专利名称：非球面体测定方法以及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于对非球面体的表里2个的被检测面之间所产生的相对的错位量 (面错位量以及面倾倒量)进行测定的非球面体测定方法以及装置。
背景技术：
在数码相机(〒7夕&力^，)等的光学设备、光学传感器中较多地使用非球面 透镜、两面非球面反射镜等的非球面体，但是在该非球面体中在表里2个的被检测面之间 产生相对的错位量。例如，在利用模铸(*一> F )成形制作非球面透镜的情况下，利用成 形用的模具彼此的相对的位置错位，在所成形的非球面透镜产生面错位(构成非球面透镜 的2个的透镜面各自的旋转轴彼此的相对的位置的错位)、面倾倒O个透镜面各自的旋转 轴彼此的相对性倾斜的错位)。该非球面透镜的面错位、面倾倒与模具的机构完全地无关， 是困难的。可是，这些，成为增大非球面透镜的像差(特别是，彗形像差等的旋转非对称像 差)的要因，因此希望在被减少的方向进行模具的修正。为了进行模具修正，需要取得所产 生的面错位量以及面倾倒量。以往，该面错位量以及面倾倒量的测定中，使用触针方式的形状测定装置。在该形 状测定装置中，对2个的透镜面的形状分别进行测定，并基于这些的形状信息，求取2个的 透镜面的相对的面错位量以及面倾倒量。可是，在该测定方法中，存在1次的测定需要数小 时以上的问题。日本专利公开2007-33343号公报中，记载了能够谋求测定时间的大幅度缩短的 测定方法。该测定方法，使用干涉计进行非球面透镜的透过波面测定，并基于所得到透过波 面数据而计算透过波面的彗形像差。基于该彗形像差的计算值，求取面错位量(面间偏移 量)以及面倾倒量(面间偏斜(★ >卜)量)。具体来说，利用曾卢尼克(7工> 二》)多 项式对透过波面数据进行近似，此时所得到的曾卢尼克多项式的各项的系数中，与3次的 彗形像差量联动而使得值发生变化的系数T^或Z7,以及与5次的彗形像差量联动而使得值 发生变化系数或Z14的各值，求取面错位量以及面倾倒量。可是，在日本专利公开2007-33343号公报所记载的测定方法中，由于是以透过波 面测定为前提，因此存在如下的问题。即，透过波面的形状，不仅受到成为测定对象的非球 面透镜的面错位、面倾倒，而且受到因透镜的内部折射率分布而引起的较大的影响。因此， 在日本专利公开2007-33343号公报所记载的测定方法中，存在排除了透镜构成材料的折 射率分布的影响，难于仅对面错位、面倾倒高精度地进行测定的问题。另外，不透过干涉计的测定光那样的非球面体，例如X线等的特殊的波长的光(电 磁线)中所使用的非球面透镜、具有以旋转非球面形成的反射面的两面非球面反射镜等的 非球面体，在日本专利公开2007-33343号公报所记载的测定方法中，存在难于对面错位 量、面倾倒量进行测定的问题。

发明内容
本发明的主要目的在于提供一种不受非球面体的内部折射率分布的影响的非球 面体测定方法以及装置。本发明的其他目的在于提供一种非球面体不透过干涉计的测定光的情况下，也能 够对面错位量以及面倾倒量进行测定的非球面体测定方法以及装置。为了达到上述目的、其他目的，本发明的非球面体测定方法，使用相互的相对位置 关系被特定的第1干涉计和第2干涉计而对非球面体的第1被检测面和第2被检测面的相 对的面错位量和面倾倒量进行测定时，执行第1干涉条纹取得步骤、第2干涉条纹取得步 骤、第1被检测面形状数据取得步骤、第2被检测面形状数据取得步骤、第1曾卢尼克系数 值计算步骤、第2曾卢尼克系数值计算步骤、第1偏移量/偏斜量计算步骤、第2偏移量/ 偏斜量计算步骤、面错位量/面倾倒量计算步骤。在所述第1干涉条纹取得步骤中，沿所述第1干涉计的第1测定光轴将第1测定 光照射到所述第1被检测面。利用该第1测定光的被该第1被检测面反射的第1反射波面 和该第1干涉计的第1参照波面的光干涉而形成第1干涉条纹。对该第1干涉条纹进行摄 像，而得到图像数据。在所述第2干涉条纹取得步骤中，沿所述第2干涉计的第2测定光轴将第2测定 光照射到所述第2被检测面。利用该第2测定光的被该第2被检测面反射的第2反射波面 和该第2干涉计的第2参照波面的光干涉而形成第2干涉条纹。对该第2干涉条纹进行摄 像而得到图像数据。在所述第1被检测面形状数据取得步骤中，对所述第1干涉条纹的图像数据进行 解析(解析)而求取所述第1被检测面的形状数据。在所述第2被检测面形状数据取得步 骤中，对所述第2干涉条纹的图像数据进行解析而求取所述第2被检测面的形状数据。所述第1曾卢尼克系数值计算步骤中，利用曾卢尼克多项式对所述第1被检面的 形状数据进行近似，并求取该曾卢尼克多项式的各项的系数的中、第1偏移量比例系数的 值和第1偏斜量比例系数的值。第1偏移量比例系数的值，是值所述第1被检面中的、与和 所述第1测定光轴垂直的方向的偏移量成比例而发生变化。关于第1偏斜量比例系数的值， 值与第1被检面的相对于所述第1测定光轴的偏斜量而成比例发生变化。在所述第2曾卢尼克系数值计算步骤中，利用曾卢尼克多项式对所述第2被检面 的形状数据近似。与所述第1曾卢尼克系数值计算步骤同样，求取第2偏移量比例系数的 值以及第2偏斜量比例系数的值。所述第1偏移量·偏斜量计算步骤中，基于所述第1偏移量比例系数的值以及所 述第1偏斜量比例系数的值，而求取所述第1被检面的相对于所述第1测定光轴的偏移量 以及偏斜量。同样，在所述第2偏移量 偏斜量计算步骤中，求取所述第2被检面相对于所 述第2测定光轴的偏移量以及偏斜量。在所述面错位量·面倾倒量计算步骤中，基于所述第1被检面的偏移量以及偏斜 量、所述第2被检面的偏移量以及偏斜量、所述第1干涉计以及所述第2干涉计的相对位置 关系的信息，而计算所述面错位量以及所述面倾倒量。在本发明的非球面体测定方法中，所述曾卢尼克多项式，是由极坐标形式所表示 的4次以上的曾卢尼克多项式Ζ(Ρ，θ) (ρ是离开极点的距离，θ是相对于极轴的偏角)。
