(57)【要約】【課題】容易に姿勢調整が可能であり、迅速に測定できる非球面偏心測定装置等を提供すること。【解決手段】非球面レンズ１０１を保持するレンズホルダ１１０と、保持する吸着力を制御する吸着力可変機構１１４と、レンズホルダ１００を回転軸１２０の周りに回転させるモータ１１２等と、その回転角を検出するエンコーダ１１３と、非球面１０２、１０３からの反射光によるスポットの軌跡を検出するスポット軌跡検出部１１５と、非球面１０２、１０３の形状を測定する形状測定部１１７、１１８と、スポット軌跡検出部１１５と形状測定部１１７等とエンコーダ１１３との各検出結果に基づいて、非球面偏心を演算する演算部１１９とを有し、吸着力可変機構１１４は、レンズホルダ１１０上で非球面レンズ１０１の姿勢調整が可能な第１の吸着力と、第１の吸着力よりも大きな第２の吸着力とに制御する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズホルダ上で被検物の姿勢調整が可能な第１の吸着力により、前記被検物を保持する第１の保持ステップと、
前記被検物に対して光を照射し、前記被検物の被検面からの反射光により形成されるスポットの軌跡を検出するスポット軌跡検出ステップと、
前記被検物を回転機構により所定軸の周りに回転させる回転ステップと、
前記スポット軌跡に対応した回転角を検出する回転角検出ステップと、
前記第１の吸着力よりも大きな第２の吸着力により前記被検物を保持する第２の保持ステップと、
前記被検物の前記被検面の形状を測定する形状測定ステップと、
前記スポット軌跡検出ステップの検出結果と前記形状測定ステップの測定結果と前記回転角検出ステップの検出結果とに基づいて、前記被検物の非球面偏心を演算する演算ステップとを有することを特徴とする非球面偏心測定方法。
【請求項２】
前記第１の保持ステップにおいて、前記被検物の外径または前記レンズホルダの口径に応じて前記第１の吸着力を変えることを特徴とする請求項１に記載の非球面偏心測定方法。
【請求項３】
前記レンズホルダ上の前記被検物の姿勢を調整する被検物押圧ステップをさらに有し、
前記第１の保持ステップにおいて、前記被検物を押圧するときの反発力に応じて前記第１の吸着力を変えることを特徴とする請求項１に記載の非球面偏心測定方法。
【請求項４】
前記第１の保持ステップにおいて、前記被検物の前記レンズホルダ側の面の近軸曲率半径に応じて前記第１の吸着力を変えることを特徴とする請求項１に記載の非球面偏心測定方法。
【請求項５】
前記第１の保持ステップにおいて、前記被検物の肉厚に応じて前記第１の吸着力を変えることを特徴とする請求項１に記載の非球面偏心測定方法。
【請求項６】
さらに、前記第２の保持ステップにおいて、前記被検物の肉厚に応じて前記第２の吸着力を変えることを特徴とする請求項５に記載の非球面偏心測定方法。
【請求項７】
前記第１の保持ステップにおいて、前記被検物の姿勢調整の経過に応じて、前記第１の吸着力を段階的に大きくしてゆくことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の非球面偏心測定方法。
【請求項８】
前記被検物を保持するレンズホルダと、
前記被検物を保持する吸着力を可変にする吸着力可変部と、
前記レンズホルダを所定軸の周りに回転させる回転機構と、
前記回転機構の回転角を検出する回転角検出部と、
前記被検物に対して光を照射する光源を備え、前記被検物の被検面からの反射光により形成されるスポットの軌跡を検出するスポット軌跡検出部と、
前記被検物の被検面の形状を測定する形状測定部と、
前記スポット軌跡検出部の検出結果と前記形状測定部の測定結果と前記回転角検出部の検出結果とに基づいて、前記被検物の非球面偏心量とその方向を演算する演算部とを有し、
前記吸着力可変部は、前記吸着力を、前記レンズホルダ上で前記被検物の姿勢調整が可能な第１の吸着力と、前記第１の吸着力よりも大きな第２の吸着力とに制御することを特徴とする非球面偏心測定装置。
【請求項９】
前記吸着力可変部は、前記被検物の外径または前記レンズホルダの口径に応じて前記第１の吸着力を変えることを特徴とする請求項８に記載の非球面偏心測定装置。
【請求項１０】
前記レンズホルダに前記第１の吸着力で保持されている前記被検物の姿勢を調整する姿勢調整部をさらに有し、
前記吸着力可変部は、前記姿勢調整部が前記被検物を押圧するときの反発力に応じて前記第１の吸着力を変えることを特徴とする請求項８に記載の非球面偏心測定装置。
【請求項１１】
前記吸着力可変部は、前記被検物の前記レンズホルダ側の面の近軸曲率半径に応じて前記第１の吸着力を変えることを特徴とする請求項８に記載の非球面偏心測定装置。
【請求項１２】
前記吸着力可変部は、前記被検物の肉厚に応じて前記第１の吸着力を変えることを特徴とする請求項８に記載の非球面偏心測定装置。
【請求項１３】
さらに、前記吸着力可変部は、前記被検物の肉厚に応じて前記第２の吸着力を変えることを特徴とする請求項１２に記載の非球面偏心測定装置。
【請求項１４】
前記吸着力可変部は、前記被検物の姿勢調整の経過に応じて、前記第１の吸着力を段階的に大きくしてゆくことを特徴とする請求項８〜１３のいずれか一項に記載の非球面偏心測定装置。
【請求項１５】
