(57)【要約】【課題】非球面形状を高精度に測定する際に、被測定物保持機構と干渉光学系との相対的移動を高精度に行える機構を有する測定装置を提供する。【解決手段】被測定物１０を被測定面軸Ｓの回りに回転させる被測定物回転機構７０および該回転機構を搭載し被測定面軸と直交または平行方向に直線移動させる第１スライド機構７を備える被測定物保持機構Ａと、測定光を照射して光干渉測定を行う干渉光学系２を保持し該光学系をその測定光軸Ｌと被測定面軸Ｓとのなす測定角度を変更可能に旋回させる光学系旋回機構８０および該旋回機構を搭載し第１スライド機構７の移動方向と直交方向に直線移動させる第２スライド機構８を備える干渉光学機構Ｂとを備え、測定角度を順次変更した毎に被測定物１０を回転させつつ光干渉測定を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非球面形状の被測定面を有する被測定物を保持する被測定物保持機構と、前記被測定物の被測定面に測定光を照射し該被測定面からの戻り光と参照光との干渉による干渉縞を取得する光干渉測定を行う干渉光学系を有する干渉光学機構とを備え、前記干渉縞に基づき前記被測定面の形状を測定する非球面形状測定装置であって、
前記被測定物保持機構は、前記被測定物を被測定面軸を中心として回転させる被測定物回転機構と、該被測定物回転機構を搭載し前記被測定面軸と直交方向または平行方向に直線移動させる第１スライド機構とを備え、
前記干渉光学機構は、前記干渉光学系を保持し該干渉光学系をその測定光軸と前記被測定面軸とのなす測定角度を変更可能に旋回させる光学系旋回機構と、該光学系旋回機構を搭載し前記第１スライド機構の移動方向と直交方向に直線移動させる第２スライド機構とを備え、
前記第１スライド機構、前記第２スライド機構および前記光学系旋回機構の作動を制御して、前記測定角度を順次変更した毎に前記被測定物を回転させつつ前記光干渉測定を行うことを特徴とする非球面形状測定装置。
【請求項２】
前記被測定物保持機構および前記干渉光学機構をカバー内に設置し、測定部分の急激な温度および湿度変化を防止することを特徴とする請求項１記載の非球面形状測定装置。
【請求項３】
前記第１スライド機構および前記第２スライド機構をエアスライドで構成してなることを特徴とする請求項１または２記載の非球面形状測定装置。
【請求項４】
前記被測定物回転機構および前記光学系旋回機構をエアスピンドルで構成してなることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項記載の非球面形状測定装置。
【請求項５】
前記干渉光学機構は、前記干渉光学系を保持した前記光学系旋回機構を基台部の中間位置に搭載し、該基台部の一端部が前記第２スライド機構の摺動台に保持され、他端部がエアブッシュにより前記定盤上を摺動可能に支持されていることを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１項記載の非球面形状測定装置。
【請求項６】
前記被測定面軸と前記測定光軸との高さ方向位置を合わせるための昇降機構を、前記被測定物保持機構または前記干渉光学機構の少なくとも一方に備えてなることを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１項記載の非球面形状測定装置。
【請求項７】
前記干渉光学系は、干渉縞を１次元イメージセンサにより撮像する第１撮像系と、干渉縞を２次元イメージセンサにより撮像する第２撮像系とを備えてなることを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか１項記載の非球面形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非球面形状を有する被測定面（被検面）に測定光を照射し、被測定面からの戻り光と参照光との干渉により得られる干渉縞に基づき被測定面の形状を測定する非球面形状測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、非球面形状の被測定面に球面波を照射して被測定面からの戻り光と参照光との干渉により形成される干渉縞に基づき、被測定面の局所的な形状を特定する手法が知られているが、このような手法により被測定面全域に対応した干渉縞を得ることは難しい。
【０００３】
そこで、干渉計または被測定面を測定光軸方向に順次移動させることにより、被測定面の径方向の部分領域毎に対応した干渉縞が順次生じるようにし、その各干渉縞を解析して被測定面の径方向の各部分領域の形状を求め、それらを繋ぎ合わせることにより被測定面全域の形状を特定する手法が知られている（下記特許文献１参照）。
