JP2002250622A - Shape-measuring method and device for optical element, and its type - Google Patents

Shape-measuring method and device for optical element, and its type

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JP2002250622A
JP2002250622A JP2001299727A JP2001299727A JP2002250622A JP 2002250622 A JP2002250622 A JP 2002250622A JP 2001299727 A JP2001299727 A JP 2001299727A JP 2001299727 A JP2001299727 A JP 2001299727A JP 2002250622 A JP2002250622 A JP 2002250622A
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optical element
measuring
shape
measured
dimensional
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Hisashi Oide
寿 大出
Kenji Uehara
健志 上原
Masato Yasugaki
誠人 安垣
Kimihiko Nishioka
公彦 西岡
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Olympus Optical Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To simultaneously measure an edge or a mark with a noncontact optical probe, and to determine the absolute shape of an optical element by converting the measured value into coordinates determined by the edge or the like. SOLUTION: In this shape-measuring method and this device for the optical element and its type, a three-dimensional coordinate measuring means 30 for measuring the three-dimensional coordinates of the optical element which is an inspection object or its type O is used, and processing for applying measurement data acquired by the three-dimensional coordinate measuring means 30 to a function for expressing the shape is carried out.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光学素子及びその
型の形状測定方法及び装置に関し、特に、光学素子ある
いはそれらをプラスチック成形、ガラス成形等で製造す
るときに用いる型等の絶対形状を測定するための方法と
装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for measuring the shape of an optical element and its mold, and more particularly, to measuring the absolute shape of an optical element or a mold used for manufacturing them by plastic molding, glass molding or the like. And a method and apparatus for doing so.

【0002】[0002]

【従来の技術】レンズやプリズム等の光学素子の面形状
は、光学系の性能を大きく左右するので、絶対面形状測
定は素子の製造工程における品質管理上、重要な課題と
なっている。光学素子の面形状を測定する方法として
は、従来から干渉計が用いられているが、干渉計は参照
面との相対的な比較であり、絶対形状は測定できない。
2. Description of the Related Art Since the surface shape of an optical element such as a lens or a prism greatly affects the performance of an optical system, measurement of an absolute surface shape is an important issue in quality control in a manufacturing process of the element. As a method for measuring the surface shape of an optical element, an interferometer is conventionally used, but the interferometer is a relative comparison with a reference surface and cannot measure an absolute shape.

【0003】また、絶対形状を測定する方法としては、
触針式の形状測定機が市販されているが、光学的な軸と
直交する断面の形状を測るものが主であり、2次元での
面形状測定が困難なので、光学素子の非対称な面形状に
ついては正しく測定できない。また、型でも同様の問題
があった。
[0003] As a method of measuring the absolute shape,
A stylus-type shape measuring instrument is commercially available, but it mainly measures the shape of the cross section perpendicular to the optical axis. Since it is difficult to measure the surface shape in two dimensions, the asymmetric surface shape of the optical element is used. Cannot be measured correctly. Also, the mold had the same problem.

【0004】一方、試料表面の3次元座標を高精度で測
定できる装置として、3次元測定機があるが、一般的に
装置自体の絶対座標系を持たないので、絶対形状が測定
できないという問題点がある。
On the other hand, there is a three-dimensional measuring device as a device capable of measuring the three-dimensional coordinates of a sample surface with high accuracy. However, since the device generally does not have an absolute coordinate system, an absolute shape cannot be measured. There is.

【0005】このような中、本出願人は、特願平11−
230398号において、被検光学素子の絶対形状を求
めるために、被検物である光学素子を保持する部材の一
部に3次元測定機の座標基準となる部分を設けて、この
部分を光学素子の形状と同時に測定し、得られた測定値
をその基準に対する座標に変換してから、所定の関数に
あてはめることにより、光学素子の面形状を測定するこ
とを提案している。また、この出願において、光学素子
あるいは型の外周の座標を測定するようにして、保持具
に座標基準を設けることを省くことも提案している。
Under such circumstances, the present applicant has filed Japanese Patent Application No.
In No. 230398, in order to determine the absolute shape of an optical element to be inspected, a part serving as a coordinate reference of a three-dimensional measuring machine is provided in a part of a member for holding an optical element as an object to be inspected, It is proposed to measure the surface shape of the optical element by measuring at the same time as the shape of the optical element, converting the obtained measured value into coordinates with respect to the reference, and applying the converted value to a predetermined function. In this application, it is also proposed that the coordinates of the outer periphery of the optical element or the mold are measured so as to omit providing a coordinate reference for the holder.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上記の特願平11−2
30398号の場合は、プローブを被検光学素子の面に
接触させる接触式の3次元測定機を念頭においていたた
め、絶対形状を決める座標基準を保持具に設けたり、光
学素子等の外周の座標を測定している。これは、プロー
ブを被検面に接触する場合に、その面のエッジの位置を
正確に測定できないことに原因がある。
Problems to be Solved by the Invention Japanese Patent Application No. Hei 11-2
In the case of No. 30398, since a contact type three-dimensional measuring machine in which the probe is brought into contact with the surface of the optical element to be measured was conceived, a coordinate reference for determining the absolute shape was provided on the holder, or the coordinates of the outer periphery of the optical element or the like were used. Is measured. This is because when the probe is brought into contact with the surface to be measured, the position of the edge of the surface cannot be measured accurately.