前記形状測定部は、前記被検物の第１面の形状を測定する第１の形状測定部と前記被検物の第２面の形状を測定する第２の形状測定部とを備えることを特徴とする請求項８〜１４の何れか一項に記載の非球面偏心測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非球面レンズの非球面偏心量と非球面偏心方向とを測定する偏心測定方法及び非球面偏心測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、非球面レンズの偏心を測定する装置が、例えば特許文献１に提案されている。図６は、特許文献１に開示された装置の概略構成を示す。光学測定装置は、エアースピンドル１１を備えている。このエアースピンドル１１は、スピンドルスリーブ１２に、スピンドル１３を回転自在に配置して構成されている。
【０００３】
スピンドル１３には、軸心に沿って貫通孔１４ａが形成されている。そして、貫通孔１４ａの下方に、光学式芯ずれ測定器１５が配置されている。スピンドル１３の上端には、軸心に沿って貫通孔１６ａが形成された円筒状の回転部材１６が固定されている。
【０００４】
また、回転部材１６の上端には、レンズ等の被測定部材２０を支持する円環状の支持部材２１が固定されている。スピンドルスリーブ１２の上面には、円筒状のリング部材２２が配置されている。
【０００５】
回転部材１６には、一端をリング部材側連通路２２ａに開口し、他端を被測定部材２０、支持部材２１により囲まれる吸引用空間２３に連通する複数の回転部材側連通路１６ｂが放射状に形成されている。
【０００６】
一方、リング部材２２には、回転部材側連通路１６ｂに連通する複数のリング部材側連通路２２ａが放射状に形成されている。そして、リング部材側連通路２２ａには、真空発生装置３１の吸引配管３２が接続されている。
【０００７】
上述した光学測定装置では、真空発生装置３１により、吸引配管３２と、リング部材側連通路２２ａと、回転部材側連通路１６ｂとを介して、吸引用空間２３内の空気が吸引される。この吸着力（吸引力）により、被測定部材２０は支持部材２１に密着される。被測定部材２０が密着されることにより、測定時に支持部材２１上で移動することが防止できる。測定時における吸着力は、真空発生装置３１に設けられている圧力調整弁（不図示）により調節可能である。
【０００８】
そして、エアースピンドル１１のスピンドル１３により、回転部材１６が回転される。高精度変位計３３、３４は、接触式の測定子３３ａ、３４ａにより、被測定部材２０の外周および上面の振れを測定する。また、光学式芯ずれ測定器１５は、被測定部材２０の下面の芯ずれを同時に測定する。
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−１０００６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
非球面を測定するに先立って、支持部材に載置した被測定部材の位置を予め所定の範囲内に調整することが望ましい。この調整により、回転部材を回転させたときの被測定部材の外周および上面の振れを小さくすることができる。
【００１１】
しかしながら、特許文献１の構成では、測定時において被測定部材が支持部材上で移動しないように吸着力を調整している。このため、被測定部材を一旦吸着すると、支持部材上で移動させること、特に微調整することは困難である。また、吸着保持されている被測定部材を支持部材上で無理に移動させてしまうと、被測定部材の支持部材側の面に傷を生じてしまうおそれがある。さらに、被測定部材の移動が困難なことから、位置調整に時間を要してしまう。
【００１２】
特に、被測定部材が大口径レンズのとき、支持部材であるレンズホルダの内径も大きくなる。吸着力は、レンズホルダの内径の断面積に比例する。このため、大口径レンズを測定するとき、上述の問題はさらに顕著になる。また、反対に吸着力を小さくすると、接触式の測定子により測定するとき、被測定部材が動いてしまう。このため、測定中に被測定部材の位置、向き等の姿勢が変化し、測定結果に誤差を生じてしまう。
【００１３】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、容易に姿勢調整が可能であり、迅速に測定できる非球面偏心測定方法及び非球面偏心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】
【００１４】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、レンズホルダ上で被検物の姿勢調整が可能な第１の吸着力により、被検物を保持する第１の保持ステップと、、被検物に対して光を照射し、被検物の被検面からの反射光により形成されるスポットの軌跡を検出するスポット軌跡検出ステップと、被検物を回転機構により所定軸の周りに回転させる回転ステップと、スポット軌跡に対応した回転角を検出する回転角検出ステップと第１の吸着力よりも大きな第２の吸着力により被検物を保持する第２の保持ステップと、被検物の被検面の形状を測定する形状測定ステップと、スポット軌跡検出ステップの検出結果と形状測定ステップの測定結果と回転角検出ステップの検出結果とに基づいて、被検物の非球面偏心を演算する演算ステップとを有することを特徴とする非球面偏心測定方法を提供できる。
【００１５】
また、本発明の好ましい態様によれば、第１の保持ステップにおいて、被検物の外径またはレンズホルダの口径に応じて第１の吸着力を変えることが望ましい。
【００１６】
また、本発明の好ましい態様によれば、レンズホルダ上の被検物の姿勢を調整する被検物押圧ステップをさらに有し、第１の保持ステップにおいて、被検物を押圧するときの反発力に応じて第１の吸着力を変えることが望ましい。