【０００４】
一方、干渉計または被測定面を測定光軸と垂直な面内において順次移動させ、移動毎に被測定面の各部分領域に対応した干渉縞を縞解析可能な程度に拡大して撮像し、その各干渉縞を解析して被測定面の各部分領域の形状を求め、それらを繋ぎ合わせることにより被測定面全域の形状を特定する手法も知られている（下記特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６２−１２６３０５号公報
【特許文献２】米国特許第６,９５６,６５７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、非球面レンズの形状が複雑化しており、例えば、１つのレンズ面（被測定面）において、レンズ面の中心軸を中心に、凹形状となっている部分（凹面部）と凸形状となっている部分（凸面部）とを併せ持つような非球面形状のものが利用されるようになっている。このような凹面部と凸面部を有する被測定面の形状を光干渉測定により測定することは困難であるとされ、これまでは、光触針を用いた三次元形状測定により形状測定が行われていた。
【０００７】
すなわち、一般的な光干渉測定法では、被測定面に照射された測定光が被測定面から再帰反射される（戻り光が元の光路を逆進する）領域のみで適正な干渉縞が得られるが、被測定面に照射される測定光が、測定光軸に沿って発散しながら進行する球面波か、測定光軸に沿って収束しながら進行する球面波のいずれかに固定されている上記特許文献１、２記載の手法では、被測定面からの戻り光の進行方向が凹面部と凸面部とで全く異なるため、凹面部と凸面部の両方の領域で共に適正な干渉縞を得ることができないのである。
【０００８】
一方、測定光として平面波を用いる干渉計も一般に知られているが、複雑な形状を有する非球面形状においては被測定面内の部分領域毎の傾きの変化が大きいため、被測定面に照射する測定光の方向を変化させながら被測定面の部分領域毎に測定を行うようにした場合でも、得られる干渉縞の縞密度が非常に高くなり、一般的な２次元イメージセンサでは解像度が低すぎて高精度な縞解析を行うことが難しくなる。
【０００９】
上記のような点から、本発明の発明者らは、例えば、上記のような凹面部と凸面部を有する非球面形状の測定においても、被測定物と干渉光学系とを相対的に３軸方向に移動可能であるとともに、被測定物をその中心軸の回りに回転させつつ光干渉測定を行い、さらに順次被測定物の中心軸と干渉光学系の測定光軸とのなす角度を変更しつつ同様に被測定物をその中心軸を中心として回転させつつ光干渉測定を行うことを繰り返し、その各干渉縞を解析して被測定面の各部分領域の形状を求め、それらを繋ぎ合わせることにより被測定面全域の形状を特定する手法が有効であることを研究結果として得ているが、その光干渉測定を高精度に行うことが困難であり、高精度の測定を短時間に測定条件を制限することなく測定することが実施困難な問題となっている。
【００１０】
具体的には、上記のような被測定物を非球面形状の中心軸を中心として回転させる機構と、被測定物の中心軸と干渉光学系の測定光軸とのなす角度を変更可能とする機構とを、被測定物と干渉光学系とを相対的に３軸方向に移動可能とする機構に組み込んだ際に、移動部分の重量が大きくなると、その微小移動精度の確保が慣性力の増大に伴って困難となり、形状測定を高精度に行うために必要とされる送り精度が得られない問題を有している。さらに、測定条件に制限があったり、測定時間がかかったりして、非球面形状の測定に不便さがあった。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、被測定面の非球面形状を高精度に測定することが可能に、被測定物の保持機構と干渉光学系との相対的な移動機構を備えた非球面形状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】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明の非球面形状測定装置は以下のように構成されている。
【００１３】
すなわち、本発明に係る非球面形状測定装置は、非球面形状の被測定面を有する被測定物を保持する被測定物保持機構と、前記被測定物の被測定面に測定光を照射し該被測定面からの戻り光と参照光との干渉による干渉縞を取得する光干渉測定を行う干渉光学系を有する干渉光学機構とを備え、前記干渉縞に基づき前記被測定面の形状を測定する非球面形状測定装置であって、
前記被測定物保持機構は、前記被測定物を被測定面軸を中心として回転させる被測定物回転機構と、該被測定物回転機構を搭載し前記被測定面軸と直交方向または平行方向に直線移動させる第１スライド機構とを備え、
