(57)【要約】【課題】レンズの球欠高さ測定方法および装置において、被検レンズのレンズ面を傷つけることなく球欠形状を測定することができるようにする。【解決手段】レンズの球欠高さ測定方法であって、干渉計に対して、被検レンズ面を光軸に沿う方向に相対移動させて、干渉縞画像を観察することにより集光点が被検レンズ面の球心位置および面頂位置に一致する際の光軸に沿う方向における被検レンズ面の相対移動位置を取得し、この相対移動位置の間の距離を計測して被検レンズ面の曲率半径を測定する曲率半径測定工程Ｓ０と、集光点が被検レンズ面の球心位置に一致されたときの被検レンズ面の画像から被検レンズ面の球欠径を測定する球欠径測定工程Ｓ４と、曲率半径測定工程Ｓ０で測定された曲率半径と球欠径測定工程Ｓ４で測定された球欠径とを用いて被検レンズ面の球欠高さを算出する球欠高さ算出工程Ｓ５と、を備える。【選択図】図５
2011107020.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
球欠形状を有する被検レンズ面の球欠高さを測定するレンズの球欠高さ測定方法であって、
前記被検レンズ面の干渉縞画像を取得するための参照面を有し、可干渉光束を分割して該可干渉光束の一方を集光点に向かう集光光束として出射し、該集光光束による前記被検レンズ面での反射光束と前記参照面での前記可干渉光束の他方による反射光束とを干渉させる干渉計に対して、前記集光光束の光軸と同軸に配置された前記被検レンズ面を前記光軸に沿う方向に相対移動させて、前記干渉計によって取得された前記干渉縞画像を観察することにより前記集光点が前記被検レンズ面の球心位置および面頂位置に一致する際の前記光軸に沿う方向における前記被検レンズ面の相対移動位置をそれぞれ取得し、該相対移動位置の間の距離を計測することにより、前記被検レンズ面の曲率半径を測定する曲率半径測定工程と、
前記集光点が前記被検レンズ面の球心位置に一致されたときの前記被検レンズ面の画像を観察して、該画像から前記被検レンズ面の球欠径を測定する球欠径測定工程と、
前記曲率半径測定工程で測定された前記曲率半径と前記球欠径測定工程で測定された前記球欠径とを用いて前記被検レンズ面の球欠高さを算出する球欠高さ算出工程と、
を備えることを特徴とするレンズの球欠高さ測定方法。
【請求項２】
前記曲率半径測定工程は、
前記集光点が前記被検レンズ面の球心位置に一致されたときの前記被検レンズ面の干渉縞画像を記憶し、
前記球欠径測定工程は、
前記曲率半径測定工程で記憶された前記干渉縞画像を前記被検レンズ面の画像として前記被検レンズ面の球欠径を測定することを特徴とする請求項１に記載のレンズの球欠高さ測定方法。
【請求項３】
前記球欠径測定工程は、
前記被検レンズ面の画像を画像処理して、該画像の外径を求め、前記被検レンズ面の位置における寸法に換算することによって、前記球欠径を測定することを特徴とする請求項１または２に記載のレンズの球欠高さ測定方法。
【請求項４】
球欠形状を有する被検レンズ面の球欠高さを測定するレンズの球欠高さ測定装置であって、
前記被検レンズ面の干渉縞画像を取得するための参照面を有し、可干渉光束を分割して該可干渉光束の一方を集光点に向かう集光光束として出射し、該集光光束による前記被検レンズ面での反射光束と前記参照面での前記可干渉光束の他方による反射光束とを干渉させる干渉計と、
該干渉計に対して、前記集光光束の光軸と同軸に配置された前記被検レンズ面を前記光軸に沿う方向に相対移動させる移動機構と、
該移動機構による前記被検レンズ面の相対移動位置を取得し、該相対移動位置の差を算出して２位置間の移動距離を測定する移動距離測定部と、
前記干渉計において前記被検レンズ面での反射光束および前記参照面での反射光束による画像を撮像する撮像部と、
該撮像部で撮像された画像を表示する表示部と、
前記集光光束の光軸と同軸に配置された前記被検レンズ面を前記光軸に沿う方向に相対移動させて、前記集光点が前記被検レンズ面の球心位置および面頂位置に一致されたときの前記光軸に沿う方向における前記被検レンズ面の相対移動位置の間の距離を前記移動距離測定部によって計測することにより、前記被検レンズ面の曲率半径を測定する曲率半径測定部と、
前記撮像部によって撮像された前記被検レンズ面の画像、および前記曲率半径測定部で測定された前記被検レンズ面の曲率半径から前記被検レンズ面の球欠径を測定する球欠径測定部と、
前記移動距離測定部で測定された前記移動距離を前記被検レンズ面の曲率半径として、該曲率半径と前記球欠径測定部で測定された前記球欠径とを用いて前記被検レンズ面の球欠高さを算出する球欠高さ算出部と、
を備えることを特徴とするレンズの球欠高さ測定装置。
【請求項５】
前記球欠径測定部は、
前記撮像部によって撮像された前記干渉縞画像を記憶する記憶部と、
該記憶部に記憶された前記干渉縞画像の外径を算出し、該外径を前記曲率半径測定部で測定された前記被検レンズ面の曲率半径を用いて、前記被検レンズ面上の距離に換算することにより前記球欠径を算出する演算処理部と、
を備えることを特徴とする請求項４に記載のレンズの球欠高さ測定装置。
【請求項６】
前記演算処理部は、
前記記憶部に記憶された前記干渉縞画像を画像処理して、前記干渉縞画像の外径を算出することを特徴とする請求項５に記載のレンズの球欠高さ測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズの球欠高さ測定方法および装置に関する。例えば、レンズ面の球欠深さや球欠高さなどの測定に好適となるレンズの球欠高さ測定方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レンズ形状の検査には種々の形状測定方法が用いられているが、球欠高さ測定では、触針子をレンズ面に接触させ、この触針子を光軸に直交する方向に移動させてレンズ面の光軸に沿う方向の形状変化を測定することによって球欠高さを測定していた。
このような従来のレンズの球欠高さ測定装置として、特許文献１には、被検レンズの球欠部に触針子を接触させ、値が最大となる位置で球欠深さを測定する球欠深さ測定器において、前記被検レンズを載置する測定台と、該測定台の下に配置され前記触針子を垂直方向に移動させて球欠深さを測定する球欠深さ測定手段と、前記測定台の上に配置され前記被検レンズを保持する被検レンズ保持手段と、該被検レンズ保持手段を互いに直交する２つの水平方向へ移動させるＸＹステージと、前記測定台に載置された被検レンズの像を拡大する像観察手段とを具備する球欠深さ測定器が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３２５３８７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の球欠高さ測定方法および装置では、特許文献１に記載の技術のように、触針子を用いた測定方法を採用しているため、触針子がレンズ面に接触することによって被検レンズのレンズ面が傷ついてしまうおそれがあるという問題がある。