所述第1偏移量比例系数和所述第2偏移量比例系数，是由下式(1)所表达的项 的系数4、下式(2)所表达的项的系数&、下式(3)所表达的项的系数4和下式(4)所表 达的项的系数Z7。所述第1偏斜量比例系数和所述第2偏斜量比例系数是该系数\和该 系数4。ρ cos θ…⑴ρ sin θ... (2)(3 P 2-2) P cos θ …(3)(3 P 2-2) P sin θ …⑷另外，本发明的非球面体测定装置具有第1干涉计、与该第1干涉计相对位置关系 被特定的第2干涉计、第1被检面形状数据取得机构、第2被检面形状数据取得机构、第1 曾卢尼克系数值计算机构、第2曾卢尼克系数值计算机构、第1偏移量/偏斜量计算机构、 第2偏移量/偏斜量计算机构、和面错位量/面倾倒量计算机构。第1干涉计沿着第1测定光轴将第1测定光照射到所述第1被检面，并得到利用 该第1测定光的被该第1被检面反射的第1反射波面和第1参照波面的光干涉而形成的第 1干涉条纹的图像数据。第2干涉计沿着第2测定光轴将第2测定光照射到所述第2被检面，并得到利用 该第2测定光的被该第2被检面反射的第2反射波面和第2参照波面的光干涉而形成的第 2干涉条纹的图像数据。第1被检面形状数据取得机构，对所述第1干涉条纹的图像数据进行解析而求得 所述第1被检面的形状数据。第2被检面形状数据取得机构，对所述第2干涉条纹的图像 数据进行解析而求得所述第2被检面的形状数据。第1曾卢尼克系数值计算机构利用曾卢尼克多项式对所述第1被检面的形状数据 进行近似，而求取该曾卢尼克多项式的各项的系数中第1偏移量比例系数的值以及第1偏 斜量比例系数的值。第2曾卢尼克系数值计算机构，利用曾卢尼克多项式对所述第2被检 面的形状数据进行近似，而求取第2偏移量比例系数的值以及第2偏斜量比例系数的值。第1偏移量/偏斜量计算机构基于所述第1偏移量比例系数的值以及所述第1偏 斜量比例系数的值，对所述第1被检面相对于所述第1测定光轴的偏移量以及偏斜量进行 求取。第2偏移量/偏斜量计算机构，与第1偏移量/偏斜量计算机构同样，对所述第2被 检面相对于所述第2测定光轴的偏移量以及偏斜量进行求取。面错位量/面倾倒量计算机构，基于所述第1被检面的偏移量以及偏斜量和所述 第2被检面的偏移量以及偏斜量、所述第1干涉计以及所述第2干涉计的相对位置关系的 信息，对所述面错位量以及所述面倾倒量进行计算。在本发明中，在将第2透镜面做成球面的情况下，针对该第2透镜面，产生相对于第 2测定光轴的偏移量，而不产生偏斜量。因此，上述的第2偏移量/偏斜量计算步骤以及第2 偏移量/偏斜量计算机构中的第2被检面的偏斜量的计算时，设该偏斜量为零而进行计算。所述第1和第2干涉计具有干涉光学系、干涉条纹摄像系。所述干涉光学系统，具 有光源部，其输出高可干涉性的光束；束径放大透镜，其对来自所述光源部的输出光的束 径进行放大；光束分路光学元件，其将来自所述束径放大透镜的光束，沿测定光轴向所述非 球面体反射；校准透镜，其对来自所述光束分路光学元件的光束进行校准；平面基准板；以及物镜。所述平面基准板具有相互平行的第1和第2基准平面，并在位于所述非球面体侧 的所述第2基准平面中使来自所述校准透镜的平面波的一部分再返回反射而作为参照光， 使其余部分沿所述测定光轴而透过。所述物镜，将透过所述平面基准板后的光束，变换为由 球面波构成的测定光，并照射到所述非球面体的被检测面的中心部。来自所述被检测面的 反射光与所述参照光干涉而形成干涉光。所述平面基准板所述平面基准板被保持在备有压电元件的边缘扫描适配器，并在 测量时能够沿第1测定光轴L1方向移动。另外，所述干涉条纹摄像系具备对所述干涉光 进行聚光的成像透镜；对由所述成像透镜所成像的干涉条纹进行摄像的二维图像传感器。本发明的非球面体测定方法以及装置，基于成为来自测定对象的非球面体所具有 2个的被检面(第1被检面以及第2被检面)的反射波面而形成的干涉条纹，而求取2个的 被检面的形状数据，并基于该形状数据，测定2个的被检面的相对的面错位量以及面倾倒 量。因此，与基于透过波面测定的以往技术不同，不受非球面体的内部折射率分布的影响。 另外，本发明的方法和装置，即使在非球面体不透过干涉计的测定光的情况下，也能够对面 错位量以及面倾倒量进行测定。


