光学元件特性测定装置的制作方法

本发明涉及一种装置，其通过同时照射从反射光传感器部的光轴观察时光强度分布呈环状的集束光、以及向被检透镜的中心附近照射的平行光线来测定被检透镜的特性值。尤其是涉及一种对200μm以下的薄型的被检透镜的厚度进行测定的装置、或者是一种透镜的面偏移量测定装置，所述透镜的面偏移量测定装置为了使被检透镜的透镜中心轴(被检透镜第一面的法线)与反射光传感器部的光轴对准而进行调整，之后，对透过被检透镜的环状的集束光、或向被检透镜的中心附近照射的平行光线的聚光点位置进行测定，从而不必使被检透镜旋转，即可测定被检透镜的面偏移量。

背景技术：

以往，如图1所示，为了测定透镜那样的光学元件的厚度，已知下述的技术：将被检光学元件11配置于连接两个位移计10a、10b的直线上，两个位移计10a、10b分别将光束12a、12b照射于被检光学元件11，测定一方的位移计10a所测定的至被检光学元件11的表面为止的距离a1、以及另一方的位移计10b所测定的至被检光学元件11的背面为止的距离a2，并从两个位移计10a、10b之间距离的a0中减去距离a1和距离a2，由此测定被检光学元件11的厚度，例如，日本专利公开平1-235806号公报(专利文献1)、及日本专利公开平10-239046号公报(专利文献2)中，记载了使用两个光学式位移计测定光学元件的厚度的技术。

另外，作为使用一个传感器部12来测定光学元件的厚度的现有技术，已知有下述非接触地测定光学元件的厚度的技术：如图2的(A)所示，将集束光13向已设置于保持支架14的被检光学元件15照射，一边在旋转载台16的基准平面使被检光学元件15沿图2的(B)所示的z轴方向移动，一边测定由已设置于传感器部20的未图示的成像光学系统拍摄的、在被检光学元件15的表面及背面产生的像的光强度，利用未图示的处理部，将相对于z轴的光强度作为数字化数据进行抽样，提取两个光强度的极大值，基于它们的z轴的间隔(测定值d)，算出被检光学元件21的厚度。

另外，关于测定透镜的偏心量的装置，日本专利公开2007-206031号公报(专利文献3)中记载了一种透过式偏心测定装置，其通过使被检透镜以其外周基准而旋转，从而可以测定该被检透镜的偏心量。

进一步，例如日本专利公开2008-298739号公报(专利文献4)或日本专利公开2007-327771号公报(专利文献5)中记载了一种偏芯量测定装置，偏芯量测定装置中，通过一边使被检光学元件(被检透镜)的被检面围绕规定旋转轴旋转，一边使规定形状的指标的像成像于被检面的焦点面，并测量介由被检面中继并成像于摄像面上的指标的像随着被检面的旋转而以描出圆形的轨迹的方式移动的圆的半径，由此求出被检面的偏芯量。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利公开平1-235806号公报

专利文献2：日本专利公开平10-239046号公报

专利文献3：日本专利公开2007-206031号公报

专利文献4：日本专利公开2008-298739号公报

专利文献5：日本专利公开2007-327771号公报

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

专利文献1及专利文献2记载的光学元件的厚度测定装置中，需要两个光学式位移计，导致装置的规模大，成本提高。

另外，以往的基于一个非接触式传感器的光学元件的厚度测定装置中，如图3所示，聚光点202存在于被检光学元件203的表面203a时，虽然在集束光201的被检光学元件203的表面203a产生像204a，在被检光学元件的背面203b产生像204b，但是在表面203a产生的像204a与在背面203b产生的像204b均以集束光光轴210、即Z为中心重叠，难以将其分离进行测定。另外，对于厚度薄的被检光学元件(t～200μm)，关于一边使旋转载台沿z轴方向移动一边进行测定的像的光强度，将以横轴为z轴的值、以纵轴为作为数字化数据而测定的光强度并表示成图表的结果示于图4。如图4所示，像的光强度的最大值-最小值之差比较小，图表的峰和谷的变化缓慢，如后所述，示出了难以测定正确且可靠性高的与两个极大值对应的z轴上的间隔(测定值d)。

接着，关于测定透镜的偏心量的装置，凸部形状的光学透镜(以下，也记载为“被检透镜”。)的上表面(以下，也记载为“第一面”。)及下表面(以下，也记载为“第二面”。)为球面。而且，上表面及下表面各自的中心均不位于被检透镜的设计上的光轴上，制造过程中有时产生面偏移。由于这样的面偏移，会在被检透镜产生偏心(偏芯)。例如，对每批光学透镜的测定偏心量并检查品质的工序是有益的。以往，如上所述，被检透镜的面偏移量(偏心量)的测定中使用了基于使被检透镜旋转来测定芯偏斜量、面偏斜角等的方法的测定装置。

现在，由于被检透镜正在进一步小径化，因此使被检透镜高精度地旋转变得比以往更困难。

本发明是鉴于上述那样的情况完成的，本发明的目的在于提供一种装置，其同时照射从反射光传感器部的光轴观察时光强度分布呈环状的集束光、以及向被检透镜的中心附近照射的平行光线来测定被检透镜的特性值。尤其是在于提供一种对200μm以下的薄型的被检透镜的厚度进行测定的装置、或者是一种透镜的面偏移量测定装置，所述透镜的面偏移量测定装置为了使被检透镜的透镜中心轴(被检透镜第一面的法线)与反射光传感器部的光轴对准而进行调整，之后，对透过被检透镜的环状的集束光、或向被检透镜的中心附近照射的平行光线的聚光点位置进行测定，从而不必使被检透镜旋转，即可测定被检透镜的面偏移量。

(二)技术方案

本发明的上述目的可以通过下述方式实现：一种光学元件特性测定装置，其具备环状集束光照射光部，所述环状集束光照射光部将在相对于光轴垂直的平面上光强度分布呈环状的集束光、以及在所述光轴上具有光强度分布的中心的平行光线向被检光学元件照射，其中，所述被检光学元件的处于所述环状集束光照射光部侧的面为表面，所述表面的相对侧为背面，通过对在所述被检光学元件的所述表面或所述背面反射或透过所述被检光学元件的光线的强度、或所述光线的光路进行解析，来测定所述被检光学元件的形状特性。

本发明的上述目的通过下述方式能够更有效地实现：所述环状集束光照射光部具有光源、第一光学元件、第一透镜，沿所述光轴以所述光源、所述第一光学元件、所述第一透镜的顺序进行配置，所述第一光学元件形成有与所述光轴垂直的环状的间隙，并配置具有比所述环状的间隙的内侧的直径小的直径的第一透镜；或者，具备：反射光检测部，其向所述被检光学元件照射所述环状的集束光，并使在所述被检光学元件的表面产生的第一环状像及在所述被检光学元件的背面产生的第二环状像在受光面成像，生成用于算出所述第一环状像及所述第二环状像的光强度的数据；以及处理部，其基于所述光强度相对于所述被检光学元件沿所述光轴方向移动的距离的变化，算出所述被检光学元件的厚度；或者，所述被检光学元件为透镜，检测基于所述数据的所述第一环状像及所述第二环状像的光强度的变化的两个极大值，并使用与所述两个极大值对应的所述被检光学元件的移动距离之差即测定值d、所述被检光学元件的材料的折射率n、所述被检光学元件的曲率半径r、以及所述曲率半径r的中心点与所述光轴和所述集束光所成的角度即所述集束光的聚光角θ₁，算出所述被检光学元件的透镜的厚度t；或者，将连接所述被检光学元件的表面的所述环状的集束光进行折射的C点、和所述被检光学元件的背面的环状的聚光点B的线段BC的斜率a及截距b分别设为：

b＝r-d，

并使用

算出所述点C与所述环状的集束光的光轴的距离e，在所述曲率半径r为正(所述被检光学元件为凸面)的情况下，上述距离e的双符号同顺序(日语：複合同順)的符号采用正的值，在所述曲率半径r为负(所述被检光学元件为凹面)的情况下，上述距离e的双符号同顺序的符号采用负的值，使用

算出所述被检光学元件的透镜的厚度t；或者，具备：反射光传感器部，其具有向所述被检光学元件照射所述环状的集束光的所述环状集束光照射光部，并生成用于算出在所述被检光学元件的所述表面反射的环状平行光线的光轴的反射角度的第一聚光位置数据；透过光传感器部，其生成用于算出从所述环状集束光照射光部照射并透过所述被检光学元件的光线的聚光点位置的第二聚光位置数据；以及，数据处理部，其基于所述第一聚光位置数据算出所述反射角度，并基于所述第二聚光位置数据算出透过所述被检光学元件的光线的所述聚光点位置，