【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、被検レンズのレンズ面を傷つけることなく球欠形状を測定することができるレンズの球欠高さ測定方法および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、請求項１に記載の発明では、球欠形状を有する被検レンズ面の球欠高さを測定するレンズの球欠高さ測定方法であって、前記被検レンズ面の干渉縞画像を取得するための参照面を有し、可干渉光束を分割して該可干渉光束の一方を集光点に向かう集光光束として出射し、該集光光束による前記被検レンズ面での反射光束と前記参照面での前記可干渉光束の他方による反射光束とを干渉させる干渉計に対して、前記集光光束の光軸と同軸に配置された前記被検レンズ面を前記光軸に沿う方向に相対移動させて、前記干渉計によって取得された前記干渉縞画像を観察することにより前記集光点が前記被検レンズ面の球心位置および面頂位置に一致する際の前記光軸に沿う方向における前記被検レンズ面の相対移動位置をそれぞれ取得し、該相対移動位置の間の距離を計測することにより、前記被検レンズ面の曲率半径を測定する曲率半径測定工程と、前記集光点が前記被検レンズ面の球心位置に一致されたときの前記被検レンズ面の画像を観察して、該画像から前記被検レンズ面の球欠径を測定する球欠径測定工程と、前記曲率半径測定工程で測定された前記曲率半径と前記球欠径測定工程で測定された前記球欠径とを用いて前記被検レンズ面の球欠高さを算出する球欠高さ算出工程と、を備える方法とする。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のレンズの球欠高さ測定方法において、前記曲率半径測定工程は、前記集光点が前記被検レンズ面の球心位置に一致されたときの前記被検レンズ面の干渉縞画像を記憶し、前記球欠径測定工程は、前記曲率半径測定工程で記憶された前記干渉縞画像を前記被検レンズ面の画像として前記被検レンズ面の球欠径を測定する方法とする。
【０００８】
また、請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載のレンズの球欠高さ測定方法において、前記球欠径測定工程は、
前記被検レンズ面の画像を画像処理して、該画像の外径を求め、前記被検レンズ面の位置における寸法に換算することによって、前記球欠径を測定する方法とする。
【０００９】
また、請求項４に記載の発明では、球欠形状を有する被検レンズ面の球欠高さを測定するレンズの球欠高さ測定装置であって、前記被検レンズ面の干渉縞画像を取得するための参照面を有し、可干渉光束を分割して該可干渉光束の一方を集光点に向かう集光光束として出射し、該集光光束による前記被検レンズ面での反射光束と前記参照面での前記可干渉光束の他方による反射光束とを干渉させる干渉計と、該干渉計に対して、前記集光光束の光軸と同軸に配置された前記被検レンズ面を前記光軸に沿う方向に相対移動させる移動機構と、該移動機構による前記被検レンズ面の相対移動位置を取得し、該相対移動位置の差を算出して２位置間の移動距離を測定する移動距離測定部と、前記干渉計において前記被検レンズ面での反射光束および前記参照面での反射光束による画像を撮像する撮像部と、
該撮像部で撮像された画像を表示する表示部と、前記集光光束の光軸と同軸に配置された前記被検レンズ面を前記光軸に沿う方向に相対移動させて、前記集光点が前記被検レンズ面の球心位置および面頂位置に一致されたときの前記光軸に沿う方向における前記被検レンズ面の相対移動位置の間の距離を前記移動距離測定部によって計測することにより、前記被検レンズ面の曲率半径を測定する曲率半径測定部と、前記撮像部によって撮像された前記被検レンズ面の画像、および前記曲率半径測定部で測定された前記被検レンズ面の曲率半径から前記被検レンズ面の球欠径を測定する球欠径測定部と、前記移動距離測定部で測定された前記移動距離を前記被検レンズ面の曲率半径として、該曲率半径と前記球欠径測定部で測定された前記球欠径とを用いて前記被検レンズ面の球欠高さを算出する球欠高さ算出部と、を備える構成とする。
【００１０】
請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の発明において、前記球欠径測定部は、前記撮像部によって撮像された前記干渉縞画像を記憶する記憶部と、該記憶部に記憶された前記干渉縞画像の外径を算出し、該外径を前記曲率半径測定部で測定された前記被検レンズ面の曲率半径を用いて、前記被検レンズ面上の距離に換算することにより前記球欠径を算出する演算処理部と、を備える構成とする。
【００１１】
また、請求項６に記載の発明では、請求項５に記載のレンズの球欠高さ測定装置において、前記演算処理部は、前記記憶部に記憶された前記干渉縞画像を画像処理して、前記干渉縞画像の外径を算出する構成とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のレンズの球欠高さ測定方法および装置によれば、被検レンズ面を光軸に沿う方向に移動させ干渉計を用いて曲率半径を測定し、干渉計から出射される集光光束の集光点が被検レンズ面の球心位置に一致されたときの被検レンズ面の画像から被検レンズ面の球欠径を測定し、これら曲率半径と球欠径とを用いて球欠高さを算出するため、被検レンズのレンズ面を傷つけることなく球欠形状を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】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係るレンズの球欠高さ測定装置の概略構成を示す模式的な正面図である。
【図２】本発明の実施形態に係るレンズの球欠高さ測定装置の概略構成を模式的な光路とともに示すシステム構成図である。
【図３】被検レンズの一例を示す平面図およびそのＡ−Ａ断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係るレンズの球欠高さ測定装置の測定制御部の機能構成を示す機能ブロック図である。
【図５】本発明の実施形態に係るレンズの球欠高さ測定方法の工程フローを示すフローチャートである。
【図６】球心位置および面頂位置をそれぞれ測定する様子を示す模式的な動作説明図である。
【図７】曲率半径測定工程における表示画面の様子を示す模式図である。
【図８】球欠径測定工程における画像処理の一例を示す模式図である。
【図９】撮像素子上の長さと被検レンズ上の長さとの関係を説明するための模式的な光路図である。
【図１０】本発明の実施形態の変形例に係るレンズの球欠高さ測定装置の概略構成を示す模式的なシステム構成図である。
【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係るレンズの球欠高さ測定方法および装置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】