图1是本发明的一实施方式所涉及的非球面体测定装置的概略图。图2是图1所示的非球面体测定装置的光学系统的概略图。图3是表示图1所示的解析控制部的构成的方框图。图4是表示作为测定对象的非球面透镜的构成的剖面图。图5是表示第1测定坐标系和第2测定坐标系的相对位置关系的图。图6是表示模拟第1干涉条纹图像的图。图7是表示模拟第2干涉条纹图像的图。图8是表示针对模拟第1透镜面的系数\的偏斜灵敏度的图。图9是表示针对模拟第2透镜面的系数\的偏斜灵敏度的图。图10是表示针对模拟第1透镜面的系数\的偏移灵敏度的图。图11是表示针对模拟第2透镜面的系数\的偏移灵敏度的图。图12是表示针对模拟第1透镜面的系数&的偏移灵敏度的图。图13是表示针对模拟第1透镜面的系数&的偏移灵敏度的图。图14是表示针对模拟第1透镜面的偏移量的计算误差的图。图15是表示针对模拟第2透镜面的偏移量的计算误差的图。图16是针对模拟第1透镜面的偏斜量的计算误差。图17是表示针对模拟第1透镜面的偏斜量的计算误差的图。
具体实施例方式首先，参照图4，对作为测定对象的非球面透镜9的构成进行说明。非球面透镜9， 设计上，具有由以第1旋转轴A1为中心的旋转非球面构成的第1透镜面91 (与第1被检 测面相当)；由以第2旋转轴A2为中心的旋转非球面所构成的第2透镜面92 (与第2被检 测面相当)；作为圆柱外表面的外周面93。
第1透镜面91的中心点P1是第1透镜面91和第1旋转轴A1的交点，作为该中心 点P1的法曲率(法曲率)关于与第1透镜面91相切(接t 3 )的所有切线(接線)的方 向成为相同的脐点(臍点)而被设计。同样，第2透镜面92的中心点P2，是第2透镜面92 和第2旋转轴A2的交点，作为脐点而被设计。上述的第1旋转轴A1以及第2旋转轴A2,以存在于一根直线上的方式，以一致的 状态被设计，但是由于制造误差等，通常存在产生这些成为不一致的状态的面错位以及面 倾倒的情况。在图中，对第1旋转轴A1和第2旋转轴A2的错位量较大地进行了表现，但是 通常光的波长是量级(力一夕'一)微小的值。另外，在本实施方式中，以如下方式对面错位 量以及面倾倒量进行定义。面错位量设定与第1旋转轴A1或第2旋转轴A2垂直的假想平面，把将存在第1 透镜面91的中心的第1中心点P1 (第1透镜面91和第1旋转轴A1的交点)和存在于第2 透镜面92的中心的第2中心点P2 (第2透镜面92和第2旋转轴A2的交点)投影在该假想 平面时的该假想平面上的第1中心点P1和第2中心点P2的各投影点相互间的距离设为面 错位量。另外，也可以在假想平面上设定正交坐标系，将面错位量分(分K石)为各坐标轴 方向的成分。面倾倒量将第1旋转轴A1和第2旋转轴A2所成的角度(两者不相交的情况下为 第1旋转轴A1的方向矢量( 々卜 > )和第2旋转轴A2的方向矢量所成的角度)设为面 倾倒量。另外，也可以在假想平面上设定正交坐标系，而将面倾倒量分为各坐标轴方向的成 分。接下来，对图1所示的非球面体测定装置进行说明。该非球面体测定装置，是对非 球面透镜9的面错位量以及面倾倒量进行测定并解析的装置，具备配置在非球面透镜9的 第1透镜面91侧的第1干涉计IA ；配置在第2透镜面92侧的第2干涉计IB ；载置于光学 平台(定盤)2上的被检测体对准(7，O >卜)部3 ;进行第丨干涉计1A的位置调整 的第1干涉计位置调整部4A ；进行第2干涉计IB的位置调整的第2干涉计位置调整部4B ； 进行非球面透镜9的面错位量以及面倾倒量的测定解析等的控制解析部5。上述第1干涉计1A，如图2所示那样，具有第1干涉光学系统10A、第1干涉条纹 摄像系统20A以及第1对准摄像系统25A。第1干涉光学系统统IOA采用斐索(” A '一、 型的光学系统配置，由如下部分构成输出高可干涉性的光束的光源部IlA ；对来自该光源 部IlA的输出光的束径进行放大的束径放大透镜12A ；对来自该束径放大透镜12A的光束 向图中右方反射的光束分路(分岐)光学元件13A ；对来自该光束分路光学元件13A的光束 进行校准的校准透镜14A ；平面基准板15A ；以及物镜(対物透镜)ISA0平面基准板15A，在 参照基准平面15A a对来自校准透镜14A的平面波的一部分进行再返回反射而作为第1参 照光。另外，平面波的其余部分，沿着第1测定光轴L1，而透过平面基准板15A。物镜18A， 将透过平面基准板15A后的光束，变换为由球面波构成的第1测定光，并照射到第1透镜面 91的中心部(包含上述的第1中心点P1的区域)。来自该第1透镜面91的反射光与第1 参照光干涉而得到第1干涉光。另外，上述平面基准板15A，被保持在具有压电(C - y )元件16A的边缘扫描适 配器(7 1J y ^^ 7 9 ) 17A,实施边缘扫描(7 'J m wy、测量等时在 第1测定光轴L1方向微动。另外，上述物镜18A，构成为能够从第1测定光轴L1上退避。
