JP4709642B2 - 波面収差測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、被検レンズの光軸上と光軸外とにおける波面収差を測定する波面収差測定装置に関する。

被検レンズを評価するのに透過波面収差を指標とすることは、非常に有用な方法である。通常、被検レンズの光軸上の透過波面収差を測定することは、広く行われている。図６は被検レンズの光軸上の透過波面収差を測定する干渉計の構成図を示す。レーザ光源１から出力されたレーザ光は、コリメータ系２によりコリメートされてビームスプリッタ３に入射し、このビームスプリッタ３により参照光と測定光とに分割される。参照光は、参照平面ミラー４により反射し、再びビームスプリッタ３に入射する。測定光は、被検レンズ５を通過して凹面鏡６に入射し、この凹面鏡６で反射して再び被検レンズ５を通過してビームスプリッタ３に入射する。このビームスプリッタ３に参照光と測定光とが入射することにより干渉縞が発生し、この干渉縞が撮像素子７に入射する。この撮像素子７は、干渉縞を撮像してその画像信号を出力する。

干渉縞歪み補正手段８は、撮像素子７から出力された画像信号を入力し、干渉縞画像データを歪曲収差値記憶手段９に記憶されている歪曲収差値に基づいて補正する。演算装置１０は、干渉縞歪み補正手段８により補正された干渉縞画像データから被検レンズ５の光軸上の透過波面収差を演算して求めて表示部１１に表示する。なお、歪曲収差値記憶手段９及び演算装置１０には、入力手段１２が接続されている。

被検体の表面状態を検査する干渉計の技術が特許文献１に開示されている。この特許文献１は、レーザ光源からの出射光をコリメータレンズを介して基準部材に入射し、この基準部材の基準面で一部を反射させ、又基準部材の透過光を被検体に反射させて、両反射光の波面間に生じる干渉縞を観察することにより被検体を検査することを開示する。
特許第３４２７４９９号公報

被検レンズを使用する場合、被検レンズの光軸上に測定光を通過させるのに限らず、被検レンズの光軸外に測定光を通過させ使用することが多い。このような実情から被検レンズの光軸外の透過波面収差を測定することは重要なことである。しかしながら、特許文献１等の技術は、被検レンズの光軸外の透過波面収差を測定することはできない。

本発明の目的は、被検レンズの光軸外の透過波面収差を測定することができる波面収差測定装置を提供することにある。

本発明の主要な局面に係る波面収差測定装置は、平行光を第１の光束と第２の光束とに分岐し、第１の光束を参照光学系に導いて参照光束とし、第２の光束を被検レンズに入射し、被検レンズを介して球面ミラーで反射させ、再び被検レンズを介した第２の光束を測定光束とし、参照光と測定光と重ねて生じる干渉縞に基づいて被検レンズの波面収差を測定する波面収差測定装置において、被検レンズの瞳位置を中心とした、被検レンズの光軸及び第２の光束がなす相対角度を変更させる傾斜機構と、測定光を被検レンズの光軸上に通過させた場合と被検レンズの光軸外に通過させた場合とにおける、それぞれ被検レンズを介した測定光の各スポット像を取得し、これらスポット像から求められる被検レンズの集光位置のずれに基づいて測定光を被検レンズの光軸外に通過させた場合に被検レンズに往復する測定光の通過位置を制御する光軸外制御部とを具備する。

本発明によれば、被検レンズの光軸外の透過波面収差を測定することができる波面収差測定装置を提供できる。

以下、本発明の第１の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は波面収差測定装置の構成図を示す。フレーム２１は、下部フレーム部２１ａと、支柱部２１ｂと、上部フレーム部２１ｃとを一体的に形成している。上部フレーム部２１ｃの下面には、傾斜フレーム２２が被検レンズ２４の光軸及び瞳位置の交点（以後、瞳位置Ｒと称する）を中心に矢印Ａ方向に回動可能に設けられている。この傾斜フレーム２２内の上部には、被検レンズ回転部としての回転レボルバ２３が設けられている。この回転レボルバ２３には、被検レンズ２４が取り付けられている。回転レボルバ２３は、被検レンズ２４の光軸Ｐを中心として被検レンズ２４を回転させる。傾斜フレーム２２内の下部には、移動機構としてのＸＹＺステージ２５が設けられている。このＸＹＺステージ２５の上面には、凹面鏡である球面ミラー２６が設けられている。この球面ミラー２６の曲率中心は、被検レンズ２４の焦点位置に一致するように設けられる。ＸＹＺステージ２５は、球面ミラー２６をＸＹＺ方向に移動させる。これにより、ＸＹＺステージ２５は、アライメント調整として球面ミラー２６の曲率中心を被検レンズ２４の集光点に一致させる。なお、上部フレーム部２１ｃには、被検レンズ２４の光軸Ｐ方向に沿って光通過用の孔２１ｄが設けられている。

傾斜機構としての傾斜駆動装置２７が下部フレーム部２１ａ上に設けられている。この傾斜駆動装置２７は、傾斜フレーム２２を上部フレーム部２１ｃに対して被検レンズ２４の瞳位置Ｒを中心として傾斜させる。この傾斜駆動装置２７は、例えば矢印Ｃ方向に伸縮する伸縮アーム２７ａを備える。この傾斜駆動装置２７は、伸縮アーム２７ａの先端を傾斜フレーム２２の側面に当接し、矢印Ｃ方向に伸縮することにより傾斜フレーム２２を被検レンズ２４の瞳位置Ｒを中心として傾斜させる。この傾斜駆動装置２７は、例えば手動ハンドルを備え、この手動ハンドルの回転操作等により伸縮アーム２７ａを伸縮する。

レーザ光源２８は、所定の波長のレーザ光を出力する。このレーザ光源２８のレーザ出射端には、光ファイバー２９の一端が接続され、レーザ光源２８から出力されたレーザ光が光ファイバー２９により導かれる。光ファイバー２９の他端に対応してコリメータレンズ３０が設けられている。このコリメータレンズ３０は、光ファイバー２９の他端から出射されたレーザ光をコリメート光に変換する。このコリメート光は、ビームスプリッタ３１に入射する。

