JP2004198192A - 光学系の偏心量測定機及び偏心量測定方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】偏心量測定機により被測定レンズ系の偏心量を測定する際に、投影光学系や被測定レンズ系を形成する光学素子の収差に影響されることなくスポット像のピーク強度位置が正確に判別でき、スポット像位置の位置検出精度を高め、被測定レンズ系の偏心量の測定精度を向上させることができる光学系の偏心量測定機および偏心量測定方法を提供する。
【解決手段】光学系１０の被測定面１１ａに光源１からの出射光束を投影する投影光学系４と、投影光学系４を経た後に結像される被測定面１１ａからの反射光束による像の位置を検出する像位置検出手段９と、投影光学系４を経た後の被測定面１１ａからの反射光束の波面の歪みを検出する波面検出手段６と、波面検出手段６を介して検出された波面の歪みを補正する波面補正手段７とを有し、波面補正手段７で補正された後の反射光束による像の位置を像位置検出手段９で検出する。
【選択図】 図１
【解決手段】光学系１０の被測定面１１ａに光源１からの出射光束を投影する投影光学系４と、投影光学系４を経た後に結像される被測定面１１ａからの反射光束による像の位置を検出する像位置検出手段９と、投影光学系４を経た後の被測定面１１ａからの反射光束の波面の歪みを検出する波面検出手段６と、波面検出手段６を介して検出された波面の歪みを補正する波面補正手段７とを有し、波面補正手段７で補正された後の反射光束による像の位置を像位置検出手段９で検出する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学素子の単体又は光学素子の組合せからなる光学系におけるそれぞれの光学面の偏心量を測定する偏心量測定機及び偏心量測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の偏心量測定機としては、例えば、レンズ系の偏心測定装置として特許文献１に記載のものがある。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−３１２６７０号公報
【０００４】
特許文献１に記載の偏心測定装置では、図２０に示すように、光源としての電球５３１の光束の光路上に、光路分割手段としてのハーフミラー５３２と、投影光学系としての対物レンズ５３３と、被測定レンズ系５３４とが配置されている。
被測定レンズ系５３４は、被測定面となるレンズ面を複数備えた状態で枠体５３５（枠体は外周の輪郭のみを図示する）内に収納され、この枠体５３５を介してマウント５３６に取り付けられている。マウント５３６は、減速ギヤボックス５３７を介してモータ５３８に連結されており、モータ５３８の駆動によりマウント５３６および被測定レンズ系５３４が一体的に回転する構成となっている。被測定レンズ系５３４は、レンズ面５３４Ａの曲率中心とレンズ面５３４Ｂの面頂とが接近した配置構成となっている。
【０００５】
被測定レンズ系５３４からの反射光がハーフミラー５３２で反射した反射光路上には、電球５３１の発光点と光学的に共役な位置に撮像素子面５３９ａがくるように配置された撮像素子５３９ｂを有するテレビカメラ５３９が設けられ、このテレビカメラ５３９の撮像素子面５３９ａに被測定レンズ系５３４からの反射光束による像が結像するようになっている。また、テレビカメラ５３９には結像した画像が入力されるイメージメモリ５４０が接続されている。イメージメモリ５４０には、テレビカメラ５３９を介して取り込まれた画像を任意のレベルで白黒に２値化し、その２値化画像の白部の重心位置を測定する画像処理部５４１が接続されているとともに、テレビカメラ５３９の撮像素子面５３９ａに結像した画像を観察するモニターテレビ５４２が接続されている。画像処理部５４１には、測定された上記白部の重心位置に基づいて被測定レンズ系５３４の被測定レンズ面の偏心量を算出する計算処理部５４３が接続されている。
【０００６】
このように構成された特許文献１に記載の偏心測定装置では、電球５３１から射出した光束は、ハーフミラー５３２を透過し、対物レンズ５３３を介して集束されて被測定レンズ系５３４に入射する。ここで、レンズ面５３４Ａの曲率中心の偏心量を測定する場合、レンズ面５３４Ａの曲率中心に光束が結像するように対物レンズ５３３の位置を調整する。レンズ面５３４Ａで反射した光束は、入射時の光路を逆行し、ハーフミラー５３２に入射する。次いで、ハーフミラーで反射した光束が、テレビカメラ５３９に入射し、撮像素子面５３９ａ上で結像し、モニターテレビ５４２上でそのスポット像（観察像）が観察される。
このような状態において、上述のように、レンズ面５３４Ａの曲率中心とレンズ面５３４Ｂの面頂との位置が接近していると、これらの面からの反射光は入射時の光路を逆行し、同時にテレビカメラ５３９の撮像素子面５３９ａに結像する。モニターテレビ５４２では、この２つのスポット像Ｓ１１，Ｓ１２が、例えば図２１(a)に示すように観察される。図２１(a)において、スポット像Ｓ１１はレンズ面５３４Ａでの反射像であり、スポット像Ｓ１２はレンズ面５３４Ｂの面頂での反射像であり、後者のスポット像Ｓ１２は被測定面５３４Ａの偏心量の測定には不要な像である。
【０００７】
上記の場合は、モーター５３８を駆動し、被測定レンズ系５３４を回転させて対物レンズ５３３に対するレンズ面５３４Ａの偏心状態を変化させると、図２１(b)に示すように、レンズ面５３４Ｂの面頂で反射した光束によるスポット像Ｓ１２は回転せずに、レンズ面５３４Ａで反射した光束によるスポット像Ｓ１１がモニターテレビ５４２上で回転して観察されることになり、被測定面５３４Ａの偏心量の測定に必要なスポット像Ｓ１１と、被測定面５３４Ａの偏心量の測定に不必要なスポット像Ｓ１２とが判別される。この判別後に２つのスポット像のピーク強度を観察しながら対物レンズ５３３の位置を微調整してスポット像Ｓ１１のピーク強度をスポット像Ｓ１２のピーク強度より大きくする。この調整の終了後、イメージメモリ５４０に画像を入力し、モニターテレビ５４２に画像表示するとともに、画像処理部５４１、計算処理部５４３を介してスポット像Ｓ１１の偏心量が求められる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような従来のレンズ系の偏心測定装置および偏心測定方法では、被測定レンズ系のレンズ面（被測定面）の偏心量を求める場合、光源の像が投影光学系を介して指標像として投影され、この指標像が被測定面で反射された後に再度投影光学系を経た後に撮像素子面上にスポット像として結像されるが、このスポット像は投影光学系で生じた収差により、上記光源の像が広がった状態の、いわゆる劣化した像になる。このため、ピーク強度を観察しながら投影光学系等の位置調整をする際のピーク強度位置（強度がピークとなった状態）の判別が困難となり、また撮像素子面上でのスポット像位置を測定する際の位置検出精度が低下する要因となり、測定された被測定レンズ系の偏心量の測定精度を向上させることが困難であった。
【０００９】
また、特許文献１に記載のような偏心量測定機では、例えばレンズ面５３４Ｂの偏心量を測定する場合には、上述した投影光学系で生ずる収差に加えて、レンズ面５３４Ｂの反射光束はレンズ面５３４Ａを有するレンズの収差によりその波面形状がずれてしまう。このため、投影光学系を介して得られたスポット像がさらに劣化して撮像素子面上でのスポット像位置の位置検出精度が低下しやすくなり、測定された被測定レンズ系の偏心量の測定精度を向上させることがさらに困難であった。
【００１０】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、偏心量測定機により被測定レンズ系の偏心量を測定する際に、投影光学系の収差に影響されることなくスポット像のピーク強度位置が正確に判別でき、スポット像位置の位置検出精度を高め、被測定レンズ系の偏心量の測定精度を向上させることができる光学系の偏心量測定機および偏心量測定方法を提供することを目的とする。
【００１１】
また、本発明は、被測定面の偏心量を測定する際に、投影光学系の収差に加えて被測定レンズ系を形成する光学素子の収差に影響されることなく、撮像素子面上でのスポット像のピーク強度位置が正確に判別でき、スポット像位置の位置検出精度を高め、被測定レンズ系の偏心量の測定精度を向上させることができる光学系の偏心量測定機および偏心量測定方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本第１の発明による光学系の偏心量測定機は、光学素子の単体又は組合せからなる光学系の被測定面に光源からの出射光束を投影する投影光学系と、前記投影光学系を経た後に結像される前記被測定面からの反射光束による像の位置を検出する像位置検出手段を有し、前記像位置検出手段を介して検出された前記被測定面からの反射光束による像の位置に基づいて前記被測定面の偏心量を測定する光学系の偏心量測定機において、前記投影光学系を経た後の前記被測定面からの反射光束の波面の歪みを検出する波面検出手段と、前記波面検出手段を介して検出された前記波面の歪みを補正する波面補正手段とを有し、前記被測定面からの反射光束による像の位置を、前記波面補正手段を介して波面の歪みが補正された後に前記位置検出手段を介して検出するようにしたことを特徴としている。
【００１３】
また、本第２の発明による光学系の偏心量測定機は、本第１の発明において、前記波面の歪みが、波面形状の歪み又は波面収差であることを特徴としている。
【００１４】
また、本第３の発明による光学系の偏心量測定機は、本第１又は第２の発明において、前記波面検出手段が、シャックハルトマンセンサであることを特徴としている。
【００１５】
また、本第４の発明による光学系の偏心量測定機は、本第１〜第３のいずれかの発明において、前記波面補正手段が、前記被測定面からの反射光束を透過させる透過部を有し、該透過部の各領域毎に反射光束が透過するときに該反射光束の前記波面の歪みを補正するように構成されていることを特徴としている。
【００１６】
また、本第５の発明による光学系の偏心量測定機は、本第１〜第３のいずれかの発明において、前記波面補正手段が、前記被測定面からの反射光束を反射させる反射面を有し、該反射面の各領域毎に反射光束が反射するときに該反射光束の前記波面の歪みを補正するように構成されていることを特徴としている。
【００１７】
また、本第６の発明による偏心量測定機は、本第４の発明において、電圧制御により反射光束が透過するときに該光束の各領域での前記波面の歪みに対応して屈折率が変化する液晶を備えていることを特徴としている。
【００１８】
また、本第７の発明による偏心量測定機は、本第５の発明において、前記波面補正手段が、該波面補正手段の反射面の背後を押圧して反射光束が反射する該反射面における各領域での反射角を制御する押圧素子を備えていることを特徴としている。
【００１９】
また、本第８の発明による偏心量測定機は、本第１〜第７のいずれかの発明において、前記波面検出手段が、前記投影光学系の光軸上に配置された光路分割手段を介して分割された一つの光路上に配置されていることを特徴としている。
【００２０】
また、本第９の発明による偏心量測定方法は、光学素子の単体又は組合せからなる光学系の被測定面に光源からの出射光束を投影光学系を介して投影し、前記被測定面からの反射光束による像を前記投影光学系を経た後に像位置検出手段に結像させ、前記像位置検出手段を介して前記被測定面からの反射光束による像の位置を検出し、検出した像の位置に基づいて前記被測定面の偏心量を測定する光学系の偏心量測定方法において、前記投影光学系を経た後の前記被測定面からの反射光束の波面の歪みを波面検出手段を介して検出し、前記波面検出手段により検出された前記波面の歪みを波面補正手段を介して補正し、前記波面の歪みが補正された後に、前記反射光束による像の位置を前記像位置検出手段を介して検出することを特徴としている。
【００２１】
また、本第１０の発明による偏心量測定方法は、本第９の発明において、前記波面の歪みが、波面形状の歪み又は波面収差であることを特徴としている。
【００２２】
また、本第１１の発明による偏心量測定方法は、本第９又は第１０の発明において、前記波面検出手段に、シャックハルトマンセンサを用いることを特徴としている。
【００２３】
また、本第１２の発明による偏心量測定方法は、本第９〜第１１のいずれかの発明において、前記波面補正手段による補正は、前記被測定面からの反射光束を透過させる透過部を有する前記波面補正手段を用いて、前記透過部の各領域毎に反射光束が透過するときに該反射光束の前記波面の歪みを補正することによって行うことを特徴としている。
【００２４】
また、本第１３の発明による偏心量測定方法は、本第９〜第１１のいずれかの発明において、前記波面補正手段による補正は、前記被測定面からの反射光束を反射させる反射面を有する前記波面補正手段を用いて、前記反射面の各領域毎に反射光束が反射するときに該反射光束の前記波面の歪みを補正することによって行うことを特徴としている。
【００２５】
また、本第１４の発明による偏心量測定方法は、本第９〜第１２のいずれかの発明において、前記波面補正手段による補正は、反射光束が液晶を透過するときに該光束の各領域での前記波面の歪みに対応して印加される液晶への電圧制御により該液晶の各領域での屈折率を調整することによって行うことを特徴としている。
【００２６】
また、本第１５の発明による偏心量測定方法は、本第９〜第１１，第１３のいずれかの発明において、前記波面補正手段による補正は、該波面補正手段の反射面の背後を反射光束の各領域での前記波面の歪みに対応して押圧して、反射光束が反射する該反射面における各領域での反射角を制御することによって行うことを特徴としている。
【００２７】
また、本第１６の発明による偏心量測定方法は、本第９〜第１５のいずれかの発明において、前記波面検出手段による検出は、前記投影光学系の光軸上に配置された光路分割手段を介して前記被測定面からの反射光束を分割して行うことを特徴としている。
【００２８】
また、本第１７の発明による偏心量測定方法は、光学素子の単体又は組合せからなる光学系の被測定面に光源からの出射光束を投影光学系を介して投影し、前記被測定面からの反射光束による像を前記投影光学系を経た後に像位置検出手段に結像させ、前記像位置検出手段を介して前記被測定面からの反射光束による像の位置を検出し、検出した像の位置に基づいて前記被測定面の偏心量を測定する光学系の偏心量測定方法において、前記被測定面からの反射光束を前記投影光学系を介して平行光束とし、前記投影光学系を経た後の前記平行光束の波面の歪みを波面検出手段を介して検出し、前記波面検出手段により検出された前記波面の歪みを波面補正手段を介して補正し、前記波面の歪みが補正された後に、前記平行光束を結像させ、結像した像の位置を前記像位置検出手段を介して検出することを特徴としている。
【００２９】
また、本第１８の発明による偏心量測定方法は、光学素子の単体又は組合せからなる光学系の被測定面に光源からの出射光束を投影光学系を介して投影し、前記被測定面からの反射光束による像を前記投影光学系を経た後に像位置検出手段に結像させ、前記像位置検出手段を介して前記被測定面からの反射光束による像の位置を検出し、検出した像の位置に基づいて前記被測定面の偏心量を測定する光学系の偏心量測定方法において、前記被測定面からの反射光束を光束分割手段を介して分割し、分割された第１の光束の波面の歪みを波面検出手段を介して検出し、分割された第２の光束の波面の歪みを前記波面検出手段の検出結果に基づいて波面補正手段を介して補正し、前記波面の歪みが補正された前記被測定面からの反射光束を結像させ、結像した像の位置を前記像位置検出手段を介して検出することを特徴としている。
なお、本発明において、波面補正手段による波面形状や波面収差などの波面の歪みの補正は、波面の歪みの全てを除いた状態にする補正に加えて、波面の歪みを小さくした状態、あるいは低減した状態にする補正も含む。
【００３０】
【発明の実施の形態】
実施例の説明に先立ち、本発明の作用効果を説明する。
本発明による光学系の偏心量測定機及びその偏心量測定方法のように構成すれば、被測定面から反射された反射光束は、投影光学系を経た後に、波面検出手段を介して反射光束の波面形状や波面収差などの波面の歪みが検出され、その検出結果に基づいて波面補正手段を介して波面形状のずれ又は波面収差が小さくなるように波面の歪みが補正された状態で、位置検出手段でスポット像として検出される。
このため、投影光学系、又は被測定レンズ系の光学素子による収差があっても、その影響を低減でき、該スポット像のピーク強度位置が正確に判別でき、該スポット像位置の位置検出精度を高めることができ、被測定レンズ系の偏心量の測定精度を向上させることができる。
【００３１】
また、本第３，第１１の発明のように構成すれば、シャックハルトマンセンサが市販されていて入手が容易である。
【００３２】
また、本第４，第１２の発明のように構成すれば、透過部の各領域を透過する反射光束における対応する各部分ごとの波面形状のずれ又は波面収差など補正すべき波面の歪みを波面検出手段により検出されるようにすることで、波面検出手段と波面補正手段との対応関係が一対一で定まり、補正制御の設定がし易くなる。また、波面形状のずれ又は波面収差など補正すべき波面の歪みを局部的に補正できない部分があるときには、その部分の透過部が認知できるので、メンテナンスが容易になる。
【００３３】
また、本第５，第１３の発明のように構成すれば、反射面の各領域で反射される反射光束における対応する各部分ごとの波面形状のずれ又は波面収差など補正すべき波面の歪みを波面検出手段により検出されるようにすることで、波面検出手段と波面補正手段との対応関係が一対一で定まり、補正制御の設定がし易くなる。また、波面形状のずれ又は波面収差など補正すべき波面の歪みを局部的に補正できない部分があるときには、その部分の反射面が認知できるので、メンテナンスが容易になる。
【００３４】
また、本第６，第１４の発明のように構成すれば、電圧制御により屈折率を連続的に微小変化量で制御ができるので、収差の大小に対応した補正がしやすくなる。
【００３５】
また、本第７，本第１５の発明のように構成すれば、反射面で反射される反射光束の波面形状のずれ又は波面収差など補正すべき波面の歪みを局部的に補正できない部分があるときには、その部分の反射角を制御する押圧素子の異常を認知することができ押圧素子の交換が容易になる。
【００３６】
また、本第８，第１６の発明のように構成すれば、波面検出手段の偏心量測定機への配置が容易になる。
【００３７】
