定された前記偏心判定値の分布を解析して、測定系の収差であるシステム収差を推定し、該システム収差を除去するための補正値を算出して前記判定値算出部に送出する補正値算出部と、を備え、前記制御部は、前記校正モードでは、前記軸直角移動部による移動と前記回転移動部による回転移動とを組み合わせて、複数の移動位置および複数の回転位置において、前記波面測定部による透過波面を測定と、前記フィッティング演算部による前記ゼルニケ係数の算出とをそれぞれ行わせて、前記回転位置の情報とともに前記フィッティング演算部から前記校正用レンズの前記２次元データの組（Ｚｐ、Ｚｑ）を取得して、前記係数算出部に送出し、該係数算出部が前記校正用レンズの前記２次元データの組（Ｚｐ、Ｚｑ）に基づいて前記１次式の係数を算出して前記判定値算出部に設定した後に、該判定値算出部に前記校正用レンズの前記２次元データの組（Ｚｐ、Ｚｑ）を送出し、該２次元データの組（Ｚｐ、Ｚｑ）を用いて、前記判定値算出部に算出させた前記偏心判定値の分布を取得して、前記回転位置の情報とともに、前記補正値算出部に送出して、前記補正値を算出させ、前記検査モードでは、前記レンズ保持部に前記被検レンズが保持された後に、前記軸直角移動部によって、前記レンズ保持部を前記検査基準位置に位置づけ、該検査基準位置において、前記波面測定部による透過波面を測定と、前記フィッティング演算部による前記ゼルニケ係数の算出とをそれぞれ行わせて、前記フィッティング演算部から前記被検レンズの前記２次元データの組（Ｚｐ、Ｚｑ）を取得し、前記判定値算出部に、前記被検レンズの前記２次元データの組（Ｚｐ、Ｚｑ）を送出し、前記判定値算出部は、前記検査モードで偏心判定値を算出する場合に、前記被検レンズの前記２次元データの組（Ｚｐ、Ｚｑ）を用いて前記１次式による偏心判定値を算出してから、前記補正値算出部から送出された前記補正値による補正を施したものを偏心判定値として算出することが好ましい。
【０００９】
また、本発明のレンズ検査装置では、前記判定値算出部が用いる前記１次式の係数は、単レンズからなる校正用レンズを前記検査基準位置から前記波面測定部の測定光軸に直交する方向に移動し、前記波面測定部によって前記校正用レンズの透過波面を複数の移動位置において測定し、測定された前記校正用レンズの各透過波面から前記フィッティング演算部により前記ゼルニケ係数を算出し、該ゼルニケ係数のうち、前記ゼルニケ係数Ｚｐ、Ｚｑからなる２次元データの組（Ｚｐ、Ｚｑ）の分布を直線近似したときの傾きであることが好ましい。
【００１０】
本発明のレンズ検査方法は、単レンズからなる被検レンズの第１面と第２面との面間偏心量の検査を行うレンズ検査方法であって、前記被検レンズを検査基準位置に保持して、前記被検レンズの透過波面を測定する波面測定工程と、該波面測定工程で測定された前記透過波面をゼルニケ多項式近似して、ゼルニケ係数を算出するフィッティング演算工程と、該フィッティング演算工程により算出された前記ゼルニケ係数のうち、回転方向の次数が１または−１であって放射方向の次数が互いに異なる次数の２種類のゼルニケ係数Ｚｐ、Ｚｑ（ただし、ｐ、ｑは、ｐ≠ｑの整数）を変数とし、係数が予め実測値により校正された１次式によって、前記面間偏心量に対応する偏心判定値を算出する判定値算出工程と、を備える方法とする。
【００１１】
また、本発明のレンズ検査方法では、前記波面測定工程に先行して、校正用レンズを、前記検査基準位置から透過波面の測定光軸に直交する方向にずらした校正用測定位置を含む複数の測定位置に保持して、前記校正用レンズの透過波面を測定する校正用波面測定工程と、前記測定位置ごとに測定された前記透過波面をゼルニケ多項式近似して、ゼルニケ係数を算出する校正用フィッティング演算工程と、該校正用フィッティング演算工程で算出された前記ゼルニケ係数のうち前記ゼルニケ係数Ｚｐ、Ｚｑからなる２次元データの組（Ｚｐ、Ｚｑ）を前記測定位置ごとに取得し、前記２次元データの組（Ｚｐ、Ｚｑ）の分布を直線近似して傾きを算出し、該傾きを前記判定値算出工程に用いる前記１次式の係数に設定する係数算出工程と、を備える方法とする。
【００１２】
また、本発明のレンズ検査方法では、前記係数算出工程と前記波面測定工程との間に、補正値算出工程を備え、前記校正用波面測定工程では、前記校正用レンズの保持中心回りに回転移動することにより、回転位置を変えた透過波面の測定を併せて行い、前記補正値算出工程では、前記係数算出工程で取得された前記２次元データの組（Ｚｐ、Ｚｑ）を用いて、前記回転位置ごとに、前記１次式による前記偏心判定値を算出して、前記校正用レンズの回転移動に伴う偏心誤差を含む前記偏心判定値の分布を取得し、該偏心判定値の分布を解析して、測定系の収差であるシステム収差を推定し、該システム収差を除去するための補正値を算出し、前記判定値算出工程では、前記ゼルニケ係数Ｚｐ、Ｚｑを用いて、前記１次式による偏心判定値に、前記補正値による補正を施したものを偏心判定値として算出する方法とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のレンズ検査装置およびレンズ検査方法によれば、透過波面の測定値からゼルニケ係数Ｚｐ、Ｚｑを求め、係数が予め実測値により校正された１次式によって、面間偏心量に対応する偏心判定値を算出するため、レンズの面間偏心の検査を迅速かつ高精度に行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態のレンズ検査装置の構成を示す模式的なシステム構成図である。
【図２】レンズの軸について説明する模式的な断面図である。
【図３】レンズの軸の傾斜と面間偏心との関係を示す模式図である。
【図４】レンズの面間偏心について説明する模式的な断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態のレンズ検査装置のレンズ保持部の構成を示す模式的な構成図である。
【図６】本発明の第１の実施形態のレンズ検査装置の制御部の機能構成を示す機能ブロック図である。
【図７】本発明の第１の実施形態のレンズ検査方法の工程フローを示すフローチャートである。
【図８】本発明の第１の実施形態のレンズ検査方法の校正工程の工程フローを示すフローチャートである。
【図９】校正に用いる２次元データの組（Ｚ２、Ｚ７）、（Ｚ３、Ｚ８）の散布図の一例を示すグラフである。
【図１０】本発明の第２の実施形態のレンズ検査装置の制御部の機能構成を示す機能ブロック図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態のレンズ検査方法の校正工程の工程フローを示すフローチャートである。
【図１２】補正値算出工程における補正値の算出方法を説明する模式的なグラフである。
【図１３】本発明の第３の実施形態のレンズ検査装置の構成を示す模式的なシステム構成図である。
【図１４】本発明の第３の実施形態のレンズ検査装置の制御部の機能構成を示す機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態のレンズ検査装置について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態のレンズ検査装置の構成を示す模式的なシステム構成図である。図２は、レンズの軸について説明する模式的な断面図である。図３は、レンズの軸の傾斜と面間偏心との関係を示す模式図である。図４は、レンズの面間偏心について説明する模式的な断面図である。図５は、本発明の第１の実施形態のレンズ検査装置のレンズ保持部の構成を示す模式的な構成図である。図６は、本発明の第１の実施形態のレンズ検査装置の制御部の機能構成を示す機能ブロック図である。
【００１７】
図１に示すように、本実施形態のレンズ検査装置１は、単レンズからなる被検レンズ７の面間偏心量の検査を行う装置である。
まず、レンズ検査装置１で検査可能な面間偏心について簡単に説明する。
【００１８】
レンズ面の姿勢は球心の位置で代表できる。非球面レンズの場合にも、レンズ中心部は近似的に球面とみなせる（以下、近軸球面と称する）ため、近軸球面の球心の位置で代表できる。
例えば、図２に示すように、第１面１００ａと、第２面１００ｂとを有するレンズ１００では、第１面１００ａの球心Ｏ１と第２面１００ｂの球心Ｏ２とを通る直線Ｏ１Ｏ２は、レンズの姿勢を表すレンズの軸ＯＬと考えることができる。
なお、図２は模式図であり見やすいように寸法は誇張している（図３、４も同様）。
図示略のレンズ保持枠に固定する際の位置決め面、例えば、光軸に沿う方向の位置決め用の平面部１００ｃがレンズ１００に形成されている場合には、位置決め面の加工誤差等によって、レンズ保持枠の基準軸線Ｏ０に対してレンズ１００の軸ＯＬが傾いて保持されることになり、光学性能の劣化につながる。すなわち、レンズの軸ＯＬが基準軸線Ｏ０に対して許容範囲を超える傾き量で倒れていれば、レンズ保持枠に保持された光学ユニットとして光学性能が確保できなくなり、不良品となる。そのため、レンズの軸ＯＬの基準軸線Ｏ０に対する傾きθが規定内かどうかの検査を実施する必要がある。ここで、傾きθは、平面部１００ｃで決まる基準平面Ｈ０に直交する軸線に対する傾きとして求めることができる。
【００１９】
このようなレンズ１００の軸ＯＬの傾きθによる偏心は、基準軸線Ｏ０に直交する方向（基準平面Ｈ０に沿う方向）における各レンズ面間のシフト偏心と等価であり、幾何学的に換算することができる。
例えば、第１面１００ａの曲率半径（非球面の場合には近軸曲率半径）がｒ１、第２面１００ｂの曲率半径（非球面の場合には近軸曲率半径）がｒ２、第１面１００ａと第２面１００ｂと間の中心部の肉厚がｄ１２であるとする。このとき、球心（非球面の場合は近軸球面の球心）Ｏ１、Ｏ２、レンズの軸ＯＬと第１面１００ａ、第２面１００ｂと交点ａ、ｂ、および基準平面Ｈ０との関係は、図３に示す三角形で表される。