このビームスプリッタ３１は、上部フレーム部２１ｃの上面に設けられている。このビームスプリッタ３１は、コリメート光を参照光Ｓと測定光Ｍとに分割する。ビームスプリッタ３１から出射される参照光Ｓの光路上には、参照ミラー３２が設けられている。この参照ミラー３２は、ビームスプリッタ３１からの参照光Ｓを同一光路上に反射する。この参照ミラー３２の裏面には、アクチュエータとして例えば圧電素子（ＰＺＴ）３３が設けられている。このＰＺＴ３３は、印加電圧の変化に応じて参照ミラー３２を参照光Ｓの光軸方向に微小変位させる。しかるに、ビームスプリッタ３１により分割された参照光Ｓは、参照ミラー３２で反射して再びビームスプリッタ３１に入射する。ビームスプリッタ３１により分割された測定光Ｍは、被検レンズ２４を透過して球面ミラー２６に入射し、この球面ミラー２６で反射して再び被検レンズ２４を透過し、ビームスプリッタ３１に入射する。これにより、被検レンズ２４を往復した測定光Ｍと参照光Ｓとにより干渉縞が生じる。

測定用鏡筒３４がビームスプリッタ３１の上部に設けられている。この測定用鏡筒３４内には、各リレーレンズ３５、３６が設けられている。測定用鏡筒３４の端部には、撮像素子としての第１のＣＣＤカメラ３７が設けられている。この第１のＣＣＤカメラ３７は、その撮像面が被検レンズ２４の瞳位置Ｒと共役な位置に配置されている。この第１のＣＣＤカメラ３７は、被検レンズ２４の収差を反映した瞳の干渉縞画像を撮像し、第１の画像信号を出力する。

測定用鏡筒３４内には、ハーフミラー３８が設けられている。このハーフミラー３８の反射光軸上には、撮像素子としての第２のＣＣＤカメラ３９が設けられている。この第２のＣＣＤカメラ３９は、その撮像面が被検レンズ２４の焦点面と共役な位置に配置されている。この第２のＣＣＤカメラ３９は、被検レンズ２４の焦点面の像、例えば参照光Ｓを遮光したときの測定光Ｍの被検レンズ２４の焦点面における像すなわちスポット像を撮像し、第２の画像信号を出力する。この第２のＣＣＤカメラ３９は、例えばＰＳＤ（ポジションセンシングディテクタ）等の２次元位置検出素子や他の受光手段であってもよい。
遮光部としのシャッター４０がビームスプリッタ３１と参照ミラー３２との間の光路上に設けられている。このシャッター４０は、第２のＣＣＤカメラ３９への参照光の入射を遮光する。

コンピュータ４１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポートなどから成り、例えばＲＯＭに記憶されている波面収差プログラムを実行することにより、ＰＺＴ３３と、シャッター４０と、傾斜駆動装置２７とにそれぞれ各種指令を発すると共に、第１のＣＣＤカメラ３７と第２のＣＣＤカメラ３９とからの第１と第２の画像信号を入力し、被検レンズ２４の光軸Ｐ上の波面収差を測定する被検レンズ２４の光軸上測定モードと、被検レンズ２４の光軸Ｐ外の複数の測定ポイントの波面収差を測定する被検レンズ２４の光軸外測定モードとを有する。

具体的にコンピュータ４１は、波面収差プログラムを実行することにより干渉縞画像取込部４２と、干渉縞解析部４３と、スポット画像取込部４４と、測定光位置制御部４５とを有する。このうち干渉縞画像取込部４２は、ＰＺＴ３３に対して微小変位駆動指令を発した参照ミラー３２の位置を参照光Ｓの光軸方向に所定間隔毎に微小変位させ、このときの第１のＣＣＤカメラ３７からの第１の画像信号を入力し、参照ミラー３２の微小変位毎に生じるそれぞれ位相の異なる複数の干渉縞画像データを取得して例えばＲＡＭに記憶する。

干渉縞解析部４３は、例えばＲＡＭに記憶された複数の干渉縞画像データに基づいて被検レンズ２４の波面収差解析を行う。
スポット画像取込部４４は、シャッター４０により参照光Ｓを遮光した状態で、第２のＣＣＤカメラ３９からの第２の画像信号を入力し、被検レンズ２４の焦点面における測定光Ｍのスポット画像データを取得して例えばＲＡＭに記憶する。このＲＡＭには、測定光Ｍが被検レンズ２４の光軸Ｐ上を透過したときの第１のスポット画像データと、傾斜フレーム２２を傾斜駆動装置２７により傾斜させ、測定光Ｍが被検レンズ２４の光軸Ｐ外を透過したときの第２のスポット画像データとが記憶される。

測定光位置制御部４５は、被検レンズ２４の光軸外測定モード時に、傾斜駆動装置２７に対して傾斜駆動指令を発して傾斜駆動装置２７を傾斜駆動し、傾斜フレーム２２を傾斜することによって被検レンズ２４の光軸Ｐを測定光Ｍの光軸に対して傾斜させる。

測定光位置制御部４５は、被検レンズ２４の光軸外測定モード時に、ＲＡＭに記憶されている第１のスポット画像データと第２のスポット画像データとを読み取り、これらスポット画像データから測定光Ｍが被検レンズ２４の光軸Ｐ上を透過したときと光軸Ｐ外を透過したときとの被検レンズ２４の集光位置のずれ（ΔＸ，ΔＹ）を求める。なお、被検レンズ２４の集光位置は、スポット画像データ上のスポットの座標として求められ、このうち測定光Ｍが被検レンズ２４の光軸Ｐ上を通過したときのスポットの座標は、例えばスポット初期座標（Ｘｃ，Ｙｃ）として求められる。測定光位置制御部４５は、集光位置のずれを補正するようにＸＹＺステージ２５を駆動制御し、球面ミラー２６をＸＹＺ方向に移動させる。