上述第1干涉条纹摄像系统20A，是非球面透镜9 (第1透镜面91)的测定时进行 摄像的机构，具备对透过光束分路光学元件13A、21A，而向左方行进的第1干涉光进行聚 光的成像透镜22A ；具有由(XD、CMOS等构成的2维图像传感器24A的摄像照相机23A。该 摄像照相机23A，利用成像透镜22A而取得在2维图像传感器24A上形成的干涉条纹(第1 干涉条纹)的图像数据。上述对准摄像系统25A，在进行第1干涉计IA和第2干涉计IB的相对的对准调整 等时进行摄像。该对准摄像系统25A，具备利用光束分路光学元件21A，对反射到图中下方 的光束进行聚光的成像透镜26A ；以及具有由(XD、CM0S等构成的2维图像传感器28A的摄 像照相机27A。上述第2干涉计1B，具有与上述第1干涉计IA相同的构成，因此仅附加符号而省 略详细的说明。上述被检测体对准部3，如图1所示那样，具有对非球面透镜9进行保持的保持 台31 ；进行非球面透镜9的倾斜调整的透镜倾斜调整台32 ；进行向图中左右方向以及与纸 面垂直的方向的位置调整的透镜位置调整台33。该透镜倾斜调整，对保持于保持台31上的 非球面透镜9的相对于第1测定光轴L1以及第2测定光轴L2的倾斜进行调整。同样，透镜 位置调整，对保持在保持台31上的非球面透镜9的相对于第1测定光轴L1以及第2测定 光轴L2的位置进行调整。上述第1干涉计位置调整部4A，如图1所示那样，具备使第1干涉计IA在图中 上下方向可移动地进行保持的第IZ台41A ；通过该第IZ台41A而将第1干涉计IA沿图中 左右方向以及与纸面垂直的方向进行移动的第IXY台42A ；通过该第IXY台42A以及该第 IZ台41A而进行第1干涉计IA的倾斜调整的第1干涉计倾斜调整台43A。同样，上述第2干涉计位置调整部4B，具有在图中上下方向对第2干涉计IB可 移动地进行保持的第2Z台41B ；通过该第2Z台41B使第2干涉计IB在图中左右方向以及 与纸面垂直的方向移动的第2XY台42B ；通过该第2XY台42B以及该第2Z台41B进行第2 干涉计IB的倾斜调整的第2干涉计倾斜调整台43B。另外，上述控制解析部5，对第1透镜面91以及第2透镜面92的各中心部的形状 数据(第1被检测面形状数据以及第2被检测面形状数据)进行求取，并由对上述的被检 测体对准部3、第1干涉计位置调整部4A以及第2干涉计位置调整部4B的各台的驱动进行 控制的计算机装置等构成。如图3所示那样，该计算机装置的CPU，利用计算机程序，作为第 1被检测面形状数据取得机构51A、第2被检测面形状数据取得机构51B、第1曾卢尼克(, - > 二 * )系统数值计算机构52A、第2曾卢尼克系数值计算机构52B、第1偏移量/偏斜 量计算机构53A、第2偏移量/偏斜量计算机构53B、以及面错位量/面倾倒量计算机构M 而发挥功能。上述第1被检测面形状数据取得机构51A，基于上述第1干涉条纹的图像数据，在 第1干涉计IA中设定的第1测定坐标系中，对第1被检测面形状数据(第1透镜面91的 中心部的形状数据)进行求取。上述第2被检测面形状数据取得机构51B，基于上述第2干涉条纹的图像数据，在 第2干涉计IB中设定的第2测定坐标系中，对第2被检测面形状数据(第2透镜面92的 中心部的形状数据)进行求取。
上述第1曾卢尼克系数值计算机构52A，利用曾卢尼克多项式对上述第1被检测 面形状数据进行近似，并在该曾卢尼克多项式的各项的系数中，求取针对第1透镜面91的 第1偏移量比例系数的值和第1偏斜量比例系数的值。关于第1偏移量比例系数的值，其 值与和上述第1测定光轴L1垂直的方向的偏移量成比例而发生变化。关于第1偏斜量比 例系数的值，其值与相对于第1测定光轴L1的偏斜量成比例而发生变化。上述第2曾卢尼克系数值计算机构52B，利用曾卢尼克多项式对上述第2被检测面 形状数据进行近似，并对第2透镜面92的第2偏移量比例系数的值以及第2偏斜量比例系 数的值进行求取。上述第1偏移量/偏斜量计算机构53A，基于上述第1曾卢尼克系数值计算机构 52A中求取的第1偏移量比例系数的值以及第1偏斜量比例系数的值，对第1透镜面91相 对于第1测定光轴L1的偏移量以及偏斜量进行求取。上述第2偏移量/偏斜量计算机构53A，基于第2偏移量比例系数的值以及第2偏 斜量比例系数的值，对第2透镜面92相对于第2测定光轴L2的偏移量以及偏斜量进行求 取。上述面错位量/面倾倒量计算机构M，基于上述第1偏移量/偏斜量计算机构53A 中求取的第1偏移量和第1偏斜量、上述第2偏移量/偏斜量计算机构53B中求取的第2 偏移量和第2偏斜量、上述第1干涉计IA和上述第2干涉计IB的相对位置关系(上述第1 测定坐标系和上述第2测定坐标系的相对位置关系)的信息，对面错位量和面倾倒量进行计算。接下来，对前述的非球面体测定装置的作用(非球面体测定方法)进行说明。(1)最初，进行第1干涉计IA和第2干涉计IB的相对的对准调整。该对准调整， 是用于使第1干涉计IA的第1测定光轴L1和第2干涉计IB的第2测定光轴L2 —致的调 整，操作员使用第1干涉计位置调整部4A和第2干涉计位置调整部4B进行手动操作。其 顺序为以下<a>使第1干涉计IA的物镜18A和第2干涉计IB的物镜18B，相对于对应的第1 测定光轴L1或第2测定光轴L2垂直移动，并从测定光轴L1上和第2测定光轴L2上分别退 避。接下来，将具有平行的2个光学平面(光学平板(才4力，7卜))的平行平 板工具(治具)(图示略)配置于第1干涉计IA和第2干涉计IB之间(也可以将平行平 板工具保持于保持台31)。