このため、基準平面Ｈ０に沿う方向における球心Ｏ１、Ｏ２の間のシフト偏心の差は、Δ＝（ｒ１−ｒ２−ｄ１２）・ｓｉｎθとなる。
そこで、本実施形態では、図３、４に示すように、このシフト偏心で表した第１面１００ａと第２面１００ｂとの間の相対的な偏心量Δを、レンズ１００の面間偏心と称する。
【００２０】
レンズ検査装置１の概略構成は、マッハツェンダー型の干渉計４（波面測定部）と、干渉計４の動作を含む測定動作を制御するとともに干渉計４から取得した干渉縞画像を解析してレンズ検査のための演算処理を行う制御ユニット５（制御部）とを備える。
被検レンズ７の種類は、特に限定されず、凸レンズでもよいし、凹レンズでもよい。また、被検レンズ７の各レンズ面の面形状も特に限定されず、球面でもよいし、非球面でもよい。
【００２１】
干渉計４は、レーザー１１からの光を、可変ＮＤフィルター４３を通過させた後、ビームエキスパンダー１２によりその径を広げ、明るさ絞り１５を通して、ビームスプリッター１６で２つの光路Ｒ、Ｓに分け、別のビームスプリッター２４でこれらの光路を再び合成し、結像レンズ２５を介してスクリーン１０上に干渉縞を結像させるものである。
結像レンズ２５とスクリーン１０との間には、アライメント絞り２６が設けられている。
また、ビームスプリッター２４によって合成された光路の光軸上には、スクリーン１０を介して、結像レンズ２５と反対側に、補助接写レンズ２７、ズームレンズ２８、および撮像素子２９がこの順に配置されている。
【００２２】
ビームエキスパンダー１２は、レーザー１１側から、凸レンズ１３と、ピンホール４４と、コリメータ１４とが同軸に配置されている。これにより、可変ＮＤフィルター４３を透過して光量が調整されたレーザー光は、凸レンズ１３によって集光された後、ピンホール４４から出射され、コリメータ１４によって拡径された平行光束とされる。
コリメータ１４とビームスプリッター１６との間には、レーザー光の光束径を決める明るさ絞り１５が配置されている。なお、明るさ絞り１５は、被検レンズ７となるべく共役な位置に配置することが好ましい。
凸レンズ１３は、焦点距離の異なる複数のものが、図示略のスライド機構により切り替え可能に設けられている。
【００２３】
光路Ｒ上には、ビームスプリッター１６からビームスプリッター２４に向かって、シャッター３３、ミラー１７、入射レンズ８、基準レンズ６、集光レンズ２２がこの順に配置されている。
【００２４】
基準レンズ６は、参照波面を形成するためのものであり、本実施形態では、面間偏心量が評価できるように、被検レンズ７と同じ設計条件で、高精度に形成されたレンズを用いている。すなわち、略設計値通りに製造されて、面間偏心量がないか、あっても微小量であり、波面収差も設計値に略一致しているレンズを採用している。
ただし、例えば、従来と同様な面間偏心の測定を行って、被検レンズ７のうちから、面間偏心量が十分小さいものを見つけ出しておき、これを基準レンズ６として用いることも可能である。
また、基準レンズ６は必ずしも被検レンズ７と同一の面形状・同一の肉厚・同一の屈折率でなくてよい。干渉縞が生じ、その干渉縞本数が解析可能な本数内（例えば数１０本程度など、干渉縞の識別が可能な範囲）であればよい。例えば被検レンズ７が作りにくい形状の場合、上記の範囲で基準レンズ６の形状・肉厚・屈折率を適宜変更してもよい。
基準レンズ６と被検レンズ７とが回転対称な形状で、解析可能な干渉縞は生ずるようになっていれば、偏心は求めることができる。
【００２５】
また、光路Ｓ上には、ビームスプリッター１６からビームスプリッター２４に向かって、シャッター３２、ミラー１８、入射レンズ９、被検レンズ７、集光レンズ２３がこの順に配置されている。
【００２６】
ただし、入射レンズ８（９）は、レーザー１１からの光を集光光束として基準レンズ６（被検レンズ７）に入射させるもので、基準レンズ６（被検レンズ７）が凹レンズの場合のみ光路Ｒ（Ｓ）中に配置される。
このため、入射レンズ８（９）は、基準レンズ６（被検レンズ７）が凸レンズの場合に光路Ｒ（Ｓ）から退避できるように、例えば、図示略の保持部材に設けられたバイヨネットマウント等のレンズマウントに着脱可能に固定されるか、またはスライダ方式やレボルバ方式による可動機構に保持されている。
また、本実施形態では、入射レンズ８、９はそれぞれ光路Ｒ、Ｓの光軸ＯＲ、ＯＳ（波面測定部の測定光軸）に沿って移動可能に保持されている。このため、入射レンズ８、９は被検レンズ７の各レンズ面の有効径を十分カバーするような最適な光軸ＯＲ、ＯＳ上の位置に配置することができる。
入射レンズ８（９）を光路中に配置した場合には、被検レンズ７に対する共役な位置も移動するため、明るさ絞り１５は、例えば、凸レンズ１３とコリメータ１４との間に形成される共役な位置４５に配置することが好ましい。
【００２７】
また、レンズ検査装置１では、干渉計４を用いて基準レンズ６の透過光束と被検レンズ７の透過光束による干渉縞を形成し、周知のフリンジスキャン法によって、被検体の透過波面を測定する。このため、干渉計４では、光路Ｓの光路長を微小変化させることができるように、ミラー１８はピエゾ素子１９により、ミラー１８の法線方向に微小移動可能に保持されている。
【００２８】
光路Ｒ、Ｓ上に形成されたこれらの光学系は、ピエゾ素子１９によって光路Ｓの光路長を微小に変更できる点を除いて、等価に作られている。このため、被検レンズ７の基準レンズ６に対する光路差、より正確には、被検レンズ７の光路で生ずる波面収差と基準レンズ６の光路で生ずる波面収差との差に対応した干渉縞がスクリーン１０上に結像されるようになっている。
スクリーン１０は、レーザーのスペックルパターンを避けるため、毎秒数回回転している。
【００２９】
被検レンズ７（基準レンズ６）は、図５に示すように、一方のレンズ面である第２面７ｂ（６ｂ）を集光レンズ２３（２２）に向け、他方のレンズ面である第１面７ａ（６ａ）をミラー１７（図１参照）側に向けた状態で、後述するレンズ保持部２０の保持部に対して光軸ＯＳ（ＯＲ）に沿う方向および光軸ＯＳ（ＯＲ）に直交する方向に位置決めされた状態で保持されている。
本実施形態では、光軸ＯＳ（ＯＲ）に沿う方向の位置決めを行うため、第２面７ｂ（６ｂ）の外周側に隣接して、位置決め平面部７ｃ（６ｃ）が形成されている。位置決め平面部７ｃ（６ｃ）は、レンズの軸に直交する平面を目標として形成されているが、一般には加工誤差が含まれている。
本実施形態では、光路Ｓにおいてレンズ保持部２０が配置された位置では、光路Ｓの光軸ＯＳが鉛直軸に沿っており、光路Ｒにおいてレンズ保持部２０が配置された位置では、光路Ｒの光軸ＯＲが水平方向に沿っている。このため、被検レンズ７は、レンズ保持部２０上に載置されているが、基準レンズ６は、図示略の押えバネ等で、位置決め状態が保持されている。
【００３０】
レンズ保持部２０は、被検レンズ７（基準レンズ６）を径方向および軸方向に位置決めして保持するものので、径方向の保持中心位置となる保持中心軸線Ｐが光軸ＯＳ（ＯＲ）と平行となるように、移動ステージ２１の基準面２１ａ上に着脱可能に固定されている。
レンズ保持部２０の保持部は、保持中心軸線Ｐに直交する平面からなる軸方向保持面２０ａと、保持中心軸線Ｐに向かって進退する径方向保持部２０ｂとを備える。
移動ステージ２１は、図示略の保持部材に固定され、レンズ保持部２０を光軸ＯＳ（ＯＲ）に直交する２軸方向に移動可能に保持するＸＹステージ２１Ａ（軸直角移動部）と、ＸＹステージ２１Ａの可動部に固定され、レンズ保持部２０を保持中心軸線Ｐ回りに回転移動可能に保持する回転ステージ２１Ｂ（回転移動部）とを備える。
移動ステージ２１は、図６に示すように、後述する制御ユニット５からの制御信号によって駆動されるようになっている。
【００３１】
レンズ保持部２０は、保持する被検レンズ７（基準レンズ６）の形状に合わせて複数のものが用意されている。各レンズ保持部２０は、移動ステージ２１の基準面２１ａから被検レンズ７（基準レンズ６）の第１面７ａ（６ａ）の面頂までの高さＨが、被検レンズ７（基準レンズ６）の種類ごとに異なる測定上の最適の高さとなるように設定されている。
ここで、測定上の最適の高さとは、レンズ保持部２０を基準面２１ａに固定したとき、被検レンズ７（基準レンズ６）の第１面７ａ（６ａ）および第２面７ｂ（６ｂ）の有効径を光束が十分覆うことができ、かつ、被検レンズ７（基準レンズ６）通過後の光束が集光レンズ２３（２２）によってケラレることなく通過し、かつ、被検レンズ７（基準レンズ６）付近の位置とスクリーン１０とが光学的に共役となるような高さである。
このため、異なる種類の被検レンズ７（基準レンズ６）を測定する場合には、本実施形態では、その種類に応じたレンズ保持部２０に被検レンズ７（基準レンズ６）を保持させて、移動ステージ２１の基準面２１ａに固定するだけでよく、移動ステージ２１の光軸ＯＳ（ＯＲ）に沿う方向の位置は、被検レンズ７（基準レンズ６）の種類が変わっても変更する必要がなくなる
なお、「被検レンズ７（基準レンズ６）付近の位置」は、干渉縞をより鮮明に観察したい位置に応じて適宜設定することができる。例えば、第１面７ａ（６ａ）の面のうねりを明瞭に観察するためには、第１面７ａ（６ａ）の位置に合わせればよく、同様に第２面７ｂ（６ｂ）に設定してもよい。あるいは、第１面７ａ（６ａ）と第２面７ｂ（６ｂ）との中間の一定位置に設定してもよい。
【００３２】
スクリーン１０は、光軸に沿う方向の位置が調節可能に設けられている。このため、スクリーン１０は、被検レンズ７付近の位置と共役になる位置の近傍で、かつ、測定光学系の歪曲収差が小さくなる位置に設置することが可能である。