【0007】本発明は従来技術のこのような問題点に鑑
みてなされたものであり、その目的は、被検物である光
学素子あるいはその型の面形状と共に、その面のエッジ
あるいはその面に設けたマークを非接触光プローブで同
時に測定し、得られた測定値をエッジあるいはマークの
位置から求まる座標に変換して光学素子の絶対形状を求
める形状測定方法及び装置を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and has as its object to provide an optical element to be inspected or a surface shape of the mold together with an edge of the surface or an edge of the surface. An object of the present invention is to provide a shape measuring method and apparatus for simultaneously measuring a provided mark with a non-contact optical probe, converting the measured value into coordinates obtained from the edge or mark position, and obtaining the absolute shape of the optical element.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の光学素子及びその型の形状測定方法は、被検物たる
光学素子あるいはその型の3次元座標を測定する3次元
座標測定手段を用い、前記3次元座標測定手段により得
られた測定データを形状を表わす関数にあてはめる処理
を行うことを特徴とする方法である。
According to the present invention, there is provided an optical element and a method for measuring the shape of a mold of the present invention, which include a three-dimensional coordinate measuring means for measuring three-dimensional coordinates of an optical element or a mold of the object. A method of applying measurement data obtained by the three-dimensional coordinate measuring means to a function representing a shape.

【0009】本発明のもう1つの光学素子及びその型の
形状測定方法は、被検物たる光学素子あるいはその型の
3次元座標を測定する3次元座標測定手段により得られ
た3次元座標の測定データから、被検物外周部あるいは
内周部の複数のエッジ、あるいは、被検物に設けた光学
的に検出可能な複数のマーク、あるいは、そのエッジ又
はマークに基づいて定められた位置の座標値を検出し、
検出された座標値から座標基準位置を算出し、座標基準
位置を元に形状を表わす関数にあてはめる処理を行うこ
とを特徴とする方法である。
According to another aspect of the present invention, there is provided a method of measuring the shape of an optical element or a mold thereof, the method comprising: From the data, a plurality of edges of the outer peripheral portion or the inner peripheral portion of the test object, or a plurality of optically detectable marks provided on the test object, or coordinates of a position determined based on the edge or the mark. Detect the value,
This method is characterized in that a coordinate reference position is calculated from detected coordinate values, and a process of applying the function to a function representing a shape based on the coordinate reference position is performed.

【0010】本発明のもう1つの光学素子及びその型の
形状測定方法は、被検物たる光学素子あるいはその型の
3次元座標を測定する3次元座標測定手段により得られ
た3次元座標の測定データから、光学素子あるいはその
型の偏心を求めることを特徴とする方法である。
Another aspect of the present invention is a method of measuring the shape of an optical element and its mold by measuring three-dimensional coordinates obtained by a three-dimensional coordinate measuring means for measuring the three-dimensional coordinates of an optical element or its mold as a test object. This is a method characterized by determining the eccentricity of an optical element or its type from data.

【0011】その場合に、被検物たる光学素子あるいは
その型に非接触で3次元座標を測定する3次元座標測定
手段を用いることが望ましい。
In this case, it is desirable to use three-dimensional coordinate measuring means for measuring three-dimensional coordinates in a non-contact manner with the optical element or the mold as the test object.

【0012】また、被検物たる光学素子あるいはその型
に非接触光プローブで3次元座標を測定する3次元座標
測定手段を用いることが望ましい。
It is desirable to use a three-dimensional coordinate measuring means for measuring three-dimensional coordinates with a non-contact optical probe for an optical element or a mold as a test object.

【0013】本発明においては、被検物たる光学素子あ
るいはその型の3次元座標を測定する3次元座標測定手
段を用い、前記3次元座標測定手段により得られた測定
データを形状を表わす関数にあてはめる処理を行う過程
で、被検物である光学素子の座標基準位置の測定データ
からその面の座標基準位置が算出でき、得られた測定デ
ータをその基準に対する座標に変換して光学素子の絶対
形状を求めることができる。
In the present invention, three-dimensional coordinate measuring means for measuring the three-dimensional coordinates of the optical element or the type of the test object is used, and the measurement data obtained by the three-dimensional coordinate measuring means is converted into a function representing a shape. In the process of performing the fitting process, the coordinate reference position of the surface can be calculated from the measurement data of the coordinate reference position of the optical element to be inspected, and the obtained measurement data is converted into coordinates with respect to the reference to obtain the absolute value of the optical element. The shape can be determined.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、本発明の光学素子及びその
型の形状測定方法と装置に関する原理と実施例について
図面を参照にして説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The principles and embodiments of an optical element and a method and an apparatus for measuring the shape of a mold according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0015】本発明の測定方法に用いる3次元測定機と
しては、非接触光プローブで被検物の位置を測定するオ
ートフォーカスタイプの非接触3次元測定機、共焦点顕
微鏡タイプの非接触3次元測定機等がある。まず、これ
らの原理を説明する。
As the three-dimensional measuring machine used in the measuring method of the present invention, a non-contact three-dimensional measuring machine of an autofocus type for measuring the position of a test object with a non-contact optical probe and a non-contact three-dimensional measuring machine of a confocal microscope type There is a measuring machine. First, these principles will be described.