另外，该配置时，以平行平板工具的2个的光学平面相对于第1 测定光轴L1和第2测定光轴L2尽可能垂直的方式进行粗调整。<b>从第1干涉计IA向平行平板工具的一方面的光学平面(第1干涉计IA侧的 光学平面)照射平行光束。利用对准摄像系25A的摄像照相机27A，对由通过该一方面的光 学平面所反射的反射光所形成的束斑(卜)像和由来自参照基准平面15A a的反射 光所形成的束斑像进行摄像。使用第1干涉计倾斜调整台43A，对第1干涉计IA的倾斜进 行调整，以便使这些2个的束斑像相互重叠。利用该倾斜调整，第1干涉计IA的第1测定 光轴L1相对于平行平板工具的一方的光学平面垂直。另外，也可以替代这种手法，利用由 摄像照相机23A对由一方的光学平面所反射的反射光和来自参照基准平面15A a的反射光 所形成的干涉条纹进行摄像，以该干涉条纹成为零(3 > )条纹状态的方式进行第1干涉 计IA的倾斜调整。
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<c>同样，从第2干涉计IB向平行平板工具的另一方的光学平面(第2干涉计IB 侧的光学平面)照射平行光束。通过对准摄像系统25B的摄像照相机27B，对由利用该另一 方的光学平面所反射的反射光所形成的束斑像和由来自参照基准平面15Ba的反射光所形 成的束斑像，进行摄像。以这些2个的束斑像相互重叠的方式，使用第2干涉计倾斜调整台 43B，对第2干涉计IB的倾斜进行调整。利用该倾斜调整，第2干涉计IB的测定光轴L2相 对于平行平板工具的另一方面的光学平面为垂直。作为结果，第1测定光轴L1和第2测定 光轴L2相互平行。另外，如前述那样，也可以形成干涉条纹，并按照该干涉条纹成为零条纹 状态的方式进行第2干涉计IB的倾斜调整。<d>也可以替代上述平行平板工具，而在第1干涉计IA和第2干涉计IB之间，配 置光学上视为正球(真球)的正球工具(图示略)。<e>从第1干涉计IA向正球工具照射平面波，通过第1干涉条纹摄像系统20A的 摄像照相机23A，对由从该正球工具反射的反射光和来自参照基准平面15Aa的反射光形成 的干涉条纹(同心的环状)进行摄像。以第1测定光轴L1位于该干涉条纹的中心的方式， 使用第IZ台41A和第IXY台42A，对第1干涉计IA的位置进行调整。<f>同样，从第2干涉计IB向正球工具照射平面波，而形成干涉条纹(成为同心的 环状)，并利用第2干涉条纹摄像系统20B的摄像照相机2 对此进行摄像。以第2测定 光轴L2位于该干涉条纹的中心的方式，使用第2Z台41B和第2XY台42B，对第2干涉计IB 的位置进行调整。利用该位置调整，使第1测定光轴L1和第2测定光轴L2相互一致。另外，即使进行这种对准调整，有时因为各台的机械的精度等，也不能够使第1干 涉计IA的第1测定光轴L1和第2干涉计IB的第2测定光轴L2完全地一致。在这种情况 下，求取第1测定光轴L1和第2测定光轴L2的相对的位置、倾斜的错位量，并对它们的数据 进行存储。(2)接下来，去掉上述正球工具，将第1干涉计IA的物镜18A和第2干涉计IB的 物镜18B分别设置在第1测定光轴L1上和第2测定光轴L2上。并且，将非球面透镜9保持 在保持台31，而进行非球面透镜9相对于第1干涉计IA和第2干涉计IB的对准调整。该 对准调整，用于使上述的第1中心点P1和第2中心点P2分别位于第1干涉计IA的第1测 定光轴L1的近傍，和第2干涉计IB的第2测定光轴L2的近傍。操作者，使用透镜倾斜调整 台32和透镜倾斜调整台33，利用手动操作进行。(3)接下来，从第1干涉计IA向第1透镜面91的中心部照射第1测定光，并通过 摄像照相机23A，对利用来自该第1测定光的第1透镜面91的返回(戻>9 )光和第1参照 光的光干涉所形成的第1干涉条纹的图像数据进行摄像(第1干涉条纹取得步骤)。(4)同样，从第2干涉计1B，向第2透镜面92的中心部照射第2测定光，并利用摄 像照相机2 对来自该第2测定光的第2透镜面92的返回光和第2参照光的光干涉所形 成的第2干涉条纹的图像数据，进行摄像(第2干涉条纹取得步骤)。(5)接下来，对上述第1干涉条纹的图像数据进行解析(可以使用一般的条纹解析 法)，在第1干涉计IA中设定的第1测定坐标系中，对第1被检测面形状数据进行求取(第 1被检测面形状数据取得步骤)。在图3所示的第1被检测面形状数据取得机构51A中进 行该处理。(6)同样，对上述第2干涉条纹的图像数据进行解析，并在第2干涉计IB中设定的第2测定坐标系中，对第2被检测面形状数据进行求取(第2被检测面形状数据取得步 骤)。该处理，在图3所示的第2形状数据取得机构51B中进行。这里，对上述的第1测定坐标系和第2测定坐标系进行说明。如图5所示那样，第 1测定坐标系，是具有相互正交的X轴、Y轴、Z轴的右手系的3维正交坐标系，并以Z轴与 第1干涉计IA的第1测定光轴L1 一致的方式被设定。一方面，第2测定坐标系，是具有相 互正交的U轴、V轴、W轴的右手系的3维正交坐标系，并以W轴与第2干涉计IB的第2测 定光轴L2—致的方式被设定。