また、本第１７の発明のように、被測定面から反射された反射光束を平行光束にしてから波面の歪みを検出すれば、波面形状のずれや波面収差などの波面の歪みの検出が容易となり、この検出結果に基づいての波面補正手段による補正がし易くなるので、反射光束に波面形状のずれや波面収差などの波面の歪みがあってもその影響を低減でき、スポット像のピーク強度位置が正確に判別でき、該スポット像位置の位置検出精度を高めることができ、被測定レンズ系の偏心量の測定精度を向上させることができる。
【００３８】
また、本第１８の発明のようにすれば、被測定面からの反射光束を波面形状検出用の光束と像位置検出用の光束を有するよう少なくとも第１の光束と第２の光束とに分割し、第１の光束でこの光束の波面の歪みを検出し、検出結果に基づいて、第２の光束の波面の歪みを補正し、補正された光束の像位置を検出するので、光束分割手段による分割前の反射光束に波面形状のずれ或いは収差などの波面の歪みがあってもその影響を低減でき、スポット像のピーク強度位置が正確に判別でき、該像位置の位置検出精度を高めることができ、被測定レンズ系の偏心量の測定精度を向上させることができる。
【００３９】
次に、本発明による光学系の偏心量測定機及び偏心量測定方法の実施形態を図面を用いて説明する。
図１は本発明による光学系の偏心量測定方法を用いる偏心量測定機の一実施形態の要部を示す概略構成図である。
図１に示す偏心量測定機は、光源１と、光源１からの光束を平行光束にするコリメートレンズ２と、コリメートレンズ２からの平行光束を反射して偏心量の測定対象である被検レンズ系１０（被測定光学系）側に向けるように配置された第１ハーフミラー３と、ハーフミラー３で反射した平行光束を被検レンズ系１０の各被検面（被測定面）の曲率中心に集光するよう操作可能に配置された投影光学系としての投影レンズ４と、被検レンズ系１０の被検面で反射された反射光束の一部を透過して波面補正器７に導くとともに、残りの一部を反射して波面センサ６に導くように配置された光束分割手段としての第２ハーフミラー５と、第２ハーフミラー５で反射された反射光束の波面を検出する波面検出手段としての波面センサ６と、波面センサ６で検出された波面検出結果に基づいてこの波面の補正を行う波面補正手段としての波面補正器７と、波面の補正が行われた反射光束を集光して結像する結像光学系としての撮像レンズ８と、結像された像（観察像）の像位置を検出する像位置検出手段として機能する撮像素子９とを備えている。
被検レンズ系１０は、レンズ１１，１２を有して構成され、投影レンズ４と対向する位置に取り付けられている。
【００４０】
投影レンズ４と、光軸Ｂに対し４５度傾斜した第１ハーフミラー３及び第２ハーフミラー５と、波面補正器７と、撮像レンズ８と撮像素子９は、光軸Ｂ上に順に配設されている。コリメートレンズ２と光源１は、第１ハーフミラー３で光軸Ｂが分岐された光軸上に配設されている。波面センサ６は、第２ハーフミラー５で光軸Ｂが分岐された光軸上に配設されている。
【００４１】
なお、第２ハーフミラー５に対する波面センサ６の位置と波面補正器７の位置は、波面測定用の反射光束が平行光束ではない光束の場合に鑑み、波面センサ６で検出される光束の波面と波面補正器７で補正される光束の波面との対応関係が保たれるように、第２ハーフミラー５と波面センサ６の間の距離ｅ1に対し、第２ハーフミラー５と波面補正器７の間の距離ｅ2と前記距離ｅ1との差は、２割以内、望ましくは１割以内、更には等距離にすることが望ましい。
【００４２】
このように構成された本実施形態の偏心量測定機において、被検レンズ系１０における第３面目の被検面１１ａの偏心量を測定する場合について説明する。
光源１から発せられた光束は、コリメートレンズ２を介して平行光束にされて、第１ハーフミラー３に入射する。第１ハーフミラー３で反射された光束は、被検レンズ系１０側に向けられ、投影レンズ４を介して被検面１１ａの曲率中心で結像するように被検レンズ系１０に入射する。被検レンズ系１０に入射した光束は、レンズ１２を透過し、レンズ１１の被検面１１ａで反射される。被検面１１ａで反射された光束は、再び、レンズ１２を透過し、投影レンズ４に導かれた後、第１ハーフミラー３に入射する。第１ハーフミラー３を透過した光束は、第２ハーフミラー５を介して光束Ｌ１と光束Ｌ２とに分割される。光束Ｌ１は、波面センサ６に導かれ、光束Ｌ２は、波面補正器７、撮像レンズ８を経て、撮像素子９上に結像する。
【００４３】
ここで、被検レンズ系１０の被検面１１ａで反射された光束は、再び被検レンズ系１０のレンズ１２を通るとき、又は、投影レンズ４を通るときに発生する収差の影響を受けており、その波面が部分的にずれるといった波面の歪みが生じている。この波面の部分的なずれがある反射光束を撮像素子９に導くと、上述のように撮像素子９上で観察される観察像を劣化させ、観察像の像位置検出精度や偏心量の測定精度等を低下させる。
そのため、本実施形態の偏心量測定機では、被検面１１ａからの反射光束が投影レンズ４を通った後の位置に配置した波面センサ及び波面補正器７を介して上記波面の部分的なずれを打ち消すような補正を行うようにしている。
すなわち、被検面１１ａからの反射光束が投影レンズ４を通った後の位置に配置した第２ハーフミラー５を介して光束Ｌ１における収差による波面のずれを波面センサ６で検出し、検出した波面のずれを光束Ｌ２において打ち消すように波面補正器７で補正する。これにより、被検面１１ａからの反射光束は、波面の部分的なずれがない反射光束、あるいは収差の影響が除去された反射光束となって撮像レンズ８で撮像素子９上に結像されることになり、撮像素子９上で観察される観察像の劣化を除去することができるようになる。
【００４４】
ここで、波面センサ６の構成及び原理を図２を用いて説明する。
図２は本発明による光学系の偏心量測定機に用いる波面センサの一構成例として示すシャックハルトマンセンサの説明図で、(a)は、要部概略構成図、(b)は(a)の部分拡大断面図、(c)は要部であるＣＣＤ撮像面上での結像状態を示す説明図である。
本構成例のシャックハルトマンセンサは、図２(a)に示すように、マイクロレンズアレイ２２と、ＣＣＤアレイ２３とから要部が構成されている。
このような構成のシャックハルトマンセンサによれば、マイクロレンズアレイ２２の上方側から、平行光束である被測定光束をマイクロレンズアレイ２２に入射させると、被測定光束がそれぞれの領域において各マイクロレンズ素子２２ａを透過して集光され、マイクロレンズ素子２２ａの個数に対応した数分の像が、ＣＣＤアレイ２３のＣＣＤ撮像面２３ａ上に結像する。これにより、各マイクロレンズ素子２２ａの焦点位置に点像群２３ｂが観察されることになる。ここで、被測定光束に波面２１の部分的なずれがなければ、ＣＣＤ撮像面２３ａ上の各点像の位置は、各マイクロレンズ素子２２ａの光軸上のマイクロレンズ素子の焦点位置に形成される。
【００４５】
一方、被測定光束に波面の部分的なずれがある場合には、図２(b)に示すように、各マイクロレンズ素子２２ａに入射する位置での波面２１の傾きに応じて、ＣＣＤ撮像面２３ａ上での点像の位置がマイクロレンズ素子２２ａの焦点位置（図２(b)において破線で示す位置）からずれる。図２(c)ではＣＣＤ撮像面２３ａ上で格子状の破線の交点が各マイクロレンズ素子２２ａの焦点位置に相当し、黒点が各マイクロレンズ素子２２aを介して結像された点像群２３ｂを示し、格子状の中心部分では黒点が破線の交点にあり、外側部分では黒点が破線の交点からずれていて、波面２１に傾き、即ち部分的なずれ（波面収差）があることを示している。
【００４６】
ここで、被測定光束中の各部分（ｘ，ｙ）において、波面の傾きをｅ（ｘ，ｙ）、マイクロレンズ素子の焦点距離をｆｍ、点像の光軸からのずれをｄ（ｘ，ｙ）とすると、
ｅ（ｘ，ｙ）＝ｄ（ｘ，ｙ）／ｆｍ
と表わされる。
被測定光束の波面の傾きｅ（ｘ，ｙ）、点像の光軸からのずれｄ（ｘ，ｙ）はx成分およびｙ成分を持つベクトルである。それぞれの成分のみを示すときには、ｅ、ｄの後にｘ、ｙを付け、ｅｘ（ｘ，ｙ）、ｅｙ（ｘ，ｙ）、ｄｘ（ｘ，ｙ）、ｄｙ（ｘ，ｙ）と表わすものとする。また、被測定光束中の各部分（ｘ，ｙ）での位相差をｐ（ｘ，ｙ）と表わすものとする。
被測定光束中の各部分（ｘ，ｙ）での波面の傾きｅ（ｘ，ｙ）が分かれば、各部分での位相差ｐ（ｘ，ｙ）が求められることになり、位相差ｐ（ｘ，ｙ）は被測定光束中の各部分（ｘ，ｙ）での相対値が分かればよいので、仮に、
ｐ（０，０）＝０
とすると、（０，０）から（Δｘ，Δｙ）だけ離れた点での位相差ｐ（Δｘ，Δｙ）は、
ｐ（Δｘ，Δｙ）＝ｅｘ（０，０）Δｘ＋ｅｙ（０，０）Δｙ
となり、また、
ｐ（ｘ＋Δｘ，ｙ＋Δｙ）＝ｅｘ（ｘ，ｙ）Δｘ＋ｅｙ（ｘ，ｙ）Δｙ
であることから、被測定光束の各部分（ｘ，ｙ）における波面の位相差ｐ（ｘ，ｙ）を求めることができる。
【００４７】
また、波面補正器７には、例えば、図６に示すような、液晶を用いた波面補正器を用いる。
図６は本発明による光学系の偏心量測定機に用いる波面補正器の一構成例を示す図であり、(a)は波面補正器を平面視したときの各部分での位相差の制御状態を示す説明図、(b)は各部分での位相差の制御状態を示す断面説明図、(c)は液晶を用いた波面補正器の構成例を示す断面図である。
本構成例の波面補正器は、図６(c)に示すように、反射光束が通る両側面は透明なガラス基板２５ａ，２５ｂで構成されている。これらのガラス基板２５ａ，２５ｂの内面には、導電性を有する層としてＩＴＯなどの透明電極２６ａ，２６ｂが蒸着により形成されている。透明電極２６ａは、図６(a)に示すような各部分で位相差を異ならせるような制御のため、縦横に複数の分割領域（図６(a)では縦横に７区画に分割）を形成する電極パターンで構成されており、各分割領域は、各々独立に電圧を印加することができるように液晶制御回路２９に接続されている。
透明電極２６ａ，２６ｂの内面には、液晶に所定の分子配向を与えるための配向膜２７ａ，２７ｂが形成され、この配向膜の間に、ネマチック液晶などの複屈折を有する液晶２８が封入されている。
【００４８】
このように構成された波面補正器では、透明電極２６ａ，２６ｂに印加する電圧を分割領域毎に変えることにより、液晶２８の液晶分子Ｍはその向きを水平方向から垂直方向まで分割領域毎に自在に変えることができ、その際に分割領域毎に屈折率が変化するので、液晶２８を通る光束に対して分割領域毎に光路差を付与することができる。即ち、分割領域ごとに変えた電圧に応じて液晶２８を透過した後の反射光束（光束Ｌ２）の位相差を変えることができるので、波面センサ６で検出された光束Ｌ１の位相差に応じて、波面補正器７により光束Ｌ２の位相差を打ち消すような位相差（補正用の位相差）を付与することで、第２ハーフミラー５を透過したときにずれを持った光束Ｌ２の波面のずれを波面補正器７により補正することができる。
【００４９】
図６(a)は色の濃い部分が屈折率が高いことを示している。この部分では打ち消す位相差が大きくできることから、波面の部分的なずれが光の進行方向に対して先行するような場合には、この光束の部分が透過する液晶２８の部分の屈折率を高くすることで、図６(b)に示すように、図において左側から波面補正器７の液晶２８を介して右側に進行する波面の部分的なずれを補正することができる。
【００５０】
従って、波面センサ６と波面補正器７とを組合せると、撮像素子９に結像するように導かれる被検面からの反射光束から、被測定光学系中の光学素子による収差又は投影光学系による収差の影響をなくして、劣化のない観察像を撮像素子面に結像することができる。
【００５１】
また、図６に示した波面補正器７の代わりに、図７に示すような反射面を有する波面補正器を用いてもよい。
図７は本発明による偏心量測定機に用いる波面補正器の他の構成例を示す要部断面図である。
本構成例の波面補正器は、図１に示す偏心量測定機における被検面１１ａからの反射光束を透過させる替わりに、被検面１１ａからの反射光束を反射面で反射して撮像レンズ８とＣＣＤ９に導くように構成されている。本構成例のような収差の影響を反射面の変形により打ち消して補正する波面補正器でも、液晶を用いた波面補正器と同様な作用効果が得られる。なお、図７に示した波面補正器の詳細な構成については、後述する。
【００５２】
【実施例】
以下、本発明の偏心量測定機及び偏心量測定方法の具体的な実施例を図面を用いて説明する。
第１実施例
図３は本発明による光学系の偏心量測定方法を用いる偏心量測定機の第１実施例を示す概略構成図である。
本実施例の偏心量測定機では、ベース３１上に、被検レンズ系（被測定レンズ系）１０を収納したレンズ枠体（枠体は外周輪郭のみを図示してある）１０ａを載置して固定するレンズ枠体取り付け台３２が配置されている。被検レンズ系１０は図１と同様にレンズ１１、１２で構成されている。また、ベース３１上には、レンズ枠体取り付け台３２上に載置して固定されるレンズ枠体１０ａ内の被検レンズ系１０の光軸に平行な方向に移動自在な測定光学系取付用台座３３（以下、台座という）が配置されている。
【００５３】
この台座３３は、ベース３１上に平行に取り付けた一対のガイド３４と送りねじ３５を有する駆動モータ３６とからなる直動送り手段により、前記光軸に対して平行な方向に案内されるものである。
この台座３１の上には、前記被検レンズ系１０に向けて偏心量測定用の指標となる像を投影するように、上述の図１に示した光源１と、光源１から発する光を平行光束にコリメートする第１コリメートレンズ２と、平行光束を被検レンズ系１０に向けて反射するとともに該光束が被検レンズ系１０で反射されて戻ってきたときに透過させる第１ハーフミラー３と、第１ハーフミラー３で反射された光束を被検レンズ系１０の各被検面（被測定面）の各曲率中心（集光点）に向けて集光投影可能な投影レンズ４が配置されている。また、投影レンズ４の光軸Ｂは、被検レンズ系１０の光軸と一致している。
なお、指標となる像は、光源１自体としても良いし、不図示の光源から発する光を集光して得る点光源（いわゆる指標像）を光源１として扱っても良い。
【００５４】
また、台座３３の上には、第１ハーフミラー３を透過した被検面１１ａからの反射光束を透過光束（光束Ｌ２）と反射光束（光束Ｌ１）とに分割する第２ハーフミラー５が配置され、光束Ｌ１の所定受光位置にシャックハルトマンセンサ６が配置され、光束２の進行方向には光束２の波面の補正をする液晶を用いた図６に示した構成と同様の波面補正器（液晶素子）７と、波面補正器７を透過する光束を集光する撮像レンズ８と、撮像レンズ８で集光し結像した観察像としてのスポット像を撮像する撮像面を備えたＣＣＤ９が配置されている。ＣＣＤ９には、周知のスポット像を表示するイメージメモリ内蔵のモニターテレビ９ａと、スポット像の像位置から各被検面の偏心量及び被検レンズ系１０の偏心量を算出する計算処理部９ｂが接続されている。
【００５５】
なお、第２ハーフミラー５に対するシャックハルトマンセンサ６の位置と液晶素子７の位置とは、光軸上で略等距離に設定されている。このような配置は、後述の波面補正器として液晶素子７を用いた実施例においても同様である。
また、シャックハルトマンセンサ６と液晶素子７との間には、シャックハルトマンセンサ６で検出された波面形状のずれに係る検出情報により波面の各部の位相差を演算する第１演算部３７ａと、第１演算部３７ａで演算されたこの波面形状のずれを打ち消す位相差に対応する電圧を演算する第２演算部３７ｂと、第２演算部３７ｂの演算結果により波面の各部の位相差を打ち消す補正をするよう波面補正器７の各分割電極に対し印加する電圧の制御をする電圧制御部３７ｃとを備えたコンピュータ３７が接続されている。
なお、第２演算部３７ｂでは、ずれを打ち消す位相差に対応する電圧までを演算するように説明したが、これに限らず、第２演算部３７ｂでは、ずれを打ち消す位相差までを演算し、電圧制御部３７ｃでは、前記ずれを打ち消す位相差に対応する電圧を求めて該電圧に基づいて各分割電極に対し印加する電圧の制御をする構成にしてもよい。
【００５６】
このように構成された本実施例の偏心量測定機を用いて、被検レンズ系１０中のレンズ１１の被検面１１ａの偏心量を測定する場合、投影レンズ４を介して被検面１１ａの集光点に向けて集光投影された光束の集光点に光源１の像が形成され、被検レンズ系１０中の被検面１１ａで反射されて反射像が形成される。このとき光源１の像位置と反射像の位置が被検レンズ系１０の光軸Ｂ方向で同じ位置になるように、台座３３の位置を駆動モータ３６を駆動して調整する。
【００５７】
被検レンズ系１０中の被検面１１ａで反射された光束は、投影レンズ４を再び透過して概略平行光束となり、第１ハーフミラー３に入射し、第１ハーフミラー３を透過した被検面１１ａからの反射光束が、第２ハーフミラー５に入射する。
第２ハーフミラー５で反射された光束Ｌ１は、シャックハルトマンセンサ６に導かれ、コンピュータ３７の第１演算部３７ａを介して、光束Ｌ１の収差による波面形状のずれが解析される。次いで、第２演算部３７ｂを介して、第１演算部３７ａで解析された光束Ｌ１の収差による波面形状のずれの検出結果に基づき、光束Ｌ２の各領域に対して波面形状のずれを補正するために位相差を変化させるための所定の電圧値が演算される。次いで、コンピュータ３７の電圧制御部３７ｃを介して、光束Ｌ２の各領域に対応した液晶素子７の各分割電極に対して液晶の屈折率を各部で制御するための電圧がそれぞれ印加される。各分割電極にそれぞれ制御した電圧を印加することにより、液晶の屈折率が変化して光束Ｌ２の光路差が変化し位相差が変化する。これにより、光束Ｌ２は、各部の屈折率を制御された液晶素子７を透過したときに波面がほぼ平面に補正される。
【００５８】
波面を補正された被検面１１ａからの反射光束は、撮像レンズ８を透過してＣＣＤ９上に観察像としてのスポット像を形成する。このスポット像は、投影レンズ４による収差及び被検レンズ系１０における被検面１１ａと投影レンズ４との間に配置されたレンズ１２による収差が除去された状態になるので、モニターテレビ９ａを介してスポット像のピーク強度位置が正確に判別でき、該像位置の位置検出精度を高めることができ、計算処理部９ｂで算出される被検面１１ａの偏心量の測定精度が高くなる。
このように被測定面に対応して台座３３を光軸Ｂに沿って移動させ、被検レンズ系１０の全ての被測定面に対しＣＣＤ９上のスポット像の位置を測定し、計算処理部９ｂで偏心量を算出することで、被検レンズ系１０の全ての面の偏心量を求めることができる。
そして、本実施例では、屈折率を制御された液晶素子７を介して各被検面からの反射光束の波面の乱れを補正するようにしたので、精度良くＣＣＤ９上のスポット像を測定することができ、光学系の偏心量も精度良く求めることができる。
【００５９】
第２実施例
図４は本発明による光学系の偏心量測定方法を用いる偏心量測定機の第２実施例を示す概略構成図である。
本実施例の偏心量測定機は、図３に示した第１実施例の偏心量測定機における第２ハーフミラー５と波面補正器７の位置を入れ替えた構成、即ち、第１ハーフミラー３を透過した被検面からの反射光束の進行方向に沿って、波面補正器７、第２ハーフミラー５の順で配置され、第２ハーフミラー５で反射される被検面からの反射光束の受光位置にシャックハルトマンセンサ６が配置された構成となっている。