【００１７】
また、本発明の好ましい態様によれば、第１の保持ステップにおいて、被検物のレンズホルダ側の面の近軸曲率半径に応じて第１の吸着力を変えることが望ましい。
【００１８】
また、本発明の好ましい態様によれば、第１の保持ステップにおいて、被検物の肉厚に応じて第１の吸着力を変えることが望ましい。
【００１９】
また、本発明の好ましい態様によれば、さらに、第２の保持ステップにおいて、被検物の肉厚に応じて第２の吸着力を変えることが望ましい。
【００２０】
また、本発明の好ましい態様によれば、第１の保持ステップにおいて、被検物の姿勢調整の経過に応じて、第１の吸着力を段階的に大きくしてゆくことが望ましい。
【００２１】
また、本発明によれば、被検物を保持するレンズホルダと、被検物を保持する吸着力を可変にする吸着力可変部と、レンズホルダを所定軸の周りに回転させる回転機構と、回転機構の回転角を検出する回転角検出部と、被検物に対して光を照射する光源を備え、被検物の被検面からの反射光により形成されるスポットの軌跡を検出するスポット軌跡検出部と、被検物の被検面の形状を測定する形状測定部と、スポット軌跡検出部の検出結果と形状測定部の測定結果と回転角検出部の検出結果とに基づいて、被検物の非球面偏心量とその方向を演算する演算部とを有し、吸着力可変部は、吸着力を、レンズホルダ上で被検物の姿勢調整が可能な第１の吸着力と、第１の吸着力よりも大きな第２の吸着力とに制御することを特徴とする非球面偏心測定装置を提供できる。
【００２２】
また、本発明の好ましい態様によれば、吸着力可変部は、被検物の外径またはレンズホルダの口径に応じて第１の吸着力を変えることが望ましい。
【００２３】
また、本発明の好ましい態様によれば、レンズホルダに第１の吸着力で保持されている被検物の姿勢を調整する姿勢調整部をさらに有し、吸着力可変部は、姿勢調整部が被検物を押圧するときの反発力に応じて第１の吸着力を変えることが望ましい。
【００２４】
また、本発明の好ましい態様によれば、吸着力可変部は、被検物のレンズホルダ側の面の近軸曲率半径に応じて第１の吸着力を変えることが望ましい。
【００２５】
また、本発明の好ましい態様によれば、吸着力可変部は、被検物の肉厚に応じて第１の吸着力を変えることが望ましい。
【００２６】
また、本発明の好ましい態様によれば、さらに、吸着力可変部は、被検物の肉厚に応じて第２の吸着力を変えることが望ましい。
【００２７】
また、本発明の好ましい態様によれば、吸着力可変部は、被検物の姿勢調整の経過に応じて、第１の吸着力を段階的に大きくしてゆくことが望ましい。
【００２８】
また、本発明の好ましい態様によれば、形状測定部は、被検物の第１面の形状を測定する第１の形状測定部と被検物の第２面の形状を測定する第２の形状測定部とを備えることが望ましい。
【発明の効果】
【００２９】
本発明に係る非球面偏心測定方法では、被検物は姿勢調整が可能な第１の吸着力によりレンズホルダに吸着される。この状態で回転ステップにより、被検物は所定軸の周りに回転される。そして、スポット軌跡検出ステップにおいて、回転している被検物に光を照射し、被検物の被検面からの反射光により形成されるスポットの軌跡を検出する。ここで、例えば、略円形のスポットの軌跡の半径が極力小さくなるように、被検物の位置を調整する。次に、第２の保持ステップにおいて、第１の吸着力よりも大きな第２の吸着力により被検物を保持する。形状測定ステップにおいて、第２の吸着力で保持されている被検物の被検面の形状を測定する。そして、演算ステップにおいて、スポット軌跡検出ステップの検出結果と形状測定ステップの測定結果と回転角検出ステップの検出結果とに基づいて、被検物の非球面偏心量とその方向を演算する。このように、被検物の姿勢調整が可能な第１の吸着力により、被検物を保持している。これにより、スポット軌跡検出ステップにおいて、被検物をレンズホルダ上で移動させること、特に微調整することができる。また、吸着保持されている被検物をレンズホルダ上で無理に移動させてしまうことを防止できる。このため、被検物のレンズホルダ側の面に傷を生じてしまうことを低減できる。さらに、容易に被検物を移動できることから、姿勢の調整を迅速に行うことができる。この結果、容易に姿勢調整が可能であり、迅速に測定できる非球面偏心測定方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下に、本発明に係る非球面偏心測定方法及び非球面偏心測定装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例により、この発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００３１】
（非球面偏心測定装置の構成）
まず、図１を参照して非球面偏心測定装置の構成について説明する。次に、図２、図３、図４を参照して、非球面偏心測定の手順について説明する。図１は、本発明の実施例１に係る非球面偏心測定装置１００の概略構成を示す。以下の説明において使用するｘｙｚ直交座標系では、ｙ軸は紙面に垂直な方向であり、紙面の手前から奥に進む方向をプラスとする。非球面レンズ１０１は、レンズホルダ１１０の上端面に載置される。レンズホルダ１１０は、円筒形状を有している。円筒形状の中心部は、中空に形成されている。中空部を真空にすることで、非球面レンズ１０１は、真空吸着によりレンズホルダ１１０に保持される。レンズホルダ１１０の上端面は、中心軸に略直交する輪帯形状を有している。