測定光位置制御部４５は、傾斜駆動装置２７の駆動による被検レンズ２４の傾斜又は回転レボルバ２３による被検レンズ２４の回転のうちいずれか一方又は両方を行っている間に、測定光Ｍが被検レンズ２４の光軸Ｐ上を透過したときと光軸Ｐ外を透過したときとの被検レンズ２４の集光位置のずれを補正するようにＸＹＺステージ２５を駆動制御し、球面ミラー２６の位置をＸＹＺ方向に移動して自動的に追尾させる。

次に、上記の如く構成された装置による被検レンズ２４の波面収差測定について説明する。
レーザ光源２８は、所定の波長のレーザ光を出力する。このレーザ光は、光ファイバー２９により導かれて他端から出射される。この光ファイバー２９の他端から出射されたレーザ光は、コリメータレンズ３０によりコリメート光に変換されてビームスプリッタ３１に入射する。

このビームスプリッタ３１は、コリメート光を参照光Ｓと測定光Ｍとに分割され、参照光Ｓは、参照ミラー３２側に向かい、測定光Ｍは、被検レンズ２４側に向かう。このとき、シャッター４０が開放していると、参照光Ｓは、参照ミラー３２で反射し、再びビームスプリッタ３１に入射する。一方、測定光Ｍは、光通過用の孔２１ｄを通って被検レンズ２４に入射し、この被検レンズ２４を透過して当該被検レンズ２４の焦点面に集光し、さらに発散しながら球面ミラー２６に向かう。

この状態で、球面ミラー２６の曲率中心を被検レンズ２４の集光点に一致させる被検レンズ２４の光軸Ｐ上のアライメント調整が行われる。この被検レンズ２４の光軸Ｐ上のアライメント調整は、例えば測定者が球面ミラー２６をＸＹＺステージ２５を図示しない指示手段によって駆動制御し、ＸＹＺ方向に移動させることにより行われる。このアライメント調整は、波面収差測定の前に事前に行ってもよい。

アライメントが完了すると、球面ミラー２６で反射した測定光Ｍは、入射したときの光路と同一の光路を戻り、再び被検レンズ２４を透過し、コリメート光となってビームスプリッタ３１に入射する。ここで、被検レンズ２４が収差を持っている場合、測定光Ｍは、被検レンズ２４に対して２度透過するため、ビームスプリッタ３１に入射するコリメート光は、被検レンズ２４の収差の２倍の収差を持つことになる。

参照光Ｓと被検レンズ２４の収差の影響を受けた測定光Ｍとがビームスプリッタ３１に入射すると、これら参照光Ｓと測定光Ｍとがビームスプリッタ３１において合成され、干渉縞が生じる。この干渉縞は、ハーフミラー３８を透過して第１のＣＣＤカメラ３７に向かうと共に、ハーフミラー３８で反射して第２のＣＣＤカメラ３９に向かう。
第１のＣＣＤカメラ３７は、被検レンズ２４の瞳位置Ｒと共役な位置に配置されているので、被検レンズ２４の収差を反映した瞳の干渉縞画像を撮像し、第１の画像信号を出力する。

コンピュータ４１は、被検レンズ２４の光軸上測定モードにある。干渉縞画像取込部４２は、第１のＣＣＤカメラ３７からの第１の画像信号を入力し、干渉縞画像データを取得して例えばＲＡＭに記憶する。この干渉縞画像取込部４２は、ＰＺＴ３３に対して微小変位駆動指令を発し、参照ミラー３２の位置を参照光Ｓの光軸方向に所定間隔毎に微小変位させる。この参照ミラー３２が微小変位する毎にそれぞれ位相の異なる各干渉縞画像が生じる。これら干渉縞画像は、それぞれ参照ミラー３２が微小変位する毎に第１のＣＣＤカメラ３７により撮像される。干渉縞画像取込部４２は、第１のＣＣＤカメラ３７からの第１の画像信号を入力し、参照ミラー３２の微小変位毎に生じるそれぞれ位相の異なる複数の干渉縞画像を取得して例えばＲＡＭに記憶する。

干渉縞解析部４３は、例えばＲＡＭに記憶された複数の干渉縞画像データを読み取り、例えばフリンジスキャン法と呼ばれる干渉縞解析法や、その他公知の干渉縞解析法等によって被検レンズ２４の光軸Ｐ上の１点の波面収差解析を行う。
第２のＣＣＤカメラ３９の撮像エリアには、当該撮像エリアの略中央付近にスポット像が結像される。このスポット像は、実際には２つあり、１つは被検レンズ２４を往復した測定光Ｍによるスポット像と、もう１つは参照光Ｓのスポット像である。干渉縞がほぼヌルに近い状態であれば、２つのスポット像は、殆ど重なった状態になっている。

次に、コンピュータ４１は、被検レンズ２４の光軸外測定モードに移る。
スポット画像取込部４４は、シャッター４０に対して遮光指令を発する。シャッター４０は、ビームスプリッタ３１から参照ミラー３２への参照光Ｓを遮光する。これにより、ビームスプリッタ３１への参照光Ｓの入射が遮光される。従って、測定光Ｍは、被検レンズ２４の光軸Ｐ上を往復し、被検レンズ２４の収差の影響を受けた測定光Ｍのみがビームスプリッタ３１を透過し、ハーフミラー３８を透過して第１のＣＣＤカメラ３７に向かうと共に、ハーフミラー３８で反射して第２のＣＣＤカメラ３９に向かう。

第２のＣＣＤカメラ３９は、被検レンズ２４の焦点面と共役な位置に配置されているので、被検レンズ２４の焦点面における測定光Ｍのスポット像を撮像し、第２の画像信号を出力する。
スポット画像取込部４４は、第２のＣＣＤカメラ３９からの第２の画像信号を入力し、被検レンズ２４の焦点面における測定光Ｍのスポット画像データを取得して例えばＲＡＭに記憶する。

測定光位置制御部４５は、ＲＡＭに記憶された測定光Ｍのスポット画像データを読み取り、測定光Ｍが被検レンズ２４の光軸Ｐ上を通過したときのスポットの座標を例えばスポット初期座標（Ｘｃ，Ｙｃ）として求める。
次に、測定者によって傾斜駆動装置２７の手動ハンドルが回転操作される。この傾斜駆動装置２７は、手動ハンドルの回転操作により伸縮アーム２７ａを矢印Ｃ方向に伸縮する。これにより、伸縮アーム２７ａの先端が傾斜フレーム２２の側面に当接し、傾斜フレーム２２を被検レンズ２４の瞳位置Ｒを中心として傾斜させる。

