(57)【要約】【課題】自由曲面等の非球面の曲面鏡について鏡面精度を検査できるようにする。【解決手段】検査対象曲面鏡の配置位置、撮像手段の撮像位置、検査用パターンの配置位置をそれぞれ想定する。検査対象曲面鏡の設計データを基に、撮像位置で撮像される検査用パターンの反射像がゆがみのない直線状または真円状のパターンとなるように、検査用パターン配置位置での該検査用パターンを光線追跡演算で求めて作成する。設計データに基づき実際に作製された検査対象曲面鏡と、撮像手段と、前記作成された検査用パターンを、前記検査用パターンの作成時に想定した各対応する位置またはこれと同等な位置に配置する。検査用パターンを作製された検査対象曲面鏡で反射し、その反射像を前記撮像手段で撮像し、該撮像された反射像に基づき該検査対象曲面鏡の鏡面精度を検査する。【選択図】  図１
2005024438.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
適宜の図形で構成される検査用パターンを検査対象曲面鏡で反射し、その反射像を撮像手段で撮像し、該撮像された反射像に基づき該曲面鏡の鏡面精度を検査する方法であって、
前記検査用パターン、前記検査対象曲面鏡および前記撮像手段が予め想定した光学的位置関係またはこれと同等な位置関係にあり、かつ、前記検査対象曲面鏡の鏡面が設計どおりに作られている場合に、前記撮像手段で撮像される前記検査用パターンの反射像が、ゆがみのない直線状パターン、もしくは、ゆがみのない真円状パターン、または、ゆがみのない直線状パターンとゆがみのない真円状パターンとの組合せパターンとなるように、前記検査用パターンが作成されている曲面鏡の鏡面精度検査方法。
【請求項２】
検査対象曲面鏡の配置位置、撮像手段の撮像位置、検査用パターンの配置位置をそれぞれ想定して、該検査対象曲面鏡の設計データを基に、前記撮像位置で撮像される前記検査対象曲面鏡による前記検査用パターンの反射像が、ゆがみのない直線状パターン、もしくは、ゆがみのない真円状パターン、または、ゆがみのない直線状パターンとゆがみのない真円状パターンとの組合せパターンとなるように、前記検査用パターン配置位置での該検査用パターンを光線追跡演算で求めて作成し、
前記設計データに基づき実際に作製された検査対象曲面鏡と、撮像手段と、前記作成された検査用パターンを、前記検査用パターンの作成時に想定した各対応する位置またはこれと同等な位置に配置し、
該検査用パターンを前記作製された検査対象曲面鏡で反射し、その反射像を前記撮像手段で撮像し、該撮像された反射像に基づき該検査対象曲面鏡の鏡面精度を検査する曲面鏡の鏡面精度検査方法。
【請求項３】
前記撮像手段で撮像された前記検査用パターンの反射像を表示し、該表示された反射像を目視して前記検査対象曲面鏡の鏡面精度を検査する請求項１または２記載の曲面鏡の鏡面精度検査方法。
【請求項４】
前記撮像手段で撮像された前記検査用パターンの反射像を演算処理して前記検査対象曲面鏡の鏡面精度を検査する請求項１から３のいずれかに記載の曲面鏡の鏡面精度検査方法。
【請求項５】
前記検査対象曲面鏡の鏡面が設計どおりに作られている場合に前記撮像手段で撮像される前記検査用パターンの反射像の大きさに対する、実際に該撮像手段で撮像される該検査用パターンの反射像の大きさの変動に基づき、該実際の反射像の鏡面誤差のうち曲率誤差成分を検出する１から４のいずれかに記載の曲面鏡の鏡面精度検査方法。
【請求項６】
前記反射像の鏡面誤差から曲率誤差成分をキャンセルする処理を予め行い、次いで、該曲率誤差がキャンセルされた反射像を演算処理して、うねり誤差成分を演算する請求項１から５のいずれかに記載の曲面鏡の鏡面精度検査方法。
【請求項７】
前記曲率誤差成分をキャンセルする処理が、前記撮像手段で撮像される前記検査用パターンの反射像の大きさが、前記検査対象曲面鏡の鏡面が設計どおりに作られている場合に撮像される反射像の大きさに一致するように、前記検査用パターンと前記検査対象曲面鏡との距離、または、該距離および前記撮像手段と前記検査対象曲面鏡との距離を変化させることによって行われる請求項６記載の曲面鏡の鏡面精度検査方法。
【請求項８】
前記検査用パターンが、線またはマークを配列した図形で構成される請求項１から７のいずれかに記載の曲面鏡の鏡面精度検査方法。
【請求項９】
前記検査対象曲面鏡の鏡面が設計どおりに作られている場合に前記撮像手段で撮像される前記検査用パターンの反射像が、直線状パターン同士を組み合わせた格子状パターン、径の異なる複数の真円状パターンを同心円状に組み合わせた格子状パターン、真円状パターンと直線状パターンを組み合わせた格子状パターンのいずれかである請求項１から８のいずれかに記載の曲面鏡の鏡面精度検査方法。
【請求項１０】
前記格子状パターンの反射像の格子間隔を計測し、前記検査対象曲面鏡の鏡面が設計どおりに作られている場合に得られる反射像の格子間隔との違いに基づき、前記反射像の鏡面誤差に含まれる曲率誤差成分を検出する請求項９記載の曲面鏡の鏡面精度検査方法。
【請求項１１】
適宜の図形で構成される検査用パターンを検査対象曲面鏡に投影する投影手段と、
前記検査対象曲面鏡による前記検査用パターンの反射像を撮像する撮像手段と、
該撮像手段で撮像された前記検査用パターンの反射像を表示する画像表示手段とを具備してなり、
前記投影手段、前記検査対象曲面鏡および前記撮像手段が予め想定した光学的位置関係またはこれと同等な位置関係にあり、かつ、前記検査対象曲面鏡の鏡面が設計どおりに作られている場合に、前記撮像手段で撮像される前記検査用パターンの反射像が、ゆがみのない直線状パターン、もしくは、ゆがみのない真円状パターン、または、ゆがみのない直線状パターンとゆがみのない真円状パターンとの組合せパターンとなるように、前記検査用パターンが作成されている曲面鏡の鏡面精度検査装置。
【請求項１２】
適宜の図形で構成される検査用パターンを検査対象曲面鏡に投影する投影手段と、
前記検査対象曲面鏡による前記検査用パターンの反射像を撮像する撮像手段と、
該撮像手段で撮像された前記検査用パターンの反射像に基づいて前記検査対象曲面鏡の鏡面精度に関する演算処理をする鏡面精度演算手段とを具備してなり、
前記投影手段、前記検査対象曲面鏡および前記撮像手段が予め想定した光学的位置関係またはこれと同等な位置関係にあり、かつ、前記検査対象曲面鏡の鏡面が設計どおりに作られている場合に、前記撮像手段で撮像される前記検査用パターンの反射像が、ゆがみのない直線状パターン、もしくは、ゆがみのない真円状パターン、または、ゆがみのない直線状パターンとゆがみのない真円状パターンとの組合せパターンとなるように、前記検査用パターンが作成されている曲面鏡の鏡面精度検査装置。
【請求項１３】
前記鏡面精度演算手段が、前記撮像手段で撮像された反射像のパターンと、前記検査対象曲面鏡の鏡面が設計どおりに作られている場合に得られる該反射像の理想的なパターンとの誤差を求めて前記検査対象曲面鏡の鏡面精度に関する演算処理をする請求項１２記載の曲面鏡の鏡面精度検査装置。
【請求項１４】
前記検査用パターンが適宜のマークを格子状に配列したマーク格子状配列パターンであり、
前記鏡面精度演算手段が、前記撮像手段で撮像された反射像のパターンの所定位置と該反射像の理想的なパターンの対応する位置をそれぞれの原点位置として、該撮像された反射像のパターンの前記原点位置からマーク位置までの距離と、該反射像の理想的なパターンの前記原点位置から対応するマーク位置までの距離との相対誤差を、該撮像された反射像の複数のマークについてそれぞれ求め、該相対誤差を統計処理して前記検査対象曲面鏡の鏡面精度に関する演算処理をする請求項１３記載の鏡面精度検査装置。
【請求項１５】
前記検査用パターンが適宜のマークを格子状に配列したマーク格子状配列パターンであり、