本発明の実施形態に係るレンズの球欠高さ測定装置について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るレンズの球欠高さ測定装置の概略構成を示す模式的な正面図である。図２は、本発明の実施形態に係るレンズの球欠高さ測定装置の概略構成を模式的な光路とともに示すシステム構成図である。図３（ａ）は、被検レンズの一例を示す平面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。図４は、本発明の実施形態に係るレンズの球欠高さ測定装置の測定制御部の機能構成を示す機能ブロック図である。
【００１６】
本実施形態の球欠高さ測定装置５０は、図１、２に示すように、本実施形態のレンズの球欠高さ測定方法を用いて、球欠形状を有する被検レンズ４の被検レンズ面Ｓの球欠高さを測定するための装置である。
【００１７】
まず、球欠高さ測定装置５０によって球欠深さを測定する被検レンズ４について説明する。
被検レンズ４は、球欠形状を有する被検レンズ面Ｓを備えるレンズであれば、特に制限されず、凹レンズでも、凸レンズでもよい。以下では、一例として、図３（ａ）、（ｂ）に示すような平凹レンズの場合の例で説明する。
被検レンズ４は、厚さ方向の一方の面の中心部に曲率半径Ｒの凹球面である第１面４ａが形成され、また厚さ方向の他方の面には平面からなる第２面４ｂが形成されている。以下では、第１面４ａの曲率中心を球心Ｏ（球心位置）と称する。
被検レンズ４の厚さ方向の外形は厚さＨとされ、第１面４ａが形成された厚さ方向の一方の面には、第１面４ａの外周側に、第２面４ｂと平行な平面からなり、被検レンズ４の光軸方向の位置決めを行う取り付け面４ｃが形成されている。
すなわち、第１面４ａは、曲率半径Ｒの球を取り付け面４ｃで切り取られた球欠形状となっており、球欠形状を有する被検レンズ面Ｓになっている。
本明細書では、球欠形状である第１面４ａの最大外径を球欠径と称する。第１面４ａの球欠径Ｄは、第１面４ａと取り付け面４ｃとの交線であるレンズ面輪郭線４ｅの直径に等しい。
また、第１面４ａの面頂Ｑ（面頂位置）は、取り付け面４ｃからの球欠高さｈ（ただし、ｈ＜Ｈ）に位置するように設計されている。このため、第１面４ａと第２面４ｂとのレンズ面間隔は、Ｈ−ｈである。
なお、球欠高さｈは、第１面４ａが凹面の球欠形状であることから球欠深さと言ってもよいが、本明細書では、球欠形状が凹面か凸面かに関わらず球欠高さと称する。
また、被検レンズ４のレンズ側面４ｄは、第１面４ａの光軸と同軸に形成された直径Ｄ０の円筒面からなり、被検レンズ４の径方向の位置決めを行う基準面として用いられる。
【００１８】
球欠高さ測定装置５０の概略構成は、図１、２に示すように、架台１６、干渉計３０（図２参照）、上下移動機構１３（移動機構）、ＸＹ移動ステージ１５、測長器１４（移動距離測定部）、測定制御部８、モニタ２３（表示部）、および操作部２５を備える。
【００１９】
架台１６は、上方に配置された上部基台１６ａと、上部基台１６ａの下方に配置された下部基台１６ｂと、上部基台１６ａおよび下部基台１６ｂを一定間隔に保って支持する支柱部１６ｃとを備える支持体である。
【００２０】
干渉計３０は、被検レンズ面Ｓの干渉縞画像を取得するための参照面を有し、可干渉光束を分割してこの可干渉光束の一方を集光点に向かう集光光束として出射し、この集光光束による被検レンズ面Ｓでの反射光束と参照面での可干渉光束の他方による反射光束とを干渉させるものであり、本実施形態では、一例として、フィゾー干渉計を採用している。フィゾー干渉計では、参照面が可干渉光束を分割する光束分割面を兼ねている。
干渉計３０の概略構成は、図２に示すように、レーザ光源１、コリメータレンズ２、ビームスプリッタ１１、基準レンズ５、集光レンズ１０、および撮像素子９（撮像部）を備える。これらのうち、レーザ光源１を除く各部材は、架台１６の上部基台１６ａの中央部に貫通して固定された鉛直方向に延びる略円筒状の干渉計本体部２０（図１参照）の内部において、互いに位置決めされた状態で保持されている。
すなわち、干渉計本体部２０の内部には、鉛直軸に沿って下方側から上方側に、基準レンズ５、ビームスプリッタ１１、集光レンズ１０、および撮像素子９がこの順に配置されている。また、コリメータレンズ２は、ビームスプリッタ１１の側方であって、干渉計本体部２０の側面に設けられた不図示の開口部の近傍となる位置に配置されている。
なお、特に図示しないが、レーザ光源１または干渉計本体部２０内の光路には、測定者の操作により干渉計３０からの集光光束の出射を停止するためのシャッターが設けられている。
【００２１】
レーザ光源１は、可干渉光束であるレーザ光Ｌ０を発生するための光源であり、干渉計に採用される適宜の光源を採用することができる。本実施形態では、干渉計本体部２０の外部に配置されたＨｅ−Ｎｅレーザからなるレーザ発振器を採用している。
レーザ光源１には、光ファイバ１７の一端が接続され、光ファイバ１７の他端から、光ファイバ１７内を伝送されたレーザ光Ｌ０を発散光束として出射できるようになっている。
光ファイバ１７の他端は、干渉計本体部２０の側面に設けられた光ファイバコネクタ３に接続されている。
【００２２】
コリメータレンズ２は、光ファイバコネクタ３に接続された光ファイバ１７の他端側のファイバ端面から出射されるレーザ光Ｌ０を集光して平行光束であるレーザ光Ｌ１を形成し、レーザ光Ｌ１をビームスプリッタ１１に入射させるための光学素子である。
ビームスプリッタ１１は、コリメータレンズ２から出射されたレーザ光Ｌ１を鉛直下方に反射するとともに、鉛直下方側から入射するレーザ光を鉛直上方に透過させる光路分岐素子である。
【００２３】
基準レンズ５は、フィゾー干渉計を構成するためのフィゾーレンズであり、ビームスプリッタ１１で反射された平行光束であるレーザ光Ｌ１の一部をレーザ光Ｌ２として透過させ、干渉計本体部２０の外部の集光点Ｐに集光させるものである。
基準レンズ５は、レーザ光Ｌ２が集光点Ｐに向けて出射される最終レンズ面として、集光点Ｐに球心が一致された高精度な球面からなる参照面５ａを備える。
本実施形態では、基準レンズ５の光軸は鉛直軸に沿うように配置されている。このため、光ファイバ１７の他端の端面の中心から集光点Ｐに至るレーザ光の光路の軸上主光線で規定される光軸Ｃは、集束光束であるレーザ光Ｌ２の光軸となっており、本実施形態では、ビームスプリッタ１１から集光点Ｐまでの間で基準レンズ５の中心を通る鉛直軸に一致されている。
このためレーザ光Ｌ２は、集光点Ｐを通過した後、発散して鉛直下方側に向かい、被検レンズ４に照射される。本実施形態では、被検レンズ面Ｓの球欠径を観察するため、被検レンズ面Ｓの全面での干渉縞を取得できるようにしている。すなわち、光ファイバ１７、コリメータレンズ２、および基準レンズ５で構成される照明光学系のＮＡ（開口数）を、被検レンズ４の球欠径に応じた所定値に調整して、集光点Ｐに被検レンズ面Ｓの球心Ｏが一致するように被検レンズ面Ｓを位置合わせしたときに被検レンズ面Ｓよりも広い範囲にレーザ光Ｌ２が照射されるようにしている。
このため、被検レンズ４に照射されたレーザ光Ｌ２は第１面４ａでの反射光が被検レンズ面Ｓでの反射光束である被検面反射光束Ｌ３として、参照面５ａに再入射し、基準レンズ５によって集光されてビームスプリッタ１１側に向けて出射される。