【００３２】
レンズホルダ１１０の上端面の輪帯形状は、内側接触部と外側接触部とを有している。内側接触部は、レンズホルダ１１０の上端面と輪帯形状の内周面との境界である円形のエッジ部である。外側接触部は、レンズホルダ１１０の上端面と輪帯形状の外周面との境界である円形のエッジ部である。円形の内側接触部の中心と円形の外側接触部の中心とは、それぞれエアースピンドル１１１の回転軸１２０上になるように設けられている。
【００３３】
エアースピンドル１１１は、レンズホルダ１１０と一体的に配置されている。上述したように、エアースピンドル１１１とレンズホルダ１１０は、エアースピンドル１１１の回転軸１２０とレンズホルダ１１０の回転中心軸線とが一致する状態、すなわち同軸となるように配置されている。
【００３４】
エアースピンドル１１１を回転することにより、レンズホルダ１１０を回転させることができる。レンズホルダ１１０を回転することにより、保持されている非球面レンズ１０１を回転させることができる。
【００３５】
エアースピンドル１１１には、回転軸１２０と同軸に、非球面レンズ１０１を吸着するための吸着孔１１１ａが形成されている。吸着孔１１１ａは、吸引パイプ１１１ｂと連通している。
【００３６】
吸引パイプ１１１ｂは、エアーチューブ１２１を介して、吸着圧可変機構１１４と接続されている。また、モータ１１２は、エアースピンドル１１１の下部に設けられている。モータ１１２は、エアースピンドル１１１を回転軸１２０の周りに回転させる。モータ１１２とエアースピンドル１１１とは回転機構に対応する。エンコーダ１１３は、エアースピンドル１１１に接続されている。エンコーダ１１３は、エアースピンドル１１１の回転角を検出する。非球面レンズ１０１は、レンズホルダ１１０に保持されている。このため、エンコーダ１１３は、非球面レンズ１０１の回転角を検出する。エンコーダ１１３は、回転角検出部に対応する。
【００３７】
吸着圧可変機構１１４は、真空発生ユニット１２２と調圧ユニット１２３とエアーチューブ１２４とを有している。吸着圧可変機構１１４は、吸着力可変部に対応する。真空発生ユニット１２２は、真空吸引力（吸着力）を発生する。真空発生ユニット１２２による吸着力により、レンズホルダ１１０に載置された非球面レンズ１０１が吸着保持される。
【００３８】
調圧ユニット１２３は、真空発生ユニット１２２へ供給する空気圧を可変にするためのものである。真空発生ユニット１２２と調圧ユニット１２３とは、エアーチューブ１２４により接続されている。調圧ユニット１２３は、例えば、供給する空気圧を２段階に切り替える。真空発生ユニット１２２は、２つの異なる空気圧を供給されることで、第１の吸着力と第２の吸着力とを発生する。第１の吸着力とは、レンズホルダ１１０上で非球面レンズ１０１の姿勢を調整できる大きさの力（非球面レンズ１０１を動かすことができる力）をいう。非球面レンズ１０１の姿勢とは、非球面レンズ１０１の位置、向きをいう。また、第２の吸着力とは、第１の吸着力よりも大きな力である。具体的には、第２の吸着力は、後述する接触式の形状測定時に、非球面レンズ１０１がレンズホルダ１１０上で移動しない大きさの力である。なお、第１の吸着力は、ゼロよりも大きな力である。
【００３９】
スポット軌跡検出部１１５は、非球面レンズ１０１の非球面１０２（第１面）と非球面１０３（第２面）とに対して、それぞれ光を照射する光源（不図示）を備えている。また、スポット軌跡検出部１１５は、オートコリメーション法により非球面１０２または非球面１０３からの反射光のスポットの軌跡を検出する。
【００４０】
姿勢調整部１１６は、非球面レンズ１０１の外周部に対向して設けられている。姿勢調整部１１６は、押圧部１２５と移動部１２６と反発力検出センサ１３０とを備えている。押圧部１２５は、押圧端子１２５ａを非球面レンズ１０１の外周部１０１ａに接触させる。そして、押圧端子１２５ａは、非球面レンズ１０１を回転軸１２０と垂直な方向に押圧する。これにより、非球面レンズ１０１の姿勢、例えば位置や向きを調整できる。移動部１２６は、押圧部１２５を図中のｘ方向またはｚ方向へ移動させる。移動部１２６としては、例えばステッピングモータによる駆動機構を用いることができる。
【００４１】
また、レンズホルダ１１０の斜め上方には、上側形状測定部１１７が設けられている。上側形状測定部１１７は、接触子１１７ａを有している。上側形状測定部１１７は、接触子１１７ａにより非球面レンズ１０１の非球面１０２の輪帯状の３次元形状を測定する。上側形状測定部１１７は、第１の形状測定部に対応する。
【００４２】
レンズホルダ１１０の斜め下方には、下側形状測定部１１８が設けられている。下側形状測定部１１８は、接触子１１８ａを有している。下側形状測定部１１８は、接触子１１８ａにより非球面レンズ１０１の非球面１０３の輪帯状の３次元形状を測定する。下側形状測定部１１８は、第２の形状測定部に対応する。上側形状測定部１１７と下側形状測定部１１８とにより、両面非球面を測定できる。
【００４３】
演算部１１９は、スポット軌跡検出部１１５の検出結果と、上側形状測定部１１７、下側形状測定部１１８の測定結果と、エンコーダ１１３の検出結果とに基づいて、非球面レンズ１０１の非球面偏心を演算する。演算内容の詳細は後述する。
【００４４】
（非球面偏心測定の手順）