所述数据处理部基于所述第一数据以使得所述被检光学元件的透镜中心轴与所述环状集束光照射光部的光轴一致的方式对所述被检光学元件的位置进行调整，并基于所述聚光点位置，以不使所述被检光学元件旋转的方式来运算所述被检光学元件的面偏移量Δ₂；或者，所述被检光学元件为透镜，将基于在所述被检光学元件的中心附近透过的透过平行光线的所述聚光点位置而算出的偏移量设为Δ₁，并使用所述被检光学元件的材料的折射率n、所述被检光学元件的所述表面的曲率半径r₁、所述被检光学元件的所述背面的曲率半径曲率半径r₂、以及所述被检光学元件的厚度t计算所述面偏移量Δ₂；或者，使用

算出所述面偏移量Δ₂；或者，所述被检光学元件为透镜，使用基于在所述被检光学元件的所述反射光传感器部侧的焦点聚光的集束光透过所述被检光学元件而得到的透过平行光线在所述透过光传感器部上的所述聚光点位置而算出的所述透过平行光线的折射角θ₁′、所述被检光学元件的材料的折射率n、所述被检光学元件的所述背面的曲率半径r₂来计算所述面偏移量Δ₂；或者，使用

算出所述面偏移量Δ₂；或者，使用将三束以上的多束光束在圆周上大致等间隔地配置而成的非环状的集束光来代替所述环状的集束光；或者，所述第一光学元件形成有使所述光束通过的所述多个孔。

(三)有益效果

根据本发明的光学元件特性测定装置，通过同时照射从反射光传感器部的光轴观察时光强度分布呈环状的集束光、以及向被检透镜的中心附近照射的平行光线，并使反射光传感器部的光轴与被检透镜的光轴一致，对在被检透镜的表面反射的光线或透过被检透镜的光线的强度或光路(聚光的位置)进行解析，从而能够测定被检透镜的特性值。

尤其是，根据本发明的光学元件特性测定装置，通过具有环状(轮状)的透过孔(狭缝)的光学元件来观测被检透镜的表面及背面的环状(轮状)像的光强度的变化，从而能够对薄型的被检透镜(厚度t～200μm以下)的厚度进行测定。

另外，根据本发明的光学元件特性测定装置，为了使被检透镜的透镜中心轴(被检透镜第一面的法线)与反射光传感器部的光轴对准而进行调整，并对透过被检透镜的光线的聚光点位置进行测定，从而不必使被检透镜旋转，即可测定被检透镜的面偏移量。

附图说明

图1是以往的基于两个非接触位移计的光学元件的厚度测定装置的概略结构图。

图2的(A)是以往的基于一个非接触位移计的光学元件的厚度测定装置的结构图。(B)是表示(A)所示的测定装置的xyz坐标系的图。

图3是表示在以往的光学元件的厚度测定装置中，集束光存在于被检光学元件的表面时，在被检光学元件的表面产生的像、以及在被检光学元件的背面产生的像的样子的图。

图4是表示基于一个非接触位移计的光学元件的厚度测定装置中，在使用以往的集束光的光束进行测定的情况下，来自被检光学元件的反射光的光强度相对于z轴变化的变化的图。

图5是在本发明的实施方式的测定装置中，关于能够同时照射光强度分布呈环状的集束光、及被照射于被检透镜的中心附近的平行光线的环状集束光照射光学系的详细的结构图。

图6是表示本发明的实施方式的环状集束光照射光学系的光学元件34的形状的图。

图7是在本发明在实施方式的测定装置中，关于在环状集束光照射光学系中附加了自动准直仪部的结构的详细的结构图。

图8是表示本发明的实施方式的反射光检测部的光学元件的形状的图。

图9的(A)是本发明第一实施方式的光学元件厚度测定装置的结构图。(B)～(D)是光学元件光的厚度测定装置(整体结构图)的坐标系。(B)是表示基准平面的x轴、y轴、z轴的图。(C)是表示摆动角θx的图。(D)是表示摆动角θy的图。

图10是表示本发明第一实施方式的自动准直仪部的光学元件的形状的图。

图11是表示在本发明第一实施方式的、被检光学元件的厚度测定装置中，集束光在被检光学元件的表面反射的样子的图。

图12是表示在本发明第一实施方式的被检光学元件的厚度测定装置中，从集束光光轴观察具有环状(ring)的光强度的集束光存在于被检光学元件的表面时的在被检光学元件的表面产生的像、及在被检光学元件的背面产生的像的样子的图。

图13是表示在本发明第一实施方式的被检光学元件的厚度测定装置中，从集束光光轴观察具有环状(ring)的光强度的集束光存在于被检光学元件的背面时的在被检光学元件的表面产生的像、及在被检光学元件的背面产生的像的样子的图。

图14的(A)是表示在本发明第一实施方式的被检光学元件的厚度测定装置中，聚光点存在于被检光学元件的表面、表面像在CCD摄像机的受光面上成像的环状表面成像的图。(B)是表示在本发明第一实施方式的被检光学元件的厚度测定装置中，聚光点存在于被检光学元件的背面、背面像在CCD摄像机的受光面上成像的环状背面成像的图。

图15的(A)是表示在本发明第一实施方式的被检光学元件的厚度测定装置中，聚光点存在于被检光学元件的内部、表面像及背面像在CCD摄像机的受光面上成像的环状表面成像被具有环状的通过孔的光学元件遮断一部分的样子的图。(B)是表示在本发明第一实施方式的被检光学元件的厚度测定装置中，聚光点存在于被检光学元件的厚度方向的中央附近、表面及背面像在CCD摄像机的受光面上成像的环状背面成像被具有环状的通过孔的光学元件遮断大部分的样子的图。

图16是表示在本发明第一实施方式的被检光学元件的厚度测定装置中，在使用具有从集束光光轴观察时呈环状(ring)的光强度的集束光、并测定在被检光学元件的表面及背面产生的像的光强度时的、来自被检光学元件的反射光的光强度相对于z轴变化的变化的图。

图17是表示在本发明第一实施方式的被检光学元件的厚度测定装置中，在被检光学元件的表面为凸面(r＞0)的情况下，集束光入射到凸面形状的被检光学元件，在被检光学元件的表面折射，并在背面进行聚光的样子的图。

图18是表示在本发明第一实施方式的被检光学元件的厚度测定装置中，在表面为凹面(r＜0)的情况下，集束光入射到凸面形状的被检光学元件，在被检光学元件的表面折射，并在背面进行聚光的样子的图。

图19是表示在本发明第二实施方式的被检光学元件的厚度测定装置中，从集束光光轴观察具有沿虚拟的环配置光束的光强度的集束光的聚光点存在于被检光学元件的表面时的在被检光学元件的表面产生的像、及在被检光学元件的背面产生的像的样子的图。

图20的(A)、及(B)是分别表示本发明第二实施方式的被检光学元件的厚度测定装置的光学元件61及62的形状的概略的图。

图21是表示在本发明第三实施方式的被检光学元件的厚度测定装置中，集束光入射到被检光学元件(曲率半径r＝∞的平板)的表背为平面的光学元件，并在表面512a折射，在背面聚光的样子的图。

图22是说明利用本发明第四实施方式的透镜的面偏移量测定装置测定的被检透镜的面偏移量的定义的图。

图23是本发明第四实施方式的透镜的面偏移量测定装置的方框图。

图24是关于本发明第四实施方式的透镜的面偏移量测定装置的详细的结构图。

图25的(A)及(B)是分别表示本发明第四实施方式的、变换成透镜的面偏移量测定的环状的光线的光学元件、及针孔型的光学元件的形状的概略的图。

图26是表示在本发明第四实施方式中，透镜的面偏移量测定装置的初期设定时的、透过环状的集束光及透镜中心轴附近的平行光线的光路的图。

图27是表示在本发明第四实施方式中，被检透镜第一面的反射光线的光轴变成与透镜中心轴不一致的平行光线并进行反射的样子的图。

图28是表示在本发明第四实施方式中，被检透镜第一面的反射光线的光轴变成与透镜中心轴一致的平行光线并进行反射的样子的图。

图29是表示在本发明第四实施方式中，从反射光传感器部分别照射到被检透镜的环状的集束光的形状、及在被检透镜第一面作为平行光线被反射的样子的图。

图30是表示在本发明第四实施方式中，在被检透镜的第二面，产生于被检透镜的面偏移量Δ₂导致平行光线折射的样子的图。

图31是表示在本发明第四实施方式中，光轴与被检透镜的透镜中心轴一致的集束光入射到被检透镜，作为相对于透镜中心轴倾斜的平行光线从被检透镜射出的样子的图。

具体实施方式

本发明的测定装置通过同时照射从反射光传感器部的光轴观察时光强度分布呈环状的集束光、以及向被检透镜的中心附近照射的平行光线，并使反射光传感器部的光轴与被检透镜的光轴一致，对在被检透镜的表面反射的光线或透过被检透镜的光线的强度或光路(例如，聚光的位置)进行解析，来测定被检透镜的尺寸或形状特性。