前記鏡面精度演算手段が、前記撮像手段で撮像された反射像のパターンの適宜のマーク位置と該反射像の理想的なパターンの対応するマーク位置を重ね合わせたときの、該撮像された反射像のパターンの他のマークと該反射像の理想的なパターンの対応するマーク位置間の距離を、該撮像された反射像の複数のマークについてそれぞれ求め、該距離を統計処理して前記検査対象曲面鏡の鏡面精度に関する演算処理をする請求項１３記載の鏡面精度検査装置。
【請求項１６】
前記撮像手段の光軸を、少なくとも該光軸が前記検査対象曲面鏡の鏡面に入射される位置において、該鏡面の法線に沿って配置し、
前記投影手段を、前記検査対象曲面鏡による前記検査用パターンの反射像が前記撮像手段で捉えられる位置に配置してなる請求項１１から１５のいずれかに記載の曲面鏡の鏡面精度検査装置。
【請求項１７】
前記撮像素子の光軸の前記検査対象曲面鏡に入射する光路と、該検査対象曲面鏡で反射されて前記投影手段に至る光路とを、両光路の途中位置に配置した光路分離手段で分離してなる請求項１６記載の曲面鏡の鏡面精度検査装置。
【請求項１８】
前記撮像手段の光軸を検査対象曲面鏡の法線に対し傾斜して配置し、
前記投影手段を、前記検査対象曲面鏡による前記検査用パターンの反射像が前記撮像手段で捉えられる位置に配置してなる請求項１１から１５のいずれかに記載の曲面鏡の鏡面精度検査装置。
【請求項１９】
前記投影手段が、前記検査用パターンを描画した半透明板状部材に裏面側から照明装置によるバックライト照明を照射して該検査用パターンを表示し前記検査対象曲面鏡に投影する請求項１１から１８のいずれかに記載の曲面鏡の鏡面精度検査装置。
【請求項２０】
検査対象曲面鏡の設計データを基に、所定の撮像位置で撮像される該検査対象曲面鏡による反射像が、ゆがみのない直線状パターン、もしくは、ゆがみのない真円状パターン、または、ゆがみのない直線状パターンとゆがみのない真円状パターンとの組合せパターンとなるように、該パターンの反射前の所定の面上でのパターンを光線追跡演算で求めて検査用パターンとして作成する曲面鏡の鏡面精度検査用パターンの作成方法。
【請求項２１】
検査対象曲面鏡の鏡面が設計どおりに作られている場合に、所定位置で見た該検査対象曲面鏡による反射像が、ゆがみのない直線状パターン、もしくは、ゆがみのない真円状パターン、または、ゆがみのない直線状パターンとゆがみのない真円状パターンとの組合せパターンとなるように作成されている曲面鏡の鏡面精度検査用パターン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、曲面鏡の鏡面精度を検査するための鏡面精度検査方法、鏡面精度検査装置、鏡面精度検査用パターンの作成方法および鏡面精度検査用パターンに関し、任意の曲面形状の鏡面の面精度を測定できるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鏡のゆがみを検査する方法として、非特許文献１、２および特許文献１に記載の方法があった。非特許文献１では鏡材一般について、「８．４  反射像のゆがみ試験」として、「鏡材の反射像のゆがみ試験は、８．２と同様に、明るいところに供試体を鉛直に設置し、一度に約５００ｍｍ×５００ｍｍの領域を検査する。検査者は、供試体の前方２ｍの位置から目視によって、反射像のゆがみを検査する。」と規定している。
【０００３】
非特許文献２では自動車用ミラーについて、「４．２  ひずみ率」として、「ミラーの鏡面のひずみ率は、１０．３に規定する試験を行ったとき、平面鏡で２％以下、凸面鏡で５％以下でなければならない。ただし、アウトサイドアンダーミラーの凸面鏡のひずみ率は、８％以下でよい。」と規定している。そして．「１０．３  ひずみ率試験」では、「ミラーの前方３００ｍｍの距離に、目盛の間隔１０ｍｍの同心円目盛とその中心を通る８等分線とを描いたつい立てを正対させ、つい立ての目盛中心の穴から鏡面の同心円目盛の像を写せるような装置」を用いてひずみ率試験を行う方法が規定されている。装置（写真機等）で写した同心円目盛の反射像の８等分線位置での半径をそれぞれ計測して、所定の演算をすることにより、ひずみ率が求められる。
【０００４】
特許文献１では、「検査対象に対して複数の格子からなる格子パターンを投射し、前記検査対象により反射された反射格子パターンの各格子の歪量を演算し、その歪量に基づいて前記検査対象の合否を検査する」（請求項１）方法が記載されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−１７５４５７号公報
【非特許文献１】
ＪＩＳ  Ｒ３２２０（第８．４項）
【非特許文献２】
ＪＩＳ  Ｄ５７０５（第４．２項、第１０．３項）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
非特許文献１に記載の方法では、平面鏡についてしか鏡面精度（設計鏡面に対する誤差）を検査できない欠点があった。非特許文献２および特許文献１記載の方法では、平面鏡または球面鏡について鏡面精度を検査することができるが、自由曲面等の非球面の曲面鏡については、たとえ鏡面が設計どおりに形成されていても反射像がゆがむことから、鏡面精度を検査することができなかった。
【０００７】
この発明は、上述の点に鑑みてなされたもので、自由曲面等の非球面の曲面鏡についても鏡面精度を検査できるようにした鏡面精度検査方法、鏡面精度検査装置、鏡面精度検査用パターンの作成方法および鏡面精度検査用パターンを提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の曲面鏡の鏡面精度検査方法は、適宜の図形で構成される検査用パターンを検査対象曲面鏡で反射し、その反射像を撮像手段で撮像し、該撮像された反射像に基づき該曲面鏡の鏡面精度を検査する方法であって、前記検査用パターン、前記検査対象曲面鏡および前記撮像手段が予め想定した光学的位置関係またはこれと同等な位置関係にあり、かつ、前記検査対象曲面鏡の鏡面が設計どおりに作られている場合に、前記撮像手段で撮像される前記検査用パターンの反射像が、ゆがみのない直線状パターン（本明細書において「直線状パターン」は、連続線による直線パターン、点線等の不連続線による直線パターン、ドット等のマークを直線状に配列したパターンを含む意味で用いる。）、もしくは、ゆがみのない真円状パターン（本明細書において「真円状パターン」は、連続線による真円パターン、点線等の不連続線による真円パターン、ドット等のマークを真円状に配列したパターンを含む意味で用いる。）、または、ゆがみのない直線状パターンとゆがみのない真円状パターンとの組合せパターンとなるように（ただし、直線状パターンまたは真円状パターン以外のパターンを併せて含むことを妨げない。この出願の発明全体を通じて同じ。）、前記検査用パターンが作成されているものである。
【０００９】
また、この発明の曲面鏡の鏡面精度検査方法は、検査対象曲面鏡の配置位置、撮像手段の撮像位置、検査用パターンの配置位置をそれぞれ想定して、該検査対象曲面鏡の設計データを基に、前記撮像位置で撮像される前記検査対象曲面鏡による前記検査用パターンの反射像が、ゆがみのない直線状パターン、もしくは、ゆがみのない真円状パターン、または、ゆがみのない直線状パターンとゆがみのない真円状パターンとの組合せパターンとなるように、前記検査用パターン配置位置での該検査用パターンを光線追跡演算で求めて作成し、前記設計データに基づき実際に作製された検査対象曲面鏡と、撮像手段と、前記作成された検査用パターンを、前記検査用パターンの作成時に想定した各対応する位置またはこれと同等な位置に配置し、該検査用パターンを前記作製された検査対象曲面鏡で反射し、その反射像を前記撮像手段で撮像し、該撮像された反射像に基づき該検査対象曲面鏡の鏡面精度を検査するものである。