第２実施例のその他の構成は第１実施例と同じである。なお、図４ではその要素のみを図３と同符号を用いており、ベースやレンズ枠体等は図示を省略してある。
【００６０】
このように構成された本実施例の偏心量測定機を用いて、被検レンズ系１０中のレンズ１１の被検面１１ａの偏心量を測定する場合、投影レンズ４を介して被検面１１ａの集光点に向けて集光投影された光束の集光点に光源１の像が形成され、被検レンズ系１０中の被検面１１ａで反射されて反射像が形成される。このとき光源１の像位置と反射像の位置が被検レンズ系１０の光軸Ｂ方向で同じ位置になるように、図示省略した台座の位置を図示省略駆動モータを駆動して調整する。
【００６１】
被検レンズ系１０中の被検面１１ａで反射された光束は、投影レンズ４を再び透過して概略平行光束となり、第１ハーフミラー３に入射し、第１ハーフミラー３を透過した被検面１１ａからの反射光束が、波面補正器７を透過し、第２ハーフミラー５に入射する。
第２ハーフミラー５で反射された光束Ｌ１は、シャックハルトマンセンサ６に導かれ、コンピュータ３７の第１演算部３７ａを介して、光束Ｌ１の収差による波面形状のずれが解析される。次いで、第２演算部３７ｂを介して、第１演算部３７ａで解析された光束Ｌ１の収差による波面形状のずれの検出結果に基づき、液晶素子７に入射する被検面１１ａからの反射光束の各領域に対して波面形状のずれを補正するために位相差を変化させるための所定の電圧値が演算される。次いで、コンピュータ３７の電圧制御部３７ｃを介して、被検面１１ａからの反射光束の各領域に対応した液晶素子７の各分割電極に対して液晶の屈折率を各部で制御するための電圧がそれぞれ印加される。各分割電極にそれぞれ制御した電圧を印加することにより、液晶の屈折率が変化して被検面１１ａからの反射光束の光路差が変化し位相差が変化する。これにより、被検面１１ａからの反射光束は、波面がほぼ平面に補正される。波面を補正され第２ハーフミラー５を透過した被検面１１ａからの反射光束は、撮像レンズ８を透過してＣＣＤ９上に観察像としてのスポット像を形成する。
【００６２】
第２実施例においても、このスポット像は、投影レンズ４による収差及び被検レンズ系１０における被検面１１ａと投影レンズ４との間に配置されたレンズ１２による収差が除去された状態になるので、モニターテレビ９ａを介してスポット像のピーク強度位置が正確に判別でき、該像位置の位置検出精度を高めることができ、計算処理部９ｂで算出される被検面１１ａの偏心量の測定精度が高くなる。
【００６３】
第３実施例
図５は本発明による光学系の偏心量測定方法を用いる偏心量測定機の第３実施例を示す概略構成図である。
本実施例の偏心量測定機は、図３に示した第１実施例の偏心量測定機における透過面を有する波面補正器としての液晶素子７の代わりに、反射面を有する波面補正器としての光学特性可変形状鏡５１（以下、可変形状鏡とする）で置き換えた構成、即ち、第２ハーフミラー５を透過した被検面からの反射光束の進行方向に該光束の波面の歪み（波面形状のずれ、波面収差）を補正するための反射面を備えた可変形状鏡５１が配置され、該反射面で反射されて偏向された光軸Ｂ上に撮像レンズ８、ＣＣＤ９が配置された構成となっている。
【００６４】
なお、第２ハーフミラー５に対するシャックハルトマンセンサ６の位置と可変形状鏡５１の位置とは、光軸上で略等距離に設定されている。このような配置は、後述の波面補正器として可変形状鏡５１を用いた実施例においても同様である。
第３実施例のその他の構成は第１実施例と同じである。なお、図５ではその要素のみを図３と同符号を用いており、ベースやレンズ枠体等は図示を省略してある。
【００６５】
このように構成された本実施例の偏心量測定機を用いて、被検レンズ系１０中のレンズ１１の被検面１１ａの偏心量を測定する場合、投影レンズ４を介して被検面１１ａの集光点に向けて集光投影された光束の集光点に光源１の像が形成され、被検レンズ系１０中の被検面１１ａで反射されて反射像が形成される。このとき光源１の像位置と反射像の位置が被検レンズ系１０の光軸Ｂ方向で同じ位置になるように、図示省略した台座の位置を図示省略した駆動モータを駆動して調整する。
【００６６】
被検レンズ系１０中の被検面１１ａで反射された光束は、投影レンズ４を再び透過して概略平行光束となり、第１ハーフミラー３に入射し、第１ハーフミラー３を透過した被検面１１ａからの反射光束が、第２ハーフミラー５に入射する。
第２ハーフミラー５で反射された光束Ｌ１は、シャックハルトマンセンサ６に導かれ、コンピュータ３７の第１演算部３７ａを介して、光束Ｌ１の収差による波面形状のずれが解析される。次いで、第２演算部３７ｂを介して、第１演算部３７ａで解析された光束Ｌ１の収差による波面形状のずれの検出結果に基づき、光束Ｌ２の各領域に対して波面形状のずれを補正するために位相差を変化させるための所定の電圧値が演算される。次いで、この演算結果に基づいてコンピュータ３７の面変形駆動制御部３７ｄを介して、可変形状鏡５１の反射面の各部の傾きを制御して波面形状のずれを打ち消すような位相差となるように反射面の面形状が変化させられる。これにより、第２ハーフミラー５を透過した光束Ｌ２は、反射面の各部の傾き制御された可変形状鏡５１で反射されたときに波面がほぼ平面に補正される。波面を補正された被検面１１ａからの反射光束は、撮像レンズ８を透過してＣＣＤ９上に観察像としてのスポット像を形成する。
【００６７】
第３実施例においても、このスポット像は、投影レンズ４による収差及び被検レンズ系１０における被検面１１ａと投影レンズ４との間に配置されたレンズ１２による収差が除去された状態になるので、モニターテレビ９ａを介してスポット像のピーク強度位置が正確に判別でき、該像位置の位置検出精度を高めることができ、計算処理部９ｂで算出される被検面１１ａの偏心量の測定精度が高くなる。
【００６８】
なお、第３実施例における可変形状鏡５１としては、反射面を形成する薄膜と複数の電極からなり、静電気力により薄膜が変形してその反射面形状が変化するように構成されたもの（タイプＡ）や、反射面と一体化されて電流を流すことが可能な透明な部材と、この反射面近傍に配置された永久磁石またはコイルとを有し、電磁力により反射面形状を変化させるように構成されたもの（タイプＢ）や、反射面を形成する薄膜と電極との間に圧電素子が介装されていて、圧電素子に部分的に異なる伸縮を生じさせて、薄膜の形状を変えてその反射面形状が変化するように構成されたもの（タイプＣ）のいずれを用いてもよい。あるいは、これらのタイプを組合せて用いてもよい。
【００６９】
図７は第３実施例の可変形状鏡５１として適用可能なタイプＡの可変形状鏡４０９の一構成例を示す概略構成図である。
本構成例の光学特性可変形状鏡４０９は、底部が略円筒状に形成された支持台４２３の上端に取り付けられた変形する基板としてのポリイミド樹脂製シート４０９ｊの上に反射面を形成するためにアルミコーティング等で作られた薄膜（反射面）４０９ａと、薄膜４０９ａに対向して支持台４２３の内部に配置される複数の電極４０９ｂを備える光学特性可変形状鏡（以下、単に可変形状鏡と言う。）である。電極４０９ｂの形状は、例えば図８(a)に示すように同心円状と放射状を組合せた扇状や、図８(b)に示すように矩形状など、薄膜４０９ａの変形のさせ方に応じて形が設定されている。複数に分割された各分割電極４０９ｂにはそれぞれ可変抵抗器４１１が接続されている。各可変抵抗器４１１は、該抵抗器４１１の抵抗値が制御されるようにコンピュータ３７の面変形駆動制御部３７ｄに接続され、さらにコンピュータ３７の第２演算部３７ｂ、第１演算部３７ａを介して波面センサ６に接続されている。薄膜４０９ａは、結線４１２を介して面変形駆動制御部３７ｄと接続されており、この面変形駆動制御部３７ｄにより薄膜４０９ａと各分割電極４０９ｂとの間に電圧が印加されると静電気力によりシート４０９ｊとともに面形状が変化するようになっている。
【００７０】
即ち、薄膜４０９ａは、例えば、P.Rai-choudhury編、Handbook of Michrolithography, Michromachining and Michrofabrication, Volume 2:Michromachining and Michrofabrication,P495,Fig.8.58, SPIE PRESS刊やOptics Communication, 140巻（1997年）P187〜190に記載されているメンブレインミラーのように、複数の電極４０９ｂと薄膜４０９ａとの間に電圧が印加されると、静電気力により薄膜４０９ａが変形してその面形状が変化するように構成されている。
【００７１】
反射面としての薄膜４０９ａの形状は、結像性能が最適になるようにコンピュータ３７の面変形駆動制御部３７ｄからの信号により各可変抵抗器４１１の抵抗値を変化させることにより制御される。すなわち、コンピュータ３７の第１演算部３７ａ、第２演算部３７ｂを介して波面センサ６の信号が、面変形駆動制御部３７ｄへ入力されると、面変形駆動制御部３７ｄは、これらの入力信号に基づき波面の部分的な乱れによる結像性能の低下を補償すべく、薄膜４０９ａの形状が決定されるような電圧を電極４０９ｂに印加するように、可変抵抗器４１１の抵抗値を決定するための信号を出力する。このように、薄膜４０９ａは電極４０９ｂに印加される電圧すなわち静電気力で変形させられるため、その形状は状況により非球面を含む様々な形状をとる。
可変形状鏡４０９はリソグラフィーを用いて作ると加工精度がよく、良い品質のものが得られやすく、良い。
また、変形する基板４０９ｊをポリイミド等の合成樹脂製シートで製作しているので、低電圧でも大きな変形が可能であるので好都合である。
なお、可変形状鏡の反射面の形状は自由曲面にするのが良い。収差補正が容易にでき、有利だからである。
【００７２】
本発明の実施例で使用する自由曲面とは以下の式で定義されるものである。この定義式のＺ軸が自由曲面の軸となる。
ここで、（ａ）式の第１項は球面項、第２項は自由曲面項である。Ｍは２以上の自然数である。
球面項中、
ｃ：頂点の曲率
ｋ：コーニック定数（円錐定数）
ｒ＝√（Ｘ2 ＋Ｙ2 ）
である。
自由曲面項は、
ただし、Ｃj （ｊは２以上の整数）は係数である。
【００７３】
図９は第３実施例の可変形状鏡５１として適用可能なタイプＣの可変形状鏡４０９の一構成例を示す概略構成図である。
本構成例の可変形状鏡４０９は、薄膜４０９ａを形成した変形可能な基板４０９ｊと電極４０９ｂとの間に圧電素子４０９ｃが介装されていて、これらが支持台４２３上に設けられている。この圧電素子４０９ｃに加わる電圧を各電極４０９ｂ毎に変えることにより、圧電素子４０９ｃに部分的に異なる伸縮を生じさせて、反射面を有する薄膜４０９ａの形状を変えることができるようになっている。電極４０９ｂの形状は、図８(a)に示すように扇状でも、図８(b)に示すように矩形状でもよく、その他、適宜の形のものを選択することができる。即ち、圧電素子４０９ａは分割された各電極４０９ｂに対応した多数の領域で異なる伸縮をし、その各一端側で各電極４０９ｂに接続し各他端側で基板４０９ｊと接するように支持台４２３に設けられている。なお、図９中、６はコンピュータ３７に接続された波面センサである。そして、図５に示した実施例と同様に、波面センサ６による検出情報に基づき、第１演算部３７ａ、第２演算部３７ｂ、面変形駆動制御部３７ｄを介して波面の部分的な歪みを補償するように薄膜４０９ａを変形させるべく、可変抵抗器４１１を介して各電極４０９ｂに印加される電圧を変化させるようになっている。この場合、薄膜４０９ａには圧電素子４０９ｃの変形に伴う応力が加わるので、薄膜４０９ａは、厚さをある程度厚くして相応の強度を持たせるようにする。
なお、圧電素子４０９ｃの替わりに、変形しない樹脂製基板の上に上記分割された各電極４０９ｂと電気的に接続した電歪素子を配置して構成し、この電歪素子の歪制御により上記変形可能な基板４０９ｊを介して該基板４０９ｊ上に形成された薄膜４０９ａの面形状を操作するようにしてもよい。
【００７４】
図１０は第３実施例の可変形状鏡５１として適用可能なタイプＣの可変形状鏡４０９の他の構成例を示す概略構成図である。
本構成例の可変形状鏡４０９は、薄膜４０９ａを形成した変形可能な基板４０９ｊと電極４０９ｂの間に介装される圧電素子が互いに逆方向の圧電特性を持つ材料で作られた２枚の圧電素子４０９ｃ及び４０９ｃ’で構成されている点で、図９に示した構成例の可変形状鏡とは異なる。すなわち、圧電素子４０９ｃと４０９ｃ’が強誘電性結晶で作られているとすれば、結晶軸の向きが互いに逆になるように配置されている。この場合、圧電素子４０９ｃと４０９ｃ’は電圧が印加されると逆方向に伸縮するので、薄膜４０９ａを変形させる力が図９に示した構成の場合よりも強くなり、結果的に薄膜４０９ａの反射面すなわちミラー表面の形を大きく変えることができるという利点がある。
【００７５】
圧電素子４０９ｃ，４０９ｃ’に用いる材料としては、例えばチタン酸バリウム、ロッシエル塩、水晶、電気石、リン酸二水素カリウム（ＫＤＰ）、リン酸二水素アンモニウム（ＡＤＰ）、ニオブ酸リチウム等の圧電物質、同物質の多結晶体、同物質の結晶、ＰｂＺｒＯ3とＰｂＴｉＯ3の固溶体の圧電セラミックス、二フッ化ポリビニール（ＰＶＤＦ）等の有機圧電物質、上記以外の強誘電体等があり、特に有機圧電物質はヤング率が小さく、低電圧でも大きな変形が可能であるので、好ましい。なお、これらの圧電素子を利用する場合、厚さを不均一にすれば、上記実施形態において薄膜４０９ａの形状を適切に変形させることも可能である。
また、圧電素子４０９ｃ，４０９ｃ’の材料としては、ポリウレタン、シリコンゴム、アクリルエラストマー、ＰＺＴ、ＰＬＺＴ、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等の高分子圧電体、シアン化ビニリデン共重合体、ビニリデンフルオライドとトリフルオロエチレンの共重合体等が用いられる。
圧電性を有する有機材料や、圧電性を有する合成樹脂、圧電性を有するエラストマー等を用いると可変形状鏡面の大きな変形が実現できてよい。
【００７６】
図１１は第３実施例の可変形状鏡５１として適用可能なタイプＡとＣの組合せからなる可変形状鏡４０９の一構成例を示す概略構成図である。
本構成例の可変形状鏡４０９は、圧電素子４０９ｃがアルミ等の金属で作られた薄膜４０９ａと電極４０９ｄとにより挟持され、薄膜４０９ａと電極４０９ｄとの間にコンピュータ３７の面変形駆動制御部３７ｄにより制御される駆動回路４２５ａを介して電圧が印加されるように構成されている。さらに、これとは別に、支持台４２３上に設けられた電極４０９ｂにもコンピュータ３７の面変形駆動制御部３７ｄにより制御される駆動回路４２５ｂを介して電圧が印加されるように構成されている。
したがって、本構成例の可変形状鏡によれば、薄膜４０９ａは電極４０９ｄとの間に印加される電圧と電極４０９ｂに印加される電圧により生じる静電気力とにより二重に変形され得、図７〜図１０に示した上記各構成例のいずれの可変形状鏡よりも、より多くの変形パターンが可能であり、かつ、応答性も速いという利点がある。
また、本構成例の可変形状鏡によれば、薄膜４０９ａ、電極４０９ｄ間の電圧の符号を変えれば、可変形状鏡を凸面にも凹面にも変形させることができる。その場合、大きな変形を圧電効果で行ない、微細な形状変化を静電気力で行なってもよい。また、凸面の変形には圧電効果を主に用い、凹面の変形には静電気力を主に用いてもよい。また、図１１に示すように、電極４０９ｄは電極４０９ｂのように複数の電極で構成してもよい。
なお、本実施例の説明においては、圧電効果と電歪効果、電歪をすべてまとめて圧電効果と述べている。従って、電歪材料も圧電材料に含むものとする。
【００７７】
図１２は第３実施例の可変形状鏡５１として適用可能なタイプＢの可変形状鏡４０９の一構成例を示す概略構成図である。
本構成例の可変形状鏡４０９は、電磁力を利用して反射面の形状を変化させ得るようにしたものである。矩形筒状の支持台４２３の内部底面上には板状の永久磁石４２６が、該支持台４２３の頂面上には窒化シリコン又はポリイミド等からなる変形可能なシート状の基板４０９ｅの周縁部が載置固定され、基板４０９ｅの表面にはアルミニウム等の金属コートで作られた薄膜４０９ａが付設されていおり、この薄膜４０９ａの表面が反射光束の反射面となっている。基板４０９ｅの下面には、螺旋状に巻回し且つその軸方向を上下方向にした複数のコイル４２７が固定して配設されており、これらのコイル４２７はそれぞれ駆動回路４２８を介してコンピュータ３７の面変形駆動制御部３７ｄに接続されている。したがって、波面センサ６からの信号によってコンピュータ３７の第１演算部３７ａ及び第２演算部３７ｂにおいて求められる波面の部分的な歪みを打ち消して補正するように対応するコンピュータ３７の面変形駆動制御部３７ｄからの出力信号により、各駆動回路４２８から各コイル４２７にそれぞれ適当な電流が供給されると、永久磁石４２６との間に働く電磁力で各コイル４２７は反発又は吸着され、基板４０９ｅ及び薄膜４０９ａを変形させる。
【００７８】
各コイル４２７は、それぞれ異なる量の電流を流すようにすることもできる。また、コイル４２７は１個でもよいし、永久磁石４２６を基板４０９ｅに付設しコイル４２７を支持台４２３の内部底面側に設けるようにしてもよい。また、コイル４２７はリソグラフィー等の手法で作るとよく、さらに、コイル４２７には強磁性体よりなる鉄心を入れるようにしてもよい。
この場合、図１３(a)に示すように、コイル４２７としてコイルの巻密度を場所によって変化させた薄膜コイル４２８’のように構成することにより、基板４０９ｅ及び薄膜４０９ａに所望の変形を与えるようにすることもできる。
また、図１３(b)に示すように、コイル４２７（または薄膜コイル４２８’）は、反射光束各部の波面の歪みを縦横比率で変えて補正するよう反射光束の光軸Ｂ位置に対し、上下と左右で個数を変えて配置してもよい。
また、基板４０９ｅの下面に配設する螺旋状に巻回した複数のコイル４２７の軸方向を、図１３(c)に示すように、反射光束の光軸Ｂに対して放射方向に配置するとともに、支持台４２３の底面に載置固定する永久磁石４２６は、図１３(d)に示すように、棒状にするとともに極性をそろえ各コイル４２７の位置と対応させるように構成してもよい。この場合には、板状の永久磁石４２６を用いた構成例よりも、微細な変形を基板４０９ｅ及び薄膜４０９ａに与えることができる。
【００７９】
図１４は第３実施例の可変形状鏡５１として適用可能なタイプＢの可変形状鏡４０９の他の構成例を示す概略構成図である。