また、参照面５ａで反射されるレーザ光Ｌ１は、参照面反射光束Ｌ４（参照面での可干渉光束の他方による反射光束）として光路を逆進して、ビームスプリッタ１１側に出射される。
【００２４】
集光レンズ１０は、ビームスプリッタ１１を透過して鉛直上方に進む被検面反射光束Ｌ３と参照面反射光束Ｌ４とを集光して、撮像素子９に投射するレンズである。
撮像素子９は、集光レンズ１０によって投射された光束による光像を撮像し、測定制御部８に送出するものである。撮像素子９としては、例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳ素子などの撮像素子を採用することができる。
このため、被検面反射光束Ｌ３と参照面反射光束Ｌ４とによって、干渉縞画像が形成される場合には、撮像素子９によって、干渉縞画像が撮像され、測定制御部８に送出される。
【００２５】
このような構成の干渉計３０によれば、干渉計３０の下方側に被検レンズ面Ｓとして第１面４ａを上側に向けて被検レンズ４が配置された場合、第１面４ａの球心Ｏが集光点Ｐに一致する位置と、第１面４ａの面頂Ｑが集光点Ｐに一致する位置との２位置において、被検面反射光束Ｌ３が第１面４ａへの入射光路に沿って逆進することになる。
これらの２位置では、参照面５ａで反射された参照面反射光束Ｌ４との光路差が参照面５ａに対する第１面４ａの球面形状の誤差のみとなるため、被検面反射光束Ｌ３と参照面反射光束Ｌ４とによる干渉縞の縞本数が最小の干渉縞画像が形成される。
【００２６】
上下移動機構１３は、架台１６の下部基台１６ｂに対して下端部が鉛直方向に移動可能に支持された１軸移動機構であり、上端部にＸＹ移動ステージ１５が設けられている。
上下移動機構１３の構成としては、例えば、ねじ送り機構で１軸方向に移動する１軸ステージや、リニアアクチュエータや、あるいはリニアモータなどの構成を好適に採用することができる。
上下移動機構１３は、測定制御部８の制御によって駆動するようにしてもよいが、本実施形態では、一例として、上下移動機構１３に接続された専用の駆動操作部（不図示）によって駆動するようにしている。
【００２７】
ＸＹ移動ステージ１５は、被検レンズ４の光軸をレーザ光Ｌ２の光軸Ｃに合わせる光軸調整を行うための２軸移動ステージであり、最上面に被検レンズ４を載置して、水平面内における被検レンズ４の位置調整が行えるようになっている。
ＸＹ移動ステージ１５の最上面には、被検レンズ４をその光軸に沿う方向および光軸に直交する径方向に位置決めして保持するため、適宜の保持形状（不図示）が設けられている。例えば、本実施形態では、被検レンズ４が平凹レンズであることに対応して、第２面４ｂを載置する載置部と、レンズ側面４ｄに当接して位置決めをする径方向位置決め部とが設けられている。
【００２８】
ＸＹ移動ステージ１５の具体的な構成としては、１軸移動ステージを、互いの移動方向が直交するように組み合わせた２軸移動ステージを採用することができる。
また、ＸＹ移動ステージ１５の可動範囲は、ＸＹ移動ステージ１５上に載置された被検レンズ４の光軸とレーザ光Ｌ２の光軸Ｃとの位置ずれ量を調整できる程度の範囲で移動できればよい。
なお、本実施形態では、第１面４ａの曲率半径だけでなく球欠径も測定するため、レンズ面輪郭線４ｅが光軸Ｃと直交する平面に対して傾斜していると、球欠径の測定誤差となる。このため、ＸＹ移動ステージ１５の載置部は、予め光軸Ｃと直交するように傾き調整されている。なお、ＸＹ移動ステージ１５上に傾斜ステージを介して載置部を設け、必要に応じて傾き調整が行えるようにしてもよい。
【００２９】
測長器１４は、ＸＹ移動ステージ１５上に載置された被検レンズ４と干渉計３０の集光点Ｐとの間の光軸Ｃに沿う方向の距離を測定するためのものである。
本実施形態では、上下移動機構１３の上端部の下部基台１６ｂに対する鉛直方向の移動位置を測定するため、下部基台１６ｂ上に上下移動機構１３と並列して設置されている。
測長器１４の構成は、例えば、レーザ測長器やリニアエンコーダを用いた測長器などを好適に採用することができる。
測長器１４は、測定制御部８と電気的に接続され、上下移動機構１３の移動位置の情報を測定制御部８に送出できるようになっている。
【００３０】
測定制御部８は、球欠高さ測定装置５０の測定動作を制御するもので、図２に示すように、撮像素子９、および測長器１４に電気的に接続されている。また、測定動作を制御するための操作入力を行う操作部２５と、撮像素子９で撮像された画像や操作入力を行うための操作画面を表示画面２３ａに表示するモニタ２３とが電気的に接続されている。
測定制御部８の機能構成は、図４に示すように、画像取得部８０、装置制御部８１、画像処理部８５、演算部８２、記憶部８３、および表示制御部８４を備える。
【００３１】
画像取得部８０は、装置制御部８１の制御によって撮像素子９から送出された映像信号を取得するものである。画像取得部８０によって取得された映像信号は、必要に応じてノイズ除去、輝度補正などを施した後、映像フレームごとの２次元画像データに変換され、装置制御部８１、および表示制御部８４に送出される。
【００３２】
装置制御部８１は、操作部２５から入力された操作入力を解析して操作入力に応じて球欠高さ測定の全体制御を行うものである。
装置制御部８１が行う制御としては、例えば、画像取得部８０から送出された２次元画像データを記憶部８３に記憶させる制御や、接続された操作部２５や測長器１４ら各種の情報を取得し、取得した情報を記憶部８３に記憶させる制御や、記憶部８３に記憶されたこれらの情報に基づいて曲率半径、球欠径、あるいは球欠高さなどを算出するため画像処理部８５や演算部８２による処理を開始させる制御を挙げることができる。
また、測長器１４から取得する情報としては、上下移動機構１３の位置情報を挙げることができる。この位置情報は、操作部２５からの操作入力に応じたタイミングで取得できるようになっている。
また、装置制御部８１は、操作部２５によって操作入力を行うための操作画面や演算部８２で算出された各種の算出結果などをモニタ２３に表示するための表示データを生成し、表示制御部８４に送出する制御も行う。
【００３３】
画像処理部８５は、装置制御部８１からの制御信号に基づいて、記憶部８３に記憶された２次元画像データを読み込み、例えば、撮像素子９上に投射された干渉縞画像の外径を求める画像処理を行い、求められた外径の情報を演算部８２に送出するものである。
演算部８２は、装置制御部８１からの制御信号に基づいて、記憶部８３に記憶された情報に基づいて被検レンズ面Ｓの曲率半径を算出するとともに、この曲率半径と、記憶部８３に記憶された情報と、画像処理部８５によって求められた干渉縞画像の外径とに基づいて、球欠径と球欠高さとを算出する演算を行い、これらの算出結果を装置制御部８１に送出するものである。
記憶部８３は、装置制御部８１から送出される情報や、演算部８２の演算結果などを記憶するためのものである。