【0016】図1は、オートフォーカスタイプの非接触
3次元測定機(例えば、特開2000−146532)
の構成を概略的に示す図であり、レーザ11から出たレ
ーザ光は、ミラー13、12を経て、対物レンズ15に
入射し、光軸中心の対物レンズ15の焦点面に向かって
進み、被検物Oの被測定面1に入射して反射し、再び対
物レンズ15を通って、ミラー12、13、14を経
て、光位置検出装置17に結像する。対物レンズ15の
フォーカスが被測定面1に合っていないとき、光位置検
出装置17の結像位置が変化するので、この位置変化を
光位置検出装置17が捉え、移動機構16により対物レ
ンズ15をフォーカスする方向に移動させ、フォーカス
が合ったときの対物レンズ15の位置により被測定面1
のZ軸方向の高さが測定でき、また、被検物Oが載置さ
れたXYステージ18の対物レンズ15の光軸に対する
位置によりX−Y面の位置が分かる。このようにして、
被検物Oの被測定面1の3次元形状が測定できる。
FIG. 1 shows an auto-focus type non-contact three-dimensional measuring machine (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-146532).
FIG. 2 is a diagram schematically showing the configuration of FIG. 1. Laser light emitted from a laser 11 is incident on an objective lens 15 via mirrors 13 and 12, travels toward the focal plane of the objective lens 15 at the center of the optical axis, and The light enters the surface 1 to be measured of the specimen O, is reflected, passes through the objective lens 15, passes through the mirrors 12, 13, and 14 again, and forms an image on the optical position detecting device 17. When the focus of the objective lens 15 is not in focus on the surface 1 to be measured, the imaging position of the optical position detecting device 17 changes. Therefore, this position change is captured by the optical position detecting device 17, and the objective lens 15 is moved by the moving mechanism 16. It is moved in the focusing direction, and the measurement target surface 1 is determined by the position of the objective lens 15 at the time of focusing.
Can be measured in the Z-axis direction, and the position of the XY plane can be known from the position of the XY stage 18 on which the test object O is mounted with respect to the optical axis of the objective lens 15. In this way,
The three-dimensional shape of the measurement surface 1 of the test object O can be measured.

【0017】図2は、共焦点顕微鏡タイプの非接触3次
元測定機の構成を概略的に示す図であり、光源21から
出た光は第1ピンホール22を照射し、第1ピンホール
22を通過した光は、ハーフミラー23で反射され、対
物レンズ24に入射し、光軸中心の対物レンズ24の像
点位置に向かって進み、被検物Oの被測定面1に入射し
て反射し、再び対物レンズ24を通って、ハーフミラー
23を透過し、第1ピンホール22と共役な位置に配置
されが第2ピンホール25を通過し、光検出器26に入
射する。被測定面1が第1ピンホール22と共役な位置
にないとき、第1ピンホール22から出た光は第2ピン
ホール25を通過できないので、光検出器26は光を検
知しない。このような系全体を移動機構27により光軸
方向に移動させ、光検出器26が光を検知したときの位
置により被測定面1のZ軸方向の高さが測定でき、ま
た、被検物Oが載置されたXYステージ28の対物レン
ズ24の光軸に対する位置によりX−Y面の位置が分か
る。このようにして、被検物Oの被測定面1の3次元形
状が測定できる。
FIG. 2 is a view schematically showing the configuration of a non-contact three-dimensional measuring device of the confocal microscope type. Light emitted from a light source 21 irradiates a first pinhole 22 and a first pinhole 22. Is reflected by the half mirror 23, enters the objective lens 24, proceeds toward the image point position of the objective lens 24 at the center of the optical axis, enters the measurement surface 1 of the test object O, and is reflected. Then, the light passes through the objective lens 24 again, passes through the half mirror 23, is disposed at a position conjugate with the first pinhole 22, passes through the second pinhole 25, and enters the photodetector 26. When the surface 1 to be measured is not at a position conjugate with the first pinhole 22, light emitted from the first pinhole 22 cannot pass through the second pinhole 25, so that the light detector 26 does not detect light. The entire system is moved in the optical axis direction by the moving mechanism 27, and the height of the surface 1 to be measured in the Z-axis direction can be measured based on the position at which the light detector 26 detects light. The position on the XY plane can be determined from the position of the XY stage 28 on which O is mounted with respect to the optical axis of the objective lens 24. In this way, the three-dimensional shape of the measurement surface 1 of the test object O can be measured.

【0018】以上のような非接触3次元測定機の位置検
出用の光ビームを光プローブ2と呼ぶ。
The light beam for detecting the position of the non-contact three-dimensional measuring machine as described above is called an optical probe 2.