すなわち、干渉計４の測定光学系である集光レンズ２３（２２）、入射レンズ９（８）、結像レンズ２５においても、レンズ設計上の収差がある程度発生することは避けられないが、特に歪曲収差は、後述する波面収差のフィッティングの精度を悪化させる要因となる。
そこで、予め、全光学系の光線追跡を行って歪曲収差が最小となる光軸上の位置が、被検レンズ７付近の位置と共役になる位置からどれだけ移動した位置になるか求めておき、そのような位置にスクリーン１０を移動する微調整を行うことが好ましい。
このとき、被検レンズ７付近の位置とスクリーン１０との共役関係は多少崩れてもよい。
【００３３】
補助接写レンズ２７は、スクリーン１０に結像された干渉縞を拡大するものである。
ズームレンズ２８は、補助接写レンズ２７で拡大された干渉縞画像を適宜の大きさに変換するものであり、補助接写レンズ２７とズームレンズ２８とは、ほぼアフォーカルな光学系を構成している。
なお、アライメント絞り２６と補助接写レンズ２７とは、スクリーン１０と一体に光軸に沿う方向に移動可能に支持されている。
【００３４】
撮像素子２９は、ズームレンズ２８によって結像された干渉縞画像を光電変換して、干渉縞の光強度データを取得するものであり、例えばＣＣＤなどの光電変換素子からなり、ズームレンズ２８の像面に配置されている。
撮像素子２９は、図６に示すように、後述する制御ユニット５のデータ取得部１０２と通信可能に接続されている。
また、撮像素子２９には、光電変換された干渉縞の映像を表示するモニタ３０が接続されている。これにより、操作者は、モニタ３０で干渉縞画像をリアルタイムで観測することができる。
【００３５】
制御ユニット５の機能構成は、図６に示すように、測定制御部１００（制御部）、記憶部１０１、データ取得部１０２、フィッティング演算部１０４、係数算出部１０５、および判定値算出部１０６を備える。
制御ユニット５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、以下に説明する制御、演算を行う制御プログラム、演算プログラムを実行することにより、上記の各機能構成の動作が実現できるようになっている。
【００３６】
測定制御部１００は、レンズ検査装置１の動作制御や演算を行うものであり、操作部３２、表示部３１、移動ステージ２１、およびピエゾ素子１９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５の内部では、記憶部１０１、データ取得部１０２、フィッティング演算部１０４、係数算出部１０５、および判定値算出部１０６と通信可能に接続されている。
【００３７】
操作部３２は、操作者がレンズ検査装置１の動作に関する操作入力を行ったり、動作制御に必要な数値データ入力を行ったりするためのもので、例えば、キーボード、マウス、操作ボタン等の操作入力手段からなる。
表示部３１は、測定制御部１００から出力される画像情報、文字情報を表示するものである。測定制御部１００から出力される情報としては、例えば、測定制御部１００が取得した干渉縞画像、測定制御部１００が画像処理した画像、操作者が操作入力を行うため測定制御部１００が生成した操作画面画像、被検レンズ７の検査結果の情報、後述する校正モードにおける演算結果の数値やグラフなどを挙げることができる。
【００３８】
測定制御部１００は、後述する校正工程に関する動作制御を行う校正モードと、被検レンズ７の検査を行う検査モードとを備えており、操作者は操作部３２からの操作入力により、これらのモードを選択的に切り替えることができる。
【００３９】
測定制御部１００は、ピエゾ素子１９に対しては、校正モードでも検査モードでも、透過波面をフリンジスキャン法によって測定するためのスキャン動作の制御を行う。すなわち、干渉縞の縞本数が最小となるように、基準レンズ６、被検レンズ７の各光路Ｒ、Ｓ上の位置を調整した後に、一定の位相差を有する複数の干渉縞を取得するためミラー１８を微小移動させる制御を行う。
【００４０】
測定制御部１００は、移動ステージ２１の制御に関して、操作部３２からの操作入力に応じて移動ステージ２１の移動量を設定する手動移動モードと、予め設定された校正用測定位置に移動ステージ２１を移動させる自動移動モードとを備える。校正用測定位置については後述の動作説明の中で説明する。
操作者は、測定制御部１００を手動移動モードに設定することにより、操作入力を通じて、移動ステージ２１を移動させることができる。例えば、ＸＹステージ２１Ａを駆動して、レンズ保持部２０に保持された基準レンズ６および被検レンズ７の光軸ＯＲ、ＯＳに直交する方向の位置を検査基準位置に合わせたり、回転ステージ２１Ｂを駆動して、レンズ保持部２０を保持中心軸線Ｐ回りに回転させたりすることができる。
検査基準位置は、マッハツェンダー型の干渉計４において基準レンズ６および被検レンズ７を用いて、被検レンズ７の波面収差を測定するための干渉縞が取得される位置であり、詳しくは動作説明の中で説明する。
測定制御部１００は、検査モードでは、手動移動モードによって移動ステージ２１の位置が検査基準位置に設定されたら、手動移動モードを終了し、設定された検査基準位置を維持する制御を行う。
また、測定制御部１００は、校正モードでは、手動移動モードによって移動ステージ２１の位置が検査基準位置に設定されたら、自動移動モードに移行し、移動ステージ２１のＸＹステージ２１Ａを駆動して、校正用測定位置に移動させていく制御を行う。そして校正用の干渉縞の取得が終了したら、検査基準位置にＸＹステージ２１Ａの位置を戻す制御を行う。
【００４１】
また、測定制御部１００は、制御ユニット５内の各部に対して、制御信号を送出したり、データの送受信を行ったりして、それぞれの動作制御を行う。
【００４２】
記憶部１０１は、測定制御部１００から送出されたデータを記憶するものである。記憶部１０１が記憶するデータとしては、例えば、測定制御部１００が動作制御を行うための制御データや、制御ユニット５において、演算処理に必要となるパラメータ、演算対象となるデータ、演算結果のデータなどを挙げることができる。
【００４３】
データ取得部１０２は、測定制御部１００からの制御信号に基づいて、撮像素子２９から送出される出力信号を取得し、測定制御部１００に送出するものである。測定制御部１００に送出された出力信号は測定制御部１００を介して記憶部１０１に記憶される。
【００４４】
波面データ生成部１０３は、測定制御部１００から送出された一定の位相差を有する干渉縞の画像データから、フリンジスキャン法に基づいて、基準レンズ６の透過波面に対する被検レンズ７の透過波面の差分からなる波面データを生成するものである。
【００４５】
フィッティング演算部１０４は、測定制御部１００から送出された波面データをゼルニケ多項式近似して、ゼルニケ係数を算出するものである。
すなわち、光軸を中心とする極座標（ρ，θ）として、波面データをＷｉ（ρ，θ）（ただし、ｉは、１以上Ｋ以下の整数。Ｋは撮像素子２９の有効画素数。）で表すとき、この波面データＷｉ（ρ，θ）を次式（１）に示す近似関数Ｗ（ρ，θ）で表す。
【００４６】
【数１】
2014020881.tif 000003
【００４７】
ここで、ｆｊ（ρ，θ）は、ｊ番目のゼルニケ多項式、Ｚｊは、フィッティングによって求めたｊ番目のゼルニケ多項式に対応するゼルニケ係数、Ｊは、近似に用いるゼルニケ多項式の数である。
Ｊの大きさは、被検レンズ７の種類などに応じて、後述する係数算出部１０５の計算に使用するゼルニケ係数を精度よく計算できる程度の大きさとすればよい。例えば、Ｊ＝９〜３６程度の範囲から選択することが好ましい。
フィッティング演算としては、最小二乗法を採用することができる。
フィッティング演算によって算出された、ゼルニケ係数Ｚｊは、測定制御部１００に送出され、測定制御部１００によって、記憶部１０１に記憶される。
【００４８】
ここで、係数算出部１０５、判定値算出部１０６について説明する前に、ゼルニケ多項式およびゼルニケ係数について簡単に説明する。
ゼルニケ多項式は、ｎを０以上の整数、ｍを整数とすると、放射方向の次数ｎと、回転方向の次数ｍとにより規定され、それぞれを（ｎ，ｍ）モードのゼルニケ多項式と称する場合がある。ここで、次数ｎはゼルニケ多項式におけるρの最高次のべき数になっている。
また、各（ｎ，ｍ）モードを適宜の順番に並べたときの配置位置を番号ｊで表す場合もある。
ゼルニケ多項式の例について、ｊ＝１〜１６の場合の例を、表１に示す。
【００４９】
【表１】
2014020881.tif 000004
【００５０】
ゼルニケ係数は、周知のようにザイデル収差と関係があり、例えば、特許文献１にもその一例が記載されている。本実施形態で重要となるのは、特に面間偏心と関係するゼルニケ係数である。
被検レンズ７に面間偏心があると、透過光の波面収差に、面間偏心に応じた特定の方位角θの向きに偏りが生じる収差成分が発生する。このような収差成分は、光軸に対して回転対称性を有しない収差成分になる。ここで、「回転対称性」とは、収差成分の分布形状を回転軸（光軸）の回りに２π／Ｎ（Ｎ＝２，３，…）だけ回転移動したときに、回転前の分布形状に一致する性質を言い、それぞれＮに応じて、Ｎ回対称であると言う。
特定の方位角θの向きに偏りが生じる収差成分を表すゼルニケ係数とは、回転方向の次数ｍが１または−１のゼルニケ係数である。このようなゼルニケ係数に対応するゼルニケ多項式は、表１に例示した範囲では、ｊ＝２，３，７，８，１４，１５に対応するｆｊ（ρ，θ）である。このようなゼルニケ多項式を、以下では、回転対称性を有しないという意味で「回転非対称項」と称する。