表示制御部８４は、画像取得部８０から送出される２次元画像データと、装置制御部８１から送出される表示データとを適宜切り替えたり、重ね合わせたりした後、例えば、ＮＴＳＣ信号などの映像信号に変換してモニタ２３に送出するものである。
【００３４】
このような測定制御部８の装置構成は、本実施形態では、ＣＰＵ、メモリ、入出力インターフェース、および外部記憶装置を備えるコンピュータを採用している。そして、上記に説明した制御機能、演算機能を、それぞれに対応したプログラムを実行することで実現している。
また、操作部２５の装置構成は、例えばキーボードやマウスなどを採用することができる。
【００３５】
次に、球欠高さ測定装置５０を用いて行う本実施形態のレンズの球欠高さ測定方法について、球欠高さ測定装置５０の動作とともに説明する。
図５は、本発明の実施形態に係るレンズの球欠高さ測定方法の工程フローを示すフローチャートである。図６（ａ）、（ｂ）は、それぞれ球心位置および面頂位置をそれぞれ測定する様子を示す模式的な動作説明図である。図７（ａ）、（ｂ）は、曲率半径測定工程における表示画面の様子を示す模式図である。図８（ａ）、（ｂ）は、球欠径測定工程における画像処理の一例を示す模式図である。図９は、撮像素子上の長さと被検レンズ上の長さとの関係を説明するための模式的な光路図である。
【００３６】
本実施形態のレンズの球欠高さ測定方法は、図５に示すように、球心位置測定工程Ｓ１、面頂位置測定工程Ｓ２、曲率半径算出工程Ｓ３、球欠径測定工程Ｓ４、および球欠高さ算出工程Ｓ５を備える。
【００３７】
球心位置測定工程Ｓ１は、干渉計３０に対して、光軸Ｃと同軸に配置された被検レンズ面Ｓを光軸Ｃに沿う方向に相対移動させて、レーザ光Ｌ２の集光点Ｐが被検レンズ面Ｓの球心Ｏの位置に一致する位置関係における干渉計３０と被検レンズ面Ｓとの相対移動位置を取得する工程である。
まず測定者は、測定準備として、ＸＹ移動ステージ１５上に配置された第１面４ａの球心Ｏが集光点Ｐと略同じ高さになるように、上下移動機構１３の駆動操作部を操作して上下移動機構１３の高さ調整を行う。本実施形態では、図６（ａ）に示すように、目標高さｈ１となる高さに調整する。
このとき、本実施形態では、目標高さｈ１は、測定制御部８の装置制御部８１によって、第１面４ａ（被検レンズ面Ｓ）の曲率半径の設計値と球欠高さ測定装置５０の寸法諸元とから予め算出されており、表示制御部８４を介してモニタ２３に表示されている。また、上下移動機構１３の高さは、測長器１４による測定値が逐次装置制御部８１に送出され、装置制御部８１により表示制御部８４を介してモニタ２３に表示される。
このため、測定者は、モニタ２３を見ながら、測長器１４の測定値が目標高さｈ１となるように駆動操作部を操作すればよい。
また、ＸＹ移動ステージ１５は、２軸方向の位置がそれぞれ移動中立位置に設定されており、第１面４ａの光軸は光軸Ｃとおよそ一致する位置関係になっている。
【００３８】
次に、測定者は、不図示のシャッターを開放する操作を行い、レーザ光Ｌ２が干渉計本体部２０から出射される状態として、操作部２５から球心位置測定工程Ｓ１を開始する操作入力を行う。
図２に示すように、レーザ光源１で発生されて光ファイバ１７内を伝搬し光ファイバ１７のファイバ端面から出射されたレーザ光Ｌ０は、干渉計本体部２０内に入射し、コリメータレンズ２によって平行光束であるレーザ光Ｌ１として集光される。
このレーザ光Ｌ１は、ビームスプリッタ１１に入射し、ビームスプリッタ１１で下方に反射されて光軸Ｃ上を進み、基準レンズ５に入射し、基準レンズ５によって集光される。
レーザ光Ｌ１は、参照面５ａに到達すると、参照面５ａを透過して集束光束として鉛直下方に出射されるレーザ光Ｌ２と、参照面５ａで反射されレーザ光Ｌ１の光路を逆進する参照面反射光束Ｌ４とに分割される。
参照面反射光束Ｌ４は平行光束として基準レンズ５の上方に出射され、光軸Ｃ上を進んで、ビームスプリッタ１１、１２を透過し、集光レンズ１０で集光された後、撮像素子９上に到達する。
【００３９】
一方、レーザ光Ｌ２は、集光点Ｐに集光されてから発散し、第１面４ａを含む被検レンズ４の表面に照射される。そして、レーザ光Ｌ２の一部は、第１面４ａにおいて被検面反射光束Ｌ３として反射され、レーザ光Ｌ２の光路を略逆進して参照面５ａに再入射し、略平行光束として基準レンズ５の上方に出射される。このため、被検面反射光束Ｌ３は、参照面反射光束Ｌ４と同様に、ビームスプリッタ１１、１２を透過し、集光レンズ１０で集光された後、撮像素子９上に到達する。
被検面反射光束Ｌ３と参照面反射光束Ｌ４とは、参照面５ａと第１面４ａとの間の往復光路の分だけ光路差が生じるため、参照面５ａにおいて光路差に応じて干渉縞が形成される。この干渉縞画像は、撮像素子９によって撮像され、映像信号として測定制御部８の画像取得部８０に送出される。
【００４０】
一方、第１面４ａの外側の取り付け面４ｃに照射されたレーザ光Ｌ２の反射光は基準レンズ５に再入射したとしても被検面反射光束Ｌ３および参照面反射光束Ｌ４と異なる光路を進むため、他の測定不要光と同様に撮像素子９上にはほとんど到達しない。
【００４１】
画像取得部８０では、取得した映像信号に必要に応じてノイズ除去、輝度補正などを施した後、映像フレームごとの２次元画像データに変換し表示制御部８４に送出する。そして、表示制御部８４によって、モニタ２３に表示するための映像信号に変換されて表示画面２３ａに表示される。
【００４２】
図７（ａ）に、表示画面２３ａに表示された画像の一例を示す。
撮像素子９には、実質的に被検面反射光束Ｌ３および参照面反射光束Ｌ４のみが到達するため、表示画面２３ａには、被検面反射光束Ｌ３および参照面反射光束Ｌ４による干渉縞画像Ｉ１が表示され、干渉縞画像Ｉ１の外側は暗部となっている。
図７（ａ）に二点鎖線で示す領域Ｆは、参照の便宜のため、干渉縞画像が表示可能な最大領域を示している。領域Ｆの大きさは、基準レンズ５および集光レンズ１０で構成される光学系のＮＡで決まる。
実際には、参照面反射光束Ｌ４は領域Ｆの範囲に到達するため、干渉縞画像Ｉ１の外側の領域Ｆの範囲は、領域Ｆの外部に比べると相対的には明部になるが、干渉縞画像Ｉ１の高輝度部に比べると十分低輝度のため、図示では区別していない。あるいは、モニタ２３のコントラストを調整して、干渉縞画像Ｉ１の外側の領域Ｆの範囲が暗部として表示されるようにしておいてもよい。
干渉縞画像Ｉ１の外形線４Ｅ１は、第１面４ａのレンズ面輪郭線４ｅに対応しているため円形である。
干渉縞画像Ｉ１は、第１面４ａの位置調整を行っていない状態では、球心Ｏが集光点Ｐとずれた位置にあるため、図７（ａ）に模式的に示すように、干渉縞本数がきわめて多くなっている。あるいは、場合によっては縞模様が判別できない画像となっている。
【００４３】
一方、第１面４ａを移動して、集光点Ｐと球心Ｏとが一致した状態では、参照面５ａに対する被検面反射光束Ｌ３の波面のずれ量は、参照面５ａと第１面４ａとの形状誤差に基づくずれ量しかなくなるため、干渉縞本数が格段に低減され、例えば、図７（ｂ）に模式的に示すような干渉縞画像Ｉ０が表示される。干渉縞画像Ｉ０の外形線４Ｅ０は、干渉縞画像Ｉ１の場合と同様に、レンズ面輪郭線４ｅに対応した円形である。