【0019】この非接触の光プローブ2を用いて被検物
Oの被測定面1を走査することにより、面形状を表す測
定データが得られるが、図3に被検物Oの被測定面1の
端部近傍の模式的な拡大断面図を示す。被検物Oは被測
定面1と周囲の側面3を有し、被測定面1の側面3との
境面4は丸みを帯びた面となっている。この境面4は被
測定面1のエッジと呼ぶべきものではなく、被測定面1
が丸みを帯び境面4に繋がる位置5がエッジ5と定義で
きる。具体的には、被測定面1から所定の微小な設定値
(例えば1μm)だけ変化している位置をエッジ5と定
義する。このエッジ5は、光プローブ2で被検物Oの被
測定面1を走査してその3次元位置を測定することによ
り容易に検出できる。
By scanning the measured surface 1 of the test object O using the non-contact optical probe 2, measurement data representing the surface shape is obtained. 1 is a schematic enlarged cross-sectional view near the end of No. 1; The test object O has a measured surface 1 and a peripheral side surface 3, and a boundary surface 4 between the measured surface 1 and the side surface 3 is a rounded surface. This boundary surface 4 is not to be called an edge of the surface 1 to be measured.
The position 5 where the is rounded and connected to the boundary surface 4 can be defined as an edge 5. Specifically, a position that changes from the measured surface 1 by a predetermined minute set value (for example, 1 μm) is defined as an edge 5. The edge 5 can be easily detected by scanning the measurement surface 1 of the test object O with the optical probe 2 and measuring its three-dimensional position.

【0020】また、エッジ5と異なる位置に設けたマー
ク6も光プローブ2によって読み取ることができる。マ
ーク6としては、十字線等の反射率、吸収率が被測定面
1と異なるマークや、刻印したマーク等が可能であり、
これらのマーク6は光プローブ2で読み取ることができ
る。また、被検物Oの光学素子が取り付けられた枠との
境界、枠に設けられたマーク、被検物Oの光学素子の外
形、被測定面1上に設けられた反射層、開口等の境界も
マーク6として用いることができる。
Also, the mark 6 provided at a position different from the edge 5 can be read by the optical probe 2. As the mark 6, a mark such as a crosshair having a different reflectivity or absorptance from the surface to be measured 1 or an engraved mark can be used.
These marks 6 can be read by the optical probe 2. In addition, the boundary of the object O with the frame on which the optical element is mounted, the mark provided on the frame, the outer shape of the optical element of the object O, the reflective layer provided on the surface 1 to be measured, the opening, and the like. The boundary can also be used as the mark 6.

【0021】本発明においては、このような光プローブ
2によって測定されたエッジ5あるいはマーク6の位置
から、例えば被検物Oの基準座標を求め、得られた測定
値をその基準に対する座標に変換して、その変換した測
定データを設計面形状との差である面形状誤差に変換
し、その面形状誤差を表わす関数へのあてはめを行うこ
とにより、光学素子の面形状を測定する。レンズの外形
形状又はマークの位置を基に、レンズ面S(xs
s ,zs )の基準原点Os (xs0,ys0)を決める例
を説明する。
In the present invention, for example, the reference coordinates of the test object O are obtained from the position of the edge 5 or the mark 6 measured by the optical probe 2, and the obtained measured values are converted into coordinates with respect to the reference. Then, the converted measurement data is converted into a surface shape error which is a difference from the design surface shape, and the surface shape of the optical element is measured by applying the converted data to a function representing the surface shape error. Based on the outer shape of the lens or the position of the mark, the lens surface S (x s ,
y s, describes an example of determining a reference origin O s (x s0, y s0 ) of z s).

【0022】図4(a)に斜視図、図4(a)に平面図
を示すように、X−Y−Zを上記のような光プローブ2
を用いた非接触3次元測定機の座標系とし、Xs −Ys
−Z s を被測定面であるレンズ面Sの座標系とする。面
形状S(xs ,ys ,zs )を定義するための基準座標
系Xs −Ys −Zs の原点Os (xs0,ys0)を求める
場合、図4のように、測定機の座標X,Y軸上の点A
(xa ,ya ,za ),B(xb ,yb ,zb ),C
(xc ,yc ,zc ),D(xd ,yd ,zd )の4点
を光プローブ2によって測定する。この4点は何れも上
記のエッジ5上の点である。測定した座標値から、 xs0=(xb −xa )/2 ,ys0=(yd −yc )/2 ・・・(1) として、基準原点Os (xs0,ys0)が求められ、光プ
ローブ2を用いて得られたレンズ面Sの測定値をその基
準座標に対する値に変換して、その変換した測定データ
を設計面形状との差である面形状誤差に変換し、その面
形状誤差を表わす関数へのあてはめを行うことにより、
面形状Sを測定する。
FIG. 4A is a perspective view, and FIG. 4A is a plan view.
As shown in the figure, XYZ is the optical probe 2 as described above.
Is the coordinate system of a non-contact three-dimensional measuring machine usings-Ys
-Z sIs the coordinate system of the lens surface S that is the surface to be measured. surface
Shape S (xs, Ys, Zs) Reference coordinates to define
System Xs-Ys-ZsOrigin Os(Xs0, Ys0Ask for)
In this case, as shown in FIG. 4, a point A on the X and Y axes of the measuring machine
(Xa, Ya, Za), B (xb, Yb, Zb), C
(Xc, Yc, Zc), D (xd, Yd, Zd) 4 points
Is measured by the optical probe 2. All four points are above
This is a point on the edge 5 described above. From the measured coordinate values, xs0= (Xb-Xa) / 2, ys0= (Yd-Yc) / 2 ... (1) as the reference origin Os(Xs0, Ys0) Is required, light
The measured value of the lens surface S obtained using the lobe 2 is used as the basis.
Converted to values for quasi-coordinates and the converted measurement data
Is converted to a surface shape error that is the difference from the design surface shape,
By fitting to a function representing the shape error,
The surface shape S is measured.