これらに対応するゼルニケ係数は、［Ｚ２，Ｚ３］、［Ｚ７，Ｚ８］、［Ｚ１４，Ｚ１５］である。ここで、大かっこでくくったもの同士は、同じ次数ｎを有するゼルニケ多項式に対応するもので、それぞれ、方位角０°成分（Ｘ成分）・９０°成分（Ｙ成分）、±９０°成分同士というように、方位角θとの関係で対をなしていることを示している。
以下、ゼルニケ多項式の次数という場合、特に断らない限り、放射方向の次数ｎを意味するものとする。
【００５１】
他のゼルニケ係数について簡単に説明すると、Ｚ１（定数項）、Ｚ４（パワー成分）、Ｚ９（３次球面収差）、Ｚ１６（５次球面収差）などは、方位角θに依存しない(ｍ＝０)収差成分であり、任意角度の回転対称性を有している。
また、［Ｚ５，Ｚ６］、［Ｚ１２，Ｚ１３］、［Ｚ１０，Ｚ１１］、［Ｚ１７，Ｚ１８］などは、ｍが±２もしくは±３であるため、それぞれ２回対称もしくは３回対称の成分を表している。厳密には、被検レンズ７に面間偏心があると、これらの収差成分も発生はするが、その量は小さいため、これらを用いて面間偏心を算出すると測定誤差の影響が大きくなる。したがって、これらのゼルニケ係数は面間偏心の算出にはあまり適していない。
【００５２】
次に、回転非対称項に対応するゼルニケ係数と面間偏心との関係について説明する。
被検レンズ７の第１面７ａ、第２面７ｂにそれぞれ、測定光軸基準のシフト偏心量δＸ，１、δＹ，１、δＸ，２、δＹ，２が生じた場合、これらが微小量であるとすることで、近似的に、次式（２ａ）、（２ｂ）が成り立つ。
【００５３】
【数２】
2014020881.tif 000005
【００５４】
ここで、各偏微分係数は偏心に対するゼルニケ係数の変化率、すなわちゼルニケ係数の偏心検出感度を表している。例えば、∂Ｚ２/∂δＸ，１は、シフト偏心量δＸ，１の変化に対するゼルニケ係数Ｚ２の変化率であり、ゼルニケ係数Ｚ２の偏心検出感度を表している。偏心量は微小量としているため、各偏微分係数は定数である。特許文献１では、各偏微分係数を被検レンズ７の設計値に基づいたコンピュータシミュレーションプログラムによって算出している。具体的には、例えば、１０μｍの偏心が発生したときの球面収差からゼルニケ係数の変化率を算出することが可能である。
このため、上記式（２ａ）、（２ｂ）は、それぞれ定係数の２元連立方程式を表しており、逆行列を計算することで、δＸ，１、δＹ，１、δＸ，２、δＹ，２について解くことができる。
ここで、∂Ｚ２/∂δＸ，１＝∂Ｚ３/∂δＹ，１＝Ｃ１，∂Ｚ２/∂δＸ，２＝∂Ｚ３/∂δＹ，２＝Ｃ２，∂Ｚ７/∂δＸ，１＝∂Ｚ８/∂δＹ，１＝Ｃ３，∂Ｚ７/∂δＸ，２＝∂Ｚ８/∂δＹ，２＝Ｃ４の関係に注意すると、次式（３ａ）、（３ｂ）、（３ｃ）、（３ｄ）が成り立つ。
【００５５】
【数３】
2014020881.tif 000006
【００５６】
ここで、定数Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４は、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４で表される逆行列成分である。
したがって、面間偏心量δＸ、δＹ、面間偏心の大きさδが、ａ、ｂを定数として、次式（４ａ）、（４ｂ）、（４ｃ）で表される。
【００５７】
【数４】
2014020881.tif 000007
【００５８】
上記式（４ａ）、（４ｂ）に示すように、面間偏心量δＸは、それぞれ回転非対称項に対応する次数の異なる２種類のゼルニケ係数Ｚ２，Ｚ７の１次結合で表され、面間偏心量δＹは、それぞれ回転非対称項に対応する次数の異なる２種類のゼルニケ係数Ｚ３，Ｚ８の１次結合で表される。
特許文献１では、上記式（４ａ）、（４ｂ）において、ゼルニケ係数を干渉縞測定によって求め、定数ａ、ｂを、光学シミュレーションを行う汎用のコンピュータシミュレーションプログラムによる計算値によって求めている。
これに対して、本実施形態では、上記式（４ａ）、（４ｂ）を一般化した次式（５ａ）、（５ｂ）を仮定し、定係数Ａ、Ｂを実測データから求める。
【００５９】
δＸ＝Ａ・Ｚ２＋Ｂ・Ｚ７                                          ・・・（５ａ）
δＹ＝Ａ・Ｚ３＋Ｂ・Ｚ８                                          ・・・（５ｂ）
【００６０】
すなわち、定係数Ａ、Ｂは、被検レンズ７のレンズ設計に応じて決まるゼルニケ係数の偏心感度と、レンズ検査装置１ごとに異なる光源、測定光学系等に固有のシステム収差とによって定まる定数である。したがって、被検レンズ７と同じ設計仕様に基づき、被検レンズ７と同様の第１面７ａ、第２面７ｂ、位置決め平面部７ｃを有する校正用レンズ７０を用いた実測データから推定される係数を使用することが可能である。
なお、上記式（４ａ）、（４ｂ）は、ゼルニケ係数が偏心量に応じて多少とも変化する（偏心感度を有する）ゼルニケ係数であれば、どんなゼルニケ係数に適用することも可能であるが、ゼルニケ係数の測定にはフィッティング誤差が含まれることを考慮すると、偏心量に対する感度が高いゼルニケ係数を用いることが好ましい。このため、回転非対称項に対応するゼルニケ係数が好ましい。
以下では、一例として波面の傾き成分を表すゼルニケ係数［Ｚ２，Ｚ３］と、３次のコマ収差を表すゼルニケ係数［Ｚ７，Ｚ８］を用いた例で説明する。ただし、例えば、それぞれに代えて、ゼルニケ係数［Ｚ７，Ｚ８］と、５次のコマ収差を表すゼルニケ係数［Ｚ８、Ｚ１５］を用いることも可能である。
【００６１】
本実施形態では、定係数Ａ、Ｂを次のようにして求める。
上記式（５ａ）、（５ｂ）を、それぞれＺ７、Ｚ８について解くと、次式（６ａ）、（６ｂ）のように表される。
【００６２】
Ｚ７＝（−Ａ／Ｂ）・Ｚ２＋δＸ／Ｂ                                ・・・（６ａ）
Ｚ８＝（−Ａ／Ｂ）・Ｚ３＋δＹ／Ｂ                                ・・・（６ｂ）
【００６３】
したがって、面間偏心量δＸ、δＹが一定の校正用レンズ７０を用いてゼルニケ係数［Ｚ２，Ｚ３］、［Ｚ７，Ｚ８］を測定し、Ｚ２Ｚ７平面上、Ｚ３Ｚ８平面上でそれぞれ測定値の近似直線を求めれば、その近似直線の傾きが（−Ａ／Ｂ）である。このため、係数比Ａ／Ｂは、面間偏心量δＸ、δＹが不明でも求まり、かつ、面間偏心が一定の１つの校正用レンズ７０から求まることになる。
【００６４】
係数算出部１０５は、測定制御部１００による校正モードの校正用測定位置において測定された透過波面から算出されたゼルニケ係数Ｚ２、Ｚ３、Ｚ７、Ｚ８に基づいて係数比Ａ／Ｂを算出し、算出結果を測定制御部１００に送出するものである。
本実施形態では、校正モードにおける校正用レンズ７０の測定結果を、２次元データの組（Ｚ２、Ｚ７）、（Ｚ３、Ｚ８）で表すとき、その散布図の分布を直線近似して傾きを算出し、この傾きから係数比Ａ／Ｂを求める。
直線近似演算としては、最小二乗法を採用している。
【００６５】
判定値算出部１０６は、フィッティング演算部１０４により算出されたゼルニケ係数Ｚｉのうち、回転非対称項であって異なる次数に対応する２種類のゼルニケ係数［Ｚ２，Ｚ７］、［Ｚ３，Ｚ８］を変数とし、係数が予め実測値により校正された１次式によって、面間偏心量に対応する偏心判定値を算出するものである。
面間偏心量に対応する偏心判定値とは、面間偏心量と一対一に対応する適宜の判定値を採用することができる。ここで、面間偏心量は発生方位が特定されるベクトル量であってもよいし、単に面間偏心の大きさでもよく、検査の目的によって適宜選択することができる。検査の一例として、面間偏心量自体や、面間偏心量に比例する量を挙げることができる。
本実施形態では、次式（７ａ）、（７ｂ）に示す偏心判定値Ｚ７，０、Ｚ８，０を採用している。
【００６６】
Ｚ７，０＝Ｚ７−（−Ａ／Ｂ）・Ｚ２                                ・・・（７ａ）
Ｚ８，０＝Ｚ８−（−Ａ／Ｂ）・Ｚ３                                ・・・（７ｂ）
【００６７】
上記式（６ａ）、（６ｂ）と対照すれば分かるように、偏心判定値Ｚ７，０、Ｚ８，０は、上記式（６ａ）、（６ｂ）の切片であり、それぞれδＸ／Ｂ、δＹ／Ｂに等しいから、面間偏心量に比例する量であり、面間偏心量と一対一に対応する量である。
被検レンズ７として、既知の面間偏心量δＸ、δＹを有する校正用レンズを使用する場合、δＸ（δＹ）をＺ７，０（Ｚ８，０）で割ることによって、係数Ｂを求めることができる。このようにして係数Ｂが求めておけば、係数Ａ／Ｂの値から係数Ｂも求まるため、上記式（５ａ）、（５ｂ）によって、面間偏心量δＸ、δＹも求まる。
ただし、係数Ｂを算出しなくても、偏心判定値Ｚ７，０、Ｚ８，０によって、面間偏心量の相対比較が可能となる。このため、面間偏心量の絶対値を必要としないレンズ検査では、偏心判定値Ｚ７，０、Ｚ８，０によってレンズ検査を行うことが可能である。例えば、レンズの加工条件の条件出しをするため、種々の加工条件で加工したレンズの面間偏心の検査を行うような場合には、面間偏心の相対比較ができれば十分である。
【００６８】
次に、本実施形態のレンズ検査装置１の動作について、本実施形態のレンズ検査方法を中心として説明する。
図７は、本発明の第１の実施形態のレンズ検査方法の工程フローを示すフローチャートである。図８は、本発明の第１の実施形態のレンズ検査方法の校正工程の工程フローを示すフローチャートである。図９（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、校正に用いる２次元データの組（Ｚ２、Ｚ７）、（Ｚ３、Ｚ８）の散布図の一例を示すグラフである。横軸はゼルニケ係数Ｚ２（Ｚ３）、縦軸はゼルニケ係数Ｚ７（Ｚ８）であり、いずれの単位もλ（＝６３３（ｎｍ））である。