【００１０】
この発明の曲面鏡の鏡面精度検査方法によれば、自由曲面等の非球面の曲面鏡についても、前記検査対象曲面鏡および前記撮像手段が予め想定した光学的位置関係またはこれと同等な位置関係にあり、かつ、前記検査対象曲面鏡の鏡面が設計どおりに作られている場合には、前記撮像手段で撮像される前記検査用パターンの反射像が、ゆがみのない直線状パターン、もしくは、ゆがみのない真円状パターン、または、ゆがみのない直線状パターンとゆがみのない真円状パターンとの組合せパターンとなるので、該反射像のパターンが直線あるいは真円から外れている状態を目視、演算等で調べて鏡面精度を検査することができる。
【００１１】
この曲面鏡の鏡面精度検査方法は、前記撮像手段で撮像された前記検査用パターンの反射像をディスプレイ表示、印刷表示等で表示し、該表示された反射像を目視して前記検査対象曲面鏡の鏡面精度を検査することができる。また、この曲面鏡の鏡面精度検査方法は、前記撮像手段で撮像された前記検査用パターンの反射像を演算処理して前記検査対象曲面鏡の鏡面精度を検査することもできる。
【００１２】
この曲面鏡の鏡面精度検査方法は、前記検査対象曲面鏡の鏡面が設計どおりに作られている場合に前記撮像手段で撮像される前記検査用パターンの反射像の大きさに対する、実際に該撮像手段で撮像される該検査用パターンの反射像の大きさの変動（差、比等）に基づき、該実際の反射像の鏡面誤差のうち曲率誤差成分を検出することができる。また、この曲面鏡の鏡面精度検査方法は、前記反射像の鏡面誤差から曲率誤差成分をキャンセルする処理を予め行い、次いで、該曲率誤差がキャンセルされた反射像を演算処理して、うねり誤差成分を演算することができる。この場合、前記曲率誤差成分をキャンセルする処理は、前記撮像手段で撮像される前記検査用パターンの反射像の大きさが、前記検査対象曲面鏡の鏡面が設計どおりに作られている場合に撮像される反射像の大きさに一致するように、前記検査用パターンと前記検査対象曲面鏡との距離、または、該距離および前記撮像手段と前記検査対象曲面鏡との距離を変化させることによって行うことができる。
【００１３】
この曲面鏡の鏡面精度検査方法は、前記検査用パターンを、線｛連続線（実線）、不連続線（点線等）｝またはマーク（ドット等）を配列した図形で構成することができる。また、この曲面鏡の鏡面精度検査方法は、前記検査対象曲面鏡の鏡面が設計どおりに作られている場合に前記撮像手段で撮像される前記検査用パターンの反射像が、直線状のパターン同士を組み合わせた格子状パターン（複数本の直線状のパターンを平行に配列した平行格子、縦方向の平行格子と横方向の平行格子を直角に重ね合わせた正方格子や直方格子等の直交格子、縦方向の平行格子と横方向の平行格子を非直角に重ね合わせた平行四辺形格子、複数本の直線状のパターンを非平行に配列した非平行格子と複数本の直線状のパターンを平行に配列した平行格子を縦横に重ね合わせた台形格子等）、または、径の異なる複数の真円状パターンを同心円状に組み合わせた同心円状パターン（本明細書において「格子状パターン」は、同心円状パターンを含む意味で用いる。）、または、真円状のパターンと直線状のパターンを組み合わせた格子状パターン（同心円状のパターンと、該同心円状パターンの中心をそれぞれ通り該同心円の全周を等分する複数本の直線状のパターンで構成される同心円・等分線複合格子パターン等）等の幾何学的パターンとなるように前記検査用パターンを構成することができる。反射像が格子状パターンとなるように構成した場合には、該反射像の格子間隔を計測し、前記検査対象曲面鏡の鏡面が設計どおりに作られている場合に得られる反射像の格子間隔との違い（差、比等）に基づき、前記反射像の鏡面誤差に含まれる曲率誤差成分を検出することができる。
【００１４】
この発明の鏡面精度検査装置は、適宜の図形で構成される検査用パターンを検査対象曲面鏡に投影する投影手段と、前記検査対象曲面鏡による前記検査用パターンの反射像を撮像する撮像手段と、該撮像手段で撮像された前記検査用パターンの反射像を表示する画像表示手段とを具備してなり、前記投影手段、前記検査対象曲面鏡および前記撮像手段が予め想定した光学的位置関係またはこれと同等な位置関係にあり、かつ、前記検査対象曲面鏡の鏡面が設計どおりに作られている場合に、前記撮像手段で撮像される前記検査用パターンの反射像が、ゆがみのない直線状パターン、もしくは、ゆがみのない真円状パターン、または、ゆがみのない直線状パターンとゆがみのない真円状パターンとの組合せパターンとなるように、前記検査用パターンが作成されているものである。
【００１５】
また、この発明の鏡面精度検査装置は、適宜の図形で構成される検査用パターンを検査対象曲面鏡に投影する投影手段と、前記検査対象曲面鏡による前記検査用パターンの反射像を撮像する撮像手段と、該撮像手段で撮像された前記検査用パターンの反射像に基づいて前記検査対象曲面鏡の鏡面精度に関する演算処理をする鏡面精度演算手段とを具備してなり、前記投影手段、前記検査対象曲面鏡および前記撮像手段が予め想定した光学的位置関係またはこれと同等な位置関係にあり、かつ、前記検査対象曲面鏡の鏡面が設計どおりに作られている場合に、前記撮像手段で撮像される前記検査用パターンの反射像が、ゆがみのない直線状パターン、もしくは、ゆがみのない真円状パターン、または、ゆがみのない直線状パターンとゆがみのない真円状パターンとの組合せパターンとなるように、前記検査用パターンが作成されているものである。
【００１６】
この鏡面精度検査装置において、前記鏡面精度演算手段は、前記撮像手段で撮像された反射像のパターンと、該反射像の理想的なパターン（前記検査対象曲面鏡の鏡面が設計どおりに作られている場合に得られる反射像パターン）との誤差を求めて前記検査対象曲面鏡の鏡面精度に関する演算処理をすることができる。
【００１７】
この鏡面精度検査装置は、前記検査用パターンが適宜のマークを格子状に配列したマーク格子状配列パターンである場合に、前記鏡面精度演算手段が、前記撮像手段で撮像された反射像のパターンの所定位置（例えば、反射像の中央位置付近のマークの重心位置）と該反射像の理想的なパターンの対応する位置をそれぞれの原点位置として、該撮像された反射像のパターンの前記原点位置からマーク位置までの距離と、該反射像の理想的なパターンの前記原点位置から対応するマーク位置までの距離との相対誤差を、該撮像された反射像の複数のマーク（原点位置を除いた全マークまたは適宜選択されたマーク）についてそれぞれ求め、該相対誤差を統計処理して前記検査対象曲面鏡の鏡面精度に関する演算処理をする（例えば、相対誤差の標準偏差、分散、Ｐ−Ｖ値、ＲＭＳ値を鏡面精度評価尺度として求める）ものとすることができる。あるいは、前記検査用パターンが適宜のマークを格子状に配列したマーク格子状配列パターンである場合に、前記鏡面精度演算手段が、前記撮像手段で撮像された反射像のパターンの適宜のマークの重心位置（例えば、反射像の中央位置付近のマークの重心位置）と該反射像の理想的なパターンの対応するマークの重心位置を重ね合わせたときの、該撮像された反射像のパターンの他のマークの重心位置と該反射像の理想的なパターンの対応するマークの重心位置間の距離を、該撮像された反射像の複数のマークについてそれぞれ求め、該距離を統計処理して前記検査対象曲面鏡の鏡面精度に関する演算処理をする（例えば、該距離の標準偏差、分散、Ｐ−Ｖ値、ＲＭＳ値を鏡面精度評価尺度として求める）ものとすることもできる。
【００１８】