図２は被検レンズ２４の光軸上測定モードにおける被検レンズ２４を傾斜させたときの測定光Ｍとの関係を示し、図３は被検レンズ２４の光軸外測定モードにおける被検レンズ２４を傾斜させたときの測定光Ｍとの関係を示す。図３に示すように傾斜フレーム２２は、測定光Ｍの光軸に対して例えば角度α傾斜している。これに応じて被検レンズ２４も測定光Ｍの光軸に対して角度α傾斜している。被検レンズ２４が角度α傾斜すると、被検レンズ２４の焦点距離ｆに応じて測定光Ｍの集光位置は、Ｘ方向に例えばΔＸずれる。なお、ずれΔＸは、ΔＸ＝ｆ×sinαにより求められる。
すなわち、被検レンズ２４が角度α傾斜したことにより被検レンズ２４の集光位置と球面ミラー２６の曲率中心とがΔＸずれる。これにより、第２のＣＣＤカメラ３９の撮像面上で測定光Ｍのスポットは、Ｘ方向においてスポット初期座標ＸｃからΔＸだけずれを生じる。なお、Ｙ方向においても同様に、スポット初期座標ＹｃからΔＹだけずれを生じる。従って、球面ミラー２６をＸＹ方向に移動させて、集光位置のずれ（ΔＸ，ΔＹ）がゼロになるように、第２のＣＣＤカメラ３９の撮像面上に集光されるスポットのＸＹ座標を、スポット初期座標である（Ｘｃ，Ｙｃ）と一致させれば、被検レンズ２４と球面ミラー２６とは、正確にアライメントされた状態になる。

しかるに、被検レンズ２４の光軸外測定モード時において、測定者が手動操作により瞳位置Ｒを中心として被検レンズ２４を傾斜させると、測定光位置制御部４５は、ＲＡＭに記憶されている第１のスポット画像データと第２のスポット画像データとを読み取る。次に、測定光位置制御部４５は、第１と第２のスポット画像データから測定光Ｍが被検レンズ２４の光軸Ｐ上を透過したときと光軸Ｐ外を透過したときとの被検レンズ２４の集光位置のずれ、すなわちスポット初期座標（Ｘｃ，Ｙｃ）からのずれ（ΔＸ，ΔＹ）を求める。次に、測定光位置制御部４５は、スポット初期座標（Ｘｃ，Ｙｃ）からのずれ（ΔＸ，ΔＹ）を補正するようにＸＹＺステージ２５を駆動制御し、球面ミラー２６をＸＹＺ方向に移動させる。

この場合、測定光位置制御部４５は、傾斜駆動装置２７の駆動による被検レンズ２４の傾斜又は回転レボルバ２３による被検レンズ２４の回転のうちいずれか一方又は両方を行っている間に、スポット初期座標（Ｘｃ，Ｙｃ）に対するずれ（ΔＸ，ΔＹ）を補正するように常にＸＹＺステージ２５を駆動制御し、球面ミラー２６の位置をＸＹＺ方向に移動して自動的に追尾する。
この結果、被検レンズ２４の光軸外測定モードにおいて、被検レンズ２４を角度αに傾斜したときの被検レンズ２４の集光位置と球面ミラー２６の曲率中心とが正確にアライメントされる。

このようにアライメントされると、上記同様に、干渉縞画像取込部４２は、第１のＣＣＤカメラ３７からの第１の画像信号を入力し、干渉縞画像データを取得して例えばＲＡＭに記憶する。この干渉縞画像取込部４２は、ＰＺＴ３３に対して微小変位駆動指令を発し、参照ミラー３２の位置を参照光Ｓの光軸方向に所定間隔毎に微小変位させる。この参照ミラー３２が微小変位する毎にそれぞれ位相の異なる各干渉縞画像が生じる。

これら干渉縞画像は、それぞれ参照ミラー３２が微小変位する毎に第１のＣＣＤカメラ３７により撮像される。干渉縞画像取込部４２は、第１のＣＣＤカメラ３７からの第１の画像信号を入力し、参照ミラー３２の微小変位毎に生じるそれぞれ位相の異なる複数の干渉縞画像を取得して例えばＲＡＭに記憶する。干渉縞解析部４３は、例えばＲＡＭに記憶された複数の干渉縞画像データを読み取り、前述の干渉縞解析法によって被検レンズ２４の光軸Ｐ外上の１点の波面収差解析を行う。
これ以降、測定者の手動操作により被検レンズ２４の傾斜角度α又は回転レボルバ２３を回転させることにより、被検レンズ２４の光軸Ｐ外上の他の１点での波面収差解析が例えば複数箇所行われる。

このように上記第１の実施の形態によれば、被検レンズ２４の瞳位置Ｒを中心として傾斜させて測定光Ｍを被検レンズ２４の光軸Ｐ外に透過させて波面収差解析を行う場合、測定光Ｍを被検レンズ２４の光軸Ｐ上に通過させた場合と被検レンズ２４の光軸Ｐ外に通過させた場合との被検レンズ２４の集光位置のずれ（ΔＸ，ΔＹ）を求め、この被検レンズ２４の集光位置のずれ（ΔＸ，ΔＹ）を補正するように被検レンズ２４を搭載するＸＹＺステージ２５を移動制御する。これにより、被検レンズ２４の光軸Ｐ上の透過波面収差の測定だけでなく、被検レンズ２４の透過波面収差を測定する上に重要な被検レンズ２４の光軸Ｐ外における透過波面収差を効率よく測定できる。