【0023】また、測定機の座標軸上の点に限定するこ
となく、レンズ面Sのエッジ5が円であることを前提と
して、任意のエッジ5上の点を複数測定し、円の方程
式、 x2 +y2 +2fx+2gy+h=0 ・・・(2) に最小二乗法等を用いてその測定値をフィッティングす
ること(あてはめること)によりf,gを求め、 xs0=−f ,ys0=−g ・・・(3) として、基準原点Os (xs0,ys0)を求めるようにし
てもよい。
Also, without being limited to the points on the coordinate axes of the measuring machine, assuming that the edge 5 of the lens surface S is a circle, a plurality of points on an arbitrary edge 5 are measured, and the equation of the circle is expressed as x seeking f, and g by 2 + y 2 + 2fx + 2gy + h = 0 ··· (2) using the method of least squares to fit the measured value (fitting), x s0 = -f, y s0 = -g · .. (3), the reference origin O s (x s0 , y s0 ) may be obtained.

【0024】上記においては、レンズ面Sのエッジ5上
の点を用いて基準原点Os (xs0,ys0)を求めている
が、予めレンズ面Sの周辺近傍に設けたマーク6(図
3)の位置を検出して基準原点Os (xs0,ys0)を求
める場合も、上記と同様にして算出できる。
In the above description, the reference origin O s (x s0 , y s0 ) is obtained by using a point on the edge 5 of the lens surface S, but the mark 6 (see FIG. When the position of 3) is detected and the reference origin O s (x s0 , y s0 ) is obtained, it can be calculated in the same manner as above.

【0025】なお、面形状を表す測定データを上記のよ
うに正しい基準座標に対する値に変換しないで、あるい
は、基準座標に対して誤差を持ったまま、所定の関数に
あてはめると、その被測定面Sが設計通りの面形状であ
ったとしても、面形状に誤差があると判定されたり、あ
るいは、被測定面Sが例えば回転対称非球面の場合に、
誤差関数中にコマ収差成分が現れ、その被測定面のコマ
収差成分なのか、基準座標のずれによるものなのか判別
できず、コマ収差成分を正確に測れなくなる。したがっ
て、光学素子及びその型の形状測定の場合、被測定面S
の基準原点を求めることは極めて重要なことである。
If the measured data representing the surface shape is not converted into a value with respect to the correct reference coordinates as described above, or if it is applied to a predetermined function while having an error with respect to the reference coordinates, the surface to be measured is obtained. Even if S has a surface shape as designed, it is determined that there is an error in the surface shape, or when the measured surface S is, for example, a rotationally symmetric aspherical surface,
A coma aberration component appears in the error function, and it is impossible to determine whether the coma aberration component of the measured surface is due to a deviation of the reference coordinates, and the coma aberration component cannot be measured accurately. Therefore, in the case of measuring the shape of an optical element and its mold, the surface to be measured S
It is extremely important to determine the reference origin of the.

【0026】次に、レンズ面Sの偏心測定の例について
説明する。図5に示すように、測定機のY軸に対するレ
ンズ面SのYs 軸の偏心量αy を求める場合には、光プ
ローブ2を用いた非接触3次元測定機の座標系X−Y−
Zと、被測定面であるレンズ面Sの座標系Xs −Ys
s の1つの座標軸XとXs を一致させておき、図5の
ように例えば点A(xa ,ya ,za ),B(xb ,y
b ,zb ),xa =x b を測定する。この偏心測定の場
合は、点A,Bは上記のエッジ5上に選ぶよりは、その
エッジ5から一定の微小距離面内に入った点、あるい
は、レンズ面Sが回転対称非球面の場合は面形状S(x
s ,ys ,zs )の偏微分値∂S/∂xs=∂S/∂y
s =∂S/∂zs =const.となる点等を選択す
る。ここで、偏心測定においてエッジ5上の点を用いな
い理由は、エッジ5は面形状S(xs,ys ,zs )を
必ずしも十分に反映していないためである。また、マー
ク6を用いるときは、そのマーク6を光プローブ2を用
いて検出し、同様に座標値を測定する。上記のようにし
て測定した点A,Bの座標値から、 αy =arctan{(za −zb )/(ya −yb )} ・・・(4) として求まる。このようにして測定された何点かの組か
らαy を求め、その平均値を真のαy と決定してもよ
い。αx も同様である。
Next, an example of measuring the eccentricity of the lens surface S will be described.
explain. As shown in FIG.
Y of the round surface SsShaft eccentricity αyIf you want to
Coordinate system XY- of non-contact 3D measuring machine using lobe 2
Z and the coordinate system X of the lens surface S that is the surface to be measureds-Ys
ZsOne coordinate axis X and XsAre matched, and in FIG.
Thus, for example, point A (xa, Ya, Za), B (xb, Y
b, Zb), Xa= X bIs measured. The place for this eccentricity measurement
In this case, the points A and B are selected on the edge 5 above,
A point within a certain minute distance from the edge 5, or
Is, if the lens surface S is a rotationally symmetric aspherical surface, the surface shape S (x
s, Ys, Zs) / Sxs= ∂S / ∂y
s= ∂S / ∂zs= Const. Select points that become
You. Here, the point on the edge 5 is not used in the eccentricity measurement.
The reason is that the edge 5 has the surface shape S (xs, Ys, Zs)
This is because they are not always sufficiently reflected. Also,
When using the optical probe 6, the mark 6 is used with the optical probe 2.
And the coordinate value is measured in the same manner. As above
From the coordinate values of points A and B measured byy= Arctan {(za-Zb) / (Ya-Yb)} (4) Some pairs measured in this way
Ra αyAnd calculate the average value as true αyYou may decide
No. αxThe same is true for