この鏡面精度検査装置は、記撮像手段の光軸を、少なくとも該光軸が前記検査対象曲面鏡の鏡面に入射される位置において、該鏡面の法線に沿って配置し（直交入射）、前記投影手段を、前記検査対象曲面鏡による前記検査用パターンの反射像が前記撮像手段で捉えられる位置（前記法線上または該法線を光学手段で折り曲げた線上）に配置することができる。この場合、前記撮像素子の光軸の前記検査対象曲面鏡に入射する光路と、該検査対象曲面鏡で反射されて前記投影手段に至る光路とを、両光路の途中位置に配置したハーフミラー、ハーフプリズム等の光路分離手段で分離することができる。また、この鏡面精度検査装置は、前記撮像手段の光軸を検査対象曲面鏡の法線に対し傾斜して配置し（斜め入射）、前記投影手段を、前記検査対象曲面鏡による前記検査用パターンの反射像が前記撮像手段で捉えられる位置に配置することもできる。
【００１９】
この鏡面精度検査装置は、前記投影手段が、前記検査用パターンを描画した半透明板状部材に裏面側から照明装置によるバックライト照明を照射して該検査用パターンを表示し前記検査対象曲面鏡に投影するように構成することができる。また、該投影手段は、前記検査用パターンを描画した部材におもて面側から照明装置による照明を照射して該検査用パターンを表示し前記検査対象曲面鏡に投影するように構成することもできる。また、該投影手段は、ＬＥＤ（発光ダイオード）、バックライト付ＬＣＤ（液晶表示装置）、ＣＲＴ表示装置、ＥＬ表示装置、プラズマ表示装置等の各種発光式表示装置で検査用パターンを表示し、前記検査対象曲面鏡に投影するように構成することもできる。また、投影手段は、検査対象鏡に検査用パターンを投射するプロジェクター（投射機）で構成することもできる。
【００２０】
この発明の鏡面精度検査用パターンの作成方法は、検査対象曲面鏡の設計データを基に、所定の撮像位置で撮像される該検査対象曲面鏡による反射像が、ゆがみのない直線状パターン、もしくは、ゆがみのない真円状パターン、または、ゆがみのない直線状パターンとゆがみのない真円状パターンとの組合せパターンとなるように、該パターンの反射前の所定の面上（平面上等）でのパターンを光線追跡演算で求めて検査用パターンとして作成するものである。
【００２１】
この発明の鏡面精度検査用パターンは、検査対象曲面鏡の鏡面が設計どおりに作られている場合に、所定位置で見た該検査対象曲面鏡による反射像が、ゆがみのない直線状パターン、もしくは、ゆがみのない真円状パターン、または、ゆがみのない直線状パターンとゆがみのない真円状パターンとの組合せパターンとなるように作成されているものである。
【００２２】
なお、この発明は各種用途の曲面鏡を検査対象鏡とすることができ、例えば、自動車用ＨＵＤ（ヘッド・アップ・ディスプレイ）装置の発光表示装置（ＬＣＤ、ＣＲＴ等で構成され、ダッシュボード内に配置される。）とビームコンバイナ用ハーフミラー（フロントウインドウ付近に配置される）との間に配置される中間ミラー（ダッシュボード内に配置される凹面鏡）、同ＨＵＤ装置のビームコンバイナ用ハーフミラー（フロントウインドウ付近に配置される凹面鏡）、自動車用バックミラー（凸面鏡）、自動車用途以外の各種曲面鏡（凹面鏡、凸面鏡）の鏡面精度の検査に用いることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
この発明の実施の形態１を説明する。図１は実施の形態１による鏡面精度検査装置のシステム構成の外観図を示す。図２は該システム構成のブロック図を示す。図１において、鏡面精度検査装置１０は、大きく分けて検査部１２と処理部１４で構成される。図３は、検査部１２の側面図を示す。図３において、検査部１２は、平板状のベース板１６上に被検物位置調整装置１８を介して被検物載置テーブル１９（可動テーブル）を、その載置面を水平に保持して装着している。被検物載置テーブル１９の上には、被検物として検査対象の曲面鏡２０が、使用時に表側になる面を上方に向けて載置される。図１の検査対象鏡２０は、長方形状の非球面凹面鏡（表面鏡）で構成されているもので、例えば自動車用ＨＵＤ装置の発光表示装置とビームコンバイナ用ハーフミラーとの間に配置される中間ミラー（ダッシュボード内に配置される凹面鏡）、または、同ＨＵＤ装置のビームコンバイナ用ハーフミラー（フロントウインドウ付近に配置される凹面鏡）を想定している。自動車用ＨＵＤ装置は、周知のように、ダッシュボード内に配置されたＬＣＤ、ＣＲＴ等の発光表示装置による表示（速度表示等）を同ダッシュボード内に配置された中間ミラーで反射して（ただし、中間ミラーが無いタイプもある。）、フロントウインドウ付近に配置されたハーフミラーで構成されるビームコンバイナに投影して、運転者の前方に虚像表示させるように構成されている。被検物載置テーブル１９の上面には、検査対象鏡２０の外周縁部を載置支持して、該検査対象鏡２０を該被検物載置テーブル１９上の所定位置に所定の姿勢で安定に支持するための支持部材２１が固定配置されている。図１の例では、支持部材２１は、検査対象鏡２０を、概ねその長手方向を被検物載置テーブル１９のＸ軸方向に沿って配置し、短手方向を同Ｙ軸方向に沿って配置した状態で、ほぼ水平に支持している。被検物位置調整装置１８は、検査対象鏡２０の位置を、検査用パターン作成時に想定した位置に調整するためのもので、検査対象鏡２０の水平２軸（Ｘ，Ｙ）位置、垂直（Ｚ軸）位置、Ｘ軸中心の回転角度θｘ、Ｙ軸中心の回転角度θｙ、Ｚ軸中心の回転角度θｚの合計６軸を調整可能に構成されている。
【００２４】
ベース板１６の後部には支柱２２が垂直に立設固定されている。支柱２２には、昇降部材２４が昇降自在にかつ任意の高さ位置に保持可能に取り付けられている。昇降部材２４には、ブラケット２６を介して直方体状の箱体２８が固定装着されている。箱体２８の下面には開口部３０が構成され（この開口部に絞りを配置することもできる。）、該開口部３０は被検物載置テーブル１９に対面している。箱体２８の下面以外の面は不透明に構成されている。箱体２８内には、光路分離手段を構成するハーフミラー３２（平面鏡）が水平面に対して４５°傾斜して固定配置されている。箱体２８の上面２８ａの中央部には、撮像手段としてＣＣＤカメラ等のビデオカメラ３４が光軸Ｌを鉛直下方に向けて装着されている。ビデオカメラ３４の光軸Ｌは検査対象鏡２０の中央部と交差し、その視野角は検査対象鏡２０の全体が映る広さに設定されている。ビデオカメラ３４の光軸Ｌが検査対象鏡２０の鏡面と交わる点Ａにおいて、該鏡面の接平面は水平面を構成し、光軸Ｌと直交する。したがって、光軸Ｌは検査対象鏡２０の鏡面で反射されて鉛直上方に向けて折り返す。上方に折り返した光軸Ｌは、ハーフミラー３２で反射されて水平方向に直角に曲げられる（光軸Ｌ’）。
【００２５】
箱体２８の、ハーフミラー３２の下面に対面する位置の側面２８ｂには開口部３６が形成されている。箱体２８の側面２８ｂには、投影手段として正方形の薄箱状の検査用パターン表示装置３８が装着されて、開口部３６を塞いでいる。検査用パターン表示装置３８の開口部３６に対面する側の面３８ａは、検査用パターンを描画した半透明板状部材で構成されている。検査用パターン表示装置３８の面３８ａ以外の面は不透明に構成されている。検査用パターン表示装置３８内には、バックライト照明装置（図示せず）が収容されている。検査時には、該バックライト照明装置が点灯され、検査用パターン表示装置３８の面３８ａに検査用パターンが明るく表示される。表示された検査用パターンは、ハーフミラー３２で垂直下方に向けて反射され、検査対象鏡２０に投影され、その反射像はハーフミラー３２を透過してビデオカメラ３４で撮像される。なお。ビデオカメラ３４と検査用パターン表示装置３８の配置を入れ替えることもできる。
【００２６】