被検レンズ２４の傾斜又は回転レボルバ２３による被検レンズ２４の回転のうちいずれか一方又は両方を行っている間に、測定光Ｍが被検レンズ２４の光軸Ｐ上を透過したときと光軸Ｐ外を透過したときとの被検レンズ２４の集光位置のずれ（ΔＸ，ΔＹ）を補正するようにＸＹＺステージ２５をＸＹＺ方向に駆動制御し、球面ミラー２６の位置を自動的に追尾するので、測定者による被検レンズ２４の集光位置と球面ミラー２６の曲率中心とのアライメントの習熟度に関係なく、精度高くアライメントが行え、被検レンズ２４の光軸Ｐ外の透過波面収差の測定の再現性も向上できる。

次に、本発明の第２の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、図１と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
図４は波面収差測定装置の構成図を示す。この波面収差測定装置は、波面収差測定を自動化している。コンピュータ４１は、ＲＡＭに測定点情報記憶部５０を形成する。この測定点情報記憶部５０には、被検レンズ２４の光軸Ｐ上及び光軸Ｐ外の複数の測定点情報が予め記憶される。これら測定点情報は、例えばキーボード、マウス等の入力装置を測定者が操作して入力される。これら測定点情報は、例えば測定の順番と共に測定点情報記憶部５０に記憶される。

測定光位置制御部４５は、自動測定モードにおいて、測定点情報記憶部５０に記憶されている測定点情報を測定の順番に従って順次読み出し、各測定点情報毎にそれぞれ傾斜駆動装置２７を駆動制御して被検レンズ２４を傾斜させ、かつ各測定点情報毎に第２のＣＣＤカメラ３９により取得される各スポット画像から被検レンズ２４の光軸Ｐ上を透過したときと光軸Ｐ外を透過したときとの被検レンズ２４の集光位置のずれ、すなわちスポット初期座標（Ｘｃ，Ｙｃ）からのずれ（ΔＸ，ΔＹ）を求め、このずれ（ΔＸ，ΔＹ）を補正するようにＸＹＺステージ２５を駆動制御し、球面ミラー２６をＸＹＺ方向に移動させる。
傾斜駆動装置２７は、図示しないモータ等の駆動装置を備え、この駆動装置の駆動によって伸縮アーム２７ａを伸縮する。

次に、上記の如く構成された装置による被検レンズ２４の波面収差測定について説明する。
先ず、測定者の所望とする被検レンズ２４の光軸Ｐ上及び光軸Ｐ外の複数の測定点情報が例えばキーボード、マウス等の入力装置から操作入力される。コンピュータ４１は、入力装置から操作入力された複数の測定点情報を測定点情報記憶部５０に記憶する。

次に、被検レンズ２４の光軸Ｐ上のアライメント調整が行われる。このアライメント調整は、上記同様に、例えば測定者が球面ミラー２６の曲率中心を被検レンズ２４の集光点に一致させるようにＸＹＺステージ２５を図示しない指示手段によって駆動制御し、球面ミラー２６をＸＹＺ方向に移動させることにより行われる。このアライメント調整が完了すると、この旨が測定者によってコンピュータ４１に入力される。

コンピュータ４１は、自動測定モードに入る。すなわち、スポット画像取込部４４は、シャッター４０に対して遮光指令を発する。シャッター４０は、ビームスプリッタ３１から参照ミラー３２への参照光Ｓを遮光する。これにより、測定光Ｍは、被検レンズ２４の光軸Ｐ上を往復し、被検レンズ２４の収差の影響を受けた測定光Ｍのみがビームスプリッタ３１を透過し、ハーフミラー３８を透過して第１のＣＣＤカメラ３７に向かうと共に、ハーフミラー３８で反射して第２のＣＣＤカメラ３９に向かう。このうち第２のＣＣＤカメラ３９は、被検レンズ２４の焦点面における測定光Ｍのスポット像を撮像し、第２の画像信号を出力する。スポット画像取込部４４は、第２のＣＣＤカメラ３９からの第２の画像信号を入力し、被検レンズ２４の焦点面における測定光Ｍのスポット画像データを取得して例えばＲＡＭに記憶する。

測定光位置制御部４５は、ＲＡＭに記憶された測定光Ｍのスポット画像データを読み取り、測定光Ｍが被検レンズ２４の光軸Ｐ上を通過したときのスポットの座標を例えばスポット初期座標（Ｘｃ，Ｙｃ）として求める。
次に、測定光位置制御部４５は、測定点情報記憶部５０に記憶されている第１番目の測定順序の測定点情報を読み出し、当該測定点情報に従って傾斜駆動装置２７を駆動制御する。これにより、傾斜駆動装置２７は、図示しないモータ等の駆動装置の駆動により伸縮アーム２７ａを矢印Ｃ方向に伸縮し、傾斜フレーム２２を被検レンズ２４の瞳位置Ｒを中心として傾斜させる。

第２のＣＣＤカメラ３９は、被検レンズ２４の焦点面における測定光Ｍのスポット像を撮像し、その第２の画像信号を出力する。スポット画像取込部４４は、第２のＣＣＤカメラ３９からの第２の画像信号を入力し、被検レンズ２４の焦点面における測定光Ｍの第２のスポット画像データとしてＲＡＭに記憶する。

測定光位置制御部４５は、ＲＡＭに記憶されている測定光Ｍが被検レンズ２４の光軸Ｐ上を透過したときの第１のスポット画像データと、傾斜フレーム２２を傾斜駆動装置２７により傾斜したときの測定光Ｍが被検レンズ２４の光軸Ｐ外を透過したときの第２のスポット画像データとから被検レンズ２４の集光位置のずれ、すなわちスポット初期座標（Ｘｃ，Ｙｃ）からのずれ（ΔＸ，ΔＹ）を求める。測定光位置制御部４５は、スポット初期座標（Ｘｃ，Ｙｃ）からのずれ（ΔＸ，ΔＹ）を補正するようにＸＹＺステージ２５を駆動制御し、球面ミラー２６をＸＹＺ方向に移動させる。
この場合、測定光位置制御部４５は、傾斜駆動装置２７の駆動による被検レンズ２４の傾斜又は回転レボルバ２３による被検レンズ２４の回転のうちいずれか一方又は両方を行っている間に、測定光Ｍが被検レンズ２４の光軸Ｐ上を透過したときと光軸Ｐ外を透過したときとの被検レンズ２４の集光位置のずれ（ΔＸ，ΔＹ）を補正するようにＸＹＺステージ２５を駆動制御し、球面ミラー２６の位置をＸＹＺ方向に自動的に追尾する。