次に、図２、図３−１、図３−２、図４を参照して、非球面偏心測定の手順を説明する。まず、図２に基づいて、「光軸」、「非球面軸」等の定義を説明する。図２は、非球面レンズ１０１の断面構成を示す。非球面１０２の中心付近の曲率中心を近軸曲率中心Ｏ１という。非球面１０３の中心付近の曲率中心を近軸曲率中心Ｏ２という。近軸曲率中心Ｏ１と近軸曲率中心Ｏ２とを結ぶ軸が非球面レンズ１０１の光軸１０４である。光軸１０４は、非球面偏心量の評価の基準となる。
【００４５】
非球面１０２の非球面軸１０７は、非球面面頂１０５と近軸曲率中心Ｏ１とを結んだ軸である。非球面１０３の非球面軸１０８は、非球面面頂１０６と近軸曲率中心Ｏ２とを結んだ軸である。このように、非球面面頂１０５は、非球面１０２と非球面軸１０７との交点である。非球面面頂１０６は、非球面１０３と非球面軸１０８との交点である。非球面面頂１０５、１０６は、必ずしも非球面１０２、１０３の最も高い点とは限らない。非球面軸１０７、１０８は、回転対称な形状を有する非球面１０２、１０３の回転対称軸である。
【００４６】
非球面レンズ１０１が設計値どおりに作製されているとき、光軸１０４と非球面軸１０７と非球面軸１０８とはそれぞれ一致する。しかしながら、実際に非球面レンズ１０１を作製するときには、製造誤差により光軸１０４と非球面軸１０７と非球面軸１０８とは一致しない。
【００４７】
例えば、図２に示すように２本の非球面軸１０７、１０８は、理想的な状態と比較して傾斜している。そして、光軸１０４と非球面軸１０７とは、角度ε１で交差している。光軸１０４と非球面軸１０８とは、角度ε２で交差している。角度ε１は、非球面１０２の非球面偏心量に対応する。角度ε２は、非球面１０３の非球面偏心量に対応する。
【００４８】
なお、上述した説明では、光軸１０４に対する非球面軸１０７、１０８の傾き（チルト）により非球面偏心量を定義している。しかしながら、これに限られるものではなく、光軸１０４に対する距離（シフト）によっても非球面偏心量を定義できる。シフトにより非球面偏心量を定義するとき、非球面１０２の非球面面頂１０５と光軸１０４との距離δ１が、非球面１０２の非球面偏心量（シフト）に対応する。同様に、非球面１０２の非球面面頂１０６と光軸１０４との距離δ２が、非球面１０３の非球面偏心量（シフト）に対応する。
【００４９】
非球面軸１０７、１０８が光軸１０４に対して傾いているときは、図３−１、図３−２に示すように、光軸１０４をｘｙ平面の原点として、原点から非球面面頂１０５、１０６への方向が非球面偏心の方向に対応する。例えば、図３−１では、ｘｙ平面におけるｘ軸とｙ軸との交点が光軸１０４を示している。そして、非球面１０２の非球面面頂１０５をプロットする。ｘ軸を角度の基準（０度）として、ｘ軸と線分１０５ａとのなす角度θε１が非球面１０２の非球面偏心の方向に対応する。同様に、図３−２では、ｘｙ平面におけるｘ軸とｙ軸との交点が光軸１０４を示している。そして、非球面１０３の非球面面頂１０６をプロットする。ｘ軸を角度の基準（０度）として、ｘ軸と線分１０６ａとのなす角度θε２が非球面１０３の非球面偏心の方向に対応する。
【００５０】
図４は、非球面偏心測定方法の手順を示す。初めに本発明の特徴的な手順を中心に大まかな測定手順を説明する。その後、さらに詳細な非球面偏心測定の手順を説明する。図４のステップＳ４０１において、非球面レンズ１０１の位置検出を行う。まず、レンズホルダ１１０に非球面レンズ１０１を載置する。このとき、非球面１０３とレンズホルダ１１０とが当接するように載置する。演算部１０９は、調圧ユニット１２３へ第１の空気圧を発生させるように信号を送る。これにより、真空ユニット１２２は、第１の吸着力を発生させる。非球面レンズ１０１は、第１の吸着力により、レンズホルダ１１０に吸着保持される。
【００５１】
スポット軌跡検出部１１５を光軸に沿って移動させる。ここでの光軸は、スポット軌跡検出部１１５の測定光軸である。これにより、非球面１０２の近軸曲率中心Ｏ１の位置にスポット軌跡検出部１１５からの光が集光するようにする。エアースピンドル１１１により非球面レンズ１０１を回転させる。スポット軌跡検出部１１５は、非球面１０２の近軸曲率中心Ｏ１に共役なスポットの軌跡をオートコリメーション法により検出する。同時に、エンコーダ１１３は、非球面レンズ１０１の回転角を検出する。演算部１１９は、スポット軌跡検出部１１５の検出結果とエンコーダ１１３の検出結果とに基づいて、非球面１０２の近軸曲率中心Ｏ１の回転軸１２０に対する偏心量と偏心方向とを算出する。
【００５２】
ステップＳ４０２において、非球面レンズ１０１の心出しを行う。演算部１１９は、ステップＳ４０１で算出された偏心量と偏心方向とに基づいて、非球面レンズ１０１のレンズホルダ１１０に対する姿勢の調整量を求める。
【００５３】
姿勢調整部１１６は、演算部１１９で求めた姿勢の調整量に基づいて、非球面レンズ１０１の姿勢、例えば位置、向きの調整を行う。これにより、非球面レンズ１０１の非球面１０２の近軸曲率中心Ｏ１と回転軸１２０とを略一致させる。
【００５４】
姿勢調整時に、非球面レンズ１０１は第１の吸着力によりレンズホルダ１１０に吸着保持されている。第１の吸着力は、上述したように、レンズホルダ１１０上で非球面レンズ１０１の姿勢を調整可能な大きさの力である。このため、非球面レンズ１０１をレンズホルダ１１０上で移動させること、特に微調整することができる。また、吸着保持されている非球面レンズ１０１をレンズホルダ１１０上で無理に移動させてしまうことを防止できる。このため、非球面レンズ１０１のレンズホルダ１１０側の非球面１０３に傷を生じてしまうことを低減できる。さらに、容易に非球面レンズ１０１を移動できることから、姿勢の調整を迅速に行うことができる。この結果、容易に姿勢調整が可能であり、迅速に測定できる。