【００４４】
そこで、測定者は、表示画面２３ａの画像を見ながら、上下移動機構１３を駆動して、第１面４ａを光軸Ｃに沿う方向に微動させ、干渉縞画像Ｉ１の縞本数が最小となる高さに調整する。このとき、ＸＹ移動ステージ１５を駆動して、第１面４ａを光軸Ｃに直交する方向に移動させて、より縞本数が少なるかどうか確認する。より縞本数が少なくなる場合、その状態で再度上下移動機構１３を微動させる。これらの操作を繰り返して、表示画面２３ａ上の干渉縞画像の縞本数を最小化する。これにより、第１面４ａの球心Ｏが、集光点Ｐに一致された状態となり、図７（ｂ）のような干渉縞画像Ｉ０が観察される。
【００４５】
このような位置調整が終了したら、測定者は操作部２５から球心位置の調整が終了したことを操作入力する。
これにより、測定制御部８の装置制御部８１は、測長器１４から上下移動機構１３の高さの情報を取得するとともに、画像取得部８０から干渉縞画像Ｉ０を取得し、それぞれを記憶部８３に記憶させる。この高さを高さＨ１（図６（ａ）参照）とする。
高さＨ１は、集光点Ｐが第１面４ａの球心Ｏの位置に一致されたときの、干渉計３０に対する第１面４ａの光軸Ｃに沿う方向の相対移動位置を下部基台１６ｂ上の基準位置から測ったものである。
以上で、球心位置測定工程Ｓ１が終了する。
【００４６】
次に面頂位置測定工程Ｓ２を行う。
本工程は、干渉計３０に対して、光軸Ｃと同軸に配置された第１面４ａを光軸Ｃに沿う方向に相対移動させて、レーザ光Ｌ２の集光点Ｐが第１面４ａの面頂Ｑに一致する相対移動位置を取得する工程である。
測定者は、操作部２５から面頂位置測定工程Ｓ２を開始する操作入力を行う。
次に表示画面２３ａを見ながら上下移動機構１３の駆動操作部を操作して、面頂Ｑが集光点Ｐに近づく方向に上下移動機構１３を移動させる。これにより表示画面２３ａには縞本数が密な画像が表示され、縞本数が判別できなくなるが、面頂Ｑが集光点Ｐに近づくと、縞本数が少ない干渉縞画像が表示される。
このとき、図６（ｂ）に示すように、被検面反射光束Ｌ３は、集光点Ｐの近傍で第１面４ａによって反射されるため、参照面５ａに再入射して、略平行光束として基準レンズ５の上方に出射され、参照面反射光束Ｌ４と同様に、ビームスプリッタ１１を透過し、集光レンズ１０で集光された後、撮像素子９上に到達する。
集光点Ｐと面頂Ｑとが一致した状態は、キャッツアイ位置と呼ばれ、面頂Ｑで点状に集光されて反射された被検面反射光束Ｌ３の波面は参照面５ａの形状からほとんどずれないため、干渉縞本数は略０の状態となる。
そこで、測定者は、球心位置測定工程Ｓ１と同様に、表示画面２３ａを見ながら、上下移動機構１３およびＸＹ移動ステージ１５の位置を調整して縞本数を最小化する。
【００４７】
この位置調整が終了したら、測定者は操作部２５から面頂位置の調整が終了したことを操作入力する。これにより、測定制御部８の装置制御部８１は、測長器１４から上下移動機構１３の高さの情報を取得し記憶部８３に、球心位置測定工程Ｓ１で記憶された球心位置の高さＨ１と区別して記憶させる。この高さを高さＨ２（図６（ｂ）参照）とする。
高さＨ２は、集光点Ｐが第１面４ａの面頂Ｑの位置に一致されたときの、干渉計３０に対する第１面４ａの光軸Ｃに沿う方向の相対移動位置を、下部基台１６ｂ上から測ったものである。
以上で、面頂位置測定工程Ｓ２が終了する。
【００４８】
次に曲率半径算出工程Ｓ３を行う。
本工程は、記憶部８３に記憶された高さＨ１、Ｈ２の２位置の間の光軸Ｃに沿う方向の距離を計測することにより、第１面４ａの曲率半径Ｒを測定する工程である。
装置制御部８１は、高さＨ２が記憶されたら、演算部８２に制御信号を送出し、演算部８２に曲率半径Ｒを算出させる。このため、測定制御部８は、曲率半径測定部を構成している。
演算部８２は、記憶部８３から、高さＨ１、Ｈ２を読み出し、次式（１）から曲率半径Ｒを算出し、装置制御部８１に送出するとともに記憶部８３に記憶させる。
【００４９】
Ｒ＝｜Ｈ１−Ｈ２｜                                            ・・・（１）
【００５０】
装置制御部８１は、演算部８２から曲率半径Ｒが送出されると、記憶部８３から高さＨ１、Ｈ２を読み出し、演算部８２によって算出された曲率半径Ｒとともに測定結果として表示する表示データを生成し、表示制御部８４に送出して、表示画面２３ａに表示させる。
以上で、曲率半径算出工程Ｓ３が終了する。
【００５１】
このような球心位置測定工程Ｓ１、面頂位置測定工程Ｓ２、および曲率半径算出工程Ｓ３は、干渉計３０に対して、光軸Ｃと同軸に配置された被検レンズ面Ｓを光軸Ｃに沿う方向に相対移動させて、干渉計３０によって取得された干渉縞画像を観察することにより集光点Ｐが被検レンズ面Ｓの球心Ｏおよび面頂Ｑに一致する際の光軸Ｃに沿う方向における被検レンズ面Ｓの相対移動位置を、それぞれ高さＨ１、Ｈ２として取得し、これら相対移動位置の間の距離を計測することにより、被検レンズ面Ｓの曲率半径Ｒを測定する曲率半径測定工程Ｓ０を構成している。
【００５２】
次に、球欠径測定工程Ｓ４を行う。
本工程は、集光点Ｐが被検レンズ面Ｓの球心Ｏに一致されたときの被検レンズ面Ｓの画像を観察して、この画像から被検レンズ面Ｓの球欠径Ｄを測定する工程である。
本実施形態では、第１面４ａの画像として、球心位置測定工程Ｓ１において球心Ｏが集光点Ｐに一致したときに取得された干渉縞画像Ｉ０を用い、干渉縞画像Ｉ０の外形線４Ｅ０の直径を、レンズ面輪郭線４ｅの実寸法に換算することで球欠径Ｄを測定する。
装置制御部８１は、曲率半径算出工程Ｓ３が終了すると、画像処理部８５に球欠径測定を開始する制御信号を送出する。
これにより、画像処理部８５は、記憶部８３から干渉縞画像Ｉ０を読み出し、干渉縞画像Ｉ０の２次元画像データに対して二値化処理を施す。
二値化処理の閾値は、干渉縞画像Ｉ０の外側の領域Ｆの低輝度部以下の輝度で０となり、被検面反射光束Ｌ３と参照面反射光束Ｌ４との干渉により強められた高輝度部では０とならないように設定する。
これにより、図８（ａ）に示すような二値画像Ｊ１が得られる。ここで、見易さのため、高輝度データを黒色で示している（図８（ｂ）も同じ）。
次に、画像処理部８５は、二値画像Ｊ１にエッジ抽出処理を施すとともに、干渉縞のエッジとなる画像成分を除去する画像処理を行って、干渉縞画像Ｉ０の外形線４Ｅ０に対応する二値画像Ｊ１の外形線Ｊ２のみを抽出し、外形線Ｊ２の直径ｄ０を算出する。
ここで、外形線Ｊ２の直径の算出方法は、適宜のアルゴリズムを採用することができる。例えば、周知の円の当て嵌めの演算処理などによって、外形線Ｊ２の近似円を算出することにより直径ｄ０を算出することができる。なお、直径ｄ０は、撮像素子９上の実寸法として算出する。
算出された直径ｄ０は、画像処理部８５から演算部８２に送出される。
【００５３】
次に、演算部８２では、直径ｄ０を第１面４ａの位置におけるレンズ面輪郭線４ｅの実寸法に換算する。
図９に示すように、領域Ｆの直径ｄＦは、曲率半径Ｒの球面が開口角２θＦの範囲に配置されたときの反射光束ＬＦが、撮像素子９に到達する範囲を示している。このため、平行光束である基準レンズ５と集光レンズ１０の間における、反射光束ＬＦと、被検面反射光束Ｌ３の光束径をそれぞれ径ＷＦ、Ｗ０と表すと、次式（２）〜（６）が成り立つ。