本構成例の可変形状鏡４０９では、変形可能な基板４０９ｅが鉄等の強磁性体で作られ、反射膜としての薄膜４０９ａがアルミニウム等からなっている。また、コイル４２７は、支持台４２３の底部側に取り付けられている。このようにすると、基板４０９ａの下面にコイル４２７を固定して配設しないで済むため、構造を簡単化でき、製造コストを低減することができる。また、コンピュータ３７の面変形駆動制御部３７ｄにより制御される電源スイッチ４１３を、電流の方向を切換え可能にするような切換え兼電源４１２開閉用スイッチにすることにより、コイル４２７に流れる電流の方向を変えることができ、また面変形駆動制御部３７ｄにより制御される可変抵抗器４１１の抵抗を制御することにより、基板４０９ｅ及び薄膜４０９ａの形状を自由に変えることができる。
【００８０】
なお、本構成例におけるコイル４２７は、図１３(b)に示した例と同様に、反射光束各部の波面形状のずれを縦横比率で変えて補正するよう反射光束の光軸Ｂ位置に対し、上下と左右で個数を変えて対称に配置してある。なお、コイル４２７の他の配置例としては、図１３(c)に示した例と同様に、巻回したコイルを放射状に配置しても良い。
このように電磁力を用いて基板４０９ｅ及び薄膜４０９ａを変形させる場合（図１２及び図１４の構成例の場合）は、静電気力を用いた場合よりも低電圧で駆動できるという利点がある。
【００８１】
以上いくつかの可変形状鏡の構成例を述べたが、反射面であるミラー面の形状を変形させるのに、図１１に示した構成例のように、２種類以上の力を用いてもよい。つまり静電気力、電磁力、圧電効果、磁歪、流体の圧力、電場、磁場、温度変化、電磁波等のうち２種類以上を同時に用いて可変形状鏡を変形させてもよい。
２種類以上の異なる駆動方法を用いて光学特性可変光学素子を構成すれば、大きな変形と微細な変形とを同時に実現でき、波面形状を補正するためのさらに精度の良い鏡面が実現できる。
【００８２】
第４実施例
図１５は本発明による光学系の偏心量測定方法を用いる偏心量測定機の第４実施例を示す概略構成図である。
本実施例の偏心量測定機は、図５に示した第３実施例の偏心量測定機における第２ハーフミラー５及びシャックハルトマンセンサ６と、可変形状鏡５１との位置を入れ替えた構成、即ち、第１ハーフミラー３を透過した被検面からの反射光束の進行方向に波面補正器５１が配置され、該反射面で反射されて偏向された光軸Ｂ上に第２ハーフミラー５が配置され、第２ハーフミラー５で反射される被検面からの反射光束の受光位置にシャックハルトマンセンサ６が配置された構成となっている。
第４実施例のその他の構成は第３実施例と同じである。なお、図１５ではその要素のみを図５と同符号を用いており、ベースやレンズ枠体等は図示を省略してある。
【００８３】
このように構成された本実施例の偏心量測定機を用いて、被検レンズ系１０中のレンズ１１の被検面１１ａの偏心量を測定する場合、投影レンズ４を介して被検面１１ａの集光点に向けて集光投影された光束の集光点に光源１の像が形成され、被検レンズ系１０中の被検面１１ａで反射されて反射像が形成される。このとき光源１の像位置と反射像の位置が被検レンズ系１０の光軸Ｂ方向で同じ位置になるように、図示省略した台座の位置を図示省略した駆動モータを駆動して調整する。
【００８４】
被検レンズ系１０中の被検面１１ａで反射された光束は、投影レンズ４を再び透過して概略平行光束となり、第１ハーフミラー３に入射し、第１ハーフミラー３を透過した被検面１１ａからの反射光束が、波面補正器５１の反射面で反射され、第２ハーフミラー５を介して光束Ｌ１と光束Ｌ２とに分割される。第２ハーフミラー５で反射された光束Ｌ１は、シャックハルトマンセンサ６に導かれ、コンピュータ３７の第１演算部３７ａを介して、光束Ｌ１の収差による波面形状のずれが解析される。次いで、第２演算部３７ｂを介して、第１演算部３７ａで解析された光束Ｌ１の収差による波面形状のずれの検出結果に基づき、被検面からの反射光束の各領域に対して波面形状のずれを補正するために位相差を変化させるための所定の電圧値が演算される。次いで、この演算結果に基づいてコンピュータ３７の面変形駆動制御部３７ｄを介して、可変形状鏡５１の反射面の各部の傾きを制御して波面形状のずれを打ち消すような位相差となるように反射面の面形状が変化させられる。これにより、第１ハーフミラー３を透過した被検面からの反射光束は、反射面の各部の傾きを制御された可変形状鏡５１で反射されたときに波面がほぼ平面に補正される。波面を補正され第２ハーフミラー５を透過した被検面１１ａからの反射光束は、撮像レンズ８を透過してＣＣＤ９上に観察像としてのスポット像を形成する。
【００８５】
第４実施例においても、このスポット像は、投影レンズ４による収差及び被検レンズ系１０における被検面１１ａと投影レンズ４との間に配置されたレンズ１２による収差が除去された状態になるので、モニターテレビ９ａを介してスポット像のピーク強度位置が正確に判別でき、該像位置の位置検出精度を高めることができ、計算処理部９ｂで算出される被検面１１ａの偏心量の測定精度が高くなる。
【００８６】
第５実施例〜第８実施例
上記第１〜４実施例では、波面センサ６を、ビームスプリッタとしての第２ハーフミラー５で反射された被検面からの反射光束を受光する位置に配置したが、これに限らず、第２ハーフミラー５を透過する被検面からの反射光束を受光する位置に配置しても良い。
そのように配置した偏心量測定機の構成例を第５実施例〜第８実施例として説明する。
【００８７】
第５実施例
図１６は本発明による光学系の偏心量測定方法を用いる偏心量測定機の第５実施例を示す概略構成図である。
本実施例の偏心量測定機は、図３に示した第１実施例の偏心量測定機における透過面を有する波面補正器としての液晶素子７が、第２ハーフミラー５で反射される被検面からの反射光束を受光する位置に配置されるとともに、この波面補正器７を介して補正された光束の観察像が撮像レンズ８を介してＣＣＤ９に結像するように構成されている。
【００８８】
第６実施例
図１７は本発明による光学系の偏心量測定方法を用いる偏心量測定機の第６実施例を示す概略構成図である。
本実施例の偏心量測定機は、図４に示した第２実施例の偏心量測定機における撮像レンズ８が、第２ハーフミラー５で反射される被検面からの反射光束を受光する位置に配置され、波面補正器７を介して補正された被検面からの反射光束の観察像が撮像レンズ８を介してＣＣＤ９に結像するように構成されている。
【００８９】
第７実施例
図１８は本発明による光学系の偏心量測定方法を用いる偏心量測定機の第７実施例を示す概略構成図である。
本実施例の偏心量測定機は、図５に示した第３実施例の偏心量測定機における反射面を有する波面補正器５１が、第２ハーフミラー５で反射される被検面からの反射光束を受光する位置に配置され、波面補正器５１を介して補正された被検面からの反射光束の観察像が撮像レンズ８を介してＣＣＤ９に結像するように構成されている。
【００９０】
第８実施例
図１９は本発明による光学系の偏心量測定方法を用いる偏心量測定機の第８実施例を示す概略構成図である。
本実施例の偏心量測定機は、図１５に示した第４実施例の偏心量測定機における撮像レンズ８が、第２ハーフミラー５で反射される被検面からの反射光束を受光する位置に配置され、波面補正器５１を介して補正された被検面からの反射光束の観察像が撮像レンズ８を介してＣＣＤ９に結像するように構成されている。
【００９１】
なお、図１６〜図１９に示す実施例における各符号は、それぞれ図３、図４、図５、図１５に示す実施例における符号に対応させてある。
上記第５実施例〜第８実施例の偏心量測定機によっても、対応する各第１実施例〜第４実施例の偏心量測定機と同様の作用効果が得られる。
【００９２】
【発明の効果】
本発明の偏心量測定機及び偏心量測定方法によれば、像位置検出手段により検出される観察像としてのスポット像に投影光学系の収差があっても、又は被測定レンズ系の光学素子による収差があっても、その影響を低減でき、該スポット像のピーク強度位置が正確に判別でき、該スポット像位置の位置検出精度を高めることができ、そして被測定レンズ系の偏心量の測定精度を向上させることができる。
【００９３】
また、本第３，第１１の発明によれば、本第１，第２，第９，第１０の発明の効果に加えて、シャックハルトマンセンサの入手が容易であるため、測定機の作製コストを低減し、且つ作製を容易化することができる。
【００９４】
また、本第４，第１２の発明によれば、本第１〜第３，第９〜第１１の発明の効果に加えて、波面検出手段と波面補正手段との対応関係が一対一で定まり、補正制御の設定がし易くなる。また、波面形状のずれ又は波面収差など補正すべき波面の歪みを局部的に補正できない部分があるときには、その部分の透過部が認知できるので、メンテナンスが容易になる。
【００９５】
また、本第５，第１３の発明によれば、本第１〜第３，第９〜第１１の発明の効果に加えて、波面検出手段と波面補正手段との対応関係が一対一で定まって補正制御の設定がし易くなる。波面形状のずれ又は波面収差など補正すべき波面の歪みを局部的に補正できない部分があるときには、その部分の反射面が認知できるので、メンテナンスが容易になる。
【００９６】
また、本第６，第１４の発明によれば、本第４，第１２の発明の効果に加えて、電圧制御により屈折率を連続的に微小変化量で制御ができるので、収差の大小に対応した補正がしやすくなる。
【００９７】
また、本第７，第１５の発明によれば、本第５，第１３の発明の効果に加えて、反射面で反射される反射光束の波面形状のずれ又は波面収差など補正すべき波面の歪みを局部的に補正できない部分があるときには、その部分の反射角を制御する押圧素子の異常を認知することができ押圧素子の交換が容易になる。
【００９８】
また、本第８，第１６の発明によれば、本第１〜第１５の発明の効果に加えて、波面検出手段の偏心量測定機への配置が容易になる。
【００９９】
また、本第１７の発明によれば、波面形状のずれや波面収差などの波面の歪みの検出が容易となり、この検出結果に基づいての波面補正手段による補正がし易くなるので、反射光束に波面形状のずれや波面収差などの波面の歪みがあってもその影響を低減でき、スポット像のピーク強度位置が正確に判別でき、該スポット像位置の位置検出精度を高めることができ、被測定レンズ系の偏心量の測定精度を向上させることができる。
【０１００】
また、本第１８の発明によれば、被測定面からの反射光束を波面形状検出用の光束と像位置検出用の光束とに分割し、一方の光束の波面の歪みを検出し、検出結果に基づいて、他方の光束の波面の歪みを補正し、補正された光束の像位置を検出するので、光束分割手段による分割前の反射光束に波面形状のずれ或いは収差などの波面の歪みがあってもその影響を低減でき、スポット像のピーク強度位置が正確に判別でき、該像位置の位置検出精度を高めることができ、被測定レンズ系の偏心量の測定精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光学系の偏心量測定方法を用いる偏心量測定機の一実施形態の要部を示す概略構成図である。
【図２】本発明による光学系の偏心量測定機に用いる波面センサの一構成例として示すシャックハルトマンセンサの説明図で、(a)は、要部概略構成図、(b)は(a)の部分拡大断面図、(c)は要部であるＣＣＤ撮像面上での結像状態を示す説明図である。
【図３】本発明による光学系の偏心量測定方法を用いる偏心量測定機の第１実施例を示す概略構成図である。
【図４】本発明による光学系の偏心量測定方法を用いる偏心量測定機の第２実施例を示す概略構成図である。
【図５】本発明による光学系の偏心量測定方法を用いる偏心量測定機の第３実施例を示す概略構成図である。
【図６】本発明による光学系の偏心量測定機に用いる波面補正器の一構成例を示す図であり、(a)は波面補正器を平面視したときの各部分での位相差の制御状態を示す説明図、(b)は各部分での位相差の制御状態を示す断面説明図、(c)は液晶を用いた波面補正器の構成例を示す断面図である。
【図７】図７は本発明による光学系の偏心量測定機に用いる波面補正器の他の構成例を示す要部断面図であり、第３実施例の可変形状鏡５１として適用可能なタイプＡの可変形状鏡４０９の一構成例を示す概略構成図である。
【図８】(a)，(b)は第３実施例における波面補正手段に適用される可変形状鏡に用いる電極の形状を例示する説明図である。
【図９】第３実施例の可変形状鏡５１として適用可能なタイプＣの可変形状鏡４０９の一構成例を示す概略構成図である。
【図１０】第３実施例の可変形状鏡５１として適用可能なタイプＣの可変形状鏡４０９の他の構成例を示す概略構成図である。
【図１１】第３実施例の可変形状鏡５１として適用可能なタイプＡとＣの組合せからなる可変形状鏡４０９の一構成例を示す概略構成図である。
【図１２】第３実施例の可変形状鏡５１として適用可能なタイプＢの可変形状鏡４０９の一構成例を示す概略構成図である。
【図１３】(a)，(b)，(c)は第３実施例の可変形状鏡に用いるコイルの形状および配置例を示す説明図、(d)は第３実施例の可変形状鏡に用いる永久磁石の配置例を示す説明図である。
【図１４】第３実施例の可変形状鏡５１として適用可能なタイプＢの可変形状鏡４０９の他の構成例を示す概略構成図である。
【図１５】本発明による光学系の偏心量測定方法を用いる偏心量測定機の第４実施例を示す概略構成図である。
【図１６】本発明による光学系の偏心量測定方法を用いる偏心量測定機の第５実施例を示す概略構成図である。
【図１７】本発明による光学系の偏心量測定方法を用いる偏心量測定機の第６実施例を示す概略構成図である。
【図１８】本発明による光学系の偏心量測定方法を用いる偏心量測定機の第７実施例を示す概略構成図である。
【図１９】本発明による光学系の偏心量測定方法を用いる偏心量測定機の第８実施例を示す概略構成図である。
【図２０】従来の光学系の偏心量測定機および偏心量測定方法の説明図である。
【図２１】従来の光学系の偏心量測定方法によるスポット像（観察像）の説明図である。
【符号の説明】
１ 光源
２ コリメートレンズ
３ 第１ハーフミラー
４ 投影レンズ
５ 第２ハーフミラー
６ 波面センサ
７ 波面補正器（液晶素子）
８ 撮像レンズ
９ 撮像素子
９ａ モニターテレビ
９ｂ 計算処理部
１０ 被検レンズ系
１１，１２ レンズ
１１ａ 被検面
２１ 波面
２２ マイクロレンズアレイ
２２ａ マイクロレンズ素子
２３ ＣＣＤアレイ
２３ａ ＣＣＤ撮像面
２３ｂ ＣＣＤ点像群
２５ａ，２５ｂ ガラス基板
２６ａ，２６ｂ 透明電極
２７ａ，２７ｂ 配向膜
２８ 液晶
２９ 液晶制御回路
３１ ベース
３２ レンズ枠体取付台
３３ 台座
３４ ガイド
３５ 送りねじ
３６ 駆動モータ
３７ コンピュータ
３７ａ 第１演算部
３７ｂ 第２演算部
３７ｃ 電圧制御部
３７ｄ 面変形駆動制御部
４０９ 可変形状鏡
４０９ａ 薄膜
４０９ｂ，４０９ｄ 電極
４０９ｃ，４０９ｃ’ 圧電素子
４０９ｅ 基板
４０９ｊ ポリイミド樹脂製シート
４１１ 可変抵抗器
４１２ 結線
４１３ 電源スイッチ
４２３ 支持台
４２５ａ，４２５ｂ，４２８ 駆動回路
４２６ 永久磁石
４２７ コイル
４２８’ 薄膜コイル
５３１ 電球
５３２ ハーフミラー
５３３ 対物レンズ
５３４ 被測定レンズ系
５３４Ａ，５３４Ｂ レンズ面
５３５ 枠体
５３６ マウント
５３７ 減速ギヤボックス
５３８ モータ
５３９ テレビカメラ
５３９ａ 撮像素子面
５４０ イメージメモリ
５４１ 画像処理部
５４２ モニターテレビ
５４３ 計算処理部
Ｂ 光軸
Ｌ１，Ｌ２ 光束
Ｍ 液晶分子
Ｓ１１，Ｓ１２ スポット像
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学素子の単体又は光学素子の組合せからなる光学系におけるそれぞれの光学面の偏心量を測定する偏心量測定機及び偏心量測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の偏心量測定機としては、例えば、レンズ系の偏心測定装置として特許文献１に記載のものがある。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−３１２６７０号公報
【０００４】
特許文献１に記載の偏心測定装置では、図２０に示すように、光源としての電球５３１の光束の光路上に、光路分割手段としてのハーフミラー５３２と、投影光学系としての対物レンズ５３３と、被測定レンズ系５３４とが配置されている。
被測定レンズ系５３４は、被測定面となるレンズ面を複数備えた状態で枠体５３５（枠体は外周の輪郭のみを図示する）内に収納され、この枠体５３５を介してマウント５３６に取り付けられている。マウント５３６は、減速ギヤボックス５３７を介してモータ５３８に連結されており、モータ５３８の駆動によりマウント５３６および被測定レンズ系５３４が一体的に回転する構成となっている。被測定レンズ系５３４は、レンズ面５３４Ａの曲率中心とレンズ面５３４Ｂの面頂とが接近した配置構成となっている。
【０００５】
被測定レンズ系５３４からの反射光がハーフミラー５３２で反射した反射光路上には、電球５３１の発光点と光学的に共役な位置に撮像素子面５３９ａがくるように配置された撮像素子５３９ｂを有するテレビカメラ５３９が設けられ、このテレビカメラ５３９の撮像素子面５３９ａに被測定レンズ系５３４からの反射光束による像が結像するようになっている。また、テレビカメラ５３９には結像した画像が入力されるイメージメモリ５４０が接続されている。イメージメモリ５４０には、テレビカメラ５３９を介して取り込まれた画像を任意のレベルで白黒に２値化し、その２値化画像の白部の重心位置を測定する画像処理部５４１が接続されているとともに、テレビカメラ５３９の撮像素子面５３９ａに結像した画像を観察するモニターテレビ５４２が接続されている。画像処理部５４１には、測定された上記白部の重心位置に基づいて被測定レンズ系５３４の被測定レンズ面の偏心量を算出する計算処理部５４３が接続されている。
【０００６】
このように構成された特許文献１に記載の偏心測定装置では、電球５３１から射出した光束は、ハーフミラー５３２を透過し、対物レンズ５３３を介して集束されて被測定レンズ系５３４に入射する。ここで、レンズ面５３４Ａの曲率中心の偏心量を測定する場合、レンズ面５３４Ａの曲率中心に光束が結像するように対物レンズ５３３の位置を調整する。レンズ面５３４Ａで反射した光束は、入射時の光路を逆行し、ハーフミラー５３２に入射する。次いで、ハーフミラーで反射した光束が、テレビカメラ５３９に入射し、撮像素子面５３９ａ上で結像し、モニターテレビ５４２上でそのスポット像（観察像）が観察される。