【００５５】
特に、非球面レンズ１０１が大口径レンズのとき、レンズホルダ１１０の内径も大きくなる。大口径レンズでも、本実施例では、第１の吸着力により非球面レンズ１０１を吸着保持する。これにより、容易に大口径レンズの姿勢を調整できる。
【００５６】
ステップＳ４０３において、非球面レンズの光軸位置検出を行う。ステップＳ４０３では、非球面１０２の近軸曲率中心Ｏ１の回転軸１２０に対する偏心量と偏心方向とを求める。また、非球面１０３の近軸曲率中心Ｏ２の回転軸１２０に対する偏心量と偏心方向とを求める。詳細な算出手順は後述する。
【００５７】
ステップＳ４０１、Ｓ４０２、Ｓ４０３は、第１の保持ステップと回転ステップと回転角検出ステップとスポット軌跡検出ステップとに対応する。
【００５８】
ステップＳ４０４において、非球面軸の測定を行う。演算部１０９は、調圧ユニット１２３へ第２の空気圧を発生させるように新たな信号を送る。これにより、真空ユニット１２２は、第２の吸着力を発生させる。非球面レンズ１０１は、第２の吸着力により、レンズホルダ１１０に吸着保持される。
【００５９】
ステップＳ４０４では、上側形状測定部１１７の球状の接触子１１７ａを非球面レンズ１０１の非球面１０２に接触させる。エアースピンドル１１１を回転させて、非球面１０２の輪帯状の３次元形状を測定する。同様に、下側形状測定部１１８の球状の接触子１１８ａを非球面レンズ１０１の非球面１０３に接触させる。エアースピンドル１１１を回転させて、非球面１０３の輪帯状の３次元形状を測定する。
【００６０】
上述したように、第２の吸着力は、第１の吸着力よりも大きな力である。好ましくは、第２の吸着力は、接触子１１７ａ、１１８ａが非球面レンズ１０１の表面に接触したとき、非球面レンズ１０１がレンズホルダ１１０上において移動しないような大きさ以上の力であることが望ましい。これにより、測定中に非球面レンズ１０１の位置、向き等の姿勢が変化し、測定結果に誤差を生じてしまうことを低減できる。
【００６１】
演算部１１９は、測定された３次元形状データに基づいて、後述する手順により、非球面軸１０７、１０８の回転軸１２０に対する位置と傾きとを求める。ステップＳ４０４は、形状測定ステップに対応する。
【００６２】
ステップＳ４０５において、非球面偏心量の演算を行う。ステップＳ４０５では、非球面レンズ１０１の光軸１０４の回転軸１２０に対する位置、傾きと、非球面１０２の非球面軸１０７の回転軸１２０に対する位置、傾きとに基づいて、非球面１０２の非球面偏心量ε１と非球面偏心方向θε１とを求めることができる。同様に、非球面レンズ１０１の光軸１０４の回転軸１２０に対する位置、傾きと、非球面１０３の非球面軸１０８の回転軸１２０に対する位置、傾きとに基づいて、非球面１０３の非球面偏心量ε２と非球面偏心方向θε２とを求めることができる。ステップＳ４０５は、演算ステップに対応する。
【００６３】
次に、上述の非球面偏心測定の手順をさらに詳細に説明する。ステップＳ４０２の非球面レンズの心出しの詳細を説明する。非球面レンズ１０１の姿勢を調整するとき、移動部１２６により、押圧部１２５をｘ方向、ｚ方向に走査させる。これにより、押圧部１２５を非球面レンズ１０１の外周部１０１ａに近接させる。次に、移動部１２６をｘ方向のみに移動する。そして、押圧部１２５の押圧端子１２５ａを非球面レンズ１０１の外周部１０１ａに当接させる。さらに、移動部１２６をｘ方向に移動させる。これにより、非球面レンズ１０１の非球面１０２の近軸曲率中心Ｏ１と回転軸１２０とが一致するように、非球面レンズ１０１の位置を調整する。
【００６４】
ここで、近軸曲率中心Ｏ１と回転軸１２０とが不一致の状態では、スポットの軌跡は所定の半径の円形形状を描く。これに対して、近軸曲率中心Ｏ１と回転軸１２０とが一致する状態では、スポットの軌跡の振れ回りが静止している。また、これに限られず、近軸曲率中心Ｏ１と回転軸１２０とが一致する状態には、スポットの軌跡の振れ回りが予め定めた許容範囲内で僅かに振れている状態も含むものとする。
【００６５】
ステップＳ４０３の非球面レンズの光軸位置検出の詳細について説明する。非球面レンズ１０１の姿勢の調整を行った後、非球面１０２の近軸曲率中心Ｏ１に光を集光させた状態のまま、エアースピンドル１１１により非球面レンズ１０１を回転させる。スポット軌跡検出部１１５は、非球面１０２の近軸曲率中心Ｏ１のスポット軌跡を検出する。
【００６６】
次に、スポット軌跡検出部１１５を光軸に沿って移動させる。これにより、非球面１０３の近軸曲率中心Ｏ２にスポット軌跡検出部１１５からの光を集光させる。エアースピンドル１１１により非球面レンズ１０１を回転させる。スポット軌跡検出部１１５は、非球面１０３の近軸曲率中心Ｏ２のスポット軌跡を検出する。
【００６７】
検出された非球面１０２の近軸曲率中心Ｏ１のスポット軌跡と、非球面１０３の近軸曲率中心Ｏ２のスポット軌跡とは、演算部１１９に送られる。同時に、エンコーダ１１３は、非球面レンズ１０１の回転角を検出する。そして、近軸曲率中心Ｏ１のスポット軌跡に対応する非球面１０２の回転角と、近軸曲率中心Ｏ２のスポット軌跡に対応する非球面１０３の回転角とは、演算部１０９に送られる。
【００６８】
演算部１０９は、非球面１０２のスポット軌跡と回転角とに基づいて、非球面１０２の近軸曲率中心Ｏ１の回転軸１２０に対する偏心量と偏心方向とを算出する。さらに、演算部１０９は、非球面１０３のスポット軌跡と回転角とに基づいて、非球面１０３の近軸曲率中心Ｏ２の回転軸１２０に対する偏心量と偏心方向とを算出する。