図１において、処理部１４はパソコンシステムで構成され、鏡面精度演算手段としてのパソコン本体４０と、キーボード４２と、ＬＣＤ等のディスプレイ４４を具備している。ディスプレイ４４は画像表示手段として、ビデオカメラ３４で撮像された検査用パターンの反射像を表示するほか、鏡面精度演算処理のための表示、鏡面精度演算結果の表示等を行う。検査者はディスプレイ４４に表示された反射像を目視して鏡面精度を大まかに判断することができる。パソコン本体４０は、該表示された反射像について、鏡面精度演算処理を実行する。この時、検査者は、必要に応じて、キーボード操作（あるいはマウス操作）により、表示された画像上で、鏡面精度検査を行う領域を指定することができる。鏡面精度演算によって求められた歪曲量等の鏡面精度評価尺度値はディスプレイ４４に表示される。なお、目視のみによって鏡面精度検査を行う場合は、パソコンシステム１４に代えてテレビモニタ４６を設けて、ビデオカメラ３４で撮像された検査用パターンの反射像を該テレビモニタ４６に表示して、検査者が該反射像のゆがみ状態を目視して鏡面精度を検査する。
【００２７】
検査用パターンの作成方法について説明する。検査用パターンは、ＣＡＤ（コンピュータを用いた設計・製図支援システム）を用いて作成することができる。ＣＡＤを用いて検査用パターンを作成するときは、図１に示す実際の検査時の配置に合わせて（すなわち、距離、角度等の配置状態を一致させて）、図４に示すように、ビデオカメラ３４の撮像位置（レンズ入射瞳位置）３４ａ、検査対象鏡２０の鏡面２０ａ、ハーフミラー３２の鏡面３２ａ、検査用パターンを配置する平面４８、仮想正方格子平面５０を想定する。なお、検査時の配置は、例えば、実際の使用時に合わせて設定することができる。すなわち、検査対象鏡２０が自動車用ＨＵＤ装置の発光表示装置とビームコンバイナ用ハーフミラーとの間に配置される中間ミラーである場合には、検査用パターン表示装置３８の表示面３８ａと検査対象鏡２０間の光軸方向距離を、ＨＵＤ装置の発光表示装置表示面と中間ミラーとの光軸方向距離に設定する。検査対象鏡２０とビデオカメラ３４のレンズ入射瞳位置３４ａとの光軸方向距離は、ビデオカメラ３４の撮影エリアに検査対象鏡２０全体が入り（近すぎると全体が入らなくなる。）、かつ、要求される検査精度に合致する検出分解能が得られる（遠すぎると撮影される検査対象鏡２０の像が小さくなり検出分解能が低下する。）ように設定する。また、検査対象鏡２０が自動車用ＨＵＤ装置のビームコンバイナ用ハーフミラーである場合には、検査用パターン表示装置３８の表示面３８ａと検査対象鏡２０間の光軸方向距離を、ＨＵＤ装置の発光表示装置表示面から中間ミラーを経てビームコンバイナ用ハーフミラーに至る光軸方向距離に設定する（中間ミラーが無いタイプの場合は、ＨＵＤ装置の発光表示装置表示面からビームコンバイナ用ハーフミラーに至る光軸方向距離に設定する。）。検査対象鏡２０とビデオカメラ３４のレンズ入射瞳位置３４ａとの光軸方向距離は、ビデオカメラ３４の撮影エリアに検査対象鏡２０全体が入り、かつ、要求される検査精度に合致する検出分解能が得られるように設定する。また、検査対象鏡２０がその他の用途に使用される鏡である場合にも、実際の使用条件に合わせて検査用パターン表示装置３８の表示面３８ａと検査対象鏡２０間の光軸方向距離を設定し、検査対象鏡２０とビデオカメラ３４のレンズ入射瞳位置３４ａとの光軸方向距離を、ビデオカメラ３４の撮影エリアに検査対象鏡２０全体が入り、かつ、要求される検査精度に合致する検出分解能が得られるように設定する。なお、実際の使用条件に対し検査用パターン表示装置３８の表示面３８ａと検査対象鏡２０間の光軸方向距離を変更することにより、検査用パターンの反射像がビデオカメラ３４でより大きな画像として撮像されるようにして、検査対象鏡２０の鏡面精度の測定精度を高めることもできる。検査対象鏡２０が凹面鏡の場合に、実際の使用条件よりも大きな画像として撮像されるようにするためには、反射像を正立像とする場合（表示面３８ａと検査対象鏡２０間の光軸方向距離を検査対象鏡２０の焦点距離よりも短く設定する場合）には、表示面３８ａと検査対象鏡２０間の光軸方向距離（あるいは、箱体２８全体と検査対象鏡２０間の距離）を、実際の使用条件よりも長く設定する。また、反射像を倒立像とする場合（表示面３８ａと検査対象鏡２０間の光軸方向距離を検査対象鏡２０の焦点距離よりも長くする場合）には、表示面３８ａと検査対象鏡２０間の光軸方向距離（あるいは、箱体２８全体と検査対象鏡２０間の距離）を、実際の使用条件よりも短く設定する。また、検査対象鏡２０が凸面鏡の場合は、表示面３８ａと検査対象鏡２０間の光軸方向距離（あるいは、箱体２８全体と検査対象鏡２０間の距離）を、実際の使用条件よりも短く設定する。なお、このように実際の使用条件よりも大きな画像として撮像されるようにする場合には、ＣＡＤを用いて検査用パターンを作成するときに、この検査時の配置に合わせてビデオカメラ３４の撮像位置（レンズ入射瞳位置）３４ａ、検査対象鏡２０の鏡面２０ａ、ハーフミラー３２の鏡面３２ａ、検査用パターンを配置する平面４８、仮想正方格子平面５０を想定する。
【００２８】
図４において、検査対象鏡２０の鏡面２０ａは設計データどおりの曲面を有する理想鏡面である。仮想正方格子平面５０は、ビデオカメラ３４の光軸Ｌが検査対象鏡２０の鏡面２０ａと交わる点Ａにおいて該鏡面２０ａの接平面を構成し、光軸Ｌと直交する。仮想正方格子平面５０には検査対象鏡２０の鏡面２０ａ全体を一定の大きさの正方形で細かく分割する正方格子を想定する。正方格子はＸ軸方向に沿って等間隔で平行に配列された直線と、Ｙ軸方向に沿って前記と同じ等間隔で平行に配列された直線とを直角に重ね合わせた幾何学図形で構成される。ハーフミラー鏡面３２ａは、水平面に対し、その面内のＸ軸方向の軸を中心として４５°回転させた平面として想定される。なお、仮想正方格子平面５０が鏡面２０ａの接平面を構成するように想定したのは、鏡面誤差の演算処理（後述）で使用する理想正方格子の格子間隔値として、仮想正方格子平面５０に想定した正方格子の格子間隔値をそのまま用いることができるので、演算が簡単になるためである。したがって、仮想正方格子平面５０は、必ずしも鏡面２０ａの接平面を構成する位置に想定する必要はなく、光軸Ｌに沿って平行移動させて鏡面２０ａから離れた位置に想定することもできる。
【００２９】
なお、ハーフミラー３２を省き、検査用パターン配置平面４８に代えて、ビデオカメラ３４の光軸Ｌ上に、該光軸Ｌに直交する検査用パターン配置平面４８’を想定することもできる。検査用パターン配置平面４８’を想定する場合は、光軸Ｌがハーフミラー３２の鏡面３２ａと交わる点Ｂと検査用パターン配置平面４８’と交わる点Ｃ’間の距離（ＢＣ’）を、光軸Ｌがハーフミラー３２の鏡面３２ａと交わる点Ｂと該光軸Ｌがハーフミラー３２で水平方向に直角に曲げられた光軸Ｌ’が検査用パターン配置平面４８と交わる点Ｃ間の距離（ＢＣ）に等しく設定する。このように設定すれば、検査用パターン配置平面４８で得られる検査用パターンと、検査用パターン配置平面４８’で得られる検査用パターンとは同一形状となる。ただし、検査用パターン配置平面４８で得られる検査用パターンはハーフミラー３２で反射されたパターンであるため、検査用パターン配置平面４８で得られる検査用パターンとは表裏が反転した関係となる。
【００３０】
図５は、ビデオカメラ３４の光軸Ｌ上に、検査用パターン配置平面４８’を想定した場合の配置を示す。この図を用いて、検査用パターンの作成方法を説明する。検査用パターンは、ビデオカメラ３４の撮像位置３４ａから仮想正方格子平面５０の格子交点Ｄの１つを透視した光路Ｅが検査対象鏡２０の鏡面２０ａと交差する位置Ｆで正反射して（光路Ｅ’）、検査用パターン配置平面４８’に投影される位置Ｇを光線追跡で求め、この操作を仮想正方格子平面５０の全ての格子交点Ｄについて行うことにより求めることができる。そして、該求められた全ての格子交点Ｄの各投影位置Ｇを、例えば黒点ドット等のマークで表示することにより、検査用パターンが作成される。