このような状態において、上述のように、レンズ面５３４Ａの曲率中心とレンズ面５３４Ｂの面頂との位置が接近していると、これらの面からの反射光は入射時の光路を逆行し、同時にテレビカメラ５３９の撮像素子面５３９ａに結像する。モニターテレビ５４２では、この２つのスポット像Ｓ１１，Ｓ１２が、例えば図２１(a)に示すように観察される。図２１(a)において、スポット像Ｓ１１はレンズ面５３４Ａでの反射像であり、スポット像Ｓ１２はレンズ面５３４Ｂの面頂での反射像であり、後者のスポット像Ｓ１２は被測定面５３４Ａの偏心量の測定には不要な像である。
【０００７】
上記の場合は、モーター５３８を駆動し、被測定レンズ系５３４を回転させて対物レンズ５３３に対するレンズ面５３４Ａの偏心状態を変化させると、図２１(b)に示すように、レンズ面５３４Ｂの面頂で反射した光束によるスポット像Ｓ１２は回転せずに、レンズ面５３４Ａで反射した光束によるスポット像Ｓ１１がモニターテレビ５４２上で回転して観察されることになり、被測定面５３４Ａの偏心量の測定に必要なスポット像Ｓ１１と、被測定面５３４Ａの偏心量の測定に不必要なスポット像Ｓ１２とが判別される。この判別後に２つのスポット像のピーク強度を観察しながら対物レンズ５３３の位置を微調整してスポット像Ｓ１１のピーク強度をスポット像Ｓ１２のピーク強度より大きくする。この調整の終了後、イメージメモリ５４０に画像を入力し、モニターテレビ５４２に画像表示するとともに、画像処理部５４１、計算処理部５４３を介してスポット像Ｓ１１の偏心量が求められる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような従来のレンズ系の偏心測定装置および偏心測定方法では、被測定レンズ系のレンズ面（被測定面）の偏心量を求める場合、光源の像が投影光学系を介して指標像として投影され、この指標像が被測定面で反射された後に再度投影光学系を経た後に撮像素子面上にスポット像として結像されるが、このスポット像は投影光学系で生じた収差により、上記光源の像が広がった状態の、いわゆる劣化した像になる。このため、ピーク強度を観察しながら投影光学系等の位置調整をする際のピーク強度位置（強度がピークとなった状態）の判別が困難となり、また撮像素子面上でのスポット像位置を測定する際の位置検出精度が低下する要因となり、測定された被測定レンズ系の偏心量の測定精度を向上させることが困難であった。
【０００９】
また、特許文献１に記載のような偏心量測定機では、例えばレンズ面５３４Ｂの偏心量を測定する場合には、上述した投影光学系で生ずる収差に加えて、レンズ面５３４Ｂの反射光束はレンズ面５３４Ａを有するレンズの収差によりその波面形状がずれてしまう。このため、投影光学系を介して得られたスポット像がさらに劣化して撮像素子面上でのスポット像位置の位置検出精度が低下しやすくなり、測定された被測定レンズ系の偏心量の測定精度を向上させることがさらに困難であった。
【００１０】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、偏心量測定機により被測定レンズ系の偏心量を測定する際に、投影光学系の収差に影響されることなくスポット像のピーク強度位置が正確に判別でき、スポット像位置の位置検出精度を高め、被測定レンズ系の偏心量の測定精度を向上させることができる光学系の偏心量測定機および偏心量測定方法を提供することを目的とする。
【００１１】
また、本発明は、被測定面の偏心量を測定する際に、投影光学系の収差に加えて被測定レンズ系を形成する光学素子の収差に影響されることなく、撮像素子面上でのスポット像のピーク強度位置が正確に判別でき、スポット像位置の位置検出精度を高め、被測定レンズ系の偏心量の測定精度を向上させることができる光学系の偏心量測定機および偏心量測定方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本第１の発明による光学系の偏心量測定機は、光学素子の単体又は組合せからなる光学系の被測定面に光源からの出射光束を投影する投影光学系と、前記投影光学系を経た後に結像される前記被測定面からの反射光束による像の位置を検出する像位置検出手段を有し、前記像位置検出手段を介して検出された前記被測定面からの反射光束による像の位置に基づいて前記被測定面の偏心量を測定する光学系の偏心量測定機において、前記投影光学系を経た後の前記被測定面からの反射光束の波面の歪みを検出する波面検出手段と、前記波面検出手段を介して検出された前記波面の歪みを補正する波面補正手段とを有し、前記被測定面からの反射光束による像の位置を、前記波面補正手段を介して波面の歪みが補正された後に前記位置検出手段を介して検出するようにしたことを特徴としている。
【００１３】
また、本第２の発明による光学系の偏心量測定機は、本第１の発明において、前記波面の歪みが、波面形状の歪み又は波面収差であることを特徴としている。
【００１４】
また、本第３の発明による光学系の偏心量測定機は、本第１又は第２の発明において、前記波面検出手段が、シャックハルトマンセンサであることを特徴としている。
【００１５】
また、本第４の発明による光学系の偏心量測定機は、本第１〜第３のいずれかの発明において、前記波面補正手段が、前記被測定面からの反射光束を透過させる透過部を有し、該透過部の各領域毎に反射光束が透過するときに該反射光束の前記波面の歪みを補正するように構成されていることを特徴としている。
【００１６】
また、本第５の発明による光学系の偏心量測定機は、本第１〜第３のいずれかの発明において、前記波面補正手段が、前記被測定面からの反射光束を反射させる反射面を有し、該反射面の各領域毎に反射光束が反射するときに該反射光束の前記波面の歪みを補正するように構成されていることを特徴としている。
【００１７】
また、本第６の発明による偏心量測定機は、本第４の発明において、電圧制御により反射光束が透過するときに該光束の各領域での前記波面の歪みに対応して屈折率が変化する液晶を備えていることを特徴としている。
【００１８】
また、本第７の発明による偏心量測定機は、本第５の発明において、前記波面補正手段が、該波面補正手段の反射面の背後を押圧して反射光束が反射する該反射面における各領域での反射角を制御する押圧素子を備えていることを特徴としている。
【００１９】
また、本第８の発明による偏心量測定機は、本第１〜第７のいずれかの発明において、前記波面検出手段が、前記投影光学系の光軸上に配置された光路分割手段を介して分割された一つの光路上に配置されていることを特徴としている。
【００２０】
また、本第９の発明による偏心量測定方法は、光学素子の単体又は組合せからなる光学系の被測定面に光源からの出射光束を投影光学系を介して投影し、前記被測定面からの反射光束による像を前記投影光学系を経た後に像位置検出手段に結像させ、前記像位置検出手段を介して前記被測定面からの反射光束による像の位置を検出し、検出した像の位置に基づいて前記被測定面の偏心量を測定する光学系の偏心量測定方法において、前記投影光学系を経た後の前記被測定面からの反射光束の波面の歪みを波面検出手段を介して検出し、前記波面検出手段により検出された前記波面の歪みを波面補正手段を介して補正し、前記波面の歪みが補正された後に、前記反射光束による像の位置を前記像位置検出手段を介して検出することを特徴としている。
【００２１】
また、本第１０の発明による偏心量測定方法は、本第９の発明において、前記波面の歪みが、波面形状の歪み又は波面収差であることを特徴としている。
【００２２】
また、本第１１の発明による偏心量測定方法は、本第９又は第１０の発明において、前記波面検出手段に、シャックハルトマンセンサを用いることを特徴としている。
【００２３】
また、本第１２の発明による偏心量測定方法は、本第９〜第１１のいずれかの発明において、前記波面補正手段による補正は、前記被測定面からの反射光束を透過させる透過部を有する前記波面補正手段を用いて、前記透過部の各領域毎に反射光束が透過するときに該反射光束の前記波面の歪みを補正することによって行うことを特徴としている。
【００２４】
また、本第１３の発明による偏心量測定方法は、本第９〜第１１のいずれかの発明において、前記波面補正手段による補正は、前記被測定面からの反射光束を反射させる反射面を有する前記波面補正手段を用いて、前記反射面の各領域毎に反射光束が反射するときに該反射光束の前記波面の歪みを補正することによって行うことを特徴としている。
【００２５】
また、本第１４の発明による偏心量測定方法は、本第９〜第１２のいずれかの発明において、前記波面補正手段による補正は、反射光束が液晶を透過するときに該光束の各領域での前記波面の歪みに対応して印加される液晶への電圧制御により該液晶の各領域での屈折率を調整することによって行うことを特徴としている。
【００２６】
また、本第１５の発明による偏心量測定方法は、本第９〜第１１，第１３のいずれかの発明において、前記波面補正手段による補正は、該波面補正手段の反射面の背後を反射光束の各領域での前記波面の歪みに対応して押圧して、反射光束が反射する該反射面における各領域での反射角を制御することによって行うことを特徴としている。
【００２７】
また、本第１６の発明による偏心量測定方法は、本第９〜第１５のいずれかの発明において、前記波面検出手段による検出は、前記投影光学系の光軸上に配置された光路分割手段を介して前記被測定面からの反射光束を分割して行うことを特徴としている。
【００２８】
また、本第１７の発明による偏心量測定方法は、光学素子の単体又は組合せからなる光学系の被測定面に光源からの出射光束を投影光学系を介して投影し、前記被測定面からの反射光束による像を前記投影光学系を経た後に像位置検出手段に結像させ、前記像位置検出手段を介して前記被測定面からの反射光束による像の位置を検出し、検出した像の位置に基づいて前記被測定面の偏心量を測定する光学系の偏心量測定方法において、前記被測定面からの反射光束を前記投影光学系を介して平行光束とし、前記投影光学系を経た後の前記平行光束の波面の歪みを波面検出手段を介して検出し、前記波面検出手段により検出された前記波面の歪みを波面補正手段を介して補正し、前記波面の歪みが補正された後に、前記平行光束を結像させ、結像した像の位置を前記像位置検出手段を介して検出することを特徴としている。
【００２９】
また、本第１８の発明による偏心量測定方法は、光学素子の単体又は組合せからなる光学系の被測定面に光源からの出射光束を投影光学系を介して投影し、前記被測定面からの反射光束による像を前記投影光学系を経た後に像位置検出手段に結像させ、前記像位置検出手段を介して前記被測定面からの反射光束による像の位置を検出し、検出した像の位置に基づいて前記被測定面の偏心量を測定する光学系の偏心量測定方法において、前記被測定面からの反射光束を光束分割手段を介して分割し、分割された第１の光束の波面の歪みを波面検出手段を介して検出し、分割された第２の光束の波面の歪みを前記波面検出手段の検出結果に基づいて波面補正手段を介して補正し、前記波面の歪みが補正された前記被測定面からの反射光束を結像させ、結像した像の位置を前記像位置検出手段を介して検出することを特徴としている。
なお、本発明において、波面補正手段による波面形状や波面収差などの波面の歪みの補正は、波面の歪みの全てを除いた状態にする補正に加えて、波面の歪みを小さくした状態、あるいは低減した状態にする補正も含む。
【００３０】
【発明の実施の形態】
実施例の説明に先立ち、本発明の作用効果を説明する。
本発明による光学系の偏心量測定機及びその偏心量測定方法のように構成すれば、被測定面から反射された反射光束は、投影光学系を経た後に、波面検出手段を介して反射光束の波面形状や波面収差などの波面の歪みが検出され、その検出結果に基づいて波面補正手段を介して波面形状のずれ又は波面収差が小さくなるように波面の歪みが補正された状態で、位置検出手段でスポット像として検出される。
このため、投影光学系、又は被測定レンズ系の光学素子による収差があっても、その影響を低減でき、該スポット像のピーク強度位置が正確に判別でき、該スポット像位置の位置検出精度を高めることができ、被測定レンズ系の偏心量の測定精度を向上させることができる。
【００３１】
また、本第３，第１１の発明のように構成すれば、シャックハルトマンセンサが市販されていて入手が容易である。
【００３２】
また、本第４，第１２の発明のように構成すれば、透過部の各領域を透過する反射光束における対応する各部分ごとの波面形状のずれ又は波面収差など補正すべき波面の歪みを波面検出手段により検出されるようにすることで、波面検出手段と波面補正手段との対応関係が一対一で定まり、補正制御の設定がし易くなる。また、波面形状のずれ又は波面収差など補正すべき波面の歪みを局部的に補正できない部分があるときには、その部分の透過部が認知できるので、メンテナンスが容易になる。
【００３３】
また、本第５，第１３の発明のように構成すれば、反射面の各領域で反射される反射光束における対応する各部分ごとの波面形状のずれ又は波面収差など補正すべき波面の歪みを波面検出手段により検出されるようにすることで、波面検出手段と波面補正手段との対応関係が一対一で定まり、補正制御の設定がし易くなる。また、波面形状のずれ又は波面収差など補正すべき波面の歪みを局部的に補正できない部分があるときには、その部分の反射面が認知できるので、メンテナンスが容易になる。
【００３４】
また、本第６，第１４の発明のように構成すれば、電圧制御により屈折率を連続的に微小変化量で制御ができるので、収差の大小に対応した補正がしやすくなる。
【００３５】
また、本第７，本第１５の発明のように構成すれば、反射面で反射される反射光束の波面形状のずれ又は波面収差など補正すべき波面の歪みを局部的に補正できない部分があるときには、その部分の反射角を制御する押圧素子の異常を認知することができ押圧素子の交換が容易になる。
【００３６】
また、本第８，第１６の発明のように構成すれば、波面検出手段の偏心量測定機への配置が容易になる。
【００３７】
また、本第１７の発明のように、被測定面から反射された反射光束を平行光束にしてから波面の歪みを検出すれば、波面形状のずれや波面収差などの波面の歪みの検出が容易となり、この検出結果に基づいての波面補正手段による補正がし易くなるので、反射光束に波面形状のずれや波面収差などの波面の歪みがあってもその影響を低減でき、スポット像のピーク強度位置が正確に判別でき、該スポット像位置の位置検出精度を高めることができ、被測定レンズ系の偏心量の測定精度を向上させることができる。
【００３８】
また、本第１８の発明のようにすれば、被測定面からの反射光束を波面形状検出用の光束と像位置検出用の光束を有するよう少なくとも第１の光束と第２の光束とに分割し、第１の光束でこの光束の波面の歪みを検出し、検出結果に基づいて、第２の光束の波面の歪みを補正し、補正された光束の像位置を検出するので、光束分割手段による分割前の反射光束に波面形状のずれ或いは収差などの波面の歪みがあってもその影響を低減でき、スポット像のピーク強度位置が正確に判別でき、該像位置の位置検出精度を高めることができ、被測定レンズ系の偏心量の測定精度を向上させることができる。
【００３９】
次に、本発明による光学系の偏心量測定機及び偏心量測定方法の実施形態を図面を用いて説明する。
図１は本発明による光学系の偏心量測定方法を用いる偏心量測定機の一実施形態の要部を示す概略構成図である。
図１に示す偏心量測定機は、光源１と、光源１からの光束を平行光束にするコリメートレンズ２と、コリメートレンズ２からの平行光束を反射して偏心量の測定対象である被検レンズ系１０（被測定光学系）側に向けるように配置された第１ハーフミラー３と、ハーフミラー３で反射した平行光束を被検レンズ系１０の各被検面（被測定面）の曲率中心に集光するよう操作可能に配置された投影光学系としての投影レンズ４と、被検レンズ系１０の被検面で反射された反射光束の一部を透過して波面補正器７に導くとともに、残りの一部を反射して波面センサ６に導くように配置された光束分割手段としての第２ハーフミラー５と、第２ハーフミラー５で反射された反射光束の波面を検出する波面検出手段としての波面センサ６と、波面センサ６で検出された波面検出結果に基づいてこの波面の補正を行う波面補正手段としての波面補正器７と、波面の補正が行われた反射光束を集光して結像する結像光学系としての撮像レンズ８と、結像された像（観察像）の像位置を検出する像位置検出手段として機能する撮像素子９とを備えている。
被検レンズ系１０は、レンズ１１，１２を有して構成され、投影レンズ４と対向する位置に取り付けられている。
【００４０】
投影レンズ４と、光軸Ｂに対し４５度傾斜した第１ハーフミラー３及び第２ハーフミラー５と、波面補正器７と、撮像レンズ８と撮像素子９は、光軸Ｂ上に順に配設されている。コリメートレンズ２と光源１は、第１ハーフミラー３で光軸Ｂが分岐された光軸上に配設されている。波面センサ６は、第２ハーフミラー５で光軸Ｂが分岐された光軸上に配設されている。
【００４１】
なお、第２ハーフミラー５に対する波面センサ６の位置と波面補正器７の位置は、波面測定用の反射光束が平行光束ではない光束の場合に鑑み、波面センサ６で検出される光束の波面と波面補正器７で補正される光束の波面との対応関係が保たれるように、第２ハーフミラー５と波面センサ６の間の距離ｅ1に対し、第２ハーフミラー５と波面補正器７の間の距離ｅ2と前記距離ｅ1との差は、２割以内、望ましくは１割以内、更には等距離にすることが望ましい。
【００４２】
このように構成された本実施形態の偏心量測定機において、被検レンズ系１０における第３面目の被検面１１ａの偏心量を測定する場合について説明する。
光源１から発せられた光束は、コリメートレンズ２を介して平行光束にされて、第１ハーフミラー３に入射する。第１ハーフミラー３で反射された光束は、被検レンズ系１０側に向けられ、投影レンズ４を介して被検面１１ａの曲率中心で結像するように被検レンズ系１０に入射する。被検レンズ系１０に入射した光束は、レンズ１２を透過し、レンズ１１の被検面１１ａで反射される。被検面１１ａで反射された光束は、再び、レンズ１２を透過し、投影レンズ４に導かれた後、第１ハーフミラー３に入射する。第１ハーフミラー３を透過した光束は、第２ハーフミラー５を介して光束Ｌ１と光束Ｌ２とに分割される。光束Ｌ１は、波面センサ６に導かれ、光束Ｌ２は、波面補正器７、撮像レンズ８を経て、撮像素子９上に結像する。
【００４３】
ここで、被検レンズ系１０の被検面１１ａで反射された光束は、再び被検レンズ系１０のレンズ１２を通るとき、又は、投影レンズ４を通るときに発生する収差の影響を受けており、その波面が部分的にずれるといった波面の歪みが生じている。この波面の部分的なずれがある反射光束を撮像素子９に導くと、上述のように撮像素子９上で観察される観察像を劣化させ、観察像の像位置検出精度や偏心量の測定精度等を低下させる。
そのため、本実施形態の偏心量測定機では、被検面１１ａからの反射光束が投影レンズ４を通った後の位置に配置した波面センサ及び波面補正器７を介して上記波面の部分的なずれを打ち消すような補正を行うようにしている。