この結果、被検レンズ２４を角度αに傾斜したときの被検レンズ２４の集光位置と球面ミラー２６の曲率中心とが正確にアライメントされる。このようにアライメントされると、上記同様に、干渉縞画像取込部４２は、第１のＣＣＤカメラ３７からの第１の画像信号を入力し、干渉縞画像データを取得して例えばＲＡＭに記憶する。この干渉縞画像取込部４２は、ＰＺＴ３３に対して微小変位駆動指令を発し、参照ミラー３２の位置を参照光Ｓの光軸方向に所定間隔毎に微小変位させ、それぞれ位相の異なる複数の干渉縞画像を取得して例えばＲＡＭに記憶する。干渉縞解析部４３は、例えばＲＡＭに記憶された複数の干渉縞画像データを読み取り、例えばフリンジスキャン法と呼ばれる干渉縞解析法によって第１番目の測定順序の測定点情報における被検レンズ２４の光軸Ｐ外上の１点の波面収差解析を行う。

これ以降、測定光位置制御部４５は、測定点情報記憶部５０に記憶されている第２番目、第３番目、第４番目、…、第ｍ番目の各測定点情報を順次読み出し、これら測定点情報に従って傾斜駆動装置２７を駆動制御する。これにより、被検レンズ２４は、第２番目、第３番目、第４番目、…、第ｍ番目の各測定点情報毎にそれぞれ瞳位置Ｒを中心として傾斜する。干渉縞解析部４３は、第２番目、第３番目、第４番目、…、第ｍ番目の各測定点情報毎に例えばフリンジスキャン法と呼ばれる干渉縞解析法や、その他公知の干渉縞解析法によって被検レンズ２４の光軸Ｐ外上の複数点の波面収差解析を行う。

このように上記第２の実施の形態によれば、被検レンズ２４の光軸Ｐ上及び光軸Ｐ外の複数の測定点情報を予め測定点情報記憶部５０に記憶し、この測定点情報記憶部５０に記憶されている測定点情報を測定の順番に従って自動測定モードにおいて、測定光Ｍを被検レンズ２４の光軸Ｐ上に通過させた場合と被検レンズ２４の光軸Ｐ外に通過させた場合との被検レンズ２４の集光位置のずれ（ΔＸ，ΔＹ）を求め、この被検レンズ２４の集光位置のずれ（ΔＸ，ΔＹ）を補正するように被検レンズ２４を搭載するＸＹＺステージ２５を駆動制御する。これにより、上記第１の実施の形態の効果に加えて、被検レンズ２４の光軸Ｐ上の透過波面収差と、被検レンズ２４の透過波面収差を測定する上に重要な被検レンズ２４の光軸Ｐ外における透過波面収差とを自動的にかつ効率よく測定できる。

次に、本発明の第３の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、図１と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
図５は波面収差測定装置の構成図を示す。この波面収差測定装置は、第２のＣＣＤカメラ３９の代わりにレンズ挿脱装置５１を設けている。このレンズ挿脱装置５１は、レンズ系５２をビームスプリッタ３１と第１のＣＣＤカメラ３７との間の光路上で挿脱可能に保持する。レンズ系５２は、ビームスプリッタ３１と第１のＣＣＤカメラ３７との間の光路上に挿入されることにより、第１のＣＣＤカメラ３７の撮像位置を被検レンズ２４の瞳位置Ｒから被検レンズ２４の焦点に変える。すなわち、レンズ系５２をビームスプリッタ３１と第１のＣＣＤカメラ３７との間の光路上に挿入すると、第１のＣＣＤカメラ３７の撮像面は、被検レンズ２４の瞳位置Ｒと共役となる。レンズ系５２をビームスプリッタ３１と第１のＣＣＤカメラ３７との間の光路上から外すと、第１のＣＣＤカメラ３７の撮像面は、被検レンズ２４の焦点面と共役となる。

次に、上記の如く構成された装置による被検レンズ２４の波面収差測定について説明する。
コンピュータ４１は、レンズ挿脱装置５１に対して第１のＣＣＤカメラ３７の撮像位置を被検レンズ２４の焦点面に変える指令を発する。レンズ挿脱装置５１は、レンズ系５２をビームスプリッタ３１と第１のＣＣＤカメラ３７との間の光路上から外す。これにより、第１のＣＣＤカメラ３７は、被検レンズ２４の焦点面と共役となる。

シャッター４０によりビームスプリッタ３１から参照ミラー３２への参照光Ｓが遮光されると、測定光Ｍは、被検レンズ２４の光軸Ｐ上を往復し、被検レンズ２４の収差の影響を受けた測定光Ｍのみがビームスプリッタ３１を透過し、ハーフミラー３８を透過して第１のＣＣＤカメラ３７に向かう。第１のＣＣＤカメラ３７は、被検レンズ２４の焦点面における測定光Ｍのスポット像を撮像し、第１の画像信号を出力する。スポット画像取込部４４は、第１のＣＣＤカメラ３７からの第１の画像信号を入力し、被検レンズ２４の焦点面における測定光Ｍのスポット画像データを取得して例えばＲＡＭに記憶する。

測定光位置制御部４５は、ＲＡＭに記憶された測定光Ｍのスポット画像データを読み取り、測定光Ｍが被検レンズ２４の光軸Ｐ上を通過したときのスポットの座標を例えばスポット初期座標（Ｘｃ，Ｙｃ）として求める。
この状態で、測定者によって傾斜駆動装置２７の手動ハンドルが回転操作される。この傾斜駆動装置２７は、手動ハンドルの回転操作により伸縮アーム２７ａを矢印Ｃ方向に伸縮する。これにより、伸縮アーム２７ａの先端が傾斜フレーム２２の側面に当接し、傾斜フレーム２２を被検レンズ２４の瞳位置Ｒを中心として傾斜させる。