【００６９】
レンズ検査装置１を用いて被検レンズ７の面間偏心の検査を行うには、図７に工程フローを示すように、校正工程Ｓ１を行った後、波面測定工程Ｓ２、フィッティング演算工程Ｓ３、判定値演算工程Ｓ４、および検査結果出力工程Ｓ５を、被検レンズ７の個数に応じて必要な回数だけ繰り返す。
【００７０】
操作者は、校正工程Ｓ１を開始する前に、操作部３２から操作入力を行って、測定制御部１００を手動移動モードに設定し、レンズ検査装置１の初期設定を行う。
まず、光路Ｓ中のシャッター３２を閉じ、光路Ｒ中のシャッター３３を開き、基準レンズ６をレンズ保持部２０に保持させる。この時、基準レンズ６の中心が光軸ＯＲと一致するようにするために、アライメント絞り２６を開閉して、スクリーン１０上に映る基準レンズ６を通った光束の像（明るい円盤）がアライメント絞り２６の開閉と共に均等にケラレるように、移動ステージ２１を駆動して、基準レンズ６を保持したレンズ保持部２０の位置の微動調節を行う。
【００７１】
次に、光路Ｓ中のシャッター３２を開き、校正用レンズ７０を光路Ｓ中のレンズ保持部２０に保持させる。
これにより、スクリーン１０上に干渉縞が形成され、モニタ３０上に表示される。
この状態で、操作者は、レンズ保持部２０を光軸ＯＳ回りに回転させたときの干渉縞の形を観察して、干渉縞の形が、校正用レンズ７０の回転と共に形を変えずに回るように、移動ステージ２１を駆動して、光路Ｓ上のレンズ保持部２０の位置の微動調節を行う。
このようにして、レンズ保持部２０の回転中心が光軸ＯＳ上に来るようにすることができる。この位置が、検査基準位置となる。以上で、初期設定が終了する。
操作者は、操作部３２から、初期設定が終了したこと、および続いて校正工程Ｓ１を行うことを測定制御部１００に伝えるための操作入力を行う。
【００７２】
この操作入力により、測定制御部１００が校正モードに切り替えられ、校正工程Ｓ１が開始される。本工程は、校正用レンズ７０を用いた測定によって、係数比Ａ／Ｂを算出する工程であり、図８に示すように、校正用波面測定工程Ｓ１１、および校正用フィッティング演算工程Ｓ１２を必要な回数だけ繰り返した後、係数算出工程Ｓ１４を行う。
【００７３】
校正用波面測定工程Ｓ１１では、校正用レンズ７０を、検査基準位置から透過波面の測定光軸に直交する方向にずらした校正用測定位置を含む複数の測定位置に保持して、校正用レンズ７０の透過波面を測定する。
このとき、校正用レンズ７０が非球面レンズの場合には、明るさ絞り１５を調整して、校正用レンズ７０に照射される光束が近軸光と見なせる程度の光束径に設定する。これにより、非球面は、近似的に球面と見なせる。
【００７４】
測定制御部１００には、校正用レンズ７０の測定位置についての情報が予め設定されており、本ステップの実行回数をカウントするカウンタ等（以下、測定位置移動用カウンタと称する）によって、本工程を実行する際の光軸ＯＳに直交する方向の測定位置の設定を行い、自動移動モードによってＸＹステージ２１Ａを移動させる。
例えば、校正用レンズ７０について、測定位置が、検査基準位置Ｐ０、校正用測定位置Ｐ１、…、ＰＮ（ただし、Ｎは、１以上の整数）のように設定されている場合、測定位置移動用カウンタの値から１つの校正用レンズ７０の何番目の測定かを検知して、測定順番に対応する測定位置にＸＹステージ２１Ａを移動する。ただし、初回の測定が検査基準位置Ｐ０の場合には移動は行われない。
測定制御部１００は、ＸＹステージ２１Ａによる測定位置の移動が完了したら、データ取得部１０２に制御信号を送出して、撮像素子２９から干渉縞の画像データを取得させ、取得した画像データを記憶部１０１に記憶する。
【００７５】
次に、測定制御部１００は、フリンジスキャンを行うため、予め決められた位相量に対応する移動量だけピエゾ素子１９を駆動し、各移動位置で、上記と同様に、干渉縞の画像データを取得して、記憶部１０１に記憶させる。
必要な枚数の干渉縞の画像データが取得されたら、ピエゾ素子１９を移動開始前の位置に戻す。また、すべての測定位置での画像データの取得が終了したら、移動ステージ２１の位置を検査基準位置に復帰させる。
【００７６】
次に、測定制御部１００は、記憶部１０１に記憶された位相差が異なる複数の干渉縞の画像データを、波面データ生成部１０３に送出する。
波面データ生成部１０３では、送出された画像データから、波面データＷｉ（ρ，θ）を算出し、測定制御部１００に送出する。
測定制御部１００は、送出された波面データＷｉ（ρ，θ）を記憶部１０１に記憶させる。
以上で、校正用波面測定工程Ｓ１１が終了する。
【００７７】
次に、校正用フィッティング演算工程Ｓ１２を行う。本工程は、測定された透過波面をゼルニケ多項式近似して、ゼルニケ係数を算出する工程である。
測定制御部１００は、波面データＷｉ（ρ，θ）をフィッティング演算部１０４に送出する。フィッティング演算部１０４では、波面データＷｉ（ρ，θ）をゼルニケ多項式近似して、ゼルニケ係数を算出する。算出したゼルニケ係数は、少なくとも、偏心判定値の計算に用いるゼルニケ係数の組（Ｚ２、Ｚ７）、（Ｚ３，Ｚ８）を測定制御部１００に送出し、測定制御部１００は記憶部１０１に予め設定された記憶領域に記憶させる。
以上で、校正用フィッティング演算工程Ｓ１２が終了する。
【００７８】
次にステップＳ１３を行う。本ステップでは、測定制御部１００が、校正に用いる予定のデータがすべて取得されたかどうかを判定し、すべて取得されたと判定された場合に、係数算出工程Ｓ１４のステップに移行する。
予定されたデータが取得されていない場合には、測定位置移動用カウンタを更新して、校正用波面測定工程Ｓ１１を行うステップに移行する。
【００７９】
係数算出工程Ｓ１４は、校正用フィッティング演算工程Ｓ１２で算出されたゼルニケ係数のうち２次元データの組（Ｚ２、Ｚ７）、（Ｚ３、Ｚ８）を測定位置ごとに取得し、２次元データの組（Ｚ２、Ｚ７）、（Ｚ３、Ｚ８）の分布を直線近似して傾きを算出し、この傾きを判定値算出工程Ｓ４に用いる係数比Ａ／Ｂに設定する工程である。
【００８０】
測定制御部１００は、記憶部１０１に記憶された２次元データの組（Ｚ２、Ｚ７）、（Ｚ３、Ｚ８）を、係数算出部１０５に送出する。
係数算出部１０５では、２次元データの組（Ｚ２、Ｚ７）、（Ｚ３、Ｚ８）のそれぞれの散布図の分布を最小二乗法によって、次式（８ａ）、（８ｂ）のように、直線近似して、それぞれの傾きαＸ、αＹと切片βＸ、βＹを求める。
【００８１】
Ｚ７＝αＸ・Ｚ２＋βＸ                                            ・・・（８ａ）
Ｚ８＝αＹ・Ｚ３＋βＹ                                            ・・・（８ｂ）
【００８２】
ここで、αＸ＝αＹ、βＸ＝βＹとなるべきであるが、ゼルニケ係数には測定誤差があるため、完全には一致しない。そこで、本実施形態では、次式（９ａ）、（９ｂ）に示す平均値を求めて、傾きα、切片βとして、測定制御部１００に送出する。
【００８３】
α＝（αＸ＋αＹ）／２                                            ・・・（９ａ）
β＝（βＸ＋βＹ）／２                                            ・・・（９ｂ）
【００８４】
測定制御部１００は、係数算出部１０５から送出されたαを、判定値算出部１０６に送出し、判定値算出部１０６が上記式（７ａ）、（７ｂ）を計算する際のパラメータである係数比Ａ／Ｂを、下記式（１０）のように設定する。
【００８５】
Ａ／Ｂ＝−α                                                      ・・・（１０）
【００８６】
以上で、係数算出工程Ｓ１４が終了し、校正工程Ｓ１が終了する。
なお、校正用レンズ７０の面間偏心量δＸ、δＹが既知の場合には、本工程において、さらに、δＸ（δＹ）をＺ７，０（Ｚ８，０）で割って、係数Ｂを算出し、上記式（１０）から係数Ａを算出するようにしてもよい。
【００８７】
ここで、校正工程Ｓ１で得られる傾きαの実際の測定例について、下記表２に示す。また、測定例１−１における散布図のグラフを図９（ａ）、（ｂ）に示す。
【００８８】
【表２】
2014020881.tif 000008
【００８９】
測定例１−１、１−２、１−３、１−４は、レンズ保持部２０の固定位置を光軸回りに９０°ずつ変えて測定した例である。校正用レンズ７０の面間偏心量は２μｍである。
表２に示すように、傾きαはわずかにばらついているものの、略一致している。
また、図９（ａ）、（ｂ）を参照すると、散布図のデータは、良好に直線近似されていることが分かる。
【００９０】
測定例２−１、２−２は、面間偏心量１μｍの校正用レンズ７０を用い、校正用レンズ７０を光軸に沿う方向に移動してデフォーカスした位置で測定した例である。
測定例３−１、３−２は、面間偏心量３０μｍの校正用レンズ７０を用い、校正用レンズ７０を光軸に沿う方向に移動してデフォーカスした位置で測定した例である。
表２に示すように、これら測定例２−１、２−２、３−１、３−２の測定結果も、測定例１−１の傾きαと略一致していることが分かる。
このように、傾きαは、レンズ保持部２０の固定位置、レンズ保持部２０の光軸に沿う方向の位置、校正用レンズ７０の面間偏心量の大きさがばらついても、安定していることが分かる。
【００９１】