前記干渉光学機構は、前記干渉光学系を保持し該干渉光学系をその測定光軸と前記被測定面軸とのなす測定角度を変更可能に旋回させる光学系旋回機構と、該光学系旋回機構を搭載し前記第１スライド機構の移動方向と直交方向に直線移動させる第２スライド機構とを備え、
前記第１スライド機構、前記第２スライド機構および前記光学系旋回機構の作動を制御して、前記測定角度を順次変更した毎に前記被測定物を回転させつつ前記光干渉測定を行うことを特徴とする。
【００１４】
前記被測定物保持機構および前記干渉光学機構をカバー内に設置し、測定部分の急激な温度および湿度変化を防止することが好適である。
【００１５】
前記第１スライド機構および前記第２スライド機構をエアスライドで構成するのが好適である。
【００１６】
前記被測定物回転機構および前記光学系旋回機構をエアスピンドルで構成するのが好適である。
【００１７】
前記干渉光学機構は、前記干渉光学系を保持した前記光学系旋回機構を基台部の中間位置に搭載し、該基台部の一端部が前記第２スライド機構の摺動台に保持され、他端部がエアブッシュにより前記定盤上を摺動可能に支持するように構成するのが好適である。
【００１８】
前記被測定面軸と前記測定光軸との高さ方向位置を合わせるための昇降機構を、前記被測定物保持機構または前記干渉光学機構の少なくとも一方に備えることが好ましい。
【００１９】
前記干渉光学系は、干渉縞を１次元イメージセンサにより撮像する第１撮像系と、干渉縞を２次元イメージセンサにより撮像する第２撮像系とを備えてなるものが好適である。
【００２０】
なお、上記「被測定面軸」とは被測定物の被測定面における非球面形状の中心軸をいうものとする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る非球面形状測定装置は、上述の構成を備えていることにより、以下のような作用効果を奏する。
【００２２】
すなわち、本発明の非球面形状測定装置においては、保持した被測定物を被測定面軸を中心として回転させる被測定物回転機構および該被測定物回転機構を搭載し被測定面軸と直交方向または平行方向に直線移動させる第１スライド機構を備える被測定物保持機構と、被測定面に測定光を照射して光干渉測定を行う干渉光学系を保持し該干渉光学系をその測定光軸と被測定面軸とのなす測定角度を変更可能に旋回させる光学系旋回機構および該光学系旋回機構を搭載し第１スライド機構の移動方向と直交方向に直線移動させる第２スライド機構を備える干渉光学機構とを備え、第１および第２スライド機構並びに光学系旋回機構の作動を制御して、上記測定角度を順次変更した毎に上記被測定物を回転させつつ光干渉測定を行うように構成したことにより、２軸方向に設けた第１スライド機構と第２スライド機構を別途に作動させて、それぞれの移動負荷を軽減することで移動精度を確保して測定精度を高めることができるとともに、両スライド機構を別々に配置したことで一体に構成した場合に比べて構成のコンパクト化が図れ、また、一体化構造において必要とされる周辺部材の高剛性化による精度向上を不要にし、低剛性構造で十分な測定精度を確保でき、微小非球面レンズ等の形状測定を高精度に実現できる効果を奏する。
【００２３】
また、被測定物を回転させながら光干渉測定を行って被測定面の形状を測定するとともに、干渉光学系の測定光軸と被測定面軸とのなす測定角度を変化させる必要があるので、この２軸方向の回転動作を被測定物回転機構と光学系旋回機構とに分離して別途に作動させて、それぞれの移動負荷を軽減することで移動精度を確保して測定精度を高めることができ、微小非球面レンズ等の形状測定を高精度に実現できる。
【００２４】
さらに、非接触で被測定面の形状を測定することができ、被測定面に触針等の接触に伴う傷付きを防止することができる。とくに、微細形状の非球面形状を有する被測定物に対し、高精度に被測定物および干渉光学系を移動させることができ、それに伴って測定精度を高めることができる。
【００２５】
また、本発明において、被測定物保持機構および干渉光学機構をカバー内に設置し、測定部分の急激な温度および湿度変化を防止するように設けると、その環境変化に伴う測定精度の低下を抑制できる。
【００２６】
また、本発明における第１スライド機構および第２スライド機構をエアスライドで構成すると、気体を潤滑膜とすることで使用に伴う摩耗が発生せず、被測定物および干渉光学系の移動精度すなわち測定精度を長期間にわたって良好に維持することができる。
【００２７】
同様に、本発明における被測定物回転機構および光学系旋回機構をエアスピンドルで構成すると、使用に伴う摩耗が発生せず、被測定物の回転精度および測定角度の変更精度すなわち測定精度を長期間にわたって良好に維持することができる。