此处，在本发明的实施方式的测定装置中，关于能够同时照射光强度分布呈环状的集束光、以及向被检透镜的中心附近照射的平行光线的环状集束光照射光学系29，沿光线传播的顺序，说明各结构彼此的关系及各结构的功能。图5是环状集束光照射光学系29的详细的结构图。

首先，光源31(例如，激光二极管)配置于准直透镜32的焦点距离f1，从光源31发射的光线通过准直透镜32变换成平行光线。通过具有环状的透过孔的光学元件34，该平行光线变换成平行的环状光线49a。然后，平行的环状光线49a通过具有配置于传播目的地的焦点距离f2的透镜35变成环状集束光50a而被射出。另一方面，光轴的中央附近的平行光线49b配置于光学元件34，通过具有焦点距离f4的小径透镜34b，从而在位于从小径透镜34b远离焦点距离f4的点N聚光。然后，通过位于从点N远离焦点距离f2的、具有焦点距离f2的透镜35，再次变换成平行光线50b。其结果，环状集束光照射光学系29能够同时射出环状的集束光50a及平行光线50b。此外，环状的集束光50a及平行光线50b具有共通的轴。

另外，将光学元件34的形状示于图6。光学元件34为将环状部品34g配置于外侧的环状部品34h的内侧、进而将具有焦点距离f4的小径透镜34b配置于内侧的环状部品34g的结构。由于光学元件34形成环状的透过孔34a，因此使入射光变换成规定范围的径的环状光线而透过。进一步，光学元件34在中央附近配置有具有焦点距离f4的小径透镜34b，因此使平行光变换成集束光。此外，光学元件34作为支撑小径透镜34b的支架具有环状部品34g。而且，因为透过孔34a为存在于外侧的环状部品34h及支架部品34g之间的间隙(空间)，因此将支撑部品34c～34f配置于外侧的环状部品34h与支架部品34g之间。

为了使用环状集束光照射光学系29测定被检透镜的尺寸或形状特性，需要解析环状的集束光50a在被检透镜的表面或背面反射的光线的反射角度或光强度。因此，将在环状集束光照射光学系29中设置有反射光检测部48的例子示于图7。

例如，为了使用环状集束光照射光学系29测定被检透镜的厚度，需要利用环状的集束光50a测定在被检透镜的表面或背面形成的环状的像的光强度。作为为此的具体结构，在光学元件34与准直透镜32之间以相对于光轴大致45°的角度配置光束分离器(半反射镜)33。进而，在光束分离器33的前端配置反射光检测部48。沿来自环状的像的光线入射的顺序，该反射光检测部48由光学元件(例如，环状的通过孔)39、透镜40、最后配置于透镜40的焦点距离f3处的CCD摄像机41的结构要素构成。通过解析输入CCD摄像机41的反射光线的强度分布或聚光位置，能够测定反射光线相对于光轴的角度。而且，基于所测定的反射光线的角度，能够算出被检透镜的形状特性，另外，如后所述地能够调整被检透镜的光轴。

此外，光学元件39发挥对透过前述的小径透镜34b的光进行遮光的功能。而且，如图8所示，光学元件39成为在外侧的环状部品39b的中心配置有内侧的圆形部品39c的结构，由此，形成环状的透过孔39a，并起到相对于入射光使规定范围的径的环状光线透过并遮断规定范围的径以外的光线的功能。此外，由于39a为间隙(空间)，因此成为通过配置支撑部品39d～39g而将39b与39c结合的结构。

[实施方式1]

接着，作为本发明第一实施方式，对使用以上那样说明的环状集束光照射光学系29测定被检透镜的厚度的测定装置进行说明。

将本发明第一实施方式的光学元件的厚度测定装置的结构图示于图9的(A)。

本发明第一实施方式通过使具有从光轴观察呈环状的光强度的集束光入射至被检光学元件,介由具有环状(轮状)的透过孔的光学元件观测被检光学元件的表面及背面的像的光强度的变化，来测定被检光学元件的厚度。作为被检光学元件，例如，可列举出在表面具有曲率的透镜、透明基板、平坦的玻璃板等。作为本发明第一实施方式，对测定表面的曲率(r＞0)为凸状的被检透镜的厚度的测定装置进行说明。

在对测定方法进行说明之前，首先对本发明第一实施方式的装置的两个调整进行说明。此外，将第一实施方式的整体结构图的坐标系示于图9的(B)～(D)。设置被检光学元件的被检光学元件保持部36被设置在具有调整基准平面300的x轴、y轴、z轴、摆动角θx、及摆动角θy的功能的旋转载台43上。而且，在测定被检光学元件37的厚度之前，需要调整旋转载台43的x轴、y轴、摆动角θx、及θy。第一调整为下述方式：由于设置于旋转载台43的被检光学元件保持部36的基准平面300并不限于与集束光的光轴Z垂直，因此以使得设置了被检光学元件保持部36的基准平面300与集束光的光轴Z垂直的方式进行调整(调整成垂直)。为了此调整，在旋转载台43的基准平面300设置未图示的反射镜。而且，以使得反射镜的反射光的光轴与集束光的光轴Z一致的方式对摆动角θx、及θy进行调整。这样的调整在本发明的光学元件厚度测定装置的初期设定时进行。进而，在将被检光学元件37设置于光学元件保持部36时，进行第二调整。在该第二调整后，集束光的光轴Z与被检光学元件37的光轴一致。

如图9的(A)所示，进行第一调整时，本发明第一实施方式的装置的光学系30与用于测定的集束光50a一起射出平行光50b作为旋转载台调整。若从光学系30射出平行光50b，则设置于旋转载台43的未图示的反射镜反射平行光50b。而且，该反射光的角度可利用光学系30的自动准直仪部47测定。接下来，对测定该反射光的角度的原理进行说明。首先，若在旋转载台43上设置了光学元件保持部36的基准平面300与传感器部的光轴(被照射于反射镜的平行光50b的光轴)垂直，则在入射的平行光50b的方向被反射。而且，该反射光沿着与入射的路径反向的路径，达到光束分离器(半反射镜)33。此处，反射光的一部分被偏转而朝向光束分离器(半反射镜)38传播。而后，该反射光被光束分离器(半反射镜)38偏转，并入射到由具有透过孔44a的光学元件44、透镜45、及CCD摄像机46构成的自动准直仪部47。此外，将自动准直仪部47的光学元件44的形状示于图10。

而且，该反射光在与处理部42电缆连接的CCD摄像机46的受光面聚光。若该反射光在受光面的规定位置聚光，则处理部42判定基准平面300与集束光的光轴Z垂直。然而，若处理部42判断为未在规定位置聚光，则基于该聚光位置(从CCD摄像机41传送的数字化数据)，使旋转载台43的摆动角θx、及摆动角θy变化，调整旋转载台43使得反射光照射至规定位置。