【００３１】
図６は、図５の配置による格子像の一例を示すもので、（ａ）は仮想正方格子平面５０に想定する仮想正方格子の正面図、（ｂ）は該仮想正方格子全体を光線追跡して検査用パターン配置平面４８’で得られる格子像の正面図、（ｃ）は該仮想正方格子の全格子交点Ｄを光線追跡して検査用パターン配置平面４８’で得られる各投影位置Ｇを黒点ドットマークで表示した格子像である。（ｂ）の格子像を検査用パターンとすることもできるが、この場合にはビデオカメラで撮像された格子像から各格子交点を画像処理で求める等の処理が複雑となる。これに対し、（ｃ）の黒点ドットマークの配列による格子像を検査用パターンとして定めればそのような問題が無く処理が容易となる。そこで、ここでは（ｃ）の黒点ドットマークの配列による格子像を検査用パターンとして定めて、図３の検査用パターン表示装置３８の面３８ａに表裏反転して描画する。この描画された検査用パターンを用いて、鏡面２０ａの設計データに基づいて実際に作製された曲面鏡の鏡面精度を検査することができる。
【００３２】
ここで、鏡面誤差について説明する。作製された実際の鏡面では、設計値に対し誤差を持っていることが殆どであり、その誤差（鏡面誤差）は「曲率誤差」と「うねり誤差」の２つに大別される。曲率誤差は球面成分であり、曲面を数式で表した際に、曲率半径Ｒの球面を表す項となる。うねり誤差は非球面成分であり、曲面を数式で表した際に、曲率半径Ｒの球面からの変位量を表す項となる。これを図７の例で説明する。この図は、鏡面を、その光軸を通る平面で切断した断面の半分を示したものである。面５２が設計データによる曲率半径Ｒの鏡面（理想鏡面）である。面５４が該設計データに基づいて実際に作製された誤差を有する鏡面（測定鏡面）である。理想鏡面５２に対する測定鏡面５４の曲率誤差は、測定鏡面５４に近似した球面５６を球面フィッティング処理で求めることにより、理想鏡面５２に対する球面５６の曲率差（または、焦点距離の逆数である面パワーの差）として求められる。球面フィッティング処理は、一般的には最小二乗法により、測定鏡面５４との誤差の二乗和を最小にする球面５６を求めることにより行われる。
【００３３】
うねり誤差は、測定鏡面５４の各部が、フィッティングされた球面５６に対してどれだけずれているかを表すものであり、測定鏡面５４上の各サンプリング位置において、フィッティング球面５６に対する光軸方向の距離Δｘをそれぞれ求め、Δｘを統計処理した値｛Δｘの分散σや標準偏差、Ｐ−Ｖ（ピーク・ツー・ボトム）値、ＲＭＳ値（二乗和平均の平方根）等｝として表すのが一般的であり、該統計値によりうねり誤差の程度を評価することができる。
【００３４】
図１（図３）の鏡面精度検査装置による鏡面精度検査手法について説明する。図８は、検査手順を示す。鏡面精度検査を行うときは、はじめに各部のセッティングを行う（Ｓ１）。すなわち、検査対象鏡２０の設計データに基づいて作成した検査用パターンを図３の検査用パターン表示装置３８の面３８ａに描画し｛例えば、図６（ｃ）の黒点ドットマークの配列からなる検査用パターンを印刷等で描画した透明フィルムを面３８ａに貼り付ける等｝、検査対象鏡２０を被検物載置テーブル１９に検査用パターン作成時に想定した姿勢で載置支持し、検査用パターン（面３８ａ）と検査対象鏡２０との光軸方向距離およびビデオカメラ３４と検査対象鏡２０との光軸方向距離が検査用パターン作成時に想定した距離となるように、箱体２８の高さ位置を調節する。
【００３５】
セッティングが終了したら、鏡面誤差の検出を行う。検査対象鏡２０に鏡面誤差がなければ（鏡面が設計データどおりに作製されていれば）、ビデオカメラ３４で撮像された検査用パターンの反射像は黒点ドットマークが、直交する直線上に正しく配列された正方格子状パターンとなる。しかし、殆どの場合は鏡面誤差をもっているので、反射像の大きさが正規の大きさと異なったり、ゆがみが生じたものとなる。
【００３６】
鏡面誤差の検出として、最初に曲率誤差の検出を行う（Ｓ２）。検査対象鏡２０に曲率誤差があると、ビデオカメラ３４で撮像される検査用パターンの反射像の大きさすなわち格子間隔が変化するので、該反射像の格子間隔（ドット間隔）をディスプレイ４４上で画像処理により自動で計測し、理想鏡面５２による格子間隔との差を求めることにより、曲率誤差を検出することができる。この場合、前述のように（図５）、検査用パターンの作成時に、ビデオカメラ３４の光軸Ｌが検査対象鏡２０の鏡面２０ａと交わる点Ａにおいて、仮想正方格子平面５０が該鏡面２０ａの接平面を構成することを想定しているので、理想鏡面５２による格子間隔値としては、仮想正方格子平面５０に想定した正方格子の格子間隔値を用いることができる。求められた格子間隔の差を曲率誤差に関する鏡面精度評価尺度としてディスプレイ４４に表示することにより、検査者はその表示を見て曲率誤差に関する鏡面精度を評価することができる。
【００３７】
なお、検査対象鏡２０に曲率誤差があると、反射像の格子間隔の変化に伴い、検査対象鏡２０の適宜に設定した検査エリアから反射されるドット数（＝ビデオカメラ３４で撮像されるドット数）が変化する（反射像の格子間隔が狭くなるとドット数が多くなり、同格子間隔が広くなるとドット数が少なくなる）ので、格子間隔を計測するのに代えて、ディスプレイ４４上で検査対象鏡２０の前記検査エリアから反射されるドット数を画像処理により自動で、あるいは検査者が目視によりカウントし、理想鏡面５２の場合に該検査エリアから反射されるドット数との差を求めることにより、曲率誤差を簡便に検出することもできる。この場合、前述のように、理想鏡面５２による格子間隔は、仮想正方格子平面５０に想定した正方格子の格子間隔に等しいので、理想鏡面５２の場合に得られるドット数は、該想定した正方格子の格子間隔に基づき算出することができる。
【００３８】
曲率誤差の検出が完了したら、引き続き曲率誤差のキャンセル（吸収）処理を行う（Ｓ３）。すなわち、曲率誤差があると、前述のように、ビデオカメラ３４で撮像される検査用パターンの反射像の大きさすなわち格子間隔が変化するので、該反射像の格子間隔（ドット間隔）が理想鏡面５２による格子間隔と等しくなるように、箱体２８の位置を上下させて調整する。ビデオカメラ３４で撮像される検査用パターンの格子間隔が理想鏡面５２による格子間隔と等しくなれば、曲率誤差がキャンセルされたことになるので、箱体２８の位置をそこで固定する。なお、格子間隔を測定するのに代えて、前記曲率誤差の検出時と同様に適宜に設定した検査エリアから反射されるドット数をカウントして、それが理想鏡面５２の場合のドット数と等しくなるように箱体２８の上下方向位置を調整することもできる。また、当初想定した箱体２８の位置（検査用パターン作成時に想定した撮像位置および検査用パターンの配置位置に対応した位置）に対する曲率誤差キャンセル処理終了後の箱体２８位置の変位量は、曲率誤差に対応した値となるので、前記曲率誤差の検出（Ｓ２）は、該変位量をもって行うこともできる。また、曲率誤差のキャンセル処理は、調整量が少なくて済む場合は、箱体２８を固定したままで、被検物位置調整装置１８で検査対象鏡２０の垂直方向位置を調整することにより行うこともできる。この場合は、被検物位置調整装置１８の変位量をもって曲率誤差を検出することができる。
【００３９】
なお、曲率誤差のキャンセル処理は、箱体２８全体を移動させる（検査用パターンと前記検査対象曲面鏡との距離、および、前記撮像手段と前記検査対象曲面鏡との距離を共に変化させることに相当）ほか、検査用パターンの光軸方向位置のみ変化させる（検査用パターンと前記検査対象曲面鏡との距離のみ変化させることに相当）ことによって行うこともできる。
【００４０】