なお、反射光束ＬＦの光束径は、本実施形態では、参照面反射光束Ｌ４の光束径に等しい。
【００５４】
ｄ０／ｄＦ＝Ｗ０／ＷＦ                                            ・・・（２）
ＷＦ＝２・ｆ・ｔａｎθＦ                                          ・・・（３）
Ｗ０＝２・ｆ・ｔａｎθ０                                          ・・・（４）
ＤＦ＝２・Ｒ・ｓｉｎθＦ                                          ・・・（５）
Ｄ＝２・Ｒ・ｓｉｎθ０                                            ・・・（６）
【００５５】
ここで、Ｒは、曲率半径算出工程Ｓ３で算出された第１面４ａの曲率半径、ｆは、基準レンズ５への入射光束を平行光束にする光学系（本実施形態では基準レンズ５）の焦点距離である。
上記式（２）〜（６）を用いると、式（６）は、次式（７）のように表される。
【００５６】
【数１】
2011107020.tif 000003
【００５７】
したがって、レーザ光Ｌ２を形成する光学系のＮＡから決まる開口半角θＦと、基準レンズ５および集光レンズ１０の光学特性と撮像素子９の配置位置とで決まる領域Ｆの直径ｄＦを記憶部８３に予め記憶しておき、これらの値と、画像処理部８５から送出された直径ｄ０、曲率半径算出工程Ｓ３で算出された曲率半径Ｒの値を式（７）に代入する演算を、演算部８２によって行うことで球欠径Ｄが算出される。
このため、記憶部８３、画像処理部８５、および演算部８２は、球欠径測定部を構成している。また、画像処理部８５および演算部８２は、記憶部８３に記憶された干渉縞画像Ｉ０の外径を算出し、この外径を曲率半径測定部で測定された被検レンズ面Ｓの曲率半径Ｒを用いて、被検レンズ面Ｓ上の距離に換算することにより球欠径Ｄを算出する演算処理部を構成している。
以上で、球欠径測定工程Ｓ４が終了する。
【００５８】
次に、球欠高さ算出工程Ｓ５は、演算部８２によって、曲率半径Ｒと球欠径Ｄから、三平方の定理に基づく次式（８）によって球欠高さｈを算出する工程である。このため、演算部８２は、球欠高さ算出部を構成している。
【００５９】
ｈ＝Ｒ−√｛Ｒ２−（Ｄ／２）２｝                                  ・・・（８）
【００６０】
算出された球欠高さｈは、装置制御部８１に送出される。
装置制御部８１では、球欠高さｈを測定結果として表示する表示データを生成し、表示制御部８４に送出して、表示画面２３ａに表示させる。
以上で、球欠高さ算出工程Ｓ５が終了する。
【００６１】
本実施形態の球欠高さ測定装置５０を用いた球欠高さ測定方法によれば、被検レンズ面Ｓを光軸Ｃに沿う方向に移動させ干渉計３０を用いて曲率半径Ｒを測定し、干渉計３０から出射されるレーザ光Ｌ２の集光点Ｐが被検レンズ面Ｓの球心Ｏに一致されたときの被検レンズ面Ｓの干渉縞画像Ｉ０から被検レンズ面Ｓの球欠径Ｄを測定し、これら曲率半径Ｒと球欠径Ｄとを用いて球欠高さｈを算出するため、被検レンズ４の被検レンズ面Ｓである第１面４ａを傷つけることなく球欠形状を測定することができる。
【００６２】
また、本実施形態の球欠高さ測定装置５０によれば、球欠径Ｄを測定する画像が干渉縞画像であるため、球欠径Ｄを求めるために第１面４ａの画像を取得するための照明光源や、レンズ面輪郭線４ｅの画像を撮像するための撮像手段などを追加する必要がなく、曲率半径測定と球欠深さ測定と簡素な構成で行うことができる。
【００６３】
［変形例］
次に、本発明の実施形態の変形例に係るレンズの球欠高さ測定装置について説明する。
図１０は、本発明の実施形態の変形例に係るレンズの球欠高さ測定装置の概略構成を示す模式的なシステム構成図である。
【００６４】
本変形例の球欠高さ測定装置５１は、図１０に示すように、干渉計本体部２０内に、上記実施形態のフィゾー干渉計である干渉計３０に代えて、トワイマングリーン干渉計である干渉計４０を備えるものである。なお、図１０は概略構成を示す模式図のため、光ファイバ１７、架台１６等の図示は省略している。
【００６５】
干渉計４０は、上記実施形態の干渉計３０と同様に、コリメータレンズ２、集光レンズ１０、および撮像素子９を備え、ビームスプリッタ１１、基準レンズ５に代えてビームスプリッタ３４、参照球面ミラー３６を備え、集光レンズ３３、３５、シャッター３７を追加したものである。また、測定制御部８に代えて測定制御部８Ａを備える。
ここで、コリメータレンズ２から出射されるレーザ光Ｌ１の光軸上には、ビームスプリッタ３４、集光レンズ３５、参照球面ミラー３６がこの順に配置されている。
【００６６】
ビームスプリッタ３４は、コリメータレンズ２から出射されたレーザ光Ｌ１の一部をレーザ光Ｌ１２として鉛直下方に反射するとともに、レーザ光Ｌ１の他を透過させて集光レンズ３５に向かうレーザ光Ｌ１０として分割する光路分岐素子である。また、ビームスプリッタ３４は、鉛直下方側から入射するレーザ光を鉛直上方に透過させ、レーザ光Ｌ１０の光路を逆進するレーザ光を鉛直上方に反射するようになっている。
【００６７】
集光レンズ３５は、レーザ光Ｌ１０を集光させた後、発散光束として参照球面ミラー３６に入射させるレンズである。
参照球面ミラー３６は、トワイマングリーン干渉計を構成するための高精度の球面ミラー面からなる参照面３６ａを備えるもので、集光レンズ３５の集光点Ｐ’に曲率中心Ｏ’が一致するように配置されている。このため、参照面３６ａで反射されるレーザ光Ｌ１０は、参照面反射光束Ｌ１１（参照面での可干渉光束の他方による反射光束）として光路を逆進して、集光レンズ３５に再入射し平行光束とされて、ビームスプリッタ３４側に出射される。
【００６８】
また、ビームスプリッタ３４と集光レンズ３５との間には、レーザ光Ｌ１０の光路に進退して、レーザ光Ｌ１０の遮光または通過させるシャッター３７が設けられている。
シャッター３７は、手動で進退を切り換えられるようになっていてもよいが、本変形例では、測定制御部８Ａを介した制御によって進退駆動を行う適宜のアクチュエータを備えている。
【００６９】
集光レンズ３３は、ビームスプリッタ３４によって反射され、光軸Ｃに沿って鉛直下方に進むレーザ光Ｌ１２を、干渉計本体部２０の外部の上記実施形態と同様の集光点Ｐに集光させるレンズである。
集光レンズ３３のＮＡは、被検レンズ４の被検レンズ面Ｓの大きさや曲率半径に応じて、基準レンズ５のＮＡと同様にして設定される。
【００７０】
測定制御部８Ａは、シャッター３７に電気的に接続され、上記実施形態の測定制御部８の機能構成に加えて、装置制御部８１がシャッター３７の開閉を制御する機能を追加されたものである。
【００７１】
このような構成によれば、シャッター３７を開放した状態では、干渉計４０によって第１面４ａの球心Ｏを集光点Ｐに略一致させた状態で、干渉縞画像を形成することができる。