第二调整在将被检光学元件37设置于光学元件保持部36时进行。图11表示集束光在被检光学元件的表面反射的样子。图11中，被检光学元件302的曲率半径为r，反射光303a、303b的光轴Zr与集束光的光轴Z的角度为θ₄。如此，可以使用θ₄、曲率半径r以距离h＝r·sin(θ₄/2)来表示测定轴(被检光学元件302的光轴Z′)与集束光的光轴Z的距离h。此处，为了使集束光光轴Z与被检光学元件37的光轴Z′一致，处理部42能够驱动旋转载台43的x轴及y轴。即，处理部42能够调整为距离h＝0的状态。图11中，将使凸面的表面朝向光学系30的被检光学元件302设置于被检光学元件保持部304。关于处理部42使被检光学元件302的该凸面的最上部点T的位置位于光学系30的光轴、即集束光光轴Z上的原理，在以下进行说明。首先，如图11所示，光学系30的集束光301a、301b被用于测定。而且，若集束光301a、301b照射于被检光学元件302，则变成平行的反射光303a、303b并朝向透镜35反射。此处，若被检光学元件302的凸部或凹部的位置与集束光光轴Z一致(反射角度θ₄＝0)，则由于反射光303a、303b的光轴与集束光的光轴Z一致，所以射灯应该照射于自动准直仪部47的CCD摄像机46的受光面的规定位置。而且，自动准直仪部47中，该反射光在被配置于透镜45的焦点距离f5的CCD摄像机46的受光面作为射灯成像。然而，若将相对于集束光光轴Z的反射光303a、303b的光轴的反射角度设为θ₄，则在不为反射角度θ₄＝0时，检测出射灯没有照射在规定位置。因此，通过相对于旋转载台43以沿x轴方向及y轴方向移动的方式进行调整，从而能够调整使得射灯与规定位置一致。此外，处理部42利用电缆与光学系30的CCD摄像机46连接，被照射至CCD摄像机46的受光面的射灯作为数字化数据被传送至处理部42。因此，处理部42也可以基于所传送的数字化数据，检测射灯位置，然后检测所测定的射灯位置与规定射灯位置的方向和距离的差分，并基于该差分，以使得在x轴方向及y轴方向上设置有被检光学元件保持部36的基准平面300相对于旋转载台43移动的方式进行指示，从而自动调整使得射灯位置与规定位置一致。反射角度θ₄与CCD摄像机46的受光面上的射灯(聚光点)的位置对应，可以基于该位置利用处理部42算出反射角度θ₄。另外，此时，在处理部，可以基于由CCD摄像机41、46受光而成的像，利用处理部42运算光强度和入射光的角度θ₄，输出并显示于例如处理部42所具备的PC的监视器。

此外，虽然示出了将使凸面朝向光学系30的被检光学元件37设置于被检光学元件保持部36的情况，但是将使凹面朝向光学系30的凹面被检光学元件设置于被检光学元件保持部36时，在进行使凹面被检光学元件的凹面的最下部的位置位于光学系30的光轴即集束光光轴Z上的调整的情况下，能够与上述同样地进行调整。

接着，使用图12～14对使用环状的集束光310将在薄的光学元件(例如，厚度200μm以下的透镜)的表面与背面产生的像分离的有效的方法进行说明。将被照射在设置于被检光学元件保持部36的被检光学元件37的环状的集束光310的在被检光学元件311的表面及背面产生的像示于图12、及图13。另外，将在CCD摄像机41的受光面上成像的图像示于图14。

以往，在使来自传感器部20的集束光24照射于被检光学元件21，并测定光学元件的厚度时，因为在传感器部20的未图示的受光元件成像的、使聚光点202与被检光学元件203的表面203a对准时产生的像204a与背面的像204b近接或重叠，因此存在如图3所示那样难以分离的问题。

因此，在本发明第一实施方式中，如图12及图13所示，通过使用将集束光的中心遮光后的光束(例如，环状或轮状)来解决上述的问题。图12中示出了环状(轮状)的集束光310入射到被检光学元件311，由被检光学元件311的表面与空气的界限、及背面与空气的界限的反射光而产生两个像。对这些像进行说明。首先，聚光点312存在于表面311a的情况下，表面311a的像变成点，在背面的界限，形成小的环状的背面像313，在背面311b的界限反射的集束光在表面311a形成比背面大的环状(轮状)表面像314。以此方式，环状的像313与环状的像314不重叠，可以分离。另外，如图13所示，聚光点322存在于背面311b的情况下，背面311b的像变成点，并反射而在表面311a形成小的环状的像323，在表面311a的界限面反射的集束光在背面311b形成比表面311a的环状的像323大的环状(轮状)的像324。这样，环状的像323与环状的像324不重叠，可以分离，因此能够一边使旋转载台43沿z轴方向移动，一边有效地将聚光点312存在于表面311a时形成于表面311a的环状的表面像314、及聚光点322存在于背面311b时形成于背面311b的环状的背面像324与其他的像分离。因此，在显示出相对于z轴的光强度变化的图表中，可以高精度地检测表面像313及背面像324的光强度的两个极大值(峰值)。其结果，基于与两个光强度对应的z轴的差，能够以更高精度算出被检光学元件37的厚度t。

此处，对在CCD摄像机41的受光面检测的成像的样子进行说明。图14的(A)表示图12的表面像314在CCD摄像机41的受光面上成像的环状表面成像402a。如前所述，由于光学元件34具有环状的透过孔34a，因此能够将平行光线通过透过孔43a并被照射至CCD摄像机41的受光面的区域如由在图14的用虚线表示的外侧虚拟线401a与用虚线表示的内侧虚拟线401b夹持的通过区域401c那样进行显示。这样，通过以来自表面像314的光线通过光学元件34的环状的透过孔43a的方式进行设计，由此，能够以不受到其他的像的光强度的影响的方式，利用CCD摄像机41容易地检测表面像314的光强度。同样地，图14的(B)表示图13的背面像324在CCD摄像机41的受光面上成像的环状背面成像402b。同样地，通过以来自背面像324的光线通过光学元件34的环状的透过孔43a的方式进行设计，由此，能够以不受到其他的像的光强度的影响的方式，利用CCD摄像机41容易地检测表面像324的光强度。这样，若环状的透过孔34a的内径及外形以在聚光点312存在于表面311a的情况下在背面311b的界限面反射形成的环状(轮状)集束光314、与在聚光点322存在于背面311b的情况下在背面311b的界限面反射形成的环状(轮状)集束光324的两方均在通过区域410c的范围成像的方式设计，则能够将聚光点312存在于表面311a时的光强度、及聚光点322存在于背面311b时的光强度作为相对于z轴的光强度变化的极大值(峰值)有效地放大并检测。相反，在聚光点存在于除了表面311a或背面311b以外的部位的情况下，对于由来自表面像及背面像的光线成像的环状表面成像404a及环状背面成像404b，由于环状表面像404a如图15的(A)所示存在远离通过区域401c的部分，因此该部分不会有助于光强度的算出，能够有效地减少利用处理部42算出的光强度。尤其是，聚光点存在于从被检光学元件37的表面至厚度t/2附近的深度时，如图15的(B)所示，若以环状表面成像404c及环状背面成像404d均被完全遮光的方式设计透过孔34的内径及外形，则能够有效地检测相对于z轴的光强度变化的极大值和极小值的z轴位置。此外，作为聚光点的像的403a及403b被光学元件34遮光，不会有助于光强度。

图4及图16中表示被检光学元件37(厚度200μm的透镜)的实际的测定结果的图表。如前所述，图4是表示使用了光轴断面的光强度分布为圆形的光束的、也即未使用环状(轮状)的光束而测定得到的相对于z轴的光强度的图表。与之相对，图16是表示使用本发明第一实施方式的环状(轮状)集束光的光束而测定得到的相对于z轴的光强度的图表。由图表读取的光强度的极大值-极小值之差分别在图4中为“11”，与之相对，在图16中，为“70”。其结果，能够有效地分离被检光学元件37的表面311a与背面311b的像的光强度，能够放大并测定相对于z轴的、来自被检光学元件的表面及背面的像的光强度变化。通过以上的方式，处理部42能够基于测定数据，检测两个光强度的极大值(峰)，并将两个极大值的z轴的差作为测定值d而算出。

然而，使用光学系30及处理部42算出的测定值d不能直接作为被检光学元件37的厚度t。其理由在于，如图17所示，集束光501a、501b在被检光学元件502的表面502a、即在被检光学元件502与空气的界面进行折射。作为表面502a的聚光点的点A的位置的测定不受到折射的影响。然而，作为背面502b的聚光点的点B的位置的测定因集束光的折射受到影响。例如，问题在于：在不考虑被检光学元件502的折射率n的情况下，背面502b的聚光点存在于集束光501a与501b交差的点E，而算出测定值d。因此，为了算出被检光学元件37的正确的厚度t，需要发现能够基于上述的测定值d、集束光501a、501b的聚光角θ₁、被检光学元件502的表面502a的曲率半径r、及被检光学元件502的材料的折射率n，算出被检光学元件502的厚度t的数式。

此处，对算出本发明第一实施方式的、被检光学元件(凸状透镜)502的厚度t的数式的求出方法进行说明。此外，以被检光学元件502的表面曲率半径r(r＞0)、折射率n、及集束光501a、501b的聚光角θ₁均为已知为前提。