次に、図７に示すように、波面測定工程Ｓ２を行う。本工程は、校正用レンズ７０に代えて、被検レンズ７を検査基準位置に保持し、被検レンズ７の透過波面を測定する工程である。
本工程では、測定制御部１００は、検査モードの動作制御を行い、各レンズ保持部２０の位置は検査基準位置に固定しておく。
操作者は、検査を行う被検レンズ７をレンズ保持部２０に保持させ、検査を開始する操作入力を行う。
これにより、測定制御部１００は、上記の校正用波面測定工程Ｓ１１と同様にして、フリンジスキャン法により被検レンズ７の透過波面の波面データＷｉ（ρ，θ）を取得し、記憶部１０１に記憶させる。
以上で、波面測定工程Ｓ２が終了する。
【００９２】
次に、フィッティング演算工程Ｓ３を行う。本工程は、波面測定工程Ｓ２で測定された透過波面の波面データをゼルニケ多項式近似して、ゼルニケ係数を算出する工程である。
測定制御部１００は、被検レンズ７の波面データＷｉ（ρ，θ）をフィッティング演算部１０４に送出する。フィッティング演算部１０４では、上記の校正用フィッティング演算工程Ｓ１２と同様にして、波面データＷｉ（ρ，θ）をゼルニケ多項式近似して、ゼルニケ係数を算出する。また、算出したゼルニケ係数は、少なくとも、偏心判定値の計算に用いるゼルニケ係数の組（Ｚ２、Ｚ７）、（Ｚ３，Ｚ８）を測定制御部１００に送出し、測定制御部１００は記憶部１０１に予め設定された記憶領域に記憶させる。
以上で、フィッティング演算工程Ｓ３が終了する。
【００９３】
次に、判定値演算工程Ｓ４を行う。本工程は、フィッティング演算工程Ｓ３により算出されたゼルニケ係数の組（Ｚ２、Ｚ７）、（Ｚ３，Ｚ８）を変数とし、係数が予め実測値により校正された１次式によって、面間偏心量に対応する偏心判定値を算出する工程である。
測定制御部１００は、上記フィッティング演算工程Ｓ３でフィッティング演算部１０４から送出されたゼルニケ係数の組（Ｚ２、Ｚ７）、（Ｚ３，Ｚ８）を、判定値算出部１０６に送出して、上記式（７ａ）、（７ｂ）に基づいて、偏心判定値Ｚ７，０、Ｚ８，０を算出させる。
判定値算出部１０６は、上記式(７ａ)、（７ｂ）に基づいて、偏心判定値Ｚ７，０、Ｚ８，０を算出して、測定制御部１００に送出する。
以上で、判定値演算工程Ｓ４が終了する。
【００９４】
次に、検査結果出力工程Ｓ５を行う。本工程は、測定制御部１００が、判定値算出部１０６から送出された被検レンズ７の偏心判定値Ｚ７，０、Ｚ８，０を算出して、表示部３１に結果を出力する工程である。
測定制御部１００は、偏心判定値Ｚ７，０、Ｚ８，０を表示部３１に文字情報や画像情報によって表示する。
以上で、検査結果出力工程Ｓ５が終了する。
【００９５】
次に、ステップＳ６を行う。本ステップは、検査を終了するかどうかを判定するステップである。本実施形態では、検査を終了するかどうかは、操作者が操作入力を行うことにより決定する。
操作者は、表示部３１に表示された偏心判定値を見て、偏心判定値の大小により、被検レンズ７の合否判定、あるいは相対比較を行う。そして、必要に応じて、次に測定する被検レンズ７を選定する。例えば、予め用意された他の被検レンズ７を検査してもよいし、検査結果の出た被検レンズ７を再測定してもよい。
操作者は、検査を続行する場合には、検査を終了しないための操作入力を行う。この場合、測定制御部１００は、波面測定工程Ｓ２に移行する。すなわち、検査モードを維持して、操作者による検査を開始する操作入力待ちとなる。この間、操作者は、次に検査する被検レンズ７をレンズ保持部２０に保持させて、上記波面測定工程Ｓ２の動作を繰り返す。
一方、操作者が検査を終了する操作入力を行うと、測定制御部１００は、検査を終了する。
【００９６】
このようにして、本実施形態のレンズ検査方法によれば、被検レンズ７の透過波面をゼルニケ多項式近似して、ゼルニケ係数を算出し、面間偏心量と対応した偏心判定値を算出することにより、面間偏心の検査を行うことができる。
このため、フリンジスキャン法によって、波面データを取得するのと同程度の時間で検査を行うことができるため、例えば、レンズ面の反射光束を測定する方法や、触針などによりレンズ面を３次元計測する方法などに比べて、迅速な検査を行うことができる。
【００９７】
例えば、従来技術のように、被検レンズ７の設計値による光学シミュレーションから算出される係数ａ、ｂを用いて、上記式（４ａ）、（４ｂ）から面間偏心量を算出する場合には、光学シミュレーションに反映されない干渉計４における種々の誤差によって、面間偏心量に測定誤差が生じる。
これに対して、本実施形態では、予め校正用レンズ７０によって実測したゼルニケ係数の散布図を直線近似して求めた係数比Ａ／Ｂを用いることで、上記式（７ａ）、（７ｂ）が校正されるため、干渉計４の光源や測定光学系に含まれる誤差要因の影響が低減され、高精度な検査を行うことができる。
【００９８】
なお、上記の説明では、偏心判定値に基づいた合否判定、または相対比較は、表示部３１の表示を見て操作者が行うものとして説明したが、これらは、測定制御部１００が行うようにしてもよい。例えば、記憶部１０１に予め偏心判定値の許容値を記憶しておくことで、検査結果出力工程Ｓ５において、測定制御部１００が偏心判定値をこの許容値と比較して合否判定を行い、例えば、偏心判定値の数値とともに、「合格」、「不良」といった文字情報を表示したり、合否判定結果を表データとして表示したりすることが可能である。
また、検査結果出力工程Ｓ５で算出された偏心判定値を記憶部１０１に記憶し、複数の被検レンズ７の検査が終了した段階で、測定制御部１００が、各測定における偏心判定値を比較して、最も良好な偏心判定値が得られた被検レンズ７の情報を表示部３１に表示するようにしてもよい。
【００９９】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態のレンズ検査装置について説明する。
図１０は、本発明の第２の実施形態のレンズ検査装置の制御部の機能構成を示す機能ブロック図である。
【０１００】
図１、１０に示すように、本実施形態のレンズ検査装置１Ａは、上記第１の実施形態のレンズ検査装置１の制御ユニット５に代えて、制御ユニット５Ａを備える。
制御ユニット５Ａは、上記第１の実施形態の制御ユニット５に、補正値算出部１０７を追加し、測定制御部１００、判定値算出部１０６に代えて、測定制御部１００Ａ、判定値算出部１０６Ａを備えるものである。
以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【０１０１】
測定制御部１００Ａは、校正モードにおいて、移動ステージ２１の回転ステージ２１Ｂを駆動して、校正用レンズ７０をレンズ保持部２０の保持中心軸線Ｐ回りに回転させた測定位置を追加する点が上記第１の実施形態と異なる。
また、測定制御部１００Ａは、検査モードにおいて、偏心判定値を算出させる前に、補正値算出部１０７によって偏心判定値に含まれる測定系の収差であるシステム収差を除去するための補正値を算出させる点が上記第１の実施形態と異なる。
システム収差は、干渉計４に含まれる光学系、例えば、入射レンズ８、９、集光レンズ２２、２３、基準レンズ６等の偏心や面精度誤差など起因する収差であり、レンズ検査装置１Ａに固有の収差である。
【０１０２】
補正値算出部１０７は、校正モードにおいて、回転位置が異なるレンズ保持部２０を回転移動して測定された偏心判定値の分布を解析して、システム収差を推定し、この測定誤差を除去するための補正値を算出して判定値算出部１０６Ａに送出するものである。
【０１０３】
判定値算出部１０６Ａは、校正モードでは、上記第１の実施形態の判定値算出部１０６と同様な動作を行う構成とされている。
ただし、検査モードでは、判定値算出部１０６と同様にして、被検レンズ７に対する偏心判定値を測定してから、補正値算出部１０７から送出された補正値による補正を加えたものを偏心判定値として算出し、測定制御部１００Ａに送出する構成とされている。
【０１０４】
次に、本実施形態のレンズ検査装置１Ａの動作について、本実施形態のレンズ検査方法を中心として説明する。
図１１は、本発明の第２の実施形態のレンズ検査方法の校正工程の工程フローを示すフローチャートである。図１２は、補正値算出工程における補正値の算出方法を説明する模式的なグラフである。横軸は偏心判定値Ｚ７，０、縦軸は偏心判定値Ｚ８，０である。
【０１０５】
レンズ検査装置１Ａを用いたレンズ検査方法は、図７に工程フローを示すように、上記第１の実施形態の校正工程Ｓ１、判定値演算工程Ｓ４、検査結果出力工程Ｓ５に代えて、校正工程Ｓ２１、判定値演算工程Ｓ２４、検査結果出力工程Ｓ２５を備える。
また、本実施形態の校正工程Ｓ２１は、図１１に示すように、校正用波面測定工程Ｓ３１、および校正用フィッティング演算工程Ｓ３２を必要な回数だけ繰り返した後、係数算出工程Ｓ３４、補正値算出工程Ｓ３５を行う。
以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【０１０６】
上記第１の実施形態と同様に、初期設定が終了した後、操作者の操作入力により、測定制御部１００Ａが校正モードに切り替えられ、校正工程Ｓ２１が開始される。
校正用波面測定工程Ｓ３１では、校正用測定位置として、ＸＹステージ２１Ａによる移動に加えて、回転ステージ２１Ｂによってレンズ保持部２０を回転移動させた測定位置が追加されている。回転移動量は、検査基準位置に対して０°〜３６０°の範囲で、少なくとも３箇所を設定しておく。測定精度を向上するためには、９０°以下のステップで４箇所以上設定することが好ましい。
以下では、一例として９０°ステップ回転移動し、上記第１の実施形態の各校正用測定位置で、回転位置が異なる４箇所で、上記第１の実施形態と同様に、透過波面の測定を行う。