曲率誤差がキャンセルされた状態では、ビデオカメラ３４で撮像される検査用パターンの反射像に含まれる鏡面誤差はうねり誤差だけになるので、該うねり誤差の検出処理を行う（Ｓ４）。処理部１４によるうねり誤差の検出手順を図９に示す。はじめに、ビデオカメラ３４で撮像された検査用パターンの反射像（曲率誤差がキャンセルされた反射像）を静止画像として取り込む（Ｓ１１）。取り込まれた反射像はディスプレイ４４に表示される。ディスプレイ４４に表示された反射像の一例を図１０に示す。検査対象鏡２０にゆがみがなければ黒点ドット２０は直線状（正方格子状）に配列されたパターンとなるが、この例では検査対象鏡２０にゆがみがあるので、黒点ドット２０の配列は直線から外れている（ゆがみが生じている）ことがわかる。
【００４１】
次いで、検査者が、ディスプレイ４４上でポインタを操作して、うねり誤差の解析を行う解析エリアを設定する（Ｓ１２）。ディスプレイ４４に表示されている反射像全体（鏡面全体）を解析エリアとして設定することもできる。解析エリアが設定されると、解析エリア内の画素データの読み取りおよび二値化処理が行われ、該二値化処理されたデータに基づいて、各黒点ドットの重心位置が求められる（Ｓ１３）。解析エリアの中心位置に最も近い黒点ドットの重心位置を座標原点（解析中心）と定め、該座標原点に１つの格子交点を一致させた理想正方格子を想定する。つまり、観測された黒点ドットによる格子像と理想正方格子像を重ね合わせる。図１１はディスプレイ４４に表示されるこの時の画像を示すものである（ただし、解析エリア全体のうち右上１／４の領域のみを示す。）。二値化された黒点ドット５８のうち解析エリア中心位置に最も近い黒点ドット５８ｓの重心位置Ｏが解析中心と定められ（Ｓ１４）、該解析中心Ｏに１つの格子交点を一致させたＸ，Ｙの２軸方向の直線の配列で構成される理想正方格子６０が定められる（Ｓ１５）。ここでは曲率誤差をキャンセルした後の画像を用いているので、理想正方格子６０の格子間隔ｄは、検査用パターンの作成時に仮想正方格子平面５０に想定した正方格子の格子間隔を用いることができる。あるいは、解析エリアの中央位置付近のドット間隔を複数箇所について計測し、その平均値を格子間隔ｄとして用いることもできる。なお、理想正方格子６０のＸ，Ｙの２軸方向は、被検物載置テーブル１９（図１）のＸ，Ｙ２軸方向に対応している。
【００４２】
次いで、解析中心Ｏと解析エリア内の各黒点ドット５８（解析中心Ｏ上の黒点ドット５８ｓを除く。）との距離ｒｉをそれぞれ求める（Ｓ１６）。黒点ドット５８の座標を（ｘｉ，ｙｉ）とすると、距離ｒｉは式１で求められる。
【数１】
2005024438.tif 000003
【００４３】
同様に、解析中心Ｏと解析エリア内の理想正方格子６０の各格子交点６２（解析中心Ｏ上の格子交点を除く。）との距離ｒｏをそれぞれ求める（Ｓ１７）。格子交点６２の座標を（ｘｏ，ｙｏ）とすると、距離ｒｏは式２で求められる。
【数２】
2005024438.tif 000004
【００４４】
解析エリア内の全黒点ドット５８および全格子交点６２について距離ｒｉ、ｒｏがそれぞれ求められたら、各黒点ドット５８とそれに対応する格子交点６２（うねり誤差が無い場合に該黒点ドット５８があるべき位置の格子交点）の組合せごとに相対誤差ｒｏ−ｒｉを算出し、さらに該相対誤差に基づき式３により歪曲量Ｄｉを算出する（Ｓ１８）。
【数３】
2005024438.tif 000005
【００４５】
全黒点ドット５８について歪曲量Ｄｉが求まったら、式４により歪曲量Ｄｉの標準偏差σＤを求める（Ｓ１９）。
【数４】
2005024438.tif 000006
【００４６】
このようにして求められた歪曲量Ｄｉの標準偏差σＤをうねり誤差に関する鏡面精度評価尺度としてディスプレイ４４に表示する（Ｓ２０）。検査者は表示された歪曲量Ｄｉの標準偏差σＤから検査相性鏡２０のうねり誤差に関する鏡面精度を評価することができる。標準偏差σＤに代えて、分散、Ｐ−Ｖ値、ＲＭＳ値等を鏡面精度評価尺度として求めることもできる。
【００４７】
なお、以上の例では、撮像された反射像のパターンの原点位置からマーク位置までの距離と、該反射像の理想的なパターンの原点位置から対応するマーク位置までの距離との相対誤差を求めたが、これに代えて、撮像された反射像のパターンのマーク位置から該反射像の理想的なパターンの対応するマーク位置までの距離（図１１の例で言えば、黒点ドット５８と、それに対応する格子交点６２間の２次元距離）を各マーク（原点位置のマークを除く）についてそれぞれ求め、これを統計処理し、標準偏差、分散、Ｐ−Ｖ値、ＲＭＳ値等を鏡面精度評価尺度として求めてディスプレイ４４に表示することもできる。この場合、図１１の黒点ドット５８と、それに対応する格子交点６２間の２次元距離ｄｉは式５により求めることができる。
【数５】
2005024438.tif 000007
【００４８】
以上によりうねり誤差の検出処理を終了すると（Ｓ２１）、１枚の検査対象鏡２０について鏡面精度検査の全工程を終了する（図８ステップＳ５）。
【００４９】
（実施の形態２）
この発明の実施の形態２を説明する。図１２は実施の形態２による鏡面精度検査装置のシステム構成の外観図を示す。これは、ビデオカメラと検査用パターン表示装置の配置が実施の形態１と異なるものである。図１と共通する部分には同一の符号を用いる。図１２において、鏡面精度検査装置７０は、大きく分けて検査部７２と処理部１４で構成される。検査部７２は、平板状のベース板１６上に被検物位置調整装置１８を介して被検物載置テーブル１９を水平に装着している。被検物載置テーブル１９の上には、被検物として検査対象の曲面鏡２０が、使用時に表側になる面を上方に向けて載置される。図１２の例では、検査対象鏡２０として、長方形状の凹面鏡を検査する場合を想定している。被検物載置テーブル１９の上面には、検査対象鏡２０の外周縁部を載置支持して、該検査対象鏡２０を該被検物載置テーブル１９上の所定位置に所定の姿勢で安定に支持するための支持部材２１が固定配置されている。図１２の例では、支持部材２１は、検査対象鏡２０を、概ねその長手方向を被検物載置テーブル１９のＸ軸方向に沿って配置し、短手方向を同Ｙ軸方向に沿って配置した状態で、ほぼ水平に支持している。被検物位置調整装置１８は、検査対象鏡２０の位置を、検査用パターン作成時に想定した位置に調整するためのもので、検査対象鏡２０の水平２軸（Ｘ，Ｙ）位置、垂直（Ｚ軸）位置、Ｘ軸中心の回転角度θｘ、Ｙ軸中心の回転角度θｙ、Ｚ軸中心の回転角度θｚの合計６軸を調整可能に構成されている。
【００５０】
ベース板１６には支柱７４が垂直に立設固定されている。支柱７４には、昇降部材７６が昇降自在にかつ任意の高さ位置に保持可能に取り付けられている。昇降部材７６には、ブラケット７８が、支柱７４の位置を中心軸としてその左右両方向に張り出した状態で固定装着されている。ブラケット７８の左右一方側の片７８ａには、撮像手段としてビデオカメラ８０が、その光軸を検査対象鏡２０の中央部に向けて傾けた状態で装着されている。ビデオカメラ８０はブラケット片７８ａに対して左右方向に移動できるように配置されており（移動機構は図示せず）、これにより、曲率誤差のキャンセル処理を行う際に、ブラケット７８を上下方向に移動させるのに伴ってビデオカメラ８０をブラケット片７８ａに沿って左右方向に移動させることにより、ビデオカメラ８０を、想定した光軸Ｌ１に沿って移動させることができる。
【００５１】
ブラケット７８の左右他方側の片７８ｂには、投影手段として薄箱状の検査用パターン表示装置８２が水平に装着されている。検査用パターン表示装置８２はブラケット片７８ｂに対して左右方向に移動できるように配置されており（移動機構は図示せず）、これにより、曲率誤差のキャンセル処理を行う際に、ブラケット７８を上下方向に移動させるのに伴って検査用パターン表示装置８２をブラケット片７８ｂに沿って左右方向に移動させることにより、検査用パターン表示装置８２を、想定した光軸Ｌ２（ビデオカメラ８０の光軸Ｌ１が検査対象鏡２０の鏡面で正反射された光軸）に沿って移動させることができる。