首先，图17是表示集束光501a、501b入射到凸面形状的被检光学元件502，在位于被检光学元件502的表面502a内的点C及点F折射，并在背面502b内的点B聚光的图。

将表面502a的集束光的光轴的交点设为点A，将背面502b的聚光点设为点B，将集束光501a、501b在表面502a折射的位置设为点C及点F，将表面502a的曲率中心设为点D，以及将表面502a的不考虑折射的集束光的交点设为点E。由此，线段AE的长度为测定值d，线段AB的长度与光学元件的厚度t对应。另外，关于集束光的角度，以集束光的光轴Z为基准，将聚光角设为θ₁、将线段BC与光轴Z所成的角度设为θ₂、将连接集束光501a、501b与表面502a的交点的点C或点F和作为表面502a的曲率中心的点D的线的角度设为θ₃。使用以上那样的设定值，首先，采用未考虑折射的集束光即表示线段CE的直线的方程式、和表示被检光学元件502的表面502a的圆的方程式，求出点C的x坐标即集束光501a、501b的光轴Z与点C的距离e。接着，基于作为点C的x坐标的e，求出θ₃、作为点C及点F的y坐标的f、以及Δ(＝r-f)。然后，根据使用斯内尔定律而求出的θ₂及点C的x坐标e，求出作为点C与被检光学元件502的背面502b的距离的g。使用以上的结果，算出被检光学元件502的厚度t(＝g+Δ)。

具体而言，将光学元件表面的曲率中心的点D设为坐标的原点，能够用为斜率a及截距b的直线的方程式的数学式1表示线段CE。

[数学式1]

y＝ax+b

另外，能够用数学式2、数学式3表示斜率a及截距b。

[数学式2]

[数学式3]

b＝r-d

而且，将点D设为坐标的原点，能够将被检光学元件502的表面502a作为圆的方程式如数学式4所示地表示。

[数学式4]

根据数学式1及数学式4，算出点C的X坐标e(数学式5中，用x表示)的方程式能够如数学式5所示地表示。

[数学式5]

点C与集束光501a、501b的光轴Z的距离e能够由解的公式如数学式6所示地表示。

[数学式6]

此外，上述的直线与圆的交点有点C、点C′两个，表面502a为凸面(r＞0)的情况下，将直线与圆的交点设为点C，使用符号为正(+)的解。另外，如图18所示，表面为凹面(r＜0)的情况下，能够对应地将直线与圆的交点设为点C′，使用符号为负(-)的解。

接着，如下所述，对能够使用长度e与本装置的测定值d、光学元件的素材的折射率n、表面曲率半径r、集束光的聚光角θ₁，算出被检光学元件502的厚度t的情况进行说明。

如图17所示，连接作为集束光与表面的交点的点C和表面的曲率中心的线的角度即θ₃能够使用长度e及表面曲率半径r如数学式7那样来表示。

[数学式7]

另外，作为点C的y坐标的f能够使用θ₃及表面曲率半径r如数学式8所示地表示，以点C的Y坐标为基准，到被检光学元件502的表面502a的最上点A为止的距离Δ可以如数学式9所示地表示。

[数学式8]

f＝rcosθ₃

[数学式9]

Δ＝r-f

而且，能够使用斯内尔定律，将被检光学元件502的表面502a的入射角(θ₁-θ₃)、折射角(θ₂-θ₃)及被检光学元件502的折射率n的关系如数学式10所示地表示，能够将数学式10变形得到数学式11。

[数学式10]

sin(θ₁-θ₃)＝nsin(θ₂-θ₃)

[数学式11]

另外，作为从点C至被检光学元件502的背面502b的距离的g能够如数学式12所示地表示。

[数学式12]

透镜的厚度t能够如数学式13所示地表示，能够使用数学式9～数学式13如数学式14所示地表示。

[数学式13]

t＝g+Δ

[数学式14]

如以上所述，在本发明第一实施方式中，能够发现：可以基于使用测定值d、被检光学元件的材料的折射率n、表面曲率半径r、及集束光的聚光角θ₁而算出的e算出被检光学元件的透镜的厚度t的计算式。

对本发明第一实施方式的被检光学元件37的厚度t的测定的顺序进行说明。首先，将光学系30的光轴、即集束光光轴Z与被检光学元件保持部36的基准平面300调整成垂直。如上所述，测定光学系30的光轴与光学元件保持部的基准平面300的角度，利用旋转载台43进行调整。

接着，调整旋转载台43的x轴及y轴，在xy平面内，以使光学系30的光轴与被检光学元件37的光轴一致的方式调整被检光学元件37的位置。具体而言，将被检光学元件37配置于被检光学元件保持部36，集束光若被照射于被检光学元件37，则从被检光学元件37的表面变成平行光线并被反射，通过光学系30并到达自动准直仪部47，在CCD摄像机46成像。以使得相对于已经成像的射灯，使自动准直仪部47的CCD摄像机46的受光面的射灯最小，并位于规定位置的方式，利用设置了被检光学元件保持部37的旋转载台43的x轴及y轴调整从被检光学元件37反射的平行光线的反射角度。

而且，通过使旋转载台43沿z轴方向移动，从而使被检光学元件37沿z轴方向移动，检知CCD摄像机41的受光面的环状的成像，变换成数字化数据并传送至处理部42。处理部42存储使z轴的值、与基于数字化数据而算出的光强度对应的测定数据。处理部42基于测定数据检测两个光强度的极大值(峰)，将两个极大值的z轴的差作为测定值算出。最后，处理部42基于使用测定值d、被检光学元件的材料的折射率n、表面曲率半径r、及集束光的聚光角θ₁而算出的e，算出被检光学元件的透镜的厚度t。

[实施方式2]

接着，对本发明第二实施方式进行说明。在第二实施方式中，代替一个环状的光线，配置多束光线，例如配置图19所示的四束光线使得其包含于假想的环状的图形的断面，从而能够实施本发明。若聚光点320存在于被检光学元件311的表面311a，则形成由四个背面像333a、333b、333c、333d构成的像，并在表面311a反射，并形成由334a、334b、334c、334d构成的像。此外，虽然图19中使用了四束集束光331a、331b、331c、331d，但只要为两束以上即可，多束光线的束数没有限定。另外，关于被假想的环状的图形外周及内周335a、335b夹持的区域的各集束光的配置，没有必要以假想的环状的图形的中心点为基准沿0°、90°、180°、270°的方向固定配置，可以选择任意的方向，没有限定。另外，关于各光线的光强度或光量的分配，并不限定于为相同，可以选择任意的分配比率。另外，以与第二实施方式中使用的由四束光束构成的集束光对应的方式，代替图6的光学元件34，使用如图20的(A)所示的具有四个圆形的通过孔的光学元件61，并代替图8的光学元件39，也可以使用如图20的(B)所示的具有四个圆形的通过孔的光学元件62。如图20的(A)所示，光学元件61为下述结构：将小径透镜61b配置于圆形的支架61a的中心，并以该中心为基准点，沿0°、90°、180°、270°的方向配置通过孔61c～61f。另外，如图20的(B)所示，光学元件62为下述结构：以圆形的支架62a的中心为基准点，沿0°、90°、180°、270°的方向配置通过孔62b～62e。此外，上述各通过孔的位置及直径与用于测定的光束的束数及配置对应地设计即可。

[实施方式3]

接着，对本发明第三实施方式进行说明。在第三实施方式中，对被检光学元件512为平板(r＝∞)时的被检光学元件512的厚度t的算出方法进行说明。图21是表示集束光501a、501b入射到被检光学元件512的表背均为平面的光学元件，在表面512a折射，并在背面512b聚光的样子的图。关于集束光的角度，以集束光的光轴Z为基准，将聚光角设为θ₁、将在其表面折射的角度设为θ₆。

使用斯内尔定律，θ₁、及θ₆的关系如数学式15所示地表示，若将数学式15变形，则θ₆能够如数学式16所示地表示。

若将集束光501a、501b与表面522a的交点的x坐标、即集束光501a、501b的光轴Z与交点的距离设为i，并将未考虑折射的集束光的聚光点与表面522a的距离设为d，则θ₁能够如数学式17所示地表示。

[数学式15]

sinθ₁＝nsinθ₆

[数学式16]

[数学式17]

i＝dtanθ₁

而且，平板的厚度t可以使用数学式17及数学式18如数学式19所示地表示。

[数学式18]

[数学式19]