【００６９】
なお、非球面１０３の偏心量と偏心方向とを算出するときには、非球面１０２を光が透過した状態でスポットの軌跡を検出している。このため、非球面１０３の偏心量と偏心方向とを求めるときには、非球面１０２の近軸曲率中心Ｏ１の偏心量と偏心方向とを考慮して算出することが望ましい。
【００７０】
そして、非球面１０２の近軸曲率中心Ｏ１の回転軸１２０に対する偏心量と偏心方向と、非球面１０３の近軸曲率中心Ｏ２の回転軸１２０に対する偏心量と偏心方向とに基づいて、非球面レンズ１０１の光軸１０４の回転軸１２０に対する位置と傾きとを算出できる。
【００７１】
ステップＳ４０４の非球面軸測定の詳細について説明する。上述したように、ステップＳ４０４では、非球面１０２の輪帯状の３次元形状と、非球面１０３の輪帯状の３次元形状とが測定されている。演算部１１９は、非球面１０２の非球面軸１０７の回転軸１２０に対する位置と傾きとを以下の演算手順により算出する。
（１）非球面１０２の設計値の近軸曲率中心Ｏ１と、測定された近軸曲率中心Ｏ１とが一致するように、測定された近軸曲率中心Ｏ１をシフトする。
（２）近軸曲率中心Ｏ１を一致させた状態で、測定された輪帯状の３次元形状が、設計値に最もフィットするようにチルトさせる。
（３）フィッティングさせた状態で、回転軸に対する非球面面頂位置を算出する。
（４）非球面面頂と近軸曲率半径Ｏ１とを結んで非球面軸１０７を算出する。
（５）上記（１）〜（４）までの算出手順を非球面１０３についても行う。
【００７２】
そして、非球面１０２の非球面軸１０７の回転軸１２０に対する位置と傾きとが算出される。同様に、非球面１０３の非球面軸１０８の回転軸１２０に対する位置と傾きとが算出される。
【００７３】
なお、（１）〜（５）の手順において、上側形状測定部１１７、下側形状測定部１１８は、それぞれ非球面１０２、１０３の一輪帯の３次元形状を用いている。好ましくは、一つの被検面について複数の輪帯状の３次元形状を測定して、この測定値を用いることが望ましい。これにより、面頂位置の算出精度を向上できる。さらに好ましくは、一つの被検面の全面に関して輪帯状の３次元形状を測定することが望ましい。
【００７４】
（実施例１の変形例）
次に、上述した実施例１の変形例について説明する。上述の実施例１では、真空発生ユニット１２２は、第１の吸着力と第２の吸着力とを発生している。以下は、吸着力の大きさ等に関する変形例である。
【００７５】
第１の変形例では、ステップＳ４０１において、非球面レンズ１０１の外径またはレンズホルダ１１０の口径に応じて第１の吸着力を変える。レンズホルダ１１０の径とは、吸着孔１１１ａの直径をいう。例えば、小口径の非球面レンズを測定するときは、小口径用のレンズホルダを用いる。次に、大口径の非球面レンズを測定するときは、大口径用のレンズホルダに交換する。小口径のレンズホルダと大口径のレンズホルダとでは、非球面レンズを吸着保持した状態で姿勢を調整できる第１の吸着力の大きさが異なる。このため、小口径のレンズホルダを用いるときは、大口径のレンズホルダを用いるときに比較して、第１の吸着力を小さくする。これにより、レンズホルダの径や非球面レンズの口径に応じた適切な吸着圧で保持できる。
【００７６】
なお、非球面レンズ１０１の外径データは、オペレータがキーボード等の入力装置（不図示）で入力できる。また、レンズホルダ１１０の径は、エアースピンドル１１１にレンズホルダ１１０を取り付けたときに、接点等で自動的に検出できるように構成することもできる。
【００７７】
また、第２の変形例では、姿勢調整部１１６は反発力検出センサ１３０（図１参照）を備えている。反発力検出センサ１３０は、ステップＳ４０２において非球面レンズ１０１の姿勢を押圧部１２５により押圧するときの反発力を検出する。そして、検出された反発力は、演算部１１９へ送られる。真空発生ユニット１２２は、反発力に応じた第１の吸着力を発生させる。これにより、常に適切な第１の吸着力で非球面レンズ１０１を保持できる。
【００７８】
また、第３の変形例では、ステップＳ４０１において、非球面１０１のレンズホルダ１１０側の非球面１０３の近軸曲率半径に応じて第１の吸着力を変える。非球面１０３の近軸曲率半径が大きくなるに応じて、平面（近軸曲率半径が無限大）に近づく方向へ変化する。そして、吸着保持する面が平面に近くなるほど、第１の吸着力は小さくて良い。本変形例では、真空発生ユニット１２２は、吸着保持される非球面１０３の近軸曲率半径に応じた第１の吸着力を発生させる。これにより、常に適切な第１の吸着力で非球面レンズ１０１を保持できる。
【００７９】
また、第４の変形例では、ステップＳ４０１において、非球面レンズ１０１の肉厚に応じて第１の吸着力を変える。非球面レンズ１０１の肉厚が薄いとき、吸着力が大きいと非球面レンズ１０１が撓む等の変形をしてしまうおそれがある。非球面レンズ１０１の肉厚が薄くなるほど、第１の吸着力は小さくて良い。本変形例では、真空発生ユニット１２２は、吸着保持される非球面レンズ１０１の肉厚に応じた第１の吸着力を発生させる。これにより、非球面レンズ１０１に変形を生じることなく適切な第１の吸着力で保持できる。
【００８０】