すなわち、レーザ光源１から出射されたレーザ光Ｌ０は、干渉計本体部２０内に入射し、コリメータレンズ２によって平行光束であるレーザ光Ｌ１として集光される。
このレーザ光Ｌ１は、ビームスプリッタ３４に入射し、その一部は、レーザ光Ｌ１２として、ビームスプリッタ３４で下方に反射されて光軸Ｃ上を進み、集光レンズ３３に入射し、集光レンズ３３によって集光点Ｐに集光される。
一方、レーザ光Ｌ１の他は、レーザ光Ｌ１０として、ビームスプリッタ３４を透過して直進し、集光レンズ３５に入射し、集光レンズ３５によって集光点Ｐ’に集光された後、発散光束として参照球面ミラー３６の参照面３６ａに入射する。
レーザ光Ｌ１０は、参照面５ａで反射されると、参照面反射光束Ｌ４として、レーザ光Ｌ１０の光路を逆進し、集光レンズ３５によって集光されて平行光束となってビームスプリッタ３４に到達する。そして一部がビームスプリッタ３４で反射されて集光レンズ１０で集光された後、撮像素子９上に到達する。
【００７２】
一方、レーザ光Ｌ１２は、集光点Ｐに集光されてから発散し、第１面４ａを含む被検レンズ４の表面に照射される。そして、レーザ光Ｌ１２の一部は、第１面４ａで被検面反射光束Ｌ３として反射され、レーザ光Ｌ１２の光路を略逆進して、集光点Ｐの近傍に集光されて集光レンズ３３に再入射し、略平行光束として上方に出射されて、ビームスプリッタ３４に到達する。そして一部がビームスプリッタ３４を透過して集光レンズ１０で集光された後、撮像素子９上に到達する。
これにより、ビームスプリッタ３４では、参照面反射光束Ｌ４と被検面反射光束Ｌ３との間の光路差に応じて干渉縞が形成される。この干渉縞画像は、撮像素子９によって撮像され、映像信号として測定制御部８Ａの画像取得部８０に送出される。
一方、第１面４ａの外側の取り付け面４ｃに照射されたレーザ光Ｌ１２の反射光は集光レンズ３３に再入射したとしても被検面反射光束Ｌ３とは異なる光路を進むため、他の測定不要光と同様に撮像素子９上にはほとんど到達しない。
【００７３】
また、第１面４ａの面頂Ｑを集光点Ｐに略一致させた状態では、上記実施形態と同様に干渉計４０によって、縞本数が略０の干渉縞画像を形成することができる。
す
【００７４】
このように、干渉計４０によれば、干渉計３０と同様に、第１面４ａの干渉縞画像を取得することができるため、上記実施形態と同様にして、球心位置測定工程Ｓ１、面頂位置測定工程Ｓ２、曲率半径算出工程Ｓ３を行うことができる。また、球欠径測定工程Ｓ４、球欠高さ算出工程Ｓ５もまったく同様にして行うことができる。
したがって、球欠高さ測定装置５１は、上記実施形態の球欠高さ測定方法を行うための球欠高さ測定装置５０の変形例になっている。
【００７５】
また、本変形例は、上記実施形態の球欠高さ測定方法の変形例として、上記実施形態と異なる方法により球欠高さ測定を行うこともできる。
すなわち、本変形例の球欠高さ測定装置５１は、シャッター３７を備えているため、シャッター３７をレーザ光Ｌ１０の光路上に進出させることによって、ビームスプリッタ３４に参照面反射光束Ｌ４が入射しないようにすることができる。
この場合、撮像素子９には、被検面反射光束Ｌ３のみが到達するため、撮像素子９からは干渉縞が形成されていない直径ｄ０の円形の画像が取得される。
したがって、球心位置測定工程Ｓ１において、球欠径測定工程Ｓ４で球欠径を測定するための画像として、干渉縞画像Ｉ０ではなく、シャッター３７を一旦閉じることで、被検面反射光束Ｌ３による干渉縞のない円形画像を取得することができる。取得された円形画像は干渉縞画像Ｉ０と同様に記憶部８３に記憶する。
このようにすれば、球欠径測定工程Ｓ４では、干渉縞のない円形画像の外径を求めるだけでよいため、干渉縞画像の縞画像の部分を除去する処理を行う必要がなくなる。したがって、より簡素な画像処理によって、球欠径Ｄを求めることができる。
【００７６】
なお、上記の説明では、球欠径測定工程Ｓ４において円の当て嵌めによって球欠径Ｄを算出する場合の例で説明したが、算出方法はこれに限定されるものではない。
例えば、撮像素子９の画素配列の縦方向および横方向の輝度値をそれぞれ合計したグラフの幅から縦方向および横方向の径を求めて平均するなどの処理をしてもよい。
【００７７】
また、上記の説明では、球欠径Ｄの測定は、画像処理で行う場合の例で説明したが、例えば、干渉縞画像を測定者が表示画面２３ａ上で観察し、表示画面２３ａ上の位置を示す画像計測用のカーソル線などを表示し、操作部２５を通して測定者がカーソル線を移動させて、干渉縞画像Ｉ０上の計測位置を指定し、このような指定入力に基づいて演算部８２が球欠径Ｄを算出するようにしてもよい。
【００７８】
また、上記の説明では、球欠径測定に用いる被検レンズ面の画像は、球心位置測定工程Ｓ１において演算部８２に記憶された画像を用いる場合の例で説明したが、球心位置測定工程Ｓ１では画像を記憶せず、上下移動機構１３の高さＨ１のみを記憶しておき、曲率半径測定工程が終了した後に、上下移動機構１３を高さＨ１の位置に移動して改めて、被検レンズ面Ｓの画像を取得し、この画像を用いて球欠径測定を行ってもよい。
このようにすれば、画像処理によることなく球欠径を測定する場合、例えば、画像をモニタ２３で観察し、画像計測用のカーソル線を表示画面２３ａに表示し、カーソル線の位置を読み取って球欠径を測定するような場合に、記憶部８３の記憶スペースを低減することができる。
【００７９】
また、上記の実施形態、変形例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】
【００８０】
４  被検レンズ
４Ｅ０  外形線
４ａ  第１面
４ｅ  レンズ面輪郭線
５  基準レンズ
５ａ  参照面
８、８Ａ  測定制御部（曲率半径測定部）
９  撮像素子（撮像部）
１３  上下移動機構（移動機構）
１４  測長器（移動距離測定部）
２３  モニタ（表示部）
２３ａ  表示画面
２５  操作部
３０、４０  干渉計
５０  球欠高さ測定装置
８０  画像取得部
８１  装置制御部
８２  演算部（演算処理部、球欠高さ算出部）
８３  記憶部
８４  表示制御部
８５  画像処理部（演算処理部）
Ｃ  光軸
Ｄ  球欠径
Ｆ  領域
Ｏ  球心
Ｐ  集光点
Ｑ  面頂
Ｒ  曲率半径
Ｓ  被検レンズ面
Ｉ０、Ｉ１  干渉縞画像
Ｌ０、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ１０、Ｌ１１、Ｌ１２  レーザ光（可干渉光束）
Ｌ３  被検面反射光束（被検レンズ面での反射光束）
Ｌ４  参照面反射光束（参照面での可干渉光束の他方による反射光束）
Ｓ０  曲率半径測定工程
Ｓ１  球心位置測定工程
Ｓ２  面頂位置測定工程
Ｓ３  曲率半径算出工程
Ｓ４  球欠径測定工程
Ｓ５  球欠高さ算出工程
【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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