如以上所述，在本发明的光学元件厚度测定装置(光学元件特性测定装置)中，能够基于测定值d、光学元件的素材的折射率n、及集束光的聚光角θ₁算出平板的厚度t。

与上述的例子不同，对下述方法进行说明：对于具有折射率n及已知的厚度t的表面与背面平行的被检光学元件522，通过对测定值d进行测定，决定作为本发明的装置的光学元件厚度测定装置固有的设定值的、集束光的聚光角θ₁。被检光学元件522例如可以使用玻璃板。

sinθ₁、sinθ₆分别能够如数学式20、数学式21所示地表示，若分别代入至上述的数学式15，则发现数学式22所示的关系。

[数学式20]

[数学式21]

[数学式22]

而且，若将数学式22变形，则能够将i如数学式23所示地表示，若使用上述的数学式17，则θ₁能够如数学式24所示地表示。

[数学式23]

[数学式24]

如以上所述，在本发明的光学元件厚度测定装置(光学元件特性测定装置)中，能够根据测定值d、光学元件的材料的折射率n、光学元件的已知厚度t，算出集束光的聚光角θ₁。由于聚光角θ₁为本发明的光学元件厚度测定装置的固有的设定值，因此通过以获得装置固有的聚光角θ₁的方式调整装置等的检查作业，能够用于本发明的光学元件厚度测定装置的校正。

[实施方式4]

本发明的透镜的面偏移量测定装置(光学元件特性测定装置)为下述装置：同时照射从反射光传感器部的光轴观察时光强度分布呈环状的集束光、及被照射至被检透镜的中心附近的平行光线，并以使得被检透镜的透镜中心轴(被检透镜第一面的法线)与反射光传感器部的光轴一致的方式进行调整，并测定透过被检透镜的光线的聚光点位置，从而不必使被检透镜旋转，即可测定被检透镜的面偏移量。

首先，将利用本发明的透镜的面偏移量测定装置(光学元件特性测定装置)测定的被检透镜(被检光学元件)的面偏移量示于图22并进行定义。如图22所示，在本发明的透镜的面偏移量测定装置中，被检透镜20被设置于被检透镜保持架112。而且，将被检透镜保持部111的上表面设为基准平面LS。而且，如图22所示，为下述配置：在与基准平面LS垂直的被检透镜第一面20a的法线LN1上具有第一面的球心(第一面的中心点)CN1，在与基准平面LS垂直的被检透镜的第二面110b的法线LN2上具有第二面的球心(第二面的中心点)CN2。另外，成为通过透镜保持架保持载台部23来支撑用于保持透镜保持架22的被检透镜保持部111的那样的结构，可确保基准平面LS。

在这样的配置中，将分别与基准平面LS垂直的被检透镜第一面(表面)110a的法线和被检透镜的第二面(背面)110b的法线的距离设为面偏移量Δ₂。此外，在本发明的实施方式中，将被检透镜第一面110a的法线LN1定义为被检透镜的透镜中心轴，并进行说明。

将本发明第四实施方式的透镜的面偏移量测定装置(光学元件特性测定装置)的方框图示于图23。以下使用方框图对透镜的面偏移量测定装置的结构的概略进行说明。

如图23所示，本发明的透镜的面偏移量测定装置120由下述部件构成：被检透镜保持架121，其用于设置被检透镜121a；透镜保持架保持机构载台部122，其保持被检透镜保持架121，使其沿3轴方向移动并固定于可沿两个轴旋转(倾斜)的平台；反射光传感器部123，其具有测定来自光源123a的光束被被检透镜121a反射后的光线相对于光轴的角度的反射光传感器部自动准直仪123b；透过光传感器部124，其具有测定透过被检透镜121a的光线的光轴的角度的透过光传感器部自动准直仪124a及光传感器部124b；透过光传感器部保持机构载台部124c，其使透过光传感器部124沿3轴方向移动并固定于可沿两个轴旋转(倾斜)的平台；数据处理部125，其基于反射光传感器部自动准直仪123b、透过光传感器部自动准直仪124a及光传感器部124b的输出，运算被检透镜121a的面偏移量；以及，监视器26，其显示数据处理部125运算的面偏移量。

接着，将关于透镜的面偏移量测定装置30的详细的结构图示于图24，并使用结构图进行说明。

透镜的面偏移量测定装置130由下述部件构成：被检部130a，其具有可5轴(X、Y、Z、χ、)移动的透镜保持架保持机构载台部131c，透镜保持架保持机构载台部131c具有对固定被检透镜131a的被检透镜保持架131b进行保持的基准平面；反射光传感器部130b，其将环状的集束光照射于被检透镜131a，并内置了测定来自被检透镜第一面的反射光相对于透镜中心轴的角度的自动准直仪功能；透过光传感器部130c，其内置了对与来自反射光传感器部130b的环状的集束光同时照射的平行光线透过被检透镜131a的透过光线的聚光点位置进行检测的功能、以及对透过光线相对于透镜中心轴的角度进行测定的自动准直仪功能；可5轴(X、Y，Z，χ、)移动的载台部139，其保持透过光传感器部130c；数据处理部130d及显示部30e，其具有根据上述的各自动准直仪的测定处理及聚光点位置数据算出面偏移量的功能、及根据透过光线的角度算出面偏移量的功能。此外，透镜保持架保持机构载台部131c包含具有基准平面的被检透镜保持部(未图示)，也可以使用旋转载台。

此外，光源部132由光源(例如，激光二极管)132a、透镜(焦点距离f2)132b构成，并射出平行光线。而且，将光学元件133配置于反射光传感器部130b，该光学元件133将从光源部132照射的光线变换成环状的光线及聚光光线。而且，将环状的光线变换成集束光，并配置将在点C聚光的光线变换成平行光线的透镜(焦点距离f4)134，照射至被检透镜131a。在从被检透镜131a反射至反射光传感器部自动准直仪部136的光线入射之前立刻配置光学元件(针孔)。而且，将光学元件133及135的形状分别示于图25的(A)及(B)。光学元件133通过成为将内侧的环状部品133g配置于外侧的环状部品133h的中心的结构，从而形成环状的透过孔133a，且相对于入射光，使规定范围的径的环状光线透过。另外，在中央附近配置有具有焦点距离f5的小径透镜133b，并具有使平行光线成为集束光的功能。此外，作为支撑小径透镜133b的支架，配置环状部品133g，由于支架部品133g与支架部品133h之间为透过孔133a即空间，因此配置支撑部品133c～133f。光学元件135为将供光线通过的透过孔135a配置于外支架135b的中央的结构。

最初，由于对被检透镜保持架131b的基准平面LS进行调整使其与反射光传感器部130b的光轴垂直，因此，将平面反射镜(未图示)设置于被检透镜保持架131b的基准平面LS。而且，使从反射光传感器部130b射出的平行光线反射，通过在反射光传感器部130b内的、由透镜(焦点距离f7)136a及反射光传感器部受光装置136b构成的反射光传感器部自动准直仪136，来测定反射光线的角度。而且，通过透镜保持架保持机构载台部131c将其角度相对于反射光传感器部30b的光轴调整为0度。

接着，相对于反射光传感器部130b的光轴，对透过光传感器部130c的XY面上的位置进行调整，由此设定透过光传感器部130c的透过光传感器部自动准直仪138及透过光传感器部光学系137(聚光点位置检测用受光元件)的原点。

在本发明第四实施方式的透镜的面偏移量测定装置的初期设定时，将平凸透镜作为调整用透镜142使用。此时，将环状的集束光145a、环状的反射光线145b及透过透镜中心轴附近的平行光线的光路146的样子示于图26。另外，调整用透镜142使调整用透镜142的凸面朝向反射光传感器部141a的侧而设置于被检透镜保持架143。而且，将从透过光传感器部141b内的透过光传感器部自动准直仪(未图示)及透过光传感器部受光装置(未图示)送出的图像数据使用数据处理部141c进行处理，一边利用监视器141d观察上述处理得到的图像，一边以聚光点像为最小面积的方式，将透过光传感器部保持机构载台部144沿Z轴方向调整。由于上述的调整用透镜142为平凸透镜，因此透过光线的聚光点切实存在于透镜中心轴上，所以以透过光传感器部自动准直仪(未图示)及光传感器部(未图示)的受光元件上的位置为原点，并存储于数据处理部140c，能够对作为反射光传感器部141a及透过光传感器部141b的原点的XY位置进行固定。利用以上那样的顺序使(调整用透镜42的)透镜中心轴与反射光传感器部141a的光轴一致，并使得平行光线的光路146照射于(调整用透镜142的)透镜中心附近。