すなわち、被検面１１ａからの反射光束が投影レンズ４を通った後の位置に配置した第２ハーフミラー５を介して光束Ｌ１における収差による波面のずれを波面センサ６で検出し、検出した波面のずれを光束Ｌ２において打ち消すように波面補正器７で補正する。これにより、被検面１１ａからの反射光束は、波面の部分的なずれがない反射光束、あるいは収差の影響が除去された反射光束となって撮像レンズ８で撮像素子９上に結像されることになり、撮像素子９上で観察される観察像の劣化を除去することができるようになる。
【００４４】
ここで、波面センサ６の構成及び原理を図２を用いて説明する。
図２は本発明による光学系の偏心量測定機に用いる波面センサの一構成例として示すシャックハルトマンセンサの説明図で、(a)は、要部概略構成図、(b)は(a)の部分拡大断面図、(c)は要部であるＣＣＤ撮像面上での結像状態を示す説明図である。
本構成例のシャックハルトマンセンサは、図２(a)に示すように、マイクロレンズアレイ２２と、ＣＣＤアレイ２３とから要部が構成されている。
このような構成のシャックハルトマンセンサによれば、マイクロレンズアレイ２２の上方側から、平行光束である被測定光束をマイクロレンズアレイ２２に入射させると、被測定光束がそれぞれの領域において各マイクロレンズ素子２２ａを透過して集光され、マイクロレンズ素子２２ａの個数に対応した数分の像が、ＣＣＤアレイ２３のＣＣＤ撮像面２３ａ上に結像する。これにより、各マイクロレンズ素子２２ａの焦点位置に点像群２３ｂが観察されることになる。ここで、被測定光束に波面２１の部分的なずれがなければ、ＣＣＤ撮像面２３ａ上の各点像の位置は、各マイクロレンズ素子２２ａの光軸上のマイクロレンズ素子の焦点位置に形成される。
【００４５】
一方、被測定光束に波面の部分的なずれがある場合には、図２(b)に示すように、各マイクロレンズ素子２２ａに入射する位置での波面２１の傾きに応じて、ＣＣＤ撮像面２３ａ上での点像の位置がマイクロレンズ素子２２ａの焦点位置（図２(b)において破線で示す位置）からずれる。図２(c)ではＣＣＤ撮像面２３ａ上で格子状の破線の交点が各マイクロレンズ素子２２ａの焦点位置に相当し、黒点が各マイクロレンズ素子２２aを介して結像された点像群２３ｂを示し、格子状の中心部分では黒点が破線の交点にあり、外側部分では黒点が破線の交点からずれていて、波面２１に傾き、即ち部分的なずれ（波面収差）があることを示している。
【００４６】
ここで、被測定光束中の各部分（ｘ，ｙ）において、波面の傾きをｅ（ｘ，ｙ）、マイクロレンズ素子の焦点距離をｆｍ、点像の光軸からのずれをｄ（ｘ，ｙ）とすると、
ｅ（ｘ，ｙ）＝ｄ（ｘ，ｙ）／ｆｍ
と表わされる。
被測定光束の波面の傾きｅ（ｘ，ｙ）、点像の光軸からのずれｄ（ｘ，ｙ）はx成分およびｙ成分を持つベクトルである。それぞれの成分のみを示すときには、ｅ、ｄの後にｘ、ｙを付け、ｅｘ（ｘ，ｙ）、ｅｙ（ｘ，ｙ）、ｄｘ（ｘ，ｙ）、ｄｙ（ｘ，ｙ）と表わすものとする。また、被測定光束中の各部分（ｘ，ｙ）での位相差をｐ（ｘ，ｙ）と表わすものとする。
被測定光束中の各部分（ｘ，ｙ）での波面の傾きｅ（ｘ，ｙ）が分かれば、各部分での位相差ｐ（ｘ，ｙ）が求められることになり、位相差ｐ（ｘ，ｙ）は被測定光束中の各部分（ｘ，ｙ）での相対値が分かればよいので、仮に、
ｐ（０，０）＝０
とすると、（０，０）から（Δｘ，Δｙ）だけ離れた点での位相差ｐ（Δｘ，Δｙ）は、
ｐ（Δｘ，Δｙ）＝ｅｘ（０，０）Δｘ＋ｅｙ（０，０）Δｙ
となり、また、
ｐ（ｘ＋Δｘ，ｙ＋Δｙ）＝ｅｘ（ｘ，ｙ）Δｘ＋ｅｙ（ｘ，ｙ）Δｙ
であることから、被測定光束の各部分（ｘ，ｙ）における波面の位相差ｐ（ｘ，ｙ）を求めることができる。
【００４７】
また、波面補正器７には、例えば、図６に示すような、液晶を用いた波面補正器を用いる。
図６は本発明による光学系の偏心量測定機に用いる波面補正器の一構成例を示す図であり、(a)は波面補正器を平面視したときの各部分での位相差の制御状態を示す説明図、(b)は各部分での位相差の制御状態を示す断面説明図、(c)は液晶を用いた波面補正器の構成例を示す断面図である。
本構成例の波面補正器は、図６(c)に示すように、反射光束が通る両側面は透明なガラス基板２５ａ，２５ｂで構成されている。これらのガラス基板２５ａ，２５ｂの内面には、導電性を有する層としてＩＴＯなどの透明電極２６ａ，２６ｂが蒸着により形成されている。透明電極２６ａは、図６(a)に示すような各部分で位相差を異ならせるような制御のため、縦横に複数の分割領域（図６(a)では縦横に７区画に分割）を形成する電極パターンで構成されており、各分割領域は、各々独立に電圧を印加することができるように液晶制御回路２９に接続されている。
透明電極２６ａ，２６ｂの内面には、液晶に所定の分子配向を与えるための配向膜２７ａ，２７ｂが形成され、この配向膜の間に、ネマチック液晶などの複屈折を有する液晶２８が封入されている。
【００４８】
このように構成された波面補正器では、透明電極２６ａ，２６ｂに印加する電圧を分割領域毎に変えることにより、液晶２８の液晶分子Ｍはその向きを水平方向から垂直方向まで分割領域毎に自在に変えることができ、その際に分割領域毎に屈折率が変化するので、液晶２８を通る光束に対して分割領域毎に光路差を付与することができる。即ち、分割領域ごとに変えた電圧に応じて液晶２８を透過した後の反射光束（光束Ｌ２）の位相差を変えることができるので、波面センサ６で検出された光束Ｌ１の位相差に応じて、波面補正器７により光束Ｌ２の位相差を打ち消すような位相差（補正用の位相差）を付与することで、第２ハーフミラー５を透過したときにずれを持った光束Ｌ２の波面のずれを波面補正器７により補正することができる。
【００４９】
図６(a)は色の濃い部分が屈折率が高いことを示している。この部分では打ち消す位相差が大きくできることから、波面の部分的なずれが光の進行方向に対して先行するような場合には、この光束の部分が透過する液晶２８の部分の屈折率を高くすることで、図６(b)に示すように、図において左側から波面補正器７の液晶２８を介して右側に進行する波面の部分的なずれを補正することができる。
【００５０】
従って、波面センサ６と波面補正器７とを組合せると、撮像素子９に結像するように導かれる被検面からの反射光束から、被測定光学系中の光学素子による収差又は投影光学系による収差の影響をなくして、劣化のない観察像を撮像素子面に結像することができる。
【００５１】
また、図６に示した波面補正器７の代わりに、図７に示すような反射面を有する波面補正器を用いてもよい。
図７は本発明による偏心量測定機に用いる波面補正器の他の構成例を示す要部断面図である。
本構成例の波面補正器は、図１に示す偏心量測定機における被検面１１ａからの反射光束を透過させる替わりに、被検面１１ａからの反射光束を反射面で反射して撮像レンズ８とＣＣＤ９に導くように構成されている。本構成例のような収差の影響を反射面の変形により打ち消して補正する波面補正器でも、液晶を用いた波面補正器と同様な作用効果が得られる。なお、図７に示した波面補正器の詳細な構成については、後述する。
【００５２】
【実施例】
以下、本発明の偏心量測定機及び偏心量測定方法の具体的な実施例を図面を用いて説明する。
第１実施例
図３は本発明による光学系の偏心量測定方法を用いる偏心量測定機の第１実施例を示す概略構成図である。
本実施例の偏心量測定機では、ベース３１上に、被検レンズ系（被測定レンズ系）１０を収納したレンズ枠体（枠体は外周輪郭のみを図示してある）１０ａを載置して固定するレンズ枠体取り付け台３２が配置されている。被検レンズ系１０は図１と同様にレンズ１１、１２で構成されている。また、ベース３１上には、レンズ枠体取り付け台３２上に載置して固定されるレンズ枠体１０ａ内の被検レンズ系１０の光軸に平行な方向に移動自在な測定光学系取付用台座３３（以下、台座という）が配置されている。
【００５３】
この台座３３は、ベース３１上に平行に取り付けた一対のガイド３４と送りねじ３５を有する駆動モータ３６とからなる直動送り手段により、前記光軸に対して平行な方向に案内されるものである。
この台座３１の上には、前記被検レンズ系１０に向けて偏心量測定用の指標となる像を投影するように、上述の図１に示した光源１と、光源１から発する光を平行光束にコリメートする第１コリメートレンズ２と、平行光束を被検レンズ系１０に向けて反射するとともに該光束が被検レンズ系１０で反射されて戻ってきたときに透過させる第１ハーフミラー３と、第１ハーフミラー３で反射された光束を被検レンズ系１０の各被検面（被測定面）の各曲率中心（集光点）に向けて集光投影可能な投影レンズ４が配置されている。また、投影レンズ４の光軸Ｂは、被検レンズ系１０の光軸と一致している。
なお、指標となる像は、光源１自体としても良いし、不図示の光源から発する光を集光して得る点光源（いわゆる指標像）を光源１として扱っても良い。
【００５４】
また、台座３３の上には、第１ハーフミラー３を透過した被検面１１ａからの反射光束を透過光束（光束Ｌ２）と反射光束（光束Ｌ１）とに分割する第２ハーフミラー５が配置され、光束Ｌ１の所定受光位置にシャックハルトマンセンサ６が配置され、光束２の進行方向には光束２の波面の補正をする液晶を用いた図６に示した構成と同様の波面補正器（液晶素子）７と、波面補正器７を透過する光束を集光する撮像レンズ８と、撮像レンズ８で集光し結像した観察像としてのスポット像を撮像する撮像面を備えたＣＣＤ９が配置されている。ＣＣＤ９には、周知のスポット像を表示するイメージメモリ内蔵のモニターテレビ９ａと、スポット像の像位置から各被検面の偏心量及び被検レンズ系１０の偏心量を算出する計算処理部９ｂが接続されている。
【００５５】
なお、第２ハーフミラー５に対するシャックハルトマンセンサ６の位置と液晶素子７の位置とは、光軸上で略等距離に設定されている。このような配置は、後述の波面補正器として液晶素子７を用いた実施例においても同様である。
また、シャックハルトマンセンサ６と液晶素子７との間には、シャックハルトマンセンサ６で検出された波面形状のずれに係る検出情報により波面の各部の位相差を演算する第１演算部３７ａと、第１演算部３７ａで演算されたこの波面形状のずれを打ち消す位相差に対応する電圧を演算する第２演算部３７ｂと、第２演算部３７ｂの演算結果により波面の各部の位相差を打ち消す補正をするよう波面補正器７の各分割電極に対し印加する電圧の制御をする電圧制御部３７ｃとを備えたコンピュータ３７が接続されている。
なお、第２演算部３７ｂでは、ずれを打ち消す位相差に対応する電圧までを演算するように説明したが、これに限らず、第２演算部３７ｂでは、ずれを打ち消す位相差までを演算し、電圧制御部３７ｃでは、前記ずれを打ち消す位相差に対応する電圧を求めて該電圧に基づいて各分割電極に対し印加する電圧の制御をする構成にしてもよい。
【００５６】
このように構成された本実施例の偏心量測定機を用いて、被検レンズ系１０中のレンズ１１の被検面１１ａの偏心量を測定する場合、投影レンズ４を介して被検面１１ａの集光点に向けて集光投影された光束の集光点に光源１の像が形成され、被検レンズ系１０中の被検面１１ａで反射されて反射像が形成される。このとき光源１の像位置と反射像の位置が被検レンズ系１０の光軸Ｂ方向で同じ位置になるように、台座３３の位置を駆動モータ３６を駆動して調整する。
【００５７】
被検レンズ系１０中の被検面１１ａで反射された光束は、投影レンズ４を再び透過して概略平行光束となり、第１ハーフミラー３に入射し、第１ハーフミラー３を透過した被検面１１ａからの反射光束が、第２ハーフミラー５に入射する。
第２ハーフミラー５で反射された光束Ｌ１は、シャックハルトマンセンサ６に導かれ、コンピュータ３７の第１演算部３７ａを介して、光束Ｌ１の収差による波面形状のずれが解析される。次いで、第２演算部３７ｂを介して、第１演算部３７ａで解析された光束Ｌ１の収差による波面形状のずれの検出結果に基づき、光束Ｌ２の各領域に対して波面形状のずれを補正するために位相差を変化させるための所定の電圧値が演算される。次いで、コンピュータ３７の電圧制御部３７ｃを介して、光束Ｌ２の各領域に対応した液晶素子７の各分割電極に対して液晶の屈折率を各部で制御するための電圧がそれぞれ印加される。各分割電極にそれぞれ制御した電圧を印加することにより、液晶の屈折率が変化して光束Ｌ２の光路差が変化し位相差が変化する。これにより、光束Ｌ２は、各部の屈折率を制御された液晶素子７を透過したときに波面がほぼ平面に補正される。
【００５８】
波面を補正された被検面１１ａからの反射光束は、撮像レンズ８を透過してＣＣＤ９上に観察像としてのスポット像を形成する。このスポット像は、投影レンズ４による収差及び被検レンズ系１０における被検面１１ａと投影レンズ４との間に配置されたレンズ１２による収差が除去された状態になるので、モニターテレビ９ａを介してスポット像のピーク強度位置が正確に判別でき、該像位置の位置検出精度を高めることができ、計算処理部９ｂで算出される被検面１１ａの偏心量の測定精度が高くなる。
このように被測定面に対応して台座３３を光軸Ｂに沿って移動させ、被検レンズ系１０の全ての被測定面に対しＣＣＤ９上のスポット像の位置を測定し、計算処理部９ｂで偏心量を算出することで、被検レンズ系１０の全ての面の偏心量を求めることができる。
そして、本実施例では、屈折率を制御された液晶素子７を介して各被検面からの反射光束の波面の乱れを補正するようにしたので、精度良くＣＣＤ９上のスポット像を測定することができ、光学系の偏心量も精度良く求めることができる。
【００５９】
第２実施例
図４は本発明による光学系の偏心量測定方法を用いる偏心量測定機の第２実施例を示す概略構成図である。
本実施例の偏心量測定機は、図３に示した第１実施例の偏心量測定機における第２ハーフミラー５と波面補正器７の位置を入れ替えた構成、即ち、第１ハーフミラー３を透過した被検面からの反射光束の進行方向に沿って、波面補正器７、第２ハーフミラー５の順で配置され、第２ハーフミラー５で反射される被検面からの反射光束の受光位置にシャックハルトマンセンサ６が配置された構成となっている。
第２実施例のその他の構成は第１実施例と同じである。なお、図４ではその要素のみを図３と同符号を用いており、ベースやレンズ枠体等は図示を省略してある。
【００６０】
このように構成された本実施例の偏心量測定機を用いて、被検レンズ系１０中のレンズ１１の被検面１１ａの偏心量を測定する場合、投影レンズ４を介して被検面１１ａの集光点に向けて集光投影された光束の集光点に光源１の像が形成され、被検レンズ系１０中の被検面１１ａで反射されて反射像が形成される。このとき光源１の像位置と反射像の位置が被検レンズ系１０の光軸Ｂ方向で同じ位置になるように、図示省略した台座の位置を図示省略駆動モータを駆動して調整する。
【００６１】
被検レンズ系１０中の被検面１１ａで反射された光束は、投影レンズ４を再び透過して概略平行光束となり、第１ハーフミラー３に入射し、第１ハーフミラー３を透過した被検面１１ａからの反射光束が、波面補正器７を透過し、第２ハーフミラー５に入射する。
第２ハーフミラー５で反射された光束Ｌ１は、シャックハルトマンセンサ６に導かれ、コンピュータ３７の第１演算部３７ａを介して、光束Ｌ１の収差による波面形状のずれが解析される。次いで、第２演算部３７ｂを介して、第１演算部３７ａで解析された光束Ｌ１の収差による波面形状のずれの検出結果に基づき、液晶素子７に入射する被検面１１ａからの反射光束の各領域に対して波面形状のずれを補正するために位相差を変化させるための所定の電圧値が演算される。次いで、コンピュータ３７の電圧制御部３７ｃを介して、被検面１１ａからの反射光束の各領域に対応した液晶素子７の各分割電極に対して液晶の屈折率を各部で制御するための電圧がそれぞれ印加される。各分割電極にそれぞれ制御した電圧を印加することにより、液晶の屈折率が変化して被検面１１ａからの反射光束の光路差が変化し位相差が変化する。これにより、被検面１１ａからの反射光束は、波面がほぼ平面に補正される。波面を補正され第２ハーフミラー５を透過した被検面１１ａからの反射光束は、撮像レンズ８を透過してＣＣＤ９上に観察像としてのスポット像を形成する。
【００６２】
第２実施例においても、このスポット像は、投影レンズ４による収差及び被検レンズ系１０における被検面１１ａと投影レンズ４との間に配置されたレンズ１２による収差が除去された状態になるので、モニターテレビ９ａを介してスポット像のピーク強度位置が正確に判別でき、該像位置の位置検出精度を高めることができ、計算処理部９ｂで算出される被検面１１ａの偏心量の測定精度が高くなる。
【００６３】
第３実施例
図５は本発明による光学系の偏心量測定方法を用いる偏心量測定機の第３実施例を示す概略構成図である。
本実施例の偏心量測定機は、図３に示した第１実施例の偏心量測定機における透過面を有する波面補正器としての液晶素子７の代わりに、反射面を有する波面補正器としての光学特性可変形状鏡５１（以下、可変形状鏡とする）で置き換えた構成、即ち、第２ハーフミラー５を透過した被検面からの反射光束の進行方向に該光束の波面の歪み（波面形状のずれ、波面収差）を補正するための反射面を備えた可変形状鏡５１が配置され、該反射面で反射されて偏向された光軸Ｂ上に撮像レンズ８、ＣＣＤ９が配置された構成となっている。
【００６４】
なお、第２ハーフミラー５に対するシャックハルトマンセンサ６の位置と可変形状鏡５１の位置とは、光軸上で略等距離に設定されている。このような配置は、後述の波面補正器として可変形状鏡５１を用いた実施例においても同様である。
第３実施例のその他の構成は第１実施例と同じである。なお、図５ではその要素のみを図３と同符号を用いており、ベースやレンズ枠体等は図示を省略してある。
【００６５】
このように構成された本実施例の偏心量測定機を用いて、被検レンズ系１０中のレンズ１１の被検面１１ａの偏心量を測定する場合、投影レンズ４を介して被検面１１ａの集光点に向けて集光投影された光束の集光点に光源１の像が形成され、被検レンズ系１０中の被検面１１ａで反射されて反射像が形成される。このとき光源１の像位置と反射像の位置が被検レンズ系１０の光軸Ｂ方向で同じ位置になるように、図示省略した台座の位置を図示省略した駆動モータを駆動して調整する。
【００６６】
被検レンズ系１０中の被検面１１ａで反射された光束は、投影レンズ４を再び透過して概略平行光束となり、第１ハーフミラー３に入射し、第１ハーフミラー３を透過した被検面１１ａからの反射光束が、第２ハーフミラー５に入射する。