【0027】次に、上記のような光プローブ2を用いた
非接触3次元測定機を用いて、被検光学素子Oの2次元
絶対形状を求める装置の基本的構成を図6に示す。この
装置は、上記のような光プローブ2を用いて非接触で3
次元座標を測定する3次元測定機30と、レンズ、非球
面レンズ、ミラー、非球面ミラー等の被検光学素子O
と、測定データから形状を求めるデータ処理部31とか
ら構成されている。
Next, FIG. 6 shows a basic configuration of an apparatus for obtaining the two-dimensional absolute shape of the optical element O to be measured by using the non-contact three-dimensional measuring device using the optical probe 2 as described above. This device uses the optical probe 2 as described above in a non-contact
A three-dimensional measuring machine 30 for measuring dimensional coordinates, and optical elements to be measured O such as lenses, aspheric lenses, mirrors, and aspheric mirrors
And a data processing unit 31 for obtaining a shape from measurement data.

【0028】図7は、図6に示すような構成の装置によ
り、被検光学素子Oの被測定面1の形状を測定する際の
手順の流れを示す図である。まず、手順41で、図4で
示したように、光プローブ2を用いて被検光学素子Oの
エッジ5あるいはマーク6の位置を検出し、次の手順4
2で、例えば式(1)に基づいて被検光学素子Oの基準
座標位置を検出する。
FIG. 7 is a flowchart showing a procedure for measuring the shape of the surface 1 to be measured of the optical element O to be measured by the apparatus having the structure shown in FIG. First, in step 41, as shown in FIG. 4, the position of the edge 5 or the mark 6 of the optical element O to be detected is detected using the optical probe 2, and the next step 4
In step 2, the reference coordinate position of the test optical element O is detected based on, for example, equation (1).

【0029】手順41の前、後、あるいは、同時に、手
順43で、被検光学素子Oの被測定面1に沿って光プロ
ーブ2を移動させながら被検光学素子2の被測定面1の
面形状を測定する。
Before, after, or simultaneously with step 41, in step 43, the surface of the measured surface 1 of the optical element 2 to be measured is moved while the optical probe 2 is moved along the surface 1 to be measured of the optical element O to be measured. Measure the shape.

【0030】さらに、手順41、43の前、後、あるい
は、同時に、手順44で、図5で示したように、光プロ
ーブ2を用いて被検光学素子Oのエッジ5から一定の微
小距離面内に入った点等の位置を検出し、次の手順45
で、例えば式(4)に基づいて被検光学素子Oの被測定
面1の偏心量を算出する。
Further, before, after or at the same time as steps 41 and 43, at step 44, as shown in FIG. The position of a point or the like that has entered inside is detected, and the next step 45
Then, the amount of eccentricity of the measured surface 1 of the optical element O to be measured is calculated based on, for example, Expression (4).

【0031】手順46で、手順41と42で求めた基準
座標位置に対して、手順44と45で求めた偏心量を考
慮しながら、手順43で求めた被検光学素子2の被測定
面1の面形状測定データの変換を行う。このようにして
求めた面形状データは、点列のまま面形状としてもよい
し、点列をある関数にあてはめて面形状としてもよい。
そのような関数としては、多項式、自由曲面多項式、ア
ナモルフィック多項式、べき級数、ツェルニケ多項式、
スプライン関数、点列の補間等がある。
In step 46, the measured surface 1 of the optical element 2 to be measured obtained in step 43 is determined with respect to the reference coordinate position obtained in steps 41 and 42 while taking into account the eccentricity obtained in steps 44 and 45. Is converted. The surface shape data thus obtained may be a surface shape as it is as a point sequence, or may be a surface shape by applying a point sequence to a certain function.
Such functions include polynomials, freeform polynomials, anamorphic polynomials, power series, Zernike polynomials,
There are spline functions, interpolation of point sequences, and the like.

【0032】こうして求めた測定データを設計面形状と
の差、すなわち面形状誤差に変換する。手順47で、面
形状誤差を表わす関数へのあてはめを行うが、その関数
として、例えばツェルニケ多項式を用いればよいが、そ
の他ではスプライン関数、又は、多項式や点列データの
補間等を用いてもよい。ここで、測定データそのもので
なく、設計面形状との誤差をとって関数へのあてはめを
行うのは、干渉計測の波面収差成分と対応しやすくする
ためである。
The measurement data thus obtained is converted into a difference from the design surface shape, that is, a surface shape error. In step 47, fitting to a function representing a surface shape error is performed. As the function, for example, a Zernike polynomial may be used. In other cases, a spline function, or interpolation of a polynomial or point sequence data may be used. . Here, the reason why the function is applied to the function by taking an error from the design surface shape instead of the measurement data itself is to make it easier to cope with the wavefront aberration component of the interference measurement.