【００２８】
また、本発明において干渉光学機構の構成を、干渉光学系を保持した光学系旋回機構が中間位置に搭載された基台部の一端部を第２スライド機構の摺動台に保持させ、他端部をエアブッシュにより定盤上を摺動可能に支持させるようにすると、上記摺動台に作用する重量とエアブッシュに作用する重量との差を少なくすることができ、負荷バランスが良好となり、第２スライド機構の作動に伴う光学系旋回機構つまり干渉光学系の送り精度を高い状態に維持することができる。
【００２９】
また、本発明において被測定面軸と測定光軸との高さ方向位置を合わせるための昇降機構を、被測定物保持機構または干渉光学機構の少なくとも一方に備えると、被測定物の保持位置と干渉光学系の初期位置合わせを正確に行うことができる機構を簡易に構成することができる。
【００３０】
また、本発明において干渉光学系を、干渉縞を１次元イメージセンサにより撮像する第１撮像系と、干渉縞を２次元イメージセンサにより撮像する第２撮像系とを備えるように構成すると、被測定面の形状測定が短時間で行えるとともに、被測定物の保持位置と干渉光学系の初期位置合わせを正確に行うことができる。とくに、画像取得速度が２次元イメージセンサに比較して一般に速い１次元イメージセンサを用いて被測定物回転時の光干渉測定を行うと、被測定面を回転させながら各回転位置別干渉縞を撮像することが実現でき、被測定面の各部分領域毎の撮像を静止状態で行う必要があった従来の手法に比較して、測定に要する時間を短縮化することが可能となる。
【００３１】
したがって、本発明に係る非球面形状測定装置によれば、被測定面の非球面形状を高精度かつ短時間で測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態に係る非球面形状測定装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】図１のカバーを省略した概略正面図である。
【図３】図２の定盤を省略した平面図である。
【図４】図３の一例の移動状態を示す平面図である。
【図５】図１の実施形態における光学系および制御系の構成を示す機構図である。
【図６】一例の測定動作を示す動作フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図５の機構図では、図１〜図４に対して各部材の大きさや部材間の距離等を適宜変更して示してあり、詳細な形状や構造を示すものではない。
【００３４】
図１〜図５に示す本実施形態の非球面形状測定装置１は、被測定物１０（非球面レンズ）が有する回転対称な被測定面１０ａ（図５参照）の非球面形状を測定解析するものであり、被測定面１０ａに測定光を照射し該被測定面１０ａからの戻り光を参照光と合成して干渉光を得る干渉光学系２と、得られた干渉光により形成される干渉縞を撮像する第１撮像系３および第２撮像系４と、撮像された干渉縞を解析して被測定面１０ａの形状を求める測定解析系５（図５参照）と、被測定物１０を保持姿勢が手動調整可能であるサンプルステージ６と、を備えてなる。
【００３５】
そして、上記サンプルステージ６を含み、保持姿勢が調整された被測定物１０を被測定面軸Ｓの回りに回転させる第１エアスピンドル７０（被測定物回転機構）、およびＸ方向（被測定面軸Ｓと直交する方向）に直線（スライド）移動させる第１のエアスライド７（第１スライド機構）を備えた被測定物保持機構Ａが構成される。また、上記干渉光学系２、第１撮像系３および第２撮像系４を含み、これらを鉛直方向であるＺ方向を中心として旋回させる第２エアスピンドル８０（光学系旋回機構）、およびＹ方向（被測定面軸Ｓと平行方向）に直線（スライド）移動させる第２のエアスライド８（第２スライド機構）を備えた干渉光学機構Ｂが構成される。
【００３６】
＜被測定物保持機構Ａ＞
上記サンプルステージ６は、図２、図３および図５に示すように、移動ベースとなる基台部６０と、該基台部６０に取り付けられた手動調整部６１と、該手動調整部６１に回転軸Ｅと被測定面軸Ｓ（図５参照）との位置調整可能に設置され、後述の第１エアスピンドル７０（被測定物回転機構）を介して回転可能に保持された回転ステージ部６２と、該回転ステージ部６２の先端に設置された被測定物ホルダー６３とを備え、該被測定物ホルダー６３に被測定物１０が保持される。
【００３７】
上記手動調整部６１は、回転ステージ部６２すなわち被測定物ホルダー６３の回転中心位置がその平面内でＸ方向およびＺ方向に調整可能であるとともに、回転中心の傾きがθＸ方向θＺ方向に調整可能であり、後述の干渉光学系２の測定光軸Ｌとの初期調整を行うように構成されている。その調整により、初期状態において、被測定物１０の被測定面軸Ｓと手動調整部６１の回転軸Ｅとが一致するように、さらに、干渉光学系２の測定光軸Ｌとが一致するように設定してから測定が開始される。