第２ハーフミラー５で反射された光束Ｌ１は、シャックハルトマンセンサ６に導かれ、コンピュータ３７の第１演算部３７ａを介して、光束Ｌ１の収差による波面形状のずれが解析される。次いで、第２演算部３７ｂを介して、第１演算部３７ａで解析された光束Ｌ１の収差による波面形状のずれの検出結果に基づき、光束Ｌ２の各領域に対して波面形状のずれを補正するために位相差を変化させるための所定の電圧値が演算される。次いで、この演算結果に基づいてコンピュータ３７の面変形駆動制御部３７ｄを介して、可変形状鏡５１の反射面の各部の傾きを制御して波面形状のずれを打ち消すような位相差となるように反射面の面形状が変化させられる。これにより、第２ハーフミラー５を透過した光束Ｌ２は、反射面の各部の傾き制御された可変形状鏡５１で反射されたときに波面がほぼ平面に補正される。波面を補正された被検面１１ａからの反射光束は、撮像レンズ８を透過してＣＣＤ９上に観察像としてのスポット像を形成する。
【００６７】
第３実施例においても、このスポット像は、投影レンズ４による収差及び被検レンズ系１０における被検面１１ａと投影レンズ４との間に配置されたレンズ１２による収差が除去された状態になるので、モニターテレビ９ａを介してスポット像のピーク強度位置が正確に判別でき、該像位置の位置検出精度を高めることができ、計算処理部９ｂで算出される被検面１１ａの偏心量の測定精度が高くなる。
【００６８】
なお、第３実施例における可変形状鏡５１としては、反射面を形成する薄膜と複数の電極からなり、静電気力により薄膜が変形してその反射面形状が変化するように構成されたもの（タイプＡ）や、反射面と一体化されて電流を流すことが可能な透明な部材と、この反射面近傍に配置された永久磁石またはコイルとを有し、電磁力により反射面形状を変化させるように構成されたもの（タイプＢ）や、反射面を形成する薄膜と電極との間に圧電素子が介装されていて、圧電素子に部分的に異なる伸縮を生じさせて、薄膜の形状を変えてその反射面形状が変化するように構成されたもの（タイプＣ）のいずれを用いてもよい。あるいは、これらのタイプを組合せて用いてもよい。
【００６９】
図７は第３実施例の可変形状鏡５１として適用可能なタイプＡの可変形状鏡４０９の一構成例を示す概略構成図である。
本構成例の光学特性可変形状鏡４０９は、底部が略円筒状に形成された支持台４２３の上端に取り付けられた変形する基板としてのポリイミド樹脂製シート４０９ｊの上に反射面を形成するためにアルミコーティング等で作られた薄膜（反射面）４０９ａと、薄膜４０９ａに対向して支持台４２３の内部に配置される複数の電極４０９ｂを備える光学特性可変形状鏡（以下、単に可変形状鏡と言う。）である。電極４０９ｂの形状は、例えば図８(a)に示すように同心円状と放射状を組合せた扇状や、図８(b)に示すように矩形状など、薄膜４０９ａの変形のさせ方に応じて形が設定されている。複数に分割された各分割電極４０９ｂにはそれぞれ可変抵抗器４１１が接続されている。各可変抵抗器４１１は、該抵抗器４１１の抵抗値が制御されるようにコンピュータ３７の面変形駆動制御部３７ｄに接続され、さらにコンピュータ３７の第２演算部３７ｂ、第１演算部３７ａを介して波面センサ６に接続されている。薄膜４０９ａは、結線４１２を介して面変形駆動制御部３７ｄと接続されており、この面変形駆動制御部３７ｄにより薄膜４０９ａと各分割電極４０９ｂとの間に電圧が印加されると静電気力によりシート４０９ｊとともに面形状が変化するようになっている。
【００７０】
即ち、薄膜４０９ａは、例えば、P.Rai-choudhury編、Handbook of Michrolithography, Michromachining and Michrofabrication, Volume 2:Michromachining and Michrofabrication,P495,Fig.8.58, SPIE PRESS刊やOptics Communication, 140巻（1997年）P187〜190に記載されているメンブレインミラーのように、複数の電極４０９ｂと薄膜４０９ａとの間に電圧が印加されると、静電気力により薄膜４０９ａが変形してその面形状が変化するように構成されている。
【００７１】
反射面としての薄膜４０９ａの形状は、結像性能が最適になるようにコンピュータ３７の面変形駆動制御部３７ｄからの信号により各可変抵抗器４１１の抵抗値を変化させることにより制御される。すなわち、コンピュータ３７の第１演算部３７ａ、第２演算部３７ｂを介して波面センサ６の信号が、面変形駆動制御部３７ｄへ入力されると、面変形駆動制御部３７ｄは、これらの入力信号に基づき波面の部分的な乱れによる結像性能の低下を補償すべく、薄膜４０９ａの形状が決定されるような電圧を電極４０９ｂに印加するように、可変抵抗器４１１の抵抗値を決定するための信号を出力する。このように、薄膜４０９ａは電極４０９ｂに印加される電圧すなわち静電気力で変形させられるため、その形状は状況により非球面を含む様々な形状をとる。
可変形状鏡４０９はリソグラフィーを用いて作ると加工精度がよく、良い品質のものが得られやすく、良い。
また、変形する基板４０９ｊをポリイミド等の合成樹脂製シートで製作しているので、低電圧でも大きな変形が可能であるので好都合である。
なお、可変形状鏡の反射面の形状は自由曲面にするのが良い。収差補正が容易にでき、有利だからである。
【００７２】
本発明の実施例で使用する自由曲面とは以下の式で定義されるものである。この定義式のＺ軸が自由曲面の軸となる。
球面項中、
ｃ：頂点の曲率
ｋ：コーニック定数（円錐定数）
ｒ＝√（Ｘ2 ＋Ｙ2 ）
である。
自由曲面項は、
【００７３】
図９は第３実施例の可変形状鏡５１として適用可能なタイプＣの可変形状鏡４０９の一構成例を示す概略構成図である。
本構成例の可変形状鏡４０９は、薄膜４０９ａを形成した変形可能な基板４０９ｊと電極４０９ｂとの間に圧電素子４０９ｃが介装されていて、これらが支持台４２３上に設けられている。この圧電素子４０９ｃに加わる電圧を各電極４０９ｂ毎に変えることにより、圧電素子４０９ｃに部分的に異なる伸縮を生じさせて、反射面を有する薄膜４０９ａの形状を変えることができるようになっている。電極４０９ｂの形状は、図８(a)に示すように扇状でも、図８(b)に示すように矩形状でもよく、その他、適宜の形のものを選択することができる。即ち、圧電素子４０９ａは分割された各電極４０９ｂに対応した多数の領域で異なる伸縮をし、その各一端側で各電極４０９ｂに接続し各他端側で基板４０９ｊと接するように支持台４２３に設けられている。なお、図９中、６はコンピュータ３７に接続された波面センサである。そして、図５に示した実施例と同様に、波面センサ６による検出情報に基づき、第１演算部３７ａ、第２演算部３７ｂ、面変形駆動制御部３７ｄを介して波面の部分的な歪みを補償するように薄膜４０９ａを変形させるべく、可変抵抗器４１１を介して各電極４０９ｂに印加される電圧を変化させるようになっている。この場合、薄膜４０９ａには圧電素子４０９ｃの変形に伴う応力が加わるので、薄膜４０９ａは、厚さをある程度厚くして相応の強度を持たせるようにする。
なお、圧電素子４０９ｃの替わりに、変形しない樹脂製基板の上に上記分割された各電極４０９ｂと電気的に接続した電歪素子を配置して構成し、この電歪素子の歪制御により上記変形可能な基板４０９ｊを介して該基板４０９ｊ上に形成された薄膜４０９ａの面形状を操作するようにしてもよい。
【００７４】
図１０は第３実施例の可変形状鏡５１として適用可能なタイプＣの可変形状鏡４０９の他の構成例を示す概略構成図である。
本構成例の可変形状鏡４０９は、薄膜４０９ａを形成した変形可能な基板４０９ｊと電極４０９ｂの間に介装される圧電素子が互いに逆方向の圧電特性を持つ材料で作られた２枚の圧電素子４０９ｃ及び４０９ｃ’で構成されている点で、図９に示した構成例の可変形状鏡とは異なる。すなわち、圧電素子４０９ｃと４０９ｃ’が強誘電性結晶で作られているとすれば、結晶軸の向きが互いに逆になるように配置されている。この場合、圧電素子４０９ｃと４０９ｃ’は電圧が印加されると逆方向に伸縮するので、薄膜４０９ａを変形させる力が図９に示した構成の場合よりも強くなり、結果的に薄膜４０９ａの反射面すなわちミラー表面の形を大きく変えることができるという利点がある。
【００７５】
圧電素子４０９ｃ，４０９ｃ’に用いる材料としては、例えばチタン酸バリウム、ロッシエル塩、水晶、電気石、リン酸二水素カリウム（ＫＤＰ）、リン酸二水素アンモニウム（ＡＤＰ）、ニオブ酸リチウム等の圧電物質、同物質の多結晶体、同物質の結晶、ＰｂＺｒＯ3とＰｂＴｉＯ3の固溶体の圧電セラミックス、二フッ化ポリビニール（ＰＶＤＦ）等の有機圧電物質、上記以外の強誘電体等があり、特に有機圧電物質はヤング率が小さく、低電圧でも大きな変形が可能であるので、好ましい。なお、これらの圧電素子を利用する場合、厚さを不均一にすれば、上記実施形態において薄膜４０９ａの形状を適切に変形させることも可能である。
また、圧電素子４０９ｃ，４０９ｃ’の材料としては、ポリウレタン、シリコンゴム、アクリルエラストマー、ＰＺＴ、ＰＬＺＴ、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等の高分子圧電体、シアン化ビニリデン共重合体、ビニリデンフルオライドとトリフルオロエチレンの共重合体等が用いられる。
圧電性を有する有機材料や、圧電性を有する合成樹脂、圧電性を有するエラストマー等を用いると可変形状鏡面の大きな変形が実現できてよい。
【００７６】
図１１は第３実施例の可変形状鏡５１として適用可能なタイプＡとＣの組合せからなる可変形状鏡４０９の一構成例を示す概略構成図である。
本構成例の可変形状鏡４０９は、圧電素子４０９ｃがアルミ等の金属で作られた薄膜４０９ａと電極４０９ｄとにより挟持され、薄膜４０９ａと電極４０９ｄとの間にコンピュータ３７の面変形駆動制御部３７ｄにより制御される駆動回路４２５ａを介して電圧が印加されるように構成されている。さらに、これとは別に、支持台４２３上に設けられた電極４０９ｂにもコンピュータ３７の面変形駆動制御部３７ｄにより制御される駆動回路４２５ｂを介して電圧が印加されるように構成されている。
したがって、本構成例の可変形状鏡によれば、薄膜４０９ａは電極４０９ｄとの間に印加される電圧と電極４０９ｂに印加される電圧により生じる静電気力とにより二重に変形され得、図７〜図１０に示した上記各構成例のいずれの可変形状鏡よりも、より多くの変形パターンが可能であり、かつ、応答性も速いという利点がある。
また、本構成例の可変形状鏡によれば、薄膜４０９ａ、電極４０９ｄ間の電圧の符号を変えれば、可変形状鏡を凸面にも凹面にも変形させることができる。その場合、大きな変形を圧電効果で行ない、微細な形状変化を静電気力で行なってもよい。また、凸面の変形には圧電効果を主に用い、凹面の変形には静電気力を主に用いてもよい。また、図１１に示すように、電極４０９ｄは電極４０９ｂのように複数の電極で構成してもよい。
なお、本実施例の説明においては、圧電効果と電歪効果、電歪をすべてまとめて圧電効果と述べている。従って、電歪材料も圧電材料に含むものとする。
【００７７】
図１２は第３実施例の可変形状鏡５１として適用可能なタイプＢの可変形状鏡４０９の一構成例を示す概略構成図である。
本構成例の可変形状鏡４０９は、電磁力を利用して反射面の形状を変化させ得るようにしたものである。矩形筒状の支持台４２３の内部底面上には板状の永久磁石４２６が、該支持台４２３の頂面上には窒化シリコン又はポリイミド等からなる変形可能なシート状の基板４０９ｅの周縁部が載置固定され、基板４０９ｅの表面にはアルミニウム等の金属コートで作られた薄膜４０９ａが付設されていおり、この薄膜４０９ａの表面が反射光束の反射面となっている。基板４０９ｅの下面には、螺旋状に巻回し且つその軸方向を上下方向にした複数のコイル４２７が固定して配設されており、これらのコイル４２７はそれぞれ駆動回路４２８を介してコンピュータ３７の面変形駆動制御部３７ｄに接続されている。したがって、波面センサ６からの信号によってコンピュータ３７の第１演算部３７ａ及び第２演算部３７ｂにおいて求められる波面の部分的な歪みを打ち消して補正するように対応するコンピュータ３７の面変形駆動制御部３７ｄからの出力信号により、各駆動回路４２８から各コイル４２７にそれぞれ適当な電流が供給されると、永久磁石４２６との間に働く電磁力で各コイル４２７は反発又は吸着され、基板４０９ｅ及び薄膜４０９ａを変形させる。
【００７８】
各コイル４２７は、それぞれ異なる量の電流を流すようにすることもできる。また、コイル４２７は１個でもよいし、永久磁石４２６を基板４０９ｅに付設しコイル４２７を支持台４２３の内部底面側に設けるようにしてもよい。また、コイル４２７はリソグラフィー等の手法で作るとよく、さらに、コイル４２７には強磁性体よりなる鉄心を入れるようにしてもよい。
この場合、図１３(a)に示すように、コイル４２７としてコイルの巻密度を場所によって変化させた薄膜コイル４２８’のように構成することにより、基板４０９ｅ及び薄膜４０９ａに所望の変形を与えるようにすることもできる。
また、図１３(b)に示すように、コイル４２７（または薄膜コイル４２８’）は、反射光束各部の波面の歪みを縦横比率で変えて補正するよう反射光束の光軸Ｂ位置に対し、上下と左右で個数を変えて配置してもよい。
また、基板４０９ｅの下面に配設する螺旋状に巻回した複数のコイル４２７の軸方向を、図１３(c)に示すように、反射光束の光軸Ｂに対して放射方向に配置するとともに、支持台４２３の底面に載置固定する永久磁石４２６は、図１３(d)に示すように、棒状にするとともに極性をそろえ各コイル４２７の位置と対応させるように構成してもよい。この場合には、板状の永久磁石４２６を用いた構成例よりも、微細な変形を基板４０９ｅ及び薄膜４０９ａに与えることができる。
【００７９】
図１４は第３実施例の可変形状鏡５１として適用可能なタイプＢの可変形状鏡４０９の他の構成例を示す概略構成図である。
本構成例の可変形状鏡４０９では、変形可能な基板４０９ｅが鉄等の強磁性体で作られ、反射膜としての薄膜４０９ａがアルミニウム等からなっている。また、コイル４２７は、支持台４２３の底部側に取り付けられている。このようにすると、基板４０９ａの下面にコイル４２７を固定して配設しないで済むため、構造を簡単化でき、製造コストを低減することができる。また、コンピュータ３７の面変形駆動制御部３７ｄにより制御される電源スイッチ４１３を、電流の方向を切換え可能にするような切換え兼電源４１２開閉用スイッチにすることにより、コイル４２７に流れる電流の方向を変えることができ、また面変形駆動制御部３７ｄにより制御される可変抵抗器４１１の抵抗を制御することにより、基板４０９ｅ及び薄膜４０９ａの形状を自由に変えることができる。
【００８０】
なお、本構成例におけるコイル４２７は、図１３(b)に示した例と同様に、反射光束各部の波面形状のずれを縦横比率で変えて補正するよう反射光束の光軸Ｂ位置に対し、上下と左右で個数を変えて対称に配置してある。なお、コイル４２７の他の配置例としては、図１３(c)に示した例と同様に、巻回したコイルを放射状に配置しても良い。
このように電磁力を用いて基板４０９ｅ及び薄膜４０９ａを変形させる場合（図１２及び図１４の構成例の場合）は、静電気力を用いた場合よりも低電圧で駆動できるという利点がある。
【００８１】
以上いくつかの可変形状鏡の構成例を述べたが、反射面であるミラー面の形状を変形させるのに、図１１に示した構成例のように、２種類以上の力を用いてもよい。つまり静電気力、電磁力、圧電効果、磁歪、流体の圧力、電場、磁場、温度変化、電磁波等のうち２種類以上を同時に用いて可変形状鏡を変形させてもよい。
２種類以上の異なる駆動方法を用いて光学特性可変光学素子を構成すれば、大きな変形と微細な変形とを同時に実現でき、波面形状を補正するためのさらに精度の良い鏡面が実現できる。
【００８２】
第４実施例
図１５は本発明による光学系の偏心量測定方法を用いる偏心量測定機の第４実施例を示す概略構成図である。
本実施例の偏心量測定機は、図５に示した第３実施例の偏心量測定機における第２ハーフミラー５及びシャックハルトマンセンサ６と、可変形状鏡５１との位置を入れ替えた構成、即ち、第１ハーフミラー３を透過した被検面からの反射光束の進行方向に波面補正器５１が配置され、該反射面で反射されて偏向された光軸Ｂ上に第２ハーフミラー５が配置され、第２ハーフミラー５で反射される被検面からの反射光束の受光位置にシャックハルトマンセンサ６が配置された構成となっている。
第４実施例のその他の構成は第３実施例と同じである。なお、図１５ではその要素のみを図５と同符号を用いており、ベースやレンズ枠体等は図示を省略してある。
【００８３】
このように構成された本実施例の偏心量測定機を用いて、被検レンズ系１０中のレンズ１１の被検面１１ａの偏心量を測定する場合、投影レンズ４を介して被検面１１ａの集光点に向けて集光投影された光束の集光点に光源１の像が形成され、被検レンズ系１０中の被検面１１ａで反射されて反射像が形成される。このとき光源１の像位置と反射像の位置が被検レンズ系１０の光軸Ｂ方向で同じ位置になるように、図示省略した台座の位置を図示省略した駆動モータを駆動して調整する。
【００８４】
被検レンズ系１０中の被検面１１ａで反射された光束は、投影レンズ４を再び透過して概略平行光束となり、第１ハーフミラー３に入射し、第１ハーフミラー３を透過した被検面１１ａからの反射光束が、波面補正器５１の反射面で反射され、第２ハーフミラー５を介して光束Ｌ１と光束Ｌ２とに分割される。第２ハーフミラー５で反射された光束Ｌ１は、シャックハルトマンセンサ６に導かれ、コンピュータ３７の第１演算部３７ａを介して、光束Ｌ１の収差による波面形状のずれが解析される。次いで、第２演算部３７ｂを介して、第１演算部３７ａで解析された光束Ｌ１の収差による波面形状のずれの検出結果に基づき、被検面からの反射光束の各領域に対して波面形状のずれを補正するために位相差を変化させるための所定の電圧値が演算される。次いで、この演算結果に基づいてコンピュータ３７の面変形駆動制御部３７ｄを介して、可変形状鏡５１の反射面の各部の傾きを制御して波面形状のずれを打ち消すような位相差となるように反射面の面形状が変化させられる。これにより、第１ハーフミラー３を透過した被検面からの反射光束は、反射面の各部の傾きを制御された可変形状鏡５１で反射されたときに波面がほぼ平面に補正される。波面を補正され第２ハーフミラー５を透過した被検面１１ａからの反射光束は、撮像レンズ８を透過してＣＣＤ９上に観察像としてのスポット像を形成する。
【００８５】
第４実施例においても、このスポット像は、投影レンズ４による収差及び被検レンズ系１０における被検面１１ａと投影レンズ４との間に配置されたレンズ１２による収差が除去された状態になるので、モニターテレビ９ａを介してスポット像のピーク強度位置が正確に判別でき、該像位置の位置検出精度を高めることができ、計算処理部９ｂで算出される被検面１１ａの偏心量の測定精度が高くなる。
【００８６】
第５実施例〜第８実施例