【0033】そして、手順48で、その面形状誤差デー
タを表わす関数へあてはめた結果の誤差であるあてはめ
誤差(フィッティングエラー)の確認を行う。
Then, in step 48, a fitting error (fitting error), which is an error resulting from fitting the function to the surface shape error data, is confirmed.

【0034】最後に、手順49で、以上の結果から絶対
面形状の評価を行う。
Finally, in step 49, the absolute surface shape is evaluated from the above results.

【0035】以上の方法は、被検光学素子Oに限らず、
その型にも適用できる。
The above method is not limited to the optical element O to be inspected.
Applicable to that type.

【0036】ところで、図5で説明したようなレンズ面
の偏心量の測定を用いて、レンズの両面間の偏心を測定
することができる。その実施例を説明する。
The eccentricity between both surfaces of the lens can be measured by using the measurement of the amount of eccentricity of the lens surface as described with reference to FIG. The embodiment will be described.

【0037】図8は、被検レンズLの周辺面を3点で保
持することにより、被検レンズLの外径中心軸を再現性
良く保持することができるような形状の被検レンズLの
場合の両面間偏心の測定方法を説明するための図であ
り、図8(a)に示すように、3点保持具51でこのよ
うな被検レンズLを保持する。3点保持具51で被検レ
ンズLを保持した上で、図8(b)のように、被検レン
ズLの一方の面1Aを非接触3次元測定機に向けて、図
5で説明したような原理で面1Aの偏心量を測定し、次
に、非接触3次元測定機を固定したままで、図8(c)
に示すように、図8(b)の平面内で180°回転した
配置に3点保持具51と共に被検レンズLを回転させて
今度は被検レンズLの他方の面1Bを非接触3次元測定
機に向けて、同様に面1Bの偏心量を測定する。面1A
と面1Bをそれぞれ測定したときの両者の位置関係を考
慮しながら、それぞれの面1A、1Bの軸の傾きの差を
求めることで、被検レンズLの面間偏心を求めることが
できる。
FIG. 8 shows a test lens L having such a shape that the outer peripheral center axis of the test lens L can be held with good reproducibility by holding the peripheral surface of the test lens L at three points. FIG. 9 is a diagram for explaining a method of measuring eccentricity between both surfaces in the case, and such a test lens L is held by a three-point holder 51 as shown in FIG. After holding the test lens L with the three-point holder 51, one surface 1A of the test lens L is directed to the non-contact three-dimensional measuring machine as shown in FIG. The eccentricity of the surface 1A is measured according to such a principle, and then, while the non-contact three-dimensional measuring machine is fixed, FIG.
As shown in FIG. 8B, the lens L to be inspected is rotated together with the three-point holder 51 in an arrangement rotated by 180 ° in the plane of FIG. 8B, and the other surface 1B of the lens to be inspected L is non-contact three-dimensionally. The eccentricity of the surface 1B is measured in the same manner toward the measuring machine. Surface 1A
By determining the difference between the inclinations of the axes of the respective surfaces 1A and 1B in consideration of the positional relationship between the respective surfaces 1A and 1B when measuring the respective surfaces 1B, the eccentricity between the surfaces of the test lens L can be obtained.

【0038】図9は、被検レンズLの周辺面を3点で保
持することにより、被検レンズLの外径中心軸を再現性
良く保持することが困難な面形状の被検レンズLの場
合、あるいは、図8の面間偏心測定方法を精度良く行う
場合の両面間偏心の測定方法を説明するための図であ
り、この場合は、被検レンズLを保持した保持具52を
軸53の周りで正確に180°回転できるような機構を
設ける。そして、その回転中に保持具52がステージ1
8(28)及び非接触3次元測定機30の対物レンズ1
5(24)と干渉しないように、保持具52はステージ
18(28)より十分上方に設け、保持具52の回転中
は対物レンズ15(24)は上方に待避するようにすれ
ばよい。そして、図8の場合と同様にして、面1Aと面
1Bの偏心量をそれぞれ測定し、面1A、1Bの軸の傾
きの差を求めることで、被検レンズLの面間偏心を求め
ることができる。
FIG. 9 shows that the peripheral surface of the lens L to be inspected is held at three points, so that the central axis of the outer diameter of the lens L to be inspected is difficult to hold with good reproducibility. 9 is a diagram for explaining a method of measuring the eccentricity between the two surfaces in the case where the method of measuring the eccentricity between the surfaces in FIG. 8 is performed with high accuracy. In this case, the holder 52 holding the lens L to be measured is attached to the shaft 53. A mechanism is provided to enable accurate 180 ° rotation around the. During the rotation, the holder 52 is moved to the stage 1.
8 (28) and the objective lens 1 of the non-contact three-dimensional measuring machine 30
The holder 52 may be provided sufficiently above the stage 18 (28) so as not to interfere with the stage 5 (24), and the objective lens 15 (24) may be retracted upward while the holder 52 is rotating. Then, in the same manner as in the case of FIG. 8, the eccentricity of the surface 1A and the surface 1B is measured, and the difference between the inclinations of the axes of the surfaces 1A and 1B is obtained, thereby obtaining the eccentricity between the surfaces of the lens L to be measured. Can be.