さらに、好ましくは、ステップＳ４０４において、非球面レンズ１０１の肉厚に応じて第２の吸着力を変えることが望ましい。これにより、非球面レンズ１０１に変形を生じることなく適切な第２の吸着力で保持できる。この結果、非球面レンズ１０１に変形を生じることなく、接触子１１７ａ、１１８ａによる測定を行うことができる。なお、非球面レンズ１０１の近軸曲率半径、肉厚等のデータは、オペレータがキーボード等の入力装置（不図示）で入力できる。
【００８１】
また、第５の変形例では、ステップＳ４０２において、非球面レンズ１０１の姿勢調整の経過に応じて、第１の吸着力を段階的に大きくしている。ステップＳ４０２の姿勢調整が終了すると、ステップＳ４０３の近軸曲率中心の測定を経て、ステップＳ４０４の非球面軸測定へ移行する。そして、姿勢調整の段階が進むと、非球面レンズ１０１の位置や向きの調整量が少なくなる。このため、姿勢調整の経過に応じて、第１の吸着力を段階的に大きくすることで、後続する測定ステップへ迅速かつ円滑に移行できる。
【実施例２】
【００８２】
図５は、本発明の実施例２に係る非球面偏心測定装置２００の概略構成を示す。上記実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本実施例の装置では、片側非球面レンズ２０１を測定する。片側非球面レンズ２０１は、一方の面が非球面２０２、他方の面が球面２０３である。
【００８３】
レンズホルダ１１０に球面２０３が当接するように、片側非球面レンズ２０１を載置する。レンズホルダ１１０は、球面２０３側を載置したとき、球心と回転中心とが一致するように構成されている。
【００８４】
本実施例は、片側非球面レンズ用の測定装置である。このため、非球面２０２の形状を測定するための上側形状測定部１１７のみが設けられている。非球面２０３の偏心量を測定する手順は、図４を用いて説明した上述の実施例１と同一である。
【００８５】
このため、本実施例では、姿勢調整時に、片側非球面レンズ２０１は第１の吸着力によりレンズホルダ１１０に吸着保持されている。第１の吸着力は、レンズホルダ１１０上で片側非球面レンズ２０１の姿勢を調整可能な大きさの力である。このため、片側非球面レンズ２０１をレンズホルダ１１０上で移動させること、特に微調整することができる。また、吸着保持されている片側非球面レンズ２０１をレンズホルダ１１０上で無理に移動させてしまうことを防止できる。このため、片側非球面レンズ２０１のレンズホルダ１１０側の球面２０３に傷を生じてしまうことを低減できる。さらに、容易に片側非球面レンズ２０１を移動できることから、姿勢の調整を迅速に行うことができる。この結果、容易に姿勢調整が可能であり、迅速に測定できる。
【００８６】
特に、片側非球面レンズ２０１が大口径レンズのとき、レンズホルダ１１０の内径も大きくなる。このときでも、本実施例では、第１の吸着力により片側非球面レンズ２０１を吸着保持する。これにより、容易に大口径レンズの姿勢を調整できる。
【００８７】
なお、本発明は上述の構成、手順に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
以上のように、本発明に係る非球面偏心測定方法及び非球面偏心測定装置は、被検物、特に光学レンズの表面形状を測定するときに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】実施例１に係る非球面偏心測定装置の概略構成を示す図である。
【図２】非球面レンズの断面構成を示す図である。
【図３−１】非球面の偏心方向を説明する図である。
【図３−２】非球面の偏心方向を説明する他の図である。
【図４】非球面偏心測定の手順を示すフローチャートである。
【図５】実施例２に係る非球面偏心測定装置の概略構成を示す図である。
【図６】従来の非球面偏心測定装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００９０】
１００  非球面偏心測定装置
１０１  非球面レンズ
１０１ａ  外周部
１０２、１０３  非球面
１０４  光軸
１０５、１０６  面頂
１０５ａ、１０６ａ  線分
１０７、１０８  非球面軸
Ｏ１、Ｏ２  近軸曲率中心
１１１  エアースピンドル
１１２  モータ
１１３  エンコーダ
１１４  吸着圧可変機構
１１５  スポット軌跡検出部
１１６  姿勢調整部
１１７  上側形状測定部
１１８  下側形状測定部
１１７ａ、１１８ａ  接触子
１１９  演算部
１２０  回転軸
１２１  エアーチューブ
１２２  真空発生ユニット
１２３  調圧ユニット
１２４  エアーチューブ
１２５  押圧部
１２５ａ  押圧端子
１２６  移動部
１３０  反発力検出センサ
ε１、ε２  角度
δ１、δ２  距離
２００  非球面偏心測定装置
２０１  片側非球面レンズ
２０２  非球面
２０３  球面
１１  エアースピンドル
１２  スピンドルスリーブ
１３  スピンドル
１４ａ  貫通孔
１５  光学式芯ずれ測定器
１６  回転部材
１６ａ  貫通孔
２０  被測定部材
２１  支持部材
２２  リング部材
２２ａ  貫通孔
２３  吸引用空間
３１  真空発生装置
３２  吸引配管
３３、３４  高精度変位計
３３ａ、３４ａ  測定子
【図１】
2006208197.tif 000003
【図２】
2006208197.tif 000004
【図３−１】
2006208197.tif 000005
【図３−２】
2006208197.tif 000006
【図４】
2006208197.tif 000007
【図５】
2006208197.tif 000008
【図６】
2006208197.tif 000009