上記第１〜４実施例では、波面センサ６を、ビームスプリッタとしての第２ハーフミラー５で反射された被検面からの反射光束を受光する位置に配置したが、これに限らず、第２ハーフミラー５を透過する被検面からの反射光束を受光する位置に配置しても良い。
そのように配置した偏心量測定機の構成例を第５実施例〜第８実施例として説明する。
【００８７】
第５実施例
図１６は本発明による光学系の偏心量測定方法を用いる偏心量測定機の第５実施例を示す概略構成図である。
本実施例の偏心量測定機は、図３に示した第１実施例の偏心量測定機における透過面を有する波面補正器としての液晶素子７が、第２ハーフミラー５で反射される被検面からの反射光束を受光する位置に配置されるとともに、この波面補正器７を介して補正された光束の観察像が撮像レンズ８を介してＣＣＤ９に結像するように構成されている。
【００８８】
第６実施例
図１７は本発明による光学系の偏心量測定方法を用いる偏心量測定機の第６実施例を示す概略構成図である。
本実施例の偏心量測定機は、図４に示した第２実施例の偏心量測定機における撮像レンズ８が、第２ハーフミラー５で反射される被検面からの反射光束を受光する位置に配置され、波面補正器７を介して補正された被検面からの反射光束の観察像が撮像レンズ８を介してＣＣＤ９に結像するように構成されている。
【００８９】
第７実施例
図１８は本発明による光学系の偏心量測定方法を用いる偏心量測定機の第７実施例を示す概略構成図である。
本実施例の偏心量測定機は、図５に示した第３実施例の偏心量測定機における反射面を有する波面補正器５１が、第２ハーフミラー５で反射される被検面からの反射光束を受光する位置に配置され、波面補正器５１を介して補正された被検面からの反射光束の観察像が撮像レンズ８を介してＣＣＤ９に結像するように構成されている。
【００９０】
第８実施例
図１９は本発明による光学系の偏心量測定方法を用いる偏心量測定機の第８実施例を示す概略構成図である。
本実施例の偏心量測定機は、図１５に示した第４実施例の偏心量測定機における撮像レンズ８が、第２ハーフミラー５で反射される被検面からの反射光束を受光する位置に配置され、波面補正器５１を介して補正された被検面からの反射光束の観察像が撮像レンズ８を介してＣＣＤ９に結像するように構成されている。
【００９１】
なお、図１６〜図１９に示す実施例における各符号は、それぞれ図３、図４、図５、図１５に示す実施例における符号に対応させてある。
上記第５実施例〜第８実施例の偏心量測定機によっても、対応する各第１実施例〜第４実施例の偏心量測定機と同様の作用効果が得られる。
【００９２】
【発明の効果】
本発明の偏心量測定機及び偏心量測定方法によれば、像位置検出手段により検出される観察像としてのスポット像に投影光学系の収差があっても、又は被測定レンズ系の光学素子による収差があっても、その影響を低減でき、該スポット像のピーク強度位置が正確に判別でき、該スポット像位置の位置検出精度を高めることができ、そして被測定レンズ系の偏心量の測定精度を向上させることができる。
【００９３】
また、本第３，第１１の発明によれば、本第１，第２，第９，第１０の発明の効果に加えて、シャックハルトマンセンサの入手が容易であるため、測定機の作製コストを低減し、且つ作製を容易化することができる。
【００９４】
また、本第４，第１２の発明によれば、本第１〜第３，第９〜第１１の発明の効果に加えて、波面検出手段と波面補正手段との対応関係が一対一で定まり、補正制御の設定がし易くなる。また、波面形状のずれ又は波面収差など補正すべき波面の歪みを局部的に補正できない部分があるときには、その部分の透過部が認知できるので、メンテナンスが容易になる。
【００９５】
また、本第５，第１３の発明によれば、本第１〜第３，第９〜第１１の発明の効果に加えて、波面検出手段と波面補正手段との対応関係が一対一で定まって補正制御の設定がし易くなる。波面形状のずれ又は波面収差など補正すべき波面の歪みを局部的に補正できない部分があるときには、その部分の反射面が認知できるので、メンテナンスが容易になる。
【００９６】
また、本第６，第１４の発明によれば、本第４，第１２の発明の効果に加えて、電圧制御により屈折率を連続的に微小変化量で制御ができるので、収差の大小に対応した補正がしやすくなる。
【００９７】
また、本第７，第１５の発明によれば、本第５，第１３の発明の効果に加えて、反射面で反射される反射光束の波面形状のずれ又は波面収差など補正すべき波面の歪みを局部的に補正できない部分があるときには、その部分の反射角を制御する押圧素子の異常を認知することができ押圧素子の交換が容易になる。
【００９８】
また、本第８，第１６の発明によれば、本第１〜第１５の発明の効果に加えて、波面検出手段の偏心量測定機への配置が容易になる。
【００９９】
また、本第１７の発明によれば、波面形状のずれや波面収差などの波面の歪みの検出が容易となり、この検出結果に基づいての波面補正手段による補正がし易くなるので、反射光束に波面形状のずれや波面収差などの波面の歪みがあってもその影響を低減でき、スポット像のピーク強度位置が正確に判別でき、該スポット像位置の位置検出精度を高めることができ、被測定レンズ系の偏心量の測定精度を向上させることができる。
【０１００】
また、本第１８の発明によれば、被測定面からの反射光束を波面形状検出用の光束と像位置検出用の光束とに分割し、一方の光束の波面の歪みを検出し、検出結果に基づいて、他方の光束の波面の歪みを補正し、補正された光束の像位置を検出するので、光束分割手段による分割前の反射光束に波面形状のずれ或いは収差などの波面の歪みがあってもその影響を低減でき、スポット像のピーク強度位置が正確に判別でき、該像位置の位置検出精度を高めることができ、被測定レンズ系の偏心量の測定精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光学系の偏心量測定方法を用いる偏心量測定機の一実施形態の要部を示す概略構成図である。
【図２】本発明による光学系の偏心量測定機に用いる波面センサの一構成例として示すシャックハルトマンセンサの説明図で、(a)は、要部概略構成図、(b)は(a)の部分拡大断面図、(c)は要部であるＣＣＤ撮像面上での結像状態を示す説明図である。
【図３】本発明による光学系の偏心量測定方法を用いる偏心量測定機の第１実施例を示す概略構成図である。
【図４】本発明による光学系の偏心量測定方法を用いる偏心量測定機の第２実施例を示す概略構成図である。
【図５】本発明による光学系の偏心量測定方法を用いる偏心量測定機の第３実施例を示す概略構成図である。
【図６】本発明による光学系の偏心量測定機に用いる波面補正器の一構成例を示す図であり、(a)は波面補正器を平面視したときの各部分での位相差の制御状態を示す説明図、(b)は各部分での位相差の制御状態を示す断面説明図、(c)は液晶を用いた波面補正器の構成例を示す断面図である。
【図７】図７は本発明による光学系の偏心量測定機に用いる波面補正器の他の構成例を示す要部断面図であり、第３実施例の可変形状鏡５１として適用可能なタイプＡの可変形状鏡４０９の一構成例を示す概略構成図である。
【図８】(a)，(b)は第３実施例における波面補正手段に適用される可変形状鏡に用いる電極の形状を例示する説明図である。
【図９】第３実施例の可変形状鏡５１として適用可能なタイプＣの可変形状鏡４０９の一構成例を示す概略構成図である。
【図１０】第３実施例の可変形状鏡５１として適用可能なタイプＣの可変形状鏡４０９の他の構成例を示す概略構成図である。
【図１１】第３実施例の可変形状鏡５１として適用可能なタイプＡとＣの組合せからなる可変形状鏡４０９の一構成例を示す概略構成図である。
【図１２】第３実施例の可変形状鏡５１として適用可能なタイプＢの可変形状鏡４０９の一構成例を示す概略構成図である。
【図１３】(a)，(b)，(c)は第３実施例の可変形状鏡に用いるコイルの形状および配置例を示す説明図、(d)は第３実施例の可変形状鏡に用いる永久磁石の配置例を示す説明図である。
【図１４】第３実施例の可変形状鏡５１として適用可能なタイプＢの可変形状鏡４０９の他の構成例を示す概略構成図である。
【図１５】本発明による光学系の偏心量測定方法を用いる偏心量測定機の第４実施例を示す概略構成図である。
【図１６】本発明による光学系の偏心量測定方法を用いる偏心量測定機の第５実施例を示す概略構成図である。
【図１７】本発明による光学系の偏心量測定方法を用いる偏心量測定機の第６実施例を示す概略構成図である。
【図１８】本発明による光学系の偏心量測定方法を用いる偏心量測定機の第７実施例を示す概略構成図である。
【図１９】本発明による光学系の偏心量測定方法を用いる偏心量測定機の第８実施例を示す概略構成図である。
【図２０】従来の光学系の偏心量測定機および偏心量測定方法の説明図である。
【図２１】従来の光学系の偏心量測定方法によるスポット像（観察像）の説明図である。
【符号の説明】
１ 光源
２ コリメートレンズ
３ 第１ハーフミラー
４ 投影レンズ
５ 第２ハーフミラー
６ 波面センサ
７ 波面補正器（液晶素子）
８ 撮像レンズ
９ 撮像素子
９ａ モニターテレビ
９ｂ 計算処理部
１０ 被検レンズ系
１１，１２ レンズ
１１ａ 被検面
２１ 波面
２２ マイクロレンズアレイ
２２ａ マイクロレンズ素子
２３ ＣＣＤアレイ
２３ａ ＣＣＤ撮像面
２３ｂ ＣＣＤ点像群
２５ａ，２５ｂ ガラス基板
２６ａ，２６ｂ 透明電極
２７ａ，２７ｂ 配向膜
２８ 液晶
２９ 液晶制御回路
３１ ベース
３２ レンズ枠体取付台
３３ 台座
３４ ガイド
３５ 送りねじ
３６ 駆動モータ
３７ コンピュータ
３７ａ 第１演算部
３７ｂ 第２演算部
３７ｃ 電圧制御部
３７ｄ 面変形駆動制御部
４０９ 可変形状鏡
４０９ａ 薄膜
４０９ｂ，４０９ｄ 電極
４０９ｃ，４０９ｃ’ 圧電素子
４０９ｅ 基板
４０９ｊ ポリイミド樹脂製シート
４１１ 可変抵抗器
４１２ 結線
４１３ 電源スイッチ
４２３ 支持台
４２５ａ，４２５ｂ，４２８ 駆動回路
４２６ 永久磁石
４２７ コイル
４２８’ 薄膜コイル
５３１ 電球
５３２ ハーフミラー
５３３ 対物レンズ
５３４ 被測定レンズ系
５３４Ａ，５３４Ｂ レンズ面
５３５ 枠体
５３６ マウント
５３７ 減速ギヤボックス
５３８ モータ
５３９ テレビカメラ
５３９ａ 撮像素子面
５４０ イメージメモリ
５４１ 画像処理部
５４２ モニターテレビ
５４３ 計算処理部
Ｂ 光軸
Ｌ１，Ｌ２ 光束
Ｍ 液晶分子
Ｓ１１，Ｓ１２ スポット像
Claims (18)
- 光学素子の単体又は組合せからなる光学系の被測定面に光源からの出射光束を投影する投影光学系と、前記投影光学系を経た後に結像される前記被測定面からの反射光束による像の位置を検出する像位置検出手段を有し、前記像位置検出手段を介して検出された前記被測定面からの反射光束による像の位置に基づいて前記被測定面の偏心量を測定する光学系の偏心量測定機において、
前記投影光学系を経た後の前記被測定面からの反射光束の波面の歪みを検出する波面検出手段と、
前記波面検出手段を介して検出された前記波面の歪みを補正する波面補正手段とを有し、
前記被測定面からの反射光束による像の位置を、前記波面補正手段を介して波面の歪みが補正された後に前記位置検出手段を介して検出するようにしたことを特徴とする光学系の偏心量測定機。 - 前記波面の歪みが、波面形状の歪み又は波面収差であることを特徴とする請求項１に記載の光学系の偏心量測定機。
- 前記波面検出手段が、シャックハルトマンセンサであることを特徴とする請求項１又２に記載の光学系の偏心量測定機。
- 前記波面補正手段が、前記被測定面からの反射光束を透過させる透過部を有し、該透過部の各領域毎に反射光束が透過するときに該反射光束の前記波面の歪みを補正するように構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光学系の偏心量測定機。
- 前記波面補正手段が、前記被測定面からの反射光束を反射させる反射面を有し、該反射面の各領域毎に反射光束が反射するときに該反射光束の前記波面の歪みを補正するように構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光学系の偏心量測定機。
- 前記波面補正手段の透過部が、電圧制御により反射光束が透過するときに該光束の各領域での前記波面の歪みに対応して屈折率が変化する液晶を備えていることを特徴とする請求項４に記載の光学系の偏心量測定機。
- 前記波面補正手段が、該波面補正手段の反射面の背後を押圧して反射光束が反射する該反射面における各領域での反射角を制御する押圧素子を備えていることを特徴とする請求項５に記載の光学系の偏心量測定機。
- 前記波面検出手段が、前記投影光学系の光軸上に配置された光路分割手段を介して分割された一つの光路上に配置されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の光学系の偏心量測定機。
- 光学素子の単体又は組合せからなる光学系の被測定面に光源からの出射光束を投影光学系を介して投影し、前記被測定面からの反射光束による像を前記投影光学系を経た後に像位置検出手段に結像させ、前記像位置検出手段を介して前記被測定面からの反射光束による像の位置を検出し、検出した像の位置に基づいて前記被測定面の偏心量を測定する光学系の偏心量測定方法において、
前記投影光学系を経た後の前記被測定面からの反射光束の波面の歪みを波面検出手段を介して検出し、
前記波面検出手段により検出された前記波面の歪みを波面補正手段を介して補正し、
前記波面の歪みが補正された後に、前記反射光束による像の位置を前記像位置検出手段を介して検出することを特徴とする光学系の偏心量測定方法。 - 前記波面の歪みが、波面形状の歪み又は波面収差であることを特徴とする請求項９に記載の光学系の偏心量測定方法。
- 前記波面検出手段に、シャックハルトマンセンサを用いることを特徴とする請求項９又は１０に記載の光学系の偏心量測定方法。
- 前記波面補正手段による補正は、前記被測定面からの反射光束を透過させる透過部を有する前記波面補正手段を用いて、前記透過部の各領域毎に反射光束が透過するときに該反射光束の前記波面の歪みを補正することによって行うことを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載の光学系の偏心量測定方法。
- 前記波面補正手段による補正は、前記被測定面からの反射光束を反射させる反射面を有する前記波面補正手段を用いて、前記反射面の各領域毎に反射光束が反射するときに該反射光束の前記波面の歪みを補正することによって行うことを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載の光学系の偏心量測定方法。
- 前記波面補正手段による補正は、反射光束が液晶を透過するときに該光束の各領域での前記波面の歪みに対応して印加される液晶への電圧制御により該液晶の各領域での屈折率を調整することによって行うことを特徴とする請求項９〜１２のいずれかに記載の光学系の偏心量測定方法。
- 前記波面補正手段による補正は、該波面補正手段の反射面の背後を反射光束の各領域での前記波面の歪みに対応して押圧して、反射光束が反射する該反射面における各領域での反射角を制御することによって行うことを特徴とする請求項９〜１１，１３のいずれかに記載の光学系の偏心量測定方法。
- 前記波面検出手段による検出は、前記投影光学系の光軸上に配置された光路分割手段を介して前記被測定面からの反射光束を分割して行うことを特徴とする請求項９〜１５のいずれかに記載の光学系の偏心量測定方法。
- 光学素子の単体又は組合せからなる光学系の被測定面に光源からの出射光束を投影光学系を介して投影し、前記被測定面からの反射光束による像を前記投影光学系を経た後に像位置検出手段に結像させ、前記像位置検出手段を介して前記被測定面からの反射光束による像の位置を検出し、検出した像の位置に基づいて前記被測定面の偏心量を測定する光学系の偏心量測定方法において、
前記被測定面からの反射光束を前記投影光学系を介して平行光束とし、
前記投影光学系を経た後の前記平行光束の波面の歪みを波面検出手段を介して検出し、
前記波面検出手段により検出された前記波面の歪みを波面補正手段を介して補正し、
前記波面の歪みが補正された後に、前記平行光束を結像させ、
結像した像の位置を前記像位置検出手段を介して検出することを特徴とする光学系の偏心量測定方法。 - 光学素子の単体又は組合せからなる光学系の被測定面に光源からの出射光束を投影光学系を介して投影し、前記被測定面からの反射光束による像を前記投影光学系を経た後に像位置検出手段に結像させ、前記像位置検出手段を介して前記被測定面からの反射光束による像の位置を検出し、検出した像の位置に基づいて前記被測定面の偏心量を測定する光学系の偏心量測定方法において、
前記被測定面からの反射光束を光束分割手段を介して分割し、
分割された第１の光束の波面の歪みを波面検出手段を介して検出し、
分割された第２の光束の波面の歪みを前記波面検出手段の検出結果に基づいて波面補正手段を介して補正し、
前記波面の歪みが補正された前記被測定面からの反射光束を結像させ、
結像した像の位置を前記像位置検出手段を介して検出することを特徴とする光学系の偏心量測定方法。
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| JP2002365316A JP2004198192A (ja) | 2002-12-17 | 2002-12-17 | 光学系の偏心量測定機及び偏心量測定方法 |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008220769A (ja) * | 2007-03-14 | 2008-09-25 | Topcon Corp | 波面収差補正装置 |
| JP2010286367A (ja) * | 2009-06-12 | 2010-12-24 | Nikon Corp | 波面形状測定装置及び波面形状測定方法 |
| WO2012160936A1 (en) | 2011-05-23 | 2012-11-29 | Canon Kabushiki Kaisha | Wavefront measuring apparatus, wavefront measuring method, and object measuring apparatus |
-
2002
- 2002-12-17 JP JP2002365316A patent/JP2004198192A/ja not_active Withdrawn
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