又は、測定光位置制御部４５は、測定点情報記憶部５０に記憶されている第１番目の測定順序の測定点情報を読み出し、当該測定点情報に従って傾斜駆動装置２７を駆動制御する。これにより、傾斜駆動装置２７は、図示しないモータ等の駆動装置の駆動により、伸縮アーム２７ａを矢印Ｃ方向に伸縮し、傾斜フレーム２２を被検レンズ２４の瞳位置Ｒを中心として傾斜させる。

第１のＣＣＤカメラ３７は、被検レンズ２４の焦点面における測定光Ｍのスポット像を撮像し、その第２の画像信号を出力する。スポット画像取込部４４は、第２のＣＣＤカメラ３９からの第２の画像信号を入力し、被検レンズ２４の焦点面における測定光Ｍの第２のスポット画像データとしてＲＡＭに記憶する。

測定光位置制御部４５は、ＲＡＭに記憶されている測定光Ｍが被検レンズ２４の光軸Ｐ上を透過したときの第１のスポット画像データと、傾斜フレーム２２を傾斜駆動装置２７により傾斜したときの測定光Ｍが被検レンズ２４の光軸Ｐ外を透過したときの第２のスポット画像データとから被検レンズ２４の集光位置のずれ、すなわちスポット初期座標（Ｘｃ，Ｙｃ）からのずれ（ΔＸ，ΔＹ）を求める。測定光位置制御部４５は、スポット初期座標（Ｘｃ，Ｙｃ）からのずれ（ΔＸ，ΔＹ）を補正するようにＸＹＺステージ２５を駆動制御し、球面ミラー２６をＸＹＺ方向に移動させる。
この場合、測定光位置制御部４５は、傾斜駆動装置２７の駆動による被検レンズ２４の傾斜又は回転レボルバ２３による被検レンズ２４の回転のうちいずれか一方又は両方を行っている間に、スポット初期座標（Ｘｃ，Ｙｃ）に対するずれ（ΔＸ，ΔＹ）を補正するようにＸＹＺステージ２５を駆動制御し、球面ミラー２６の位置をＸＹＺ方向に移動して自動的に追尾する。

この結果、被検レンズ２４を角度αに傾斜したときの被検レンズ２４の集光位置と球面ミラー２６の曲率中心とが正確にアライメントされる。このようにアライメントされると、コンピュータ４１は、レンズ挿脱装置５１に対して第１のＣＣＤカメラ３７の撮像位置を被検レンズ２４の瞳位置Ｒに変える指令を発する。これにより、レンズ挿脱装置５１は、レンズ系５２をビームスプリッタ３１と第１のＣＣＤカメラ３７との間の光路上に挿入させる。これにより、第１のＣＣＤカメラ３７の撮像面は、被検レンズ２４の瞳位置Ｒと共役となる。
第１のＣＣＤカメラ３７は、被検レンズ２４の瞳位置Ｒ上における被検レンズ２４の収差を反映した瞳の干渉縞画像を撮像し、第１の画像信号を出力する。

干渉縞画像取込部４２は、第１のＣＣＤカメラ３７からの第１の画像信号を入力し、干渉縞画像データを取得して例えばＲＡＭに記憶する。この干渉縞画像取込部４２は、ＰＺＴ３３に対して微小変位駆動指令を発し、参照ミラー３２の位置を参照光Ｓの光軸方向に所定間隔毎に微小変位させ、それぞれ位相の異なる複数の干渉縞画像を取得して例えばＲＡＭに記憶する。干渉縞解析部４３は、例えばＲＡＭに記憶された複数の干渉縞画像データを読み取り、第１番目の測定順序の測定点情報における被検レンズ２４の光軸Ｐ外上の１点の波面収差解析を行う。

これ以降、測定者の手動操作により被検レンズ２４の傾斜角度α又は回転レボルバ２３を回転させることにより、被検レンズ２４の光軸Ｐ外上の他の１点の波面収差解析が例えば複数箇所行われる。

又は、自動測定モードにおいて、測定光位置制御部４５は、測定点情報記憶部５０に記憶されている第２番目、第３番目、第４番目、…、第ｍ番目の各測定点情報を順次読み出し、これら測定点情報に従って傾斜駆動装置２７を駆動制御する。これにより、被検レンズ２４は、第２番目、第３番目、第４番目、…、第ｍ番目の各測定点情報毎にそれぞれ瞳位置Ｒを中心として傾斜する。干渉縞解析部４３は、第２番目、第３番目、第４番目、…、第ｍ番目の各測定点情報毎に被検レンズ２４の光軸Ｐ外上の１点の波面収差解析を行う。

このように上記第３の実施の形態によれば、レンズ挿脱装置５１によってレンズ系５２をビームスプリッタ３１と第１のＣＣＤカメラ３７との間の光路上に挿入することにより第１のＣＣＤカメラ３７の撮像面を被検レンズ２４の瞳位置Ｒと共役とし、レンズ系５２をビームスプリッタ３１と第１のＣＣＤカメラ３７との間の光路上から外すことにより第１のＣＣＤカメラ３７の撮像面を被検レンズ２４の焦点面と共役とする。これにより、第１のＣＣＤカメラ３７は、被検レンズ２４の焦点面における測定光Ｍのスポット像の撮像と、被検レンズ２４の収差を反映した瞳の干渉縞画像の撮像とを行うものとなり、上記第１及び第２の実施の形態における第２のＣＣＤカメラ３９の撮像を兼ねるものとなる。この結果、第１のＣＣＤカメラ３７の１台のみ撮像素子を設けるだけでよい。

上記各実施の形態は、被検レンズ２４、球面ミラー２６及びＸＹＺステージ２５を被検レンズ２４の瞳位置Ｒを中心に一体的に回動して傾斜させる構成としているが、これに限るものでない。例えば、被検レンズ２４の瞳位置Ｒを中心に被検レンズ２４のみを回動して傾斜させる構成にしてもよい。この場合、球面ミラー２６の曲率中心が被検レンズ２４を介して集光される測定光の集光位置に一致するようにＸＹＺステージ２５を駆動制御し、球面ミラー２６の位置をＸＹＺ方向に移動させればよい。すなわち、被検レンズ２４を傾斜させた際の受光手段の撮像面上に集光されるスポットのＸＹ座標をスポット初期座標（Ｘｃ，Ｙｃ）と一致させれば、被検レンズ２４と球面ミラー２６とは正確にアライメントされる。又、被検レンズ２４、球面ミラー２６及びＸＹＺステージ２５を固定とし、被検レンズ２４に対する測定光Ｍの入射角を傾斜させるように構成してもよい。これらの場合も上述の実施の形態と同様の効果を奏することは言うまでもない。