另外，第1测定坐标系和第2测定坐标系的相对的位置关系， 在以第1测定光轴L1和第2测定光轴L2完全一致的方式被对准调整的情况下，以Z轴和W 轴在同一直线上相互位于相同朝向的方式，X轴和U轴和Y轴和V轴分别相互平行而成为 相同朝向的方式被设定。另外，第1测定光轴L1和第2测定光轴L2不相互一致，在这些之 间产生相对错位的情况下，与此相对应，产生第1测定坐标系和第2测定坐标系的相对位置 关系的错位。也即，在存在第1测定光轴L1和第2测定光轴L2的相对错位的情况下，这些 的错位量在上述(1)的顺序中，作为第1干涉计IA和第2干涉计IB的相对位置信息而被 求取。基于此，第1测定坐标系和第2测定坐标系和的相对位置关系被特定，并且被存储。(7)接下来，利用曾卢尼克多项式对上述第1被检测面形状数据进行近似，在该曾 卢尼克多项式的各项的系数中，对第1透镜面91求出第1偏移量比例系数的值和第1偏斜 量比例系数的值(第1曾卢尼克系数值计算步骤)。该处理，在图3所示的第1曾卢尼克系 数值计算机构52A中进行。(8)同样，利用曾卢尼克多项式对上述第2被检测面形状数据进行近似，在该曾卢 尼克多项式的各项的系数中，针对第2透镜面92，求出第2偏移量比例系数的值和第2偏斜 量比例系数的值(第2曾卢尼克系数值计算步骤)。该处理，在图3所示的第2曾卢尼克系 数值计算机构52B中进行。另外，在本实施方式中，作为曾卢尼克多项式，使用极坐标形式所表达的10次的 曾卢尼克多项式z( P，θ) (ρ为离开极点(極)的距离，θ是相对于极轴(始線)的偏 角)(在下式(A)中，全部为35个的某项中表示直到4次的9个项。&为常数项)。 Z ( P，θ ) = Zo+Zi P cos θ +Z2 ρ sin θ +Z3 (2 P 2_1)+Z4 P 2Cos 2 θ +Z5 ρ 2Sin 2 θ+Z6 (3 P 2-2) P cos θ +Z7 (3 P 2~2) P sin θ+Z8 (6 P 4-6 P 2+1)......(A)另外，作为上述的第1偏移量比例系数和第2偏移量比例系数，使用由上式㈧所 表示的曾卢尼克多项式的第2项的系数4、第3项的系数4、第5项的系数4和第6项的 系数Z7,作为上述的第1偏斜量比例系数和第2偏斜量比例系数，使用第2项的系数Z1和 第3项的系数&。也即，在上述第1曾卢尼克系数值计算步骤中，利用上述曾卢尼克多项式对上述 第1被检测面形状数据进行近似，并将此时的系数ZpZyZpZ7的各值作为第1偏移量比例 系数值而求取，并将系数W的各值作为第ι偏斜量比例系数值而求取。同样，在上述第2曾卢尼克系数值计算步骤中，利用上述曾卢尼克多项式上述对 第2被检测面形状数据进行近似，并将此时的系数W、!^τ 的各值作为第2偏移量比例 系数值而求取，并且将系数W的各值作为第2偏斜量比例系数值而求取。
(9)接下来，基于上述第1曾卢尼克系数值计算步骤中所求得的系数ZpAJp Z7 的各值，而将相对于第1测定光轴L1的第1透镜面91的偏移量和偏斜量的各值，在上述第 1测定坐标系中进行求取(第1偏移量/偏斜量计算步骤)。该处理，在图3所示的第1偏 移量/偏斜量计算机构53A中，使用下式( (8)而进行。sx = Z6(1_s,t)/a6(1_s)· · · (5)Sy = Z7(1_s,t)/a7(1_s)- - - (6)tx = (Z1(1_sjt)-a1(1_s) · s x) /a1(1_t) ... (7)tY = (Z2(1_s,t)-a2(1_s) · s x) /a2(1_t) ... (8)这里，％和sY，表示相对于第1测定光轴Ll的第1透镜面91的X轴方向(X方向) 和Y轴方向(Y方向)的各偏移量。tx和、表示相对于第1测定光轴L1的第1透镜面91 的X轴方向和Y轴方向的各偏斜量。另外，Z1(1_s ，t)，Z2 (l_s, t)，Z6(1—s，t)禾口 Z7(1—s，t)， 表示在第1 曾卢尼克系数值计算步骤中求取的系数&、Z2、&和Z7的各值。此外，a1(1_s), a2(1_s), a1(1_t), a2(1_t), a6(1_s)和a7a_s)，表示在后述的计算机仿真中求得的各比例常数。(10)同样，基于在上述第2曾卢尼克系数值计算步骤中求得的系数4、22、26、27的 各值，在上述第2测定坐标系中求取相对于第2测定光轴L2的第2透镜面92的偏移量和 偏斜量(第2偏移量/偏斜量计算步骤)。该处理，在图3所示的第2偏移量/偏斜量计算 机构53B中，使用下式(9) (12)而进行。Su = Z6(2_sjt)/a6(2_s)· · · (9)sv = Z7(2_s,t)/a7(2_s)...(10)tu = (Z1(2_s,t)-a1(2_s) · sx) /a1(2_t) · · · (11)tv = (Z2(1_s,t)-a2(2_s) · sx) /a2(2_t) ... (12)这里，Su和sv表示第2透镜面92相对于第2测定光轴L2的U轴方向(U方向)和 V轴方向(V方向)的各偏移量。、和、，表示第2透镜面92的U轴方向和V轴方向相对于 第2测定光轴L2的各偏斜量。另外，Z1(2_s,t)，Z2(2_s,t), Z6(2_s,t)和Z7(2_s,t)表示在第2曾卢尼 克系数值计算步骤中求取的系数Zp Z2, Z6和Z7的各值。