【００３８】
また、上記サンプルステージ６に保持された被測定物１０は、第１エアスピンドル７０（被測定物回転機構）によって測定時に回転作動されるとともに、測定角度を変更する際に第１エアスライド７（第１スライド機構）によってＸ方向位置が移動操作される。つまり、前記基台部６０に第１エアスピンドル７０が手動調整部６１と同軸に取り付けられ、その回転駆動力が上記回転ステージ部６２に伝達され、保持した被測定物１０とともに回転ステージ部６２を回転作動させるように設けられている。
【００３９】
さらに、上記基台部６０が第１エアスライド７の摺動台７３に搭載され、該摺動台７３が定盤９（防振台）にＸ方向に敷設されたガイド７４に摺動可能に載置されている。この第１エアスライド７は、静圧気体軸受けであり摺動台７３に加圧エアが導入され、ガイド７４との隙間に気体潤滑膜が生成されて摺動台７３がガイド７４から浮上し、不図示のモータの駆動によって摺動台７３をガイド７４に沿って移動操作可能に設けられている。ガイド７４の位置は不図示のエンコーダにより検出され、解析制御装置５０によってＸ方向位置が制御される。
【００４０】
また、上記第１エアスピンドル７０は、図示してないが、ケース内に回転軸が気体潤滑膜を介して回転可能に保持され、その回転軸にはサーボモータが設置されて回転駆動される公知の構造であり、回転位置（回転量）はエンコーダにより検出され、解析制御装置５０によって回転位置が制御される。
【００４１】
＜干渉光学機構Ｂ＞
干渉光学系２は、図５に示すように、フィゾータイプの光学系配置をなすものであり、高可干渉性の光束を出力する光源部２０と、該光源部２０からの出力光のビーム径を拡大するビーム径拡大レンズ２１と、後述の干渉光を図中上方に向けて反射する光束分岐光学素子２２と、該光束分岐光学素子２２を透過した光束をコリメートするコリメータレンズ２３と、該コリメータレンズ２３からの平面波の一部を参照基準平面２４ａにおいて再帰反射して参照光となし、その余を測定光軸Ｌに沿って進行する測定光として照射する平面基準板２４と、これらの光学素子を収納した鏡筒２５とを備えてなる。また、上記平面基準板２４は、ピエゾ素子２９を備えたフリンジスキャンアダプタ２８に保持され、フリンジスキャン計測等を実施する際に測定光軸Ｌ方向に微動するように構成されている。
【００４２】
なお、図５は説明用に大きさを変更して示しており、とくに測定光として被測定面１０ａに照射される光束の径は被測定面１０ａの外径に対して非常に小さく、その照射測定範囲は部分的であり、後述のように被測定面１０ａは同心円状に複数の輪帯状（径の異なるリング状）に分割された測定領域に設定される。
【００４３】
上記第２撮像系４は、主に、被測定面１０ａが初期姿勢（測定光軸Ｌと回転軸Ｅとが互いに一致し、かつ被測定面軸Ｓが測定光軸Ｌと平行となる状態の姿勢）をとるときに撮像を行うものであり、上記干渉光学系２の光束分岐光学素子２２により図中上方に向けて反射され、第１撮像系３に向けて干渉光を反射するための光束分岐光学素子３４を透過した干渉光を集光する結像レンズ４０と、エリアＣＣＤやＣＭＯＳ等からなる２次元イメージセンサ４２を有してなる撮像カメラ４１と、これらの光学素子を収納した鏡筒４５とを備えてなり、結像レンズ４０により２次元イメージセンサ４２上に形成された干渉縞の画像データを取得するように構成されている。
【００４４】
また、上記第１撮像系３は、被測定面１０ａの回転時に撮像を行うものであり、上記光束分岐光学素子３４により反射され図中右方に進行する干渉光を集光する結像レンズ３０と、ラインＣＣＤやＣＭＯＳ等からなる１次元イメージセンサ３２を有してなる撮像カメラ３１と、これらの光学素子を収納した鏡筒３５とを備えてなり、結像レンズ３０により１次元イメージセンサ３２上に形成された干渉縞の画像データを取得するように構成されている。
【００４５】
なお、上記干渉光学系２の鏡筒２５は水平方向（測定初期状態でＹ方向）に配置され、該鏡筒２５の上部に第２撮像系４の鏡筒４５が縦方向（Ｚ方向）に立設されるとともに、鏡筒２５と平行に第１撮像系３の鏡筒３５が設置され、各鏡筒２５，３５，４５は相互に固定され、一体的に移動するようになっている。
【００４６】
上記干渉光学系２（第１撮像系３および第２撮像系４）は、第２エアスピンドル８０（光学系旋回機構）によって測定角度の変更時に旋回作動されるとともに、測定角度を変更する際に第２エアスライド８（第２スライド機構）によってＹ方向位置が移動操作される。つまり、回転軸がＺ方向となるように縦向きに設置された第２エアスピンドル８０の上端に、前記干渉光学系２の鏡筒２５が搭載されている。そして、該第２エアスピンドル８０は保持部８１に保持され、その回転駆動力が上記鏡筒２５に伝達され、干渉光学系２（第１撮像系３および第２撮像系４）をＺ軸を中心として旋回作動（θＺ）させるように設けられている。