本発明に係る波面収差測定装置の第１の実施の形態を示す構成図。 同装置により被検レンズを傾斜させたときの測定光との関係を示す図。 同装置により被検レンズを傾斜させたときの測定光との関係を示す図。 本発明に係る波面収差測定装置の第２の実施の形態を示す構成図。 本発明に係る波面収差測定装置の第３の実施の形態を示す構成図。 従来における被検レンズの光軸上における透過波面収差を測定する干渉計の構成図。

符号の説明

２１：フレーム、２１ａ：下部フレーム部、２１ｂ：支柱部、２１ｃ：上部フレーム部、２１ｄ：光通過用の孔、２２：傾斜フレーム、２３：回転レボルバ、２４：被検レンズ、２５：ＸＹＺステージ、２６：球面ミラー、２７：傾斜駆動装置、２７ａ：伸縮アーム、２８：レーザ光源、２９：光ファイバー、３０：コリメータレンズ、３１：ビームスプリッタ、３２：参照ミラー、３３：圧電セラミックス（ＰＺＴ）、３４：測定用鏡筒、３５，３６：リレーレンズ、３７：第１のＣＣＤカメラ、３８：ハーフミラー、３９：第２のＣＣＤカメラ、４０：シャッター、４１：コンピュータ、４２：干渉縞画像取込部、４３：干渉縞解析部、４４：スポット画像取込部、４５：測定光位置制御部、５０：測定点情報記憶部、５１：レンズ挿脱装置、５２：レンズ系。

Claims (7)

1. 平行光を第１の光束と第２の光束とに分岐し、前記第１の光束を参照光学系に導いて参照光束とし、前記第２の光束を被検レンズに入射し、前記被検レンズを介して球面ミラーで反射させ、再び前記被検レンズを介した前記第２の光束を測定光束とし、前記参照光と前記測定光と重ねて生じる干渉縞に基づいて前記被検レンズの波面収差を測定する波面収差測定装置において、
   前記被検レンズの瞳位置を中心とした、前記被検レンズの光軸及び前記第２の光束がなす相対角度を変更させる傾斜機構と、
   前記測定光を前記被検レンズの前記光軸上に通過させた場合と前記被検レンズの前記光軸外に通過させた場合とにおける、それぞれ前記被検レンズを介した前記測定光の各スポット像を取得し、これらスポット像から求められる前記被検レンズの集光位置のずれに基づいて前記測定光を前記被検レンズの前記光軸外に通過させた場合に前記被検レンズに往復する前記測定光の通過位置を制御する光軸外制御部と、
   を具備したことを特徴とする波面収差測定装置。
2. 前記被検レンズを通過した前記測定光を反射する凹面状の球面ミラーを有し、
   前記光軸外制御部は、前記被検レンズの焦点面と共役な位置に配置され、前記スポット像を取得する撮像素子と、
   前記球面ミラーを移動させる移動機構と、
   前記撮像装素子により取得される前記各スポット像から前記被検レンズの集光位置のずれを求め、前記移動機構を駆動制御して前記球面ミラーを移動させ、前記集光位置のずれを補正する測定光位置制御部と、
   を有することを特徴とする請求項１記載の波面収差測定装置。
3. 前記被検レンズを当該被検レンズの光軸を中心に回転させる回転部を有し、
   前記測定光位置制御部は、前記傾斜機構による前記相対角度の変化及び前記回転部による前記被検レンズの回転のうち少なくとも一方が行われる間に、前記集光位置のずれを補正するように前記移動機構を駆動制御し、前記球面ミラーの位置を移動させて自動追尾することを特徴とする請求項２記載の波面収差測定装置。
4. 前記被検レンズの光軸外の複数の測定点情報を記憶する測定点情報記憶部を有し、
   前記測定光位置制御部は、前記測定点情報記憶部に記憶されている前記各測定点情報毎にそれぞれ前記傾斜機構を駆動制御して前記被検レンズを傾斜させ、かつ前記各測定点情報毎に前記撮像装置により取得される前記各スポット像から前記被検レンズの集光位置のずれを求め、前記移動機構を移動制御して前記球面ミラーを移動させ、前記集光位置のずれを補正する、
   ことを特徴とする請求項２記載の波面収差測定装置。
5. 前記測定光位置制御部は、前記第２の光束を前記被検レンズの前記光軸上に通過させた場合の前記スポット像の位置を予め記憶し、当該スポット像位置と前記撮像装置により取得される前記各スポット像位置とのずれを順次求め、このずれを補正するように前記移動機構を駆動制御し、前記球面ミラーの位置を移動させて自動追尾させることを特徴とする請求項１記載の波面収差測定装置。
6. 前記被検レンズを通過した前記測定光を反射して前記被検レンズに往復させる凹面状の球面ミラーを有し、
   前記光軸外制御部は、前記被検レンズの瞳位置と共役な位置に配置され、前記干渉縞画像を取得する撮像素子と、
   前記球面ミラーを移動させる移動機構と、
   前記撮像素子の光路上に挿脱可能に設けられ、前記撮像素子の撮像位置を前記瞳位置から前記被検レンズの集光位置に変えるレンズ系と、
   前記レンズ系により前記撮像素子の撮像位置を前記被検レンズの集光位置に変えた状態で、前記撮像素子により取得される前記各スポット像から前記被検レンズの集光位置のずれを求め、前記移動機構を駆動制御して前記球面ミラーを移動させ、前記集光位置のずれを補正する測定光位置制御部と、
   を有することを特徴とする請求項１記載の波面収差測定装置。
7. 前記傾斜機構は、少なくとも前記被検レンズを当該被検レンズの瞳位置を中心として傾斜させることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項記載の波面収差測定装置。

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