【０１０７】
次に行う校正用フィッティング演算工程Ｓ３２は、校正用測定位置が異なる点以外は、上記第１の実施形態と同様の工程である。ただし、偏心判定値の計算に用いるゼルニケ係数の組（Ｚ２、Ｚ７）、（Ｚ３，Ｚ８）は、それぞれの回転位置とともに測定制御部１００Ａに送出され、測定制御部１００Ａは、回転位置の情報とともに記憶部１０１に記憶させる。
【０１０８】
ステップＳ３３では、測定制御部１００Ａが、校正に用いる予定のデータがすべて取得されたかどうかを判定し、すべて取得されたと判定された場合に、係数算出工程Ｓ３４のステップに移行する。
予定されたデータが取得されていない場合には、測定位置移動用カウンタを更新して、校正用波面測定工程Ｓ３１を行うステップに移行する。
【０１０９】
係数算出工程Ｓ３４は、校正用フィッティング演算工程Ｓ３２で算出されたゼルニケ係数のうち２次元データの組（Ｚ２、Ｚ７）、（Ｚ３、Ｚ８）を回転位置が区別された測定位置ごとに取得し、上記式（８ａ）、（８ｂ）、（９ａ）、（９ｂ）のように、２次元データの組（Ｚ２、Ｚ７）、（Ｚ３、Ｚ８）の分布を回転位置ごとに直線近似して傾きを算出し、この傾きαを上記式（１０）のように、を判定値算出部１０６Ａに設定する工程である。
【０１１０】
次に、補正値算出工程Ｓ３５を行う。本工程は、係数算出工程Ｓ３４で取得された２次元データの組（Ｚ２、Ｚ７）、（Ｚ３、Ｚ８）を用いて、回転位置ごとに、上記式（７ａ）、（７ｂ）に基づいて偏心判定値Ｚ７，０、Ｚ８，０を算出して、校正用レンズ７０の回転移動に伴う偏心誤差を含む偏心判定値の分布を取得し、この偏心判定値の分布を解析して、検査基準位置の中心と測定光軸との位置ずれによる測定誤差を推定し、この測定誤差を除去するための補正値を算出する工程である。
【０１１１】
被検レンズ７の透過波面の波面収差は、レンズ固有の波面収差Ｓ（以下、被検体収差と称する）と、干渉計４の測定光学系等に起因する波面収差であるシステム収差Ｎとの和と考えることができる。システム収差がレンズ収差に比べて無視できない場合には、システム収差を除去した検査を行うことが好ましい。
ゼルニケ係数Ｚｉにおける被検体収差、システム収差をそれぞれＳｉ、Ｎｉとすると、次式（１１ａ）、（１１ｂ）、（１１ｃ）、（１１ｄ）が成り立つ。
【０１１２】
Ｚ２＝Ｓ２＋Ｎ２                                              ・・・（１１ａ）
Ｚ３＝Ｓ３＋Ｎ３                                              ・・・（１１ｂ）
Ｚ７＝Ｓ７＋Ｎ７                                              ・・・（１１ｃ）
Ｚ８＝Ｓ８＋Ｎ８                                              ・・・（１１ｄ）
【０１１３】
これらの式（１１ａ）〜（１１ｄ）を、上記式（７ａ）、（７ｂ）に代入すると、次式（１２ａ）、（１２ｂ）が得られる。
【０１１４】
【数５】
2014020881.tif 000009
【０１１５】
ここで、被検レンズ７を保持中心軸線Ｐ回りに回転させると、被検体収差に起因する光である［Ｓ７−｛（−Ａ／Ｂ）・Ｓ２｝］と［Ｓ８−｛（−Ａ／Ｂ）・Ｓ３｝］とが回転に伴って変化するのに対して、システム収差に起因する残りの項は回転しても変化しない。
このため、例えば、４つの回転位置に応じて算出された偏心判定値（Ｚ７，０（１），Ｚ８，０（１））、…、（Ｚ７，０（４），Ｚ８，０（４））を、Ｚ７，０Ｚ８，０平面上にプロットすると、それぞれ図１２の点ｑ１、…、ｑ４のようにばらついてプロットされることになる。
本工程では、補正値算出部１０７は、このような点ｑ１、…、ｑ４をＺ７，０Ｚ８，０平面上で円近似するフィッティングを行って、近似円Ｃの中心座標ｑｅ（Ｚ７，ｅ，Ｚ８，ｅ）を算出し、測定制御部１００Ａに送出する。
この中心座標ｑｅは、被検レンズ７の回転により変化しない成分であり、システム収差の寄与分である［Ｎ７−｛（−Ａ／Ｂ）・Ｎ２｝］と［Ｎ８−｛（−Ａ／Ｂ）・Ｎ３｝］とを表している。
測定制御部１００Ａは、送出された中心座標ｑｅ（Ｚ７，ｅ，Ｚ８，ｅ）を後述する検査モードにおける偏心判定値の計算に用いる補正値として、判定値算出部１０６Ａに設定する。
以上で、補正値算出工程Ｓ３５が終了し、校正工程Ｓ２１が終了する。
【０１１６】
次に、上記第１の実施形態と同様にして、波面測定工程Ｓ２と、フィッティング演算工程Ｓ３とを行う。
次に、本実施形態の判定値演算工程Ｓ２４を行う。
本工程では、測定制御部１００Ａは、上記第１の実施形態と同様にして、被検レンズ７のゼルニケ係数の組（Ｚ２，Ｚ７）、（Ｚ３，Ｚ８）を判定値算出部１０６Ａに送出して、偏心判定値を算出させる。
本実施形態の判定値算出部１０６Ａは、上記第１の実施形態と同様に、上記式（７ａ）、（７ｂ）に基づいて、偏心判定値Ｚ７，０、Ｚ８，０を算出した後、次式（１３ａ）、（１３ｂ）に基づいて、システム収差が補正された偏心判定値Ｚ７，Ｓ、Ｚ８，Ｓを算出して、測定制御部１００Ａに送出する。
【０１１７】
Ｚ７，Ｓ＝Ｚ７，０−Ｚ７，ｅ                                    ・・・（１３ａ）
Ｚ８，Ｓ＝Ｚ８，０−Ｚ８，ｅ                                    ・・・（１３ｂ）
【０１１８】
次に、検査結果出力工程Ｓ２５を行う。本工程は、合否判定を測定制御部１００Ａが行う点と合否の判定に用いる偏心判定値が異なる点とを除いて上記第１の実施形態の検査結果出力工程Ｓ５と同様の工程である。
すなわち、本実施形態では、測定制御部１００Ａが、判定値算出部１０６Ａから送出された被検レンズ７の偏心判定値Ｚ７，Ｓ、Ｚ８，Ｓを記憶部１０１に予め記憶された偏心判定値の許容値と比較して、被検レンズ７の面間偏心の合否を判定し、判定結果を出力する。
次に、ステップＳ６に移行して、検査を続行または終了する。
以上で、本実施形態のレンズ検査工程が終了する。
【０１１９】
本実施形態では、偏心判定値として、システム収差が補正された偏心判定値Ｚ７，Ｓ、Ｚ８，Ｓを用いて被検レンズ７の面間偏心の合否を判定するため、より高精度な合否判定が可能となる。
また、本実施形態では、システム収差を除去することができるため、基準レンズ６の面間偏心量がある程度はあっても、被検レンズ７の面間偏心量を正確に測定することができる。
【０１２０】
［第１変形例］
次に、本実施形態の変形例（第１変形例）について説明する。
本変形例は、上記第２の実施形態の補正値算出工程Ｓ３５、判定値演算工程Ｓ２４、検査結果出力工程Ｓ２５の変形例である。
以下、上記第２の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【０１２１】
偏心判定値Ｚ７，Ｓ、Ｚ８，Ｓは、偏心判定値Ｚ７，０、Ｚ８，０において、システム収差が補正された偏心判定値であるため、より高精度に求められた偏心判定値Ｚ７，０、Ｚ８，０である。したがって、上記式（６ａ）、（６ｂ）において、偏心判定値Ｚ７，０、Ｚ８，０と同様、上記式（６ａ）、（６ｂ）の切片として意味を有している。このため、次式（１４ａ）、（１４ｂ）が成り立つ。
【０１２２】
Ｚ７，Ｓ＝δＸ／Ｂ                                              ・・・（１４ａ）
Ｚ８，Ｓ＝δＹ／Ｂ                                              ・・・（１４ｂ）
【０１２３】
したがって、校正用レンズ７０の面間偏心量δＸ、δＹを従来技術の測定により予め求めておけば、補正値算出工程Ｓ３５において、偏心判定値Ｚ７，Ｓ、Ｚ８，Ｓを算出してから、予め求めた校正用レンズ７０の面間偏心量δＸ、δＹを上記式（１４ａ）、（１４ｂ）に代入することで、定係数Ｂを算出することができる。したがって、上記式（１０）から、定係数Ａも算出することができる。
そこで、本工程では、補正値算出部１０７は、これら定係数Ａ、Ｂを算出して、測定制御部１００Ａに送出し、測定制御部１００Ａは、判定値算出部１０６Ａに定係数Ａ、Ｂを設定する。
また、判定値演算工程Ｓ２４では、判定値算出部１０６は、測定制御部１００Ａによって設定された定係数Ａ、Ｂを用い、上記式（５ａ）、（５ｂ）に基づいて、偏心判定値として、面間偏心量δＸ、δＹそのものを算出する。
検査結果出力工程Ｓ２５では、測定制御部１００Ａは、算出された面間偏心量δＸ、δＹを許容面間偏心と比較して、合否の判定を行う。
【０１２４】
なお、本変形例では、校正用レンズ７０の面間偏心量δＸ、δＹの測定座標系と、レンズ検査装置１Ａにおける測定座標系とを、正確に合わせる必要があるため、校正用レンズ７０の移載時の取り扱いに注意する必要がある。
ただし、本変形例では、定係数Ｂを求めればよいため、上記式（４ｃ）で定義される面間偏心の大きさδを用いて次式（１５）によって、定係数Ｂを算出してもよい。
【０１２５】
Ｂ＝δ／√（Ｚ７，Ｓ２＋Ｚ８，Ｓ２）                            ・・・（１５）
【０１２６】
本変形例の精度を確かめるため、面間偏心が既知の被検レンズ７を多数用いて、面間偏心量δを測定したところ、相関係数０．８５の良好な相関が得られた。
これに対して、比較のため、同一の被検レンズ７の群を用いて、光学シミュレーションを用いて上記式（４ａ）、（４ｂ）から算出された係数ａ、ｂを用いた面間偏心の測定を行ったところ、相関係数は、０．２５となった。
このため、本変形例の方が格段に高精度に面間偏心を測定できていることが分かる。
【０１２７】