【００４７】
さらに、上記保持部８１が第２エアスライド８の基台部８２の中間位置（図３参照）に搭載されている。該基台部８２の図３で上方の一端は第２エアスライド８の摺動台８３に搭載され、該摺動台８３は定盤９（防振台）に設置されたＹ方向（第１エアスライド７の移動方向に直交する方向）に敷設されたガイド８４に摺動可能に載置されている。上記基台部８２の図３で下方の他端はエアブッシュ８６によって摺動台８３が水平となるように所定の高さに保持されている。該エアブッシュ８６は導入された圧縮空気によって底面が定盤９の上面に対して気体潤滑膜を介して浮上するように構成され、定盤９上を低摩擦状態で摺動する。
【００４８】
そして、第２エアスライド８は、上記第１エアスライド７と同様に摺動台８３に加圧エアが導入され、ガイド８４との隙間に気体潤滑膜が生成されて摺動台８３がガイド８４から浮上し、不図示のモータの駆動によって摺動台８３をガイド８４に沿って移動操作可能に設けられている。このガイド８４の位置は不図示のエンコーダによって検出され、解析制御装置５０によってＹ方向位置が制御される。
【００４９】
また、上記第２エアスピンドル８０は、図示してないが、第１エアスピンドル７０と同様にケース内に回転軸が気体潤滑膜を介して回転可能に保持され、その回転軸にはサーボモータが設置されて回転駆動される公知の構造であり、回転位置（回転量）はエンコーダによって検出され、解析制御装置５０により回転位置が制御される。この第２エアスピンドル８０は、干渉光学系２の鏡筒２５を保持している部分が基台部８２および摺動台８３に対して昇降移動可能であり、下方に設置された昇降アクチュエータ８７の駆動によって昇降移動され、その昇降位置がエンコーダによって検出され、解析制御装置５０によりＺ方向位置が制御される。
【００５０】
上記被測定物保持機構Ａおよび干渉光学機構Ｂの動作により、上記被測定面１０ａは、干渉光学系２の測定光軸Ｌに対する相対姿勢（測定光軸Ｌに対する傾き角度およびＸ，Ｙ，Ｚ方向位置）を自在に変更し得るようになっている。
【００５１】
上記被測定物保持機構Ａおよび干渉光学機構Ｂは、図１に示すように、定盤９上に設置され、この定盤９は支持脚９１上に設置された防振台９２に載置され、上部空間はカバー９５によって覆われ、測定部分の急激な温度変化および湿度変化に伴う測定精度の低下を防止している。該カバー９５には、前扉９５ａおよび上扉９５ｂが設けられ、被測定物１０の交換時等に開いて測定者による作業が行えるようにしている。
【００５２】
なお、前記干渉光学機構Ｂにおける昇降アクチュエータ８７は、定盤９より下方に延びて設置されているものであり、この場合には定盤９に昇降アクチュエータ８７が移動可能な長孔（不図示）が開口形成され、干渉光学系２のＹ方向移動を許容するように設けられている。
【００５３】
＜測定解析系５＞
上記測定解析系５は、１次元イメージセンサ３２および２次元イメージセンサ４２により取得された干渉縞の画像データの信号を受け、その画像データに基づき被測定面１０ａの形状データおよび被測定面１０ａの面偏芯量を演算解析するとともに、図６に基づき後述するような測定動作を制御するために、被測定物保持機構Ａの第１エアスライド７、第１エアスピンドル７０および上記干渉光学機構Ｂの第２エアスライド８、第２エアスピンドル８０、昇降アクチュエータ８７に駆動信号ａ〜ｆ（図５参照）を出力し、その駆動を制御するもので、コンピュータ等からなる解析制御装置５０と、該解析制御装置５０による解析結果や画像を表示する表示装置５１と、キーボードやマウス等からなる入力装置５２とを備えてなる。
【００５４】
そして、上記被測定物１０は、被測定面軸Ｓを中心とした回転対称な被測定面１０ａを有しており、該被測定面１０ａは、上記干渉光学系２側に凹となる凹面部と、凸となる凸面部と、凹面部と凸面部との境界部分に位置する軸外停留点部とを有し、その形状に応じて、被測定面１０ａの設計データに基づき、該被測定面１０ａ上に、該被測定面１０ａを径方向に輪帯状（径の異なる同心円リング状）に分割してなる複数の測定領域を設定するものである。
【００５５】
上記被測定面１０ａが初期姿勢をとるときに第２撮像系４の２次元イメージセンサ４２により撮像された干渉縞画像に基づき、測定光軸Ｌと被測定面軸Ｓとが一致するように手動調整部６１を手動調整するものである。
【００５６】