此外，a 1 (2-s) ‘ a2(2-s)、ai(2-t)、a2(2-t)、 (2-s)、a7(2-s)，表示在后述的计算机仿真中求得的各比例常数。(11)接下来，基于在上述第1偏移量/偏斜量计算步骤中求得的各偏移量sx、sY 和各偏斜量tx、tY，上述第2偏移量/偏斜量计算步骤中求得的各偏移量Su、sv和各偏斜量 tu; tv，和上述顺序(1)中求得的第1干涉计IA和第2干涉计IB的相对位置关系(第1测 定坐标系和第2测定坐标系和的相对位置关系)，对上述的面错位量和面倾倒量进行计算 (面错位量/面倾倒量计算步骤)。该处理，在图3所示的面错位量/面倾倒量计算机构M 中，按照以下的顺序进行。<a>第2测定坐标系，利用第1干涉计IA和第2干涉计IB的实际的相对位置关系 的影响，产生与第1测定坐标系的相对的错位。该第2测定坐标系，被校正为图5所示的适 当状态(W轴位于和第1测定坐标系的Z轴同一直线上相互相同方向，U轴和V轴成为与第 1测定坐标系的X轴和Y轴分别相互平行且相同朝向的状态)。<b>接下来，将校正前的第2测定坐标系中求得的各偏移量Su、sv和各偏斜量t 、 tv，校正为校正后的第2测定坐标系中的各偏移量、s/和各偏斜量t/、t/。<c>并且，将第1测定坐标系中的偏移量％和sY和校正后的第2测定坐标系中的各偏移量和S/的各自的差(Sx-%'，Sy-Sv)，作为第1透镜面91和第2透镜面92的 X轴方向和Y轴方向的各面错位量而计算。<d>同样，将第1测定坐标系中的偏斜量、和、与校正后的第2测定坐标系中的 各偏斜量t/和t/各自的差(tx-t/，tY-tv)，作为第1透镜面91和第2透镜面92的X 轴方向和Y轴方向的各面倾倒量而计算。这里，对于上述的计算机仿真，例示具体的数值而进行说明。在该计算机仿真中， 首先，基于第1透镜面91和第2透镜面92的设计数据，将与第1透镜面91对应的模拟第 1透镜面和与第2透镜面92对应的模拟第2透镜面设定在计算机上。本实施方式中，将模 拟第1透镜面和模拟第2透镜面的非球面系数作为下述的表1所示的值。另外，非球面式， 使用下式(B)所表达的数据。表1
权利要求
1.一种非球面体测定方法，对具有作为旋转非球面的第1被检测面和作为旋转非球面 或球面的第2被检测面的非球面体，使用相互的相对位置关系被特定的第1干涉计和第2 干涉计而对该第1被检测面和该第2被检测面的相对的面错位量和面倾倒量进行测定，其 特征在于，具有第1干涉条纹取得步骤，其中沿所述第1干涉计的第1测定光轴将第1测定光照射到 所述第1被检测面，并取得利用该第1测定光的被该第1被检测面反射的第1反射波面和 该第1干涉计的第1参照波面的光干涉而形成的第1干涉条纹的图像数据；第2干涉条纹取得步骤，其中沿所述第2干涉计的第2测定光轴将第2测定光照射到 所述第2被检测面，并取得利用该第2测定光的被该第2被检测面反射的第2反射波面和 该第2干涉计的第2参照波面的光干涉而形成的第2干涉条纹的图像数据；第1被检测面形状数据取得步骤，其中对所述第1干涉条纹的图像数据进行解析而求 取所述第1被检测面的形状数据；第2被检测面形状数据取得步骤，其中对所述第2干涉条纹的图像数据进行解析而求 取所述第2被检测面的形状数据；第1曾卢尼克系数值计算步骤，其中利用曾卢尼克多项式对所述第1被检测面形状数 据取得步骤中所求得的所述第1被检测面的形状数据进行近似，而求取该曾卢尼克多项 式的各项的系数中、值与所述第1被检测面的垂直于所述第1测定光轴的方向的偏移量成 比例而发生变化的第1偏移量比例系数的值，以及值与该第1被检测面相对于该第1测定 光轴的偏斜量成比例而发生变化的第1偏斜量比例系数的值；第2曾卢尼克系数值计算步骤，其中利用曾卢尼克多项式对所述第2被检测面形状数 据取得步骤中所求得的所述第2被检测面的形状数据进行近似，而求取该曾卢尼克多项 式的各项的系数中，值与所述第2被检测面的垂直于所述第2测定光轴的方向的偏移量成 比例而发生变化的第2偏移量比例系数的值，和值与该第2被检测面的相对于该第2测定 光轴的偏斜量成比例而发生变化的第2偏斜量比例系数的值；第1偏移量/偏斜量计算步骤，其中基于所述第1曾卢尼克系数值计算步骤中所求得 的所述第1偏移量比例系数的值和所述第1偏斜量比例系数的值，求取所述第1被检测面 相对于所述第1测定光轴的偏移量和偏斜量；第2偏移量/偏斜量计算步骤，其中基于在所述第2曾卢尼克系数值计算步骤中所求 得的所述第2偏移量比例系数的值和所述第2偏斜量比例系数的值，求取所述第2被检测 面相对于所述第2测定光轴的偏移量和偏斜量；面错位量/面倾倒量计算步骤，其中基于所述第1偏移量/偏斜量计算步骤中所求得 的所述第1被检测面的偏移量和偏斜量、所述第2偏移量/偏斜量计算步骤中所求得的所 述第2被检测面的偏移量和偏斜量、以及所述第1干涉计和所述第2干涉计的相对位置关 系的信息，计算所述面错位量和所述面倾倒量。