［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態のレンズ検査装置について説明する。
図１３は、本発明の第３の実施形態のレンズ検査装置の構成を示す模式的なシステム構成図である。図１４は、本発明の第３の実施形態のレンズ検査装置の制御部の機能構成を示す機能ブロック図である。
【０１２８】
図１３に示すように、本実施形態のレンズ検査装置１Ｂは、上記第１の実施形態のレンズ検査装置１のモニタ３０を削除し、レーザー１１、レンズ保持部２０、移動ステージ２１を除く干渉計４と、制御ユニット５とに代えて、波面変換レンズ５１および波面測定部５２と、制御ユニット５Ｂ（制御部）とを備えるものである。
以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【０１２９】
本実施形態では、レンズ保持部２０は、検査基準位置における保持中心軸線Ｐが、レーザー１１から出射されるレーザー光の光軸Ｏ０と同軸となる位置に配置されている。
波面変換レンズ５１は、レーザー１１とレンズ保持部２０との間の光路上に配置され、レーザー１１から出射されるレーザー光の波面を、校正用レンズ７０の種類に応じて変換するためのものである。本実施形態では、校正用レンズ７０の焦点位置に集光する球面波を形成し校正用レンズ７０、およびこれと同じ設計の被検レンズ７の透過波面が平面波となるようにしている。
【０１３０】
波面測定部５２は、校正用レンズ７０、被検レンズ７の透過波面を測定し、その透過波面をゼルニケ多項式近似して、ゼルニケ係数を出力するものであり、シャックハルトマンセンサーと、その出力からゼルニケ係数を算出する解析演算部とを備えた構成を採用している。
シャックハルトマンセンサーは、マイクロレンズアレイと撮像素子とを備え、マイクロレンズアレイに入射した光束の集光スポットを撮像素子で撮像し、この画像データを用いて、解析演算部が各集光スポットの集光位置を解析し、波面解析を行うものである。
解析演算部は、シャックハルトマンセンサーから送出された各集光スポットの集光位置から、シャックハルトマンセンサーのマイクロレンズアレイに理想波面が入射した場合の各集光スポットの理想集光位置との差分を求める。そして、この差分を、ゼルニケ多項式を用いて解析しフィッティング演算を行うことにより、ゼルニケ係数を算出する。
波面測定部５２は、制御ユニット５Ｂと通信可能に接続され、ゼルニケ係数を制御ユニット５Ｂに送出できるようになっている。
このため、波面測定部５２は、被検レンズ７の透過波面を測定する波面測定部と、この透過波面をゼルニケ多項式近似して、ゼルニケ係数を算出するフィッティング演算部とを兼ねている。
【０１３１】
制御ユニット５Ｂは、図１４に示すように、上記第１の実施形態の制御ユニット５の波面データ生成部１０３、フィッティング演算部１０４を削除し、測定制御部１００、データ取得部１０２に代えて、測定制御部１００Ｂ、データ取得部１０２Ｂを備える。
測定制御部１００Ｂは、上記第１の実施形態の測定制御部１００から、ピエゾ素子１９、波面データ生成部１０３、フィッティング演算部１０４に関する制御機能を削除したものである。
データ取得部１０２Ｂは、波面測定部５２から送出されるゼルニケ係数を取得し、測定制御部１００Ｂに送出するものである。
【０１３２】
このような構成により、レンズ検査装置１Ｂによれば、波面測定部５２を備えるため、基準レンズ６を用いることなく、校正用レンズ７０、被検レンズ７の透過波面の波面収差を測定することができる。
また、測定制御部１００Ｂは、データ取得部１０２Ｂを介して、校正用レンズ７０、被検レンズ７の波面収差を表すゼルニケ係数を取得することができる。
このため、上記第１の実施形態と同様、図７、８に示すフローに従って、校正用レンズ７０による校正と、被検レンズ７の面間偏心の測定とを行うことができる。
【０１３３】
レンズ検査装置１Ｂによれば、シャックハルトマンセンサーを用いてゼルニケ係数を測定するため、干渉計４を用いる場合に比べて装置構成が簡素化される。また、基準レンズ６を用いなくてもよいため、初期設定が容易であり、作業性が良好となる。
また、本実施形態では、測定光学系は、レーザー１１、波面変換レンズ５１、およびシャックハルトマンセンサーで校正されるため、測定光学系に含まれる誤差も低減される。
また、このような測定光学系に起因するシステム収差は、上記第２の実施形態の第１変形例のレンズ検査方法を用いれば、同様にして低減することが可能である。
【０１３４】
なお、上記の各実施形態の説明では、偏心判定値として、上記式（７ａ）、（７ｂ）に基づいて、偏心判定値Ｚ７，０、Ｚ８，０を算出したが、ゼルニケ係数Ｚ２（Ｚ３）とＺ７（Ｚ８）の役割を交換して、次式（１６ａ）、（１６ｂ）に示す偏心判定値Ｚ２，０、Ｚ３，０を採用することも可能である。
【０１３５】
Ｚ２，０＝Ｚ２−（−Ｂ／Ａ）・Ｚ７                              ・・・（１６ａ）
Ｚ３，０＝Ｚ３−（−Ｂ／Ａ）・Ｚ８                              ・・・（１６ｂ）
【０１３６】
また、上記各実施形態、変形例の説明では、校正工程に続いて、被検レンズ７の検査が行われる例で説明したが、校正工程は、検査が行われる前に、一回行われていればよい。このため、被検レンズ７に対応して、偏心判定値を算出するための係数比Ａ／Ｂや、定係数Ａ、Ｂが制御部に記憶されていれば、検査前に校正工程を行うことなく検査を開始することができる。
【０１３７】
また、上記各実施形態、変形例の説明では、校正動作が制御部によって制御される場合の例で説明したが、校正動作は、操作部からの操作入力に応じて行うようにしてもよい。
【０１３８】
また、上記第１変形例の説明では、１つの校正用レンズ７０の面間偏心量δに基づいて、係数Ｂを算出した場合の例で説明したが、既知の異なる面間偏心量δｉを有する校正用レンズ７０を複数用いて、それぞれから上記式（１５）の右辺の分母√（Ｚ７，Ｓ２＋Ｚ８，Ｓ２）から算出し、√（Ｚ７，Ｓ２＋Ｚ８，Ｓ２）と面間偏心量δｉとの散布図を、最小二乗法で直線近似して、その傾きから係数Ｂを求めてもよい。
【０１３９】
また、上記各実施形態、変形例の説明では、非球面レンズの面間偏心を測定する場合に、校正用レンズ、被検レンズ、基準レンズに対して、近軸光を入射させて、近軸球面の球心のシフト偏心を測定するものとして説明したが、面間偏心はこのような測定による面間偏心に限定されるものではない。
レンズ面が非球面の場合には、非球面固有の回転対称軸が存在するため、非球面の姿勢を非球面の回転対称軸で代表した面間偏心も採用できる。例えば、非球面と球面とを有する単レンズの場合、非球面の回転対称軸が球面の球心を通る場合以外は、非球面と球面との間に偏心が生じている。また、２つの非球面を有する単レンズの場合、各非球面の回転対称軸が同軸になっている場合以外は、２つの非球面との間に偏心が生じている。
校正用レンズ、被検レンズ、基準レンズが非球面と球面とを有する場合には、非球面の回転対称軸の姿勢による偏心も含めた面間偏心を測定するため、上記各実施形態、変形例において、近軸光よりも光束径の大きい光束を入射させて、上記と同様の測定を行うことが可能である。
この測定を行うには、校正用レンズ、被検レンズ、基準レンズを、例えば心取りするなどして、各レンズの位置決め平面部に対して非球面の回転対称軸の傾きが略直交するようにしておく。
この場合、位置決め平面部に対して非球面の回転対称軸が略直交しているため、非球面の回転対称軸のチルト偏心が低減されている。このため、入射光束の光束径を大きくするのみでその他は上記各実施形態、変形例と同様の測定を行うことで、非球面の回転対称軸で代表させた非球面のシフト偏心を測定することができる。
このようにして測定された面間偏心は、非球面の情報を含む面間偏心測定になっているため、非球面レンズのシフト偏心をより高精度に表す面間偏心になっている。
【０１４０】
また、上記の各実施形態、変形例で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たり、削除したりして実施することができる。
【符号の説明】
【０１４１】
１、１Ａ、１Ｂ  レンズ検査装置
４  干渉計（波面測定部）
５、５Ａ、５Ｂ  制御ユニット
６  基準レンズ
７  被検レンズ
６ａ、７ａ  第１面
６ｂ、７ｂ  第２面
６ｃ、７ｃ  位置決め平面部
１９  ピエゾ素子
２０  レンズ保持部
２１  移動ステージ
２１Ａ  ＸＹステージ（軸直角移動部）
２１Ｂ  回転ステージ（回転移動部）
２９  撮像素子
５２  波面測定部
７０  校正用レンズ
１００、１００Ａ、１００Ｂ  測定制御部（制御部）
１０１  記憶部
１０２、１０２Ｂ  データ取得部
１０３  波面データ生成部
１０４  フィッティング演算部
１０５  係数算出部
１０６、１０６Ａ  判定値算出部
１０７  補正値算出部
ＯＳ、Ｏ０  光軸（波面測定部の測定光軸）
Ｐ  保持中心軸線
Ｒ、Ｓ  光路
Ｓ１、Ｓ２１  校正工程
Ｓ２  波面測定工程
Ｓ３  フィッティング演算工程
Ｓ４、Ｓ２４  判定値演算工程
Ｓ５、Ｓ２５  検査結果出力工程
Ｓ１１、Ｓ３１  校正用波面測定工程
Ｓ１４、Ｓ３４  係数算出工程
Ｓ３１  校正用波面測定工程
Ｓ３２  校正用フィッティング演算工程
Ｓ３５  補正値算出工程
【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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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