また、解析制御装置５０は、測定光軸Ｌの被測定面１０ａとの交点位置が、設定された複数の測定領域上に順次移動するように、かつ移動毎に測定光軸Ｌが交点位置における被測定面１０ａの接平面と垂直に交わるように、被測定面１０ａに対する測定光軸Ｌの相対姿勢を、移動部分が相互に干渉することなく第１エアスライド７、第２エアスライド８、第２エアスピンドル８０、昇降アクチュエータ８７の駆動を制御する。さらに、上記第１エアスピンドル７０の作動により、被測定面１０ａを回転させつつ第１撮像系３の１次元イメージセンサ３２により撮像された各測定領域別干渉縞と、該各干渉縞が撮像されたときの被測定面１０ａの姿勢および回転角度の各データとに基づき、上記複数の測定領域の各々に対応した各形状情報を求めるとともに、各形状情報を繋ぎ合わせることにより分割した複数の測定領域を互いに合成して被測定面全域の形状情報を求めるものである。
【００５７】
次に、本実施形態における非球面形状測定装置１の測定手順について図６に基づいて説明する。
【００５８】
まず、電源がオンとされてから、被測定物１０をセットするために初期移動操作を行う。ステップＳ１で左側の第１エアスライド７を動作させて、サンプルステージ６を手前側に測定者（オペレータ）の近傍に、被測定物１０のセット作業が行いやすいように摺動台７３を移動させるのに続いて、第２エアスライド８を動作させて、干渉光学系２を右側にサンプルステージ６から離れる方向に摺動台８３を移動させ、被測定物１０をセットする作業に干渉しないように作業スペースを広げる（ステップＳ２）。
【００５９】
その後、カバー９５の前扉９５ａおよび上扉９５ｂを開き、測定者が手作業によって被測定物１０を、回転ステージ部６２の先端部の被測定物ホルダー６３にセットする。具体的には、測定者が被測定物１０（非球面形状を有するレンズ等）を保管位置より取り出し、サンプルステージ６の先端における被測定物ホルダー６３に運び、被測定物１０を所定姿勢に保持させる（ステップＳ３）。そして、上記カバー９５の前扉９５ａおよび上扉９５ｂを閉じ、カバー９５の内部の雰囲気（温度および湿度）が安定するまでの所定時間が経過するのを待ってから、測定を開始する。
【００６０】
次に測定準備を行うものであり、ステップＳ４で第１エアスライド７および第２エアスライド８を動作させて、干渉光学系２と被測定物１０の被測定面１０ａとを正対位置、つまり被測定面軸Ｓと測定光軸Ｌとが一致する正対位置に移動させる。つまり、第１エアスライド７の摺動台７３を後退動作させて測定初期位置に移動させる一方、第２エアスライド８は摺動台８３を前進移動させて干渉光学系２の照射先端部を被測定物１０に接近させるとともに、被測定面軸Ｓ（回転軸Ｅ）と干渉光学系２の測定光軸Ｌとが一直線上に一致する測定初期状態に移動させる。
【００６１】
なお、非球面形状測定装置１の初期設定（設置調整）において、回転ステージ部６２の中心位置と被測定物ホルダー６３の保持中心位置、つまり被測定物１０の被測定面軸Ｓが一致するように、手動調整部６１の手動調整により、第１エアスピンドル７０の回転軸Ｅに対し、回転ステージ部６２の中心位置（Ｘ位置およびＺ位置）、角度（θＸ，θＺ）等を設定しておく。その際、後述の光干渉測定により被測定物ホルダー６３に保持した被測定物１０の中心部の干渉光を撮像した２次元イメージセンサ４２の画像データ（干渉縞）を用いて被測定面軸Ｓを求め、上記位置調整を行うことが可能である。
【００６２】
さらに、ステップＳ５において第２エアスピンドル８０の回転駆動を行い、干渉光学系２の測定角度（被測定面軸Ｓと測定光軸Ｌとのなす角度）を設定角度に調整する。その際、測定角度が０度で正対位置（一直線上）の場合には、この動作は不要である。
【００６３】
次に、第１エアスピンドル７０の駆動を開始して、被測定物１０の回転を開始し、測定可能にする（ステップＳ６）とともに、光干渉測定を行う（ステップＳ７）。この測定は、光源部２０からの測定光を平面基準板２４を透過させて被測定面１０ａに照射し、反射された戻り光と、平面基準板２４の参照基準平面２４ａからの参照光との干渉により形成される干渉光の画像データつまり干渉縞（反射面の形状情報を担持している）を、１次元イメージセンサ３２および２次元イメージセンサ４２を用いて撮像し、その画像データを画像処理および形状解析により測定データを算出し、表示装置５１に表示し、データ保存する。なお、フリンジスキャン計測を行う場合は、フリンジスキャンアダプタ２８を用いて、平面基準板２４の測定光軸Ｌ方向の位置を適宜変更し、変更毎に測定を行う。
【００６４】
この所定の測定角度での光干渉測定が完了すると、ステップＳ８で第１エアスピンドル７０による被測定物１０の回転を停止する一方、次の測定のために、ステップＳ９で第１エアスライド７の摺動台７３を移動させて、次の測定角度に応じたＸ方向位置に被測定物１０を移動させる。また、同時に第２エアスピンドル８０を作動させて、干渉光学系２の測定光軸Ｌを所定角度に旋回させる（ステップＳ１０）とともに、第２エアスライド８の摺動台８３を移動させて干渉光学系２のＹ方向位置を変更する。