【００５２】
検査用パターン表示装置８２の下面（図示せず）は、検査用パターンを描画した半透明板状部材で構成されている。検査用パターン表示装置８２の下面以外の面は不透明に構成されている。検査用パターン表示装置８２内には、バックライト照明装置（図示せず）が収容されている。検査時には、該バックライト照明装置が点灯され、検査用パターン表示装置８２の下面に検査用パターンが明るく表示される。表示された検査用パターンは検査対象鏡２０に投影されて、その反射像はビデオカメラ８０で撮像される。なお、処理部１４の構成は実施の形態１（図１）と同じである。
【００５３】
検査用パターンの作成方法について説明する。検査用パターンは、ＣＡＤを用いて作成することができる。ＣＡＤを用いて検査用パターンを作成するときは、図１２に示す実際の検査時の配置に合わせて（すなわち、距離、角度等の配置状態を一致させて）、図１３に示すように、ビデオカメラ８０の撮像位置（レンズ入射瞳位置）８０ａ、検査対象鏡２０の鏡面２０ａ、検査用パターンを配置する平面８４、仮想正方格子平面８６を想定する。検査対象鏡２０の鏡面２０ａは設計データどおりの曲面を有する理想鏡面である。仮想正方格子平面８６は、ビデオカメラ８０の光軸Ｌ１が検査対象鏡２０の鏡面２０ａと交わる点Ａにおいて該鏡面２０ａの接平面を構成する水平面である。仮想正方格子平面８６には検査対象鏡２０の鏡面２０ａ全体を一定の大きさの正方形で細かく分割する正方格子を想定する。正方格子はＸ軸方向に沿って等間隔で平行に配列された直線と、Ｙ軸方向に沿って前記と同じ等間隔で平行に配列された直線とを直角に重ね合わせた幾何学図形で構成される。
【００５４】
図１２の鏡面精度検査装置７０による鏡面精度検出は実施の形態１と同様に図８，図９に示す処理手順で行うことができる。ただし、検査用パターンの作成時にビデオカメラ８０の光軸Ｌ１は仮想正方格子平面８６に斜めに入射されることを想定しているので、図１２の鏡面精度検査装置７０で実際に検査対象鏡２０の鏡面精度を検査するときに、ビデオカメラ８０で撮像される検査用パターン（正方格子）の反射像は、検査対象鏡２０に鏡面誤差がない場合でも、台形状となる。もっとも、鏡面誤差がない場合には、正方格子を構成する縦横の線は直線となる（つまり、線にゆがみが生じない）ので、該線の直線からのずれ（ゆがみ）量を検出して鏡面誤差を検査することができる。また、曲率誤差キャンセル処理は、ビデオカメラ８０を光軸Ｌ１に沿って移動させ、もしくは、検査用パターン表示装置８２を光軸Ｌ２に沿って平行移動させ、または、両者を移動する。
【００５５】
なお、検査用パターン作成時に、図１４に示すように、ビデオカメラ８０の光軸Ｌ１に対し、仮想正方格子平面８６を直角の姿勢に想定することにより、実際に検査対象鏡２０の鏡面精度を検査するときに、ビデオカメラ８０で撮像される検査用パターン（正方格子）の反射像を、検査対象鏡２０に鏡面誤差がない場合に正方格子にすることができる。また、検査用パターン作成時に、検査用パターン配置平面８４を光軸Ｌ２に対し直角に配置することもできる。
【００５６】
前記実施の形態では、検査用パターンを構成するドットを印刷等で表示した場合について示したが、発光ダイオード等の点光源で表示することもできる。また、検査用パターンはドット以外のマークを配列して構成することもできる。また、検査用パターンは、マークでなく、線の組合せで構成される格子そのもののパターン｛例えば、図６（ｂ）に示したパターン｝とすることもできる。また、前記実施の形態では、検査対象曲面鏡の鏡面が設計どおりに作られている場合に、撮像手段で撮像される検査用パターンの反射像がゆがみのない直線状のパターンとなるように、検査用パターンを作成した場合について説明したが、ゆがみのない真円状のパターンとなるように、検査用パターンを作成することもできる。図１５は、真円状のパターンを配列した例を示す（いずれも、仮想格子平面上のパターン、すなわち検査対象曲面鏡の鏡面が設計どおりに作られている場合に、撮像手段で撮像される前記検査用パターンの反射像を示す。）。（ａ）は同心円のみからなる格子状（同心円状）パターン、（ｂ）は同心円とその中心を通る１６等分線からなる同心円・等分線複合格子パターン、（ｃ）は該同心円・等分線複合格子パターンの各格子交点を黒点ドットで表したパターンである。また、検査用パターンを線で構成する場合は、実線（連続線）に限らず、例えば図１６に示すように、点線等の不連続線（または、連続線と不連続線の組合せ）で構成することもできる。
【００５７】
前記実施の形態では、撮像手段としてビデオカメラを使用した場合について説明したが、スチルカメラ（ディジタル式、銀塩写真式等）を使用することもできる。また、前記実施の形態では、撮像手段で撮像された検査用パターンの反射像をディスプレイ表示するようにしたが、印刷表示することもできる。この場合は、印刷機が画像表示手段を構成する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による鏡面精度検査装置の実施の形態１を示すシステム構成外観図である。
【図２】図１の鏡面精度検査装置のシステム構成ブロック図である。
【図３】図１の検査部１２の側面図である。
【図４】図１の鏡面精度検査装置で使用する検査用パターンを作成するときに想定する各要素の配置を模式的に示す斜視図である。
【図５】図１の鏡面精度検査装置で使用する検査用パターンを作成するときに想定する各要素の配置を模式的に示す側面図である。
【図６】図５の配置による格子像の一例を示す正面図である。
【図７】鏡面を、その光軸を通る平面で切断した断面の半分を示した図で、曲率誤差とうねり誤差を説明する図である。
【図８】図１の鏡面精度検査装置による鏡面精度検査の検査手順を示すフローチャートである。
【図９】図１の処理部１４によるうねり誤差の検出手順を示すフローチャートである。
【図１０】図１の鏡面精度検査装置による鏡面精度検査時にビデオカメラ３４で撮像された反射像の一例を示す図である。
【図１１】図１の鏡面精度検査装置によるうねり誤差の検査時にディスプレイに表示される画像の一部および該画像に基づくうねり誤差算出処理の説明図である。
【図１２】この発明による鏡面精度検査装置の実施の形態２を示すシステム構成外観図である。
【図１３】図１２の鏡面精度検査装置で使用する検査用パターンを作成するときに想定する各要素の配置を模式的に示す斜視図である。
【図１４】図１２の鏡面精度検査装置で使用する検査用パターンを作成するときに想定する各要素の配置を変更例を模式的に示す正面図である。
【図１５】真円状のパターンを含む検査用パターン例を示す図である。
【図１６】点線（または点線と実線の組合せ）で構成した検査用パターン例を示す図である。
【符号の説明】
１０，７０…鏡面精度検査装置、２０…検査対象曲面鏡、３２…ハーフミラー（光路分離手段）、３４，８０…ビデオカメラ（撮像手段）、３８，８２…検査用パターン表示装置（投影手段）、４０…パソコン本体（鏡面精度演算手段）、４６…テレビモニタ（画像表示手段）、４４…ディスプレイ（画像表示手段）
【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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【図１５】
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【図１６】
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