如以上所说明地，将反射光传感器部130b的光轴和保持被检透镜保持架131b的被检透镜保持部(未图示)的基准平面LS调整成垂直。另外，将平面反射镜设置于被检透镜保持架131b，并使从反射光传感器部130b照射的平行光线反射。而且，利用反射光传感器部30b的反射光传感器部自动准直仪36，测定相对于光轴的角度。基于测定的角度，进行调整使得保持被检透镜保持架131b的被检透镜保持部(未图示)的角度相对于反射光传感器部130b的光轴为0度。此外，上述被检透镜保持部保持被检透镜保持架131b，并与前述的被检透镜保持部111同样地形成基准平面LS。

针对用于使用本发明的透镜的面偏移量测定装置130测定被检透镜131a的面偏移量的事前的光轴对齐、及被检透镜保持架保持部131b的Z轴方向的位置调整，在以下简单地进行说明。利用反射光传感器部130b的自动准直仪136，测定来自被检透镜131a的反射光线的角度，以测定角度为0度的方式对保持被检透镜保持部131b的透镜保持架保持机构载台部131c的XY面内的位置进行调整，由此可以使反射光传感器部130的光轴(从反射光传感器部130b照射的环状的集束光的光轴)与透镜中心轴一致。

此处，在本发明第四实施方式中，将被检透镜的反射光线的光轴为不与被检透镜第一面的中心轴一致的平行光线而反射的样子、即未经调整的状态示于图27。而且，将被检透镜的反射光线的光轴为与被检透镜第一面的中心轴一致的平行光线而反射的样子、即经调整的状态示于图28。

首先，将被检透镜150安装于该被检透镜保持架151(被检透镜专用透镜保持架)，并设置于被检透镜保持部(未图示)的基准平面LS。

接着，通过将被检透镜保持架131b沿Z轴方向调整，使从反射光传感器部130b照射的环状的集束光152a、152b聚光的聚光点位置FP1向被检透镜第一面150a、与被检透镜第一面150a的球心CN1的中间位置移动。其结果，来自被检透镜第一面150a的反射光线152c、152d成为平行光线，并回到反射光传感器部30b而入射。该平行光线进而在半反射镜32c处以90度反射，并入射至反射光传感器部130b的反射光传感器部自动准直仪部136。利用该反射光传感器部自动准直仪部136，能够测定平行光线与透镜中心轴(被检透镜第一面的法线)的角度θ₀。而且，基于该角度θ₀，能够算出集束光线聚光的聚光点位置FP1、与透镜中心轴(被检透镜第一面的法线)LZ的被检透镜保持架131b的面内XY偏移量。基于该XY偏移量，使透镜保持架保持机构载台部131c在XY面内移动而进行调整，使透镜中心轴与透镜的面偏移量测定装置的光轴、即环状的集束光的光轴一致。利用该调整，使得从反射光传感器部130b同时照射的平行光线与透镜中心轴平行地照射，或者被照射于被检透镜131a的中心附近。

另外，由于以使得从反射光传感器部130b、与环状的集束光同时照射的平行光线的光轴与环状的集束光的光轴一致的方式进行了调整，因此，本发明第四实施方式的透镜的面偏移量测定装置130以从反射光传感器部130b照射的平行光线的光轴为基准轴，通过调整各自的平台机构(透镜保持架保持机构载台部131c、透过光传感器部保持机构载台部139)，能够进行使将被检透镜保持架保持部131b及透过光传感器部130c的光轴与透镜的面偏移量测定装置整体的光轴对准。

首先，以使得反射光传感器部130b照射的环状的集束光(收敛光)的聚光点FP1成为被检透镜第一面的球心CN1与被检透镜第一面150a的中间的方式，使透镜保持架保持机构载台部131c沿Z轴方向移动。该状态下，未将透镜保持架保持机构载台部131c在XY平面进行调整，如图27所示，集束光152a、152b的光轴LF与透镜的中心轴(被检透镜第一面的法线)LZ以距离(XY偏移量)L₁偏离，反射光线152c、152d相对于透镜的中心轴LZ倾斜。此处，以来自透镜第一面150a的反射光线152c、152d成为与透镜的中心轴(被检透镜第一面的法线)LZ平行的光线的方式，使透镜保持架保持机构载台部131c在XY平面内移动而进行调整。例如，若将被检透镜第一面的曲率半径设为r₁，则距离(XY偏移量)L₁如数学式25所示地表示。

[数学式25]

也即，利用反射光传感器部的自动准直仪来测定角度θ₀。而且，以该角度θ₀为0度的方式，对被检透镜保持架131b的透镜保持架保持机构载台部131c进行调整，由此可以进行调整使得反射光传感器部130b的光轴与透镜中心轴LZ一致、即距离L₁＝0。通过这样的调整，如图28所示，在被检透镜第一面150a中，能够使集束光162a、162b所反射的平行的光线162c、162d的光轴与被检透镜第一面的中心轴一致。

此外，将从反射光传感器部130b或141a各自照射于被检透镜150的环状的集束光180a的形状及环状的强度分布180b示于图29。如图29所示，在相对于集束光180a的光轴垂直的面中，为具有环状的强度分布180b的光线。示出了作为在被检透镜第一面150a维持了环状的强度分布181b的平行光线181a而反射的样子。

对本发明第四实施方式的透镜的面偏移量测定装置本装置130的初期设定方法、尤其是透过光传感器部130c的光轴角的调整进行说明。首先，透过光传感器部130c的光轴以从反射光传感器部130b照射的光线的光轴为基准。因此，来自反射光传感器部130b的光线通过透镜138a变换成平行光线，该平行光线入射至透过光传感器部光学系137。而且，使用透过光传感器部光学系137内的透镜137a聚光于透过光传感器部受光装置137b，并测定该平行光线的角度。最后，基于该平行光线的角度，使透过光传感器部130c的透过光传感器部保持机构载台部139移动，将透过光传感器部130c的光轴角度调整为0度。此外，透过光传感器部保持机构载台部139可以使用旋转载台。

接着，对使用本发明的透镜的面偏移量测定装置30，根据图30所示的被检透镜150的透过光线的折射角度θ₁的测定值，算出被检透镜的面偏移量Δ₂的方法简单地进行说明。与透镜中心轴平行的平行光线Li入射至被检透镜150，将在被检透镜的第二面150b中因在被检透镜150产生的面偏移量Δ₂导致平行光线Li折射的样子示于图30。

首先，为了测定如图30所示的折射的角度θ₁，使用透过光传感器部光学系137。透过光传感器部光学系137由透镜(焦点距离f11)137a、透过光传感器部受光装置137b构成。而且，透过被检透镜150的光线如图24所示地在点D一旦聚光后，因透镜(焦点距离f10)138a的作用成为平行光线，透过半反射镜138c。而且，接着通过透镜(焦点距离f11)137a的作用，在透过光传感器部受光装置137b，光线聚光。因此，能够利用透过光传感器部受光装置137b检测聚光点位置。此外，在透过光传感器部光学系137中，如图24所示，点D的位置与聚光点位置具有成像关系。如以上所述，基于该聚光点位置的XY位置数据，数据处理部能够测定θ₁。

具体而言，使用后述那样的计算式算出从被检透镜的第二面的最下点至聚光点的距离B(以下，记载为“后焦距B”或者仅记载为“B”)。而且，在被检透镜150的焦点位置中，测定平行光线的聚光点的XY位置，并基于XY位置在透镜中心轴LZ上设定原点，从而算出偏移量Δ₁。接着，使用偏移量Δ₁及后焦距B算出透过被检透镜150的第二面150b的激光入射平行光线以透镜中心轴LZ为基准而折射的角度θ₁。最后，将连接激光入射平行光线Li与第二面150b的交点、和第二面的球心(曲率中心)CN2的线设为线L，使用斯内尔定律算出以透镜中心轴LZ为基准的线L的角度θ₂。

具体而言，使用后述那样的计算式算出从被检透镜的第二面的最下点至聚光点的距离B(以下记载为“后焦距B”或者仅记载为“B”。)。而且，在被检透镜150的焦点位置，测定平行光线的聚光点的XY位置，基于XY位置在透镜中心轴LZ上设定原点，从而算出偏移量Δ₁。接着，使用偏移量Δ₁及后焦距B算出透过被检透镜150的第二面150b的激光入射平行光线以透镜中心轴LZ为基准而折射的角度θ₁。最后，将连接激光入射平行光线Li与第二面150b的交点、和第二面的球心(曲率中心)CN2的线设为线L，使用斯内尔定律算出以透镜中心轴LZ为基准的线L的角度θ₂。