【００６５】
たとえば、図３の正対位置から図４の直交位置まで測定角度を変更する場合には、第２エアスピンドル８０の旋回動作に応じて、干渉光学系２の照射先端部がＸ方向は手前側（前進側）に、Ｙ方向は右側（後退側）に移動することに伴い、第１エアスライド７は被測定物１０をＸ方向に前進移動させる一方、第２エアスライド８は干渉光学系２を前進移動させることで、被測定物１０と干渉光学系２とが所定の距離および角度の相対姿勢となるように調整する。
【００６６】
上記のように測定角度を変更した後、ステップＳ６に戻って第１エアスピンドル７０の回転動作を開始して被測定物１０を被測定面軸Ｓの回りに回転させつつ、変更された測定角度における光干渉測定をステップＳ７で同様に行う。
【００６７】
これらの測定動作を１つの被測定物１０で測定が必要な角度分の回数だけ順次繰り返した後、つまり、被測定物１０の非球面形状に対応して設定された所定角度毎における測定が終了した際には、ステップＳ１２に移行して被測定物１０を初期位置に戻すものであり、第１エアスライド７および第２エアスライド８を作動して、上記ステップＳ３の被測定物１０をセットしたときと同じ位置に移動させ、ステップＳ１３で測定後の被測定物１０を被測定物ホルダー６３から取り外して、次の未測定の被測定物１０をセットした後、上記ステップＳ４に戻り、以下、上記と同様に新たにセットした被測定物１０に対応した測定角度の設定を行う。
【００６８】
上記測定動作を被測定物１０の数だけ繰り返し、すべての測定が終了した際には、ステップＳ１３で最終の被測定物１０を被測定物ホルダー６３から取り外し、電源をオフにして停止するものである。
【００６９】
上記のように順次測定角度を変更して光干渉測定された画像データは、それぞれが担持している輪帯状領域形状情報を解析制御装置５０において解析処理し、被測定面１０ａ全域の形状情報を求める。
【００７０】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、種々に態様を変更することが可能である。
【００７１】
例えば、上述の実施形態では、第１エアスライド７をＸ方向に設置し、第２エアスライド８をＹ方向に設置しているが、逆に第１エアスライド７をＹ方向に設置し、第２エアスライド８をＸ方向に設置するようにしてもよい。
【００７２】
また、上述の実施形態では、昇降アクチュエータ８７を干渉光学機構Ｂに設置しているが、被測定物保持機構Ａとの少なくとも一方に備えているように構成すればよい。
【００７３】
また、上述の実施形態では、被測定面１０ａが凹面部および凸面部を有する形状のものとされているが、このような形状の被測定面に測定対象が限定されるものではない。本発明の非球面形状測定装置は、回転対称な種々の非球面形状の被測定面の測定に用いることが可能である。
【符号の説明】
【００７４】
１  非球面形状測定装置
２  干渉光学系
３  第１撮像系
４  第２撮像系
５  測定解析系
６  サンプルステージ
７  第１エアスライド（第１スライド機構）
８  第２エアスライド（第２スライド機構）
９  定盤
１０  被測定物
１０ａ  被測定面
２０  光源部
２１  ビーム径拡大レンズ
２２  光束分岐光学素子
２３  コリメータレンズ
２４  平面基準板
２４ａ  参照基準平面
２５  鏡筒
２８  フリンジスキャンアダプタ
２９  ピエゾ素子
３０  結像レンズ
３１  撮像カメラ
３２  １次元イメージセンサ
３４  光束分岐光学素子
３５  鏡筒
４０  結像レンズ
４１  撮像カメラ
４２  ２次元イメージセンサ
４５  鏡筒
５０  解析制御装置
５１  表示装置
５２  入力装置
６０  基台部
６１  手動調整部
６２  回転ステージ部
６３  被測定物ホルダー
７０  第１エアスピンドル（被測定物回転機構）
７３  摺動台
７４  ガイド
８０  第２エアスピンドル（光学系旋回機構）
８１  保持部
８２  基台部
８３  摺動台
８４  ガイド
８６  エアブッシュ
８７  昇降アクチュエータ（昇降機構）
９１  支持脚
９２  防振台
９５  カバー
９５ａ  前扉
９５ｂ  上扉
Ａ  被測定物保持機構
Ｂ  干渉光学機構
Ｅ  回転軸
Ｌ  測定光軸
Ｓ  被測定面軸
【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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