2.根据权利要求1所述的非球面体测定方法，其特征在于，所述曾卢尼克多项式，是由极坐标形式所表示的4次以上的曾卢尼克多项式Z(P， Θ)，其中P是离开极点的距离，θ是相对于极轴的偏角，所述第1偏移量比例系数和所述第2偏移量比例系数，是由下式(1)所表达的项的系数二工、下式( 所表达的项的系数&、下式C3)所表达的项的系数^5和下式(4)所表达的项 的系数z7，所述第1偏斜量比例系数和所述第2偏斜量比例系数是该系数\和该系数 P cos θ... (1)P sin θ…(2)(3 P 2-2) P cos θ ...⑶ (3 P 2-2) P sin θ — (4) 。
3.根据权利要求2所述的非球面体测定方法，其特征在于， 所述非球面体是非球面透镜。
4.一种非球面体测定装置，对具有作为旋转非球面的第1被检测面和作为旋转非球面 或球面的第2被检测面的非球面体，测定该第1被检测面和该第2被检测面的相对的面错 位量和面倾倒量，其特征在于，具有第1干涉计，其沿第1测定光轴将第1测定光照射到所述第1被检测面，并得到由该第 1测定光的被该第1被检测面反射的第1反射波面和第1参照波面的光干涉所形成的第1 干涉条纹的图像数据；第2干涉计，其与所述第1干涉计的相对位置关系被特定，并沿第2测定光轴将第2测 定光照射到所述第2被检测面，得到由该第2测定光的被该第2被检测面反射的第2反射 波面和第2参照波面的光干涉所形成的第2干涉条纹的图像数据；第1被检测面形状数据取得机构，其对所述第1干涉条纹的图像数据进行解析而求取 所述第1被检测面的形状数据；第2被检测面形状数据取得机构，其对所述第2干涉条纹的图像数据进行解析而求取 所述第2被检测面的形状数据；第1曾卢尼克系数值计算机构，其利用曾卢尼克多项式对在所述第1被检测面形状数 据取得机构中所求得的所述第1被检测面的形状数据进行近似，而求取该曾卢尼克多项 式的各项的系数中、值与所述第1被检测面的垂直于所述第1测定光轴的方向的偏移量成 比例而发生变化的第1偏移量比例系数的值，以及值与该第1被检测面的相对于该第1测 定光轴的偏斜量成比例而发生变化的第1偏斜量比例系数的值，第2曾卢尼克系数值计算机构，其利用曾卢尼克多项式对在所述第2被检测面形状数 据取得机构中所求得的所述第2被检测面的形状数据进行近似，并求取该曾卢尼克多项 式的各项的系数中、值与所述第2被检测面的垂直于所述第2测定光轴的方向的偏移量成 比例而发生变化的第2偏移量比例系数的值，以及值与该第2被检测面的相对于该第2测 定光轴的偏斜量成比例而发生变化的第2偏斜量比例系数；第1偏移量/偏斜量计算机构，其基于所述第1曾卢尼克系数值计算机构中所求得的 所述第1偏移量比例系数的值和所述第1偏斜量比例系数的值，求取所述第1被检测面相 对于所述第1测定光轴的偏移量和偏斜量；第2偏移量/偏斜量计算机构，其基于所述第2曾卢尼克系数值计算机构中所求得的 所述第2偏移量比例系数的值和所述第2偏斜量比例系数的值，求取所述第2被检测面相 对于所述第2测定光轴的偏移量和偏斜量；面错位量/面倾倒量计算机构，其基于所述第1偏移量/偏斜量计算机构中所求得的所述第1被检测面的偏移量和偏斜量、所述第2偏移量/偏斜量计算机构中所求得的所述 第2被检测面的偏移量和偏斜量、所述第1干涉计和所述第2干涉计的相对位置关系的信 息，计算所述面错位量和所述面倾倒量。
5.根据权利要求4所述的非球面体测定装置，其特征在于， 所述第1和第2干涉计具有干涉光学系统和干涉条纹摄像系统。
6.根据权利要求5所述的非球面体测定装置，其特征在于， 所述干涉光学系统，具有光源部，其输出高可干涉性的光束；束径放大透镜，其对来自所述光源部的输出光的束径进行放大； 光束分路光学元件，其将来自所述束径放大透镜的光束，沿测定光轴向所述非球面体 反射；校准透镜，其对来自所述光束分路光学元件的光束进行校准； 平面基准板，其具有相互平行的第1和第2基准平面，并在位于所述非球面体侧的所述 第2基准平面中，使来自所述校准透镜的平面波的一部分再返回反射而作为参照光，使其 余部分沿所述测定光轴而透过；物镜，其将透过所述平面基准板后的光束，变换为由球面波构成的测定光，并照射到所 述非球面体的被检测面的中心部，来自所述被检测面的反射光与所述参照光干涉而形成干涉光。
7.根据权利要求6所述的非球面体测定装置，其特征在于，所述平面基准板被保持在备有压电元件的边缘扫描适配器，并在测量时沿第1测定光 轴L1方向移动。
8.根据权利要求7所述的非球面体测定装置，其特征在于， 所述干涉条纹系统，还具备对所述干涉光进行聚光的成像透镜；以及对由所述成像透镜所成像的干涉条纹进行摄像的二维图像传感器。
全文摘要
本发明公开一种非球面体测定方法以及装置，其中通过使用了第1和第2干涉计的反射波面测定，求取非球面透镜的第1透镜面以及第2透镜面的形状数据。各形状数据由曾卢尼克多项式所近似。基于该曾卢尼克多项式的系数Z1、Z2、Z6以及Z7的值，求取第1透镜面相对于第1测定光轴的偏移量和偏斜量，以及第2透镜面相对于第2测定光轴的偏移量和偏斜量。并基于所得到的各偏移量和偏斜量以及第1干涉计和第2干涉计的相对位置关系，计算面错位量和面倾倒量。
文档编号G01B11/02GK102087097SQ201010583299
公开日2011年6月8日 申请日期2010年12月8日 优先权日2009年12月8日
发明者孙萍, 葛宗涛 申请人:富士胶片株式会社