接着，对被检透镜150的面偏移量Δ₂的具体的计算方法进行说明。在本发明第四实施方式的透镜的面偏移量测定装置130中，对面偏移量Δ₂的计算需要的参数如以下所述。

n：被检透镜的素材的折射率

r₁：被检透镜第一面曲率半径

r₂：被检透镜第二面曲率半径

t：被检透镜的厚度

此外，上述的参数例如设定于数据处理部130d。另外，本发明的透镜的面偏移量测定装置130使用被检透镜131a的中心附近的透过光线测定面偏移量Δ₂。因此，由于透过光线透过被检透镜的近轴上，以下的计算利用近轴近似进行。

首先，基于被检透镜150的厚度t、折射率n、第一面曲率半径r₁、第二面曲率半径r₂，被检透镜150的后焦距B能够利用以下的数学式26算出。

[数学式26]

接着，透过被检透镜150的第二面的激光入射平行光线以透镜中心轴为基准，折射的角度设为θ₁。角度θ₁基于几何学的配置，使用偏移量Δ₁及后焦距B如数学式27所示地表示。

[数学式27]

而且，将连接激光入射平行光线与第二面的交点LN2、和第二面的曲率中心CN2的线设为线L。而且，能够使用如数4所示的斯内尔定律算出以透镜中心轴LZ为基准的线L的角度θ₂。其结果，将数学式28变形，以透镜中心轴LZ为基准的线L的角度θ₂能够表示为数学式29所示的式表示。

[数学式28]

nθ₂＝θ₂+θ₁

[数学式29]

然后，使用上述的数学式29消去θ₁，将数学式27如数学式30所示地变形。

[数学式30]

此处，面偏移量Δ₂根据几何学的配置如数学式31所示地表示。

[数学式31]

Δ₂＝r₂θ₂

能够将数学式30代入数学式31，如数学式32所示地变形。

[数学式32]

若使用采用参数表示B的数学式26，从数学式32中消去B，则得到数学式33，使用聚光点偏移量Δ₁、被检透镜第一面曲率r₁、被检透镜的第二面曲率r₂、被检透镜的透镜厚度t、被检透镜的折射率n这样的设计参数，能够算出被检透镜第一面与第二面的面偏移量Δ₂。

[数学式33]

此外，使用数学式33算出面偏移量Δ₂的情况下，被检透镜为凸透镜、凹透镜的任一者均能测定。

另外，在本发明的透镜的面偏移量测定装置130中，使用环状集束光也能够算出面偏移量Δ₂。此时，环状集束光的聚光点从位于被检透镜第一面侧(反射光传感器侧)的焦点FF(以后，记载为“前焦点位置”)扩散。而且，对通过以透镜中心轴LZ为基准而测定透过被检透镜150的透过光线的角度θ₁′来算出面偏移量Δ₂的方法进行说明。将光轴与被检透镜150的透镜中心轴LZ重合的集束光入射至被检透镜150，作为相对于透镜中心轴LZ倾斜的平行光线LB从被检透镜150射出的样子示于图31。

将上述的数学式28代入数学式31，能够如数学式34所示地表示面偏移量Δ₂。其中，图31中，代替θ₁、θ₂，使用θ₁′、θ₂′。

[数学式34]

若使用数学式34，能够根据θ₁′算出面偏移量Δ₂。θ₁′为在被检透镜的第二面150b射出的平行光线LB与透镜中心轴LZ的角度。因此，使用透过光传感器部130c，能够测定θ₁′。在透过光传感器部自动准直仪138中，由于透镜中心轴LZ为作为基准的0度，因此利用透过光传感器部自动准直仪138，作为测定值而得到θ₁′。透过光传感器部自动准直仪138由透镜(焦点距离f10)138a、透过光传感器部受光装置138b及半反射镜138c构成。根据该结构，透过被检透镜150的平行光线LB介由半反射镜138c，通过透镜(焦点距离f10)138a的作用，在透过光传感器部自动准直仪受光装置138b聚光。因此，能够使用透过光传感器部自动准直仪受光装置138b检测聚光点位置。最后，基于该聚光点位置的XY位置数据，数据处理部能够测定θ₁′。此外，使用数学式10算出面偏移量Δ₂的情况下，被检透镜限定于凸透镜。

以上，根据本发明第四实施方式的透镜的面偏移量测定装置，同时照射从反射光传感器部的光轴观察时光强度分布呈环状的集束光、及被照射于被检透镜的中心附近的平行光线，进行调整使得被检透镜的透镜中心轴(被检透镜第一面的法线)与反射光传感器部的光轴一致，并测定透过被检透镜的光线的聚光点位置，从而，不必使被检透镜旋转，即可测定被检透镜的面偏移量。

如以上所说明地，在使用透过被检透镜的透过光线的角度θ₁′的面偏移量Δ₂的算出方法中，通过从被检透镜的、上述的前焦点位置照射扩散光线，测定透过被检透镜的透过光线的方向与透镜中心轴的角度，从而，不必使被检透镜旋转，即可测定被检透镜的面偏移量。

根据本发明的透镜的面偏移量测定装置，由于不再需要被检透镜旋转机构，因此是比以往的装置简易的结构，而且能够缩短测定时间。

此外，虽然对本发明的实施方式进行了说明，但上述实施方式作为例子进行提示，意图不在于限定发明的范围。这些新型的实施方式可以在不脱离发明的要旨的范围内进行各种省略、替换、变更。这些实施方式或其变形包含于发明的范围或要旨，而且包含于与权利要求的范围中记载的发明及与其均等的范围。

工业实用性

本发明同时照射从反射光传感器部的光轴观察时光强度分布呈环状的集束光、以及向被检透镜的中心附近照射的平行光线，适用于测定被检透镜的特性值。尤其是能够适用于对200μm以下的薄型的被检透镜的厚度进行测定的装置、或者适用于如下所述对透镜的面偏移量进行测定：为了使被检透镜的透镜中心轴(被检透镜第一面的法线)与反射光传感器部的光轴对准而进行调整，之后，对透过被检透镜的环状的集束光、或向被检透镜的中心附近照射的平行光线的聚光点位置进行测定，从而不必使被检透镜旋转，即可测定被检透镜的面偏移量。

附图标记说明

29 环状集束光照射光学系

30 光学系

31 光源(例如，激光二极管)

32 准直透镜

33 半反射镜

34 光学元件

34a 环状的透过孔

34b 小径透镜

39 光学元件

40 透镜

41 CCD摄像机

42 处理部

43 旋转载台

44 光学元件

45 透镜

46 CCD摄像机

47 自动准直仪部

48 反射光检测部

50a 集束光

50b 平行光

110 被检透镜10

110a 第一面10a

110b 第二面10b

111 被检透镜保持部

112 透镜保持架

113 透镜保持架保持载台部

120 透镜的面偏移量测定装置

121 被检透镜保持架

122 透镜保持架保持机构载台部

123 反射光传感器部

123a 光源

123b 反射光传感器部自动准直仪

124 透过光传感器部

124a 透过光传感器部自动准直仪

124b 光传感器部

124c 透过光传感器部保持机构载台部

125 数据处理部

126 监视器

130 透镜的面偏移量测定装置

130a 被检部

130b 反射光传感器部

130c 透过光传感器部

130d 数据处理部

130e 显示部

131a 被检透镜

131b 被检透镜保持架

131c 透镜保持架保持机构

132 光源部

132a 光源(例如，激光二极管)

132b 透镜(焦点距离f2)

132c 半反射镜

133 光学元件33

134 透镜(焦点距离f4)

135 光学元件(例如，针孔)

136 反射光传感器部自动准直仪

136a 透镜(焦点距离f7)

136b 反射光传感器部受光装置

137 透过光传感器部光学系

137a 透镜(焦点距离f11)

137b 透过光传感器部受光装置

138 透过光传感器部自动准直仪

138a 透镜(焦点距离f10)

138b 透过光传感器部自动准直仪受光装置

138c 半反射镜

139 透过光传感器部保持机构载台部

141a 反射光传感器部

141b 透过光传感器部

141c 数据处理部

141d 监视器

142 调整用透镜(平凸透镜)

143 被检透镜保持架

144 透过光传感器部保持机构载台部

145a 环状的集束光

145b 环状的反射光线

146 光路。