【0039】図10は、被検レンズLの面間偏心をさら
に精度良く行う場合の両面間偏心の測定方法を説明する
ための図であり、この場合は、保持具52を固定して被
検レンズLを空中に保持した状態で、その両面側に配置
した2台の非接触3次元測定機30、30’で被検レン
ズLの面1Aと1Bそれぞれに対して対物レンズ15
(24)を走査するようにすればよい。
FIG. 10 is a view for explaining a method of measuring the eccentricity between the two surfaces when the eccentricity between the surfaces of the lens L to be inspected is performed with higher accuracy. In this case, the holder 52 is fixed and the test is performed. While holding the lens L in the air, the two non-contact three-dimensional measuring machines 30 and 30 ′ arranged on both sides of the lens L respectively face the objective lens 15 with respect to each of the surfaces 1 A and 1 B of the test lens L
What is necessary is just to scan (24).

【0040】次に、上記のような光プローブ2を用いた
非接触3次元測定機を用いて、複数のレンズからなる光
学系のレンズ間の位置ずれを測定する方法の例を説明す
る。図11(a)に示すように、レンズL1〜L3から
なる被検物(光学系)Oの側面を光プローブ2で光軸に
沿う異なる2つの方向A、Bに走査して、各レンズL1
〜L3の側面位置を求めると、図11(b)に示すよう
な測定信号が得られる。図11(b)において、実線は
方向Aに走査した場合の側面位置を表し、破線は方向B
に走査した場合の側面位置を表している。レンズL1を
基準にすると、レンズL2は走査位置B側にdだけずれ
ていてd/2だけ心ずれがあり、レンズL3は相対的に
心ずれがないことが分かる。
Next, an example of a method of measuring a positional shift between lenses of an optical system including a plurality of lenses using a non-contact three-dimensional measuring device using the above-described optical probe 2 will be described. As shown in FIG. 11A, the side surface of the test object (optical system) O including the lenses L1 to L3 is scanned by the optical probe 2 in two different directions A and B along the optical axis, and each lens L1 is scanned.
When the side surface positions of L3 are determined, a measurement signal as shown in FIG. 11B is obtained. In FIG. 11B, a solid line indicates a side position when scanning is performed in the direction A, and a broken line indicates a direction B.
2 shows the side position when scanning is performed. With reference to the lens L1, it can be seen that the lens L2 is displaced by d toward the scanning position B side, has a misalignment of d / 2, and the lens L3 has relatively no misalignment.

【0041】次に、図12に、例えば自由曲面からなる
2つのプリズムP1、P2の相互の位置ずれ、各プリズ
ムP1、P2の面間の位置ずれを測定する例を示す。こ
の場合は、図12(a)に示すように、光プローブ2で
各プリズムP1、P2の側面(外周面)のエッジを検出
して、設計値にあてはめることにより、図12(b)に
示すように、その側面に交差している各有効面のローカ
ル座標を算出する。そして、そのローカル座標間の相対
位置を算出することにより、各プリズムP1、P2の有
効面間の位置ずれが測定できる。また、プリズムP1と
プリズムP2の相対位置を測定することができる。各プ
リズムには位置決め用のマーク、凹凸、穴、線等を設け
ておくとよい。
Next, FIG. 12 shows an example of measuring the mutual positional deviation of two prisms P1 and P2 each having, for example, a free-form surface, and the positional deviation between the surfaces of the prisms P1 and P2. In this case, as shown in FIG. 12A, the edges of the side surfaces (outer peripheral surfaces) of the prisms P1 and P2 are detected by the optical probe 2 and applied to design values, thereby obtaining the results shown in FIG. 12B. In this way, the local coordinates of each effective surface intersecting the side surface are calculated. Then, by calculating the relative position between the local coordinates, the positional deviation between the effective surfaces of the prisms P1 and P2 can be measured. Further, the relative position between the prism P1 and the prism P2 can be measured. Each prism may be provided with positioning marks, unevenness, holes, lines, and the like.

【0042】次に、白色干渉計あるいは顕微干渉計、あ
るいは干渉計を用いてデフォーマブルミラー(可変ミラ
ー)等の被検光学素子の被測定面の微細な凹凸形状、う
ねり、粗さを測定する例について説明する。白色干渉計
は、図13に構成を概略的に示すように、ハロゲンラン
プ、LED、スーパールミネッセントダイオード等のコ
ヒレンシーの短い光を発光する光源61から出た光はハ
ーフミラー62で反射され、対物レンズ63に入射し、
対物レンズ63の像点位置に向かって進み、その間に配
置されたハーフミラー64で一部の光が反射され、対物
レンズ63の射出側の面の中心に配置された中心ミラー
65で反射され、その反射光は再びハーフミラー64で
反射され、対物レンズ63へ戻っていく。対物レンズ6
3からハーフミラー64に入射した光の中、ハーフミラ
ー64を透過した光は、被検物Oの被測定面1に入射し
て反射され、再びハーフミラー64に入射してそれを透
過する。対物レンズ63の中心ミラー65で反射されて
ハーフミラー64で反射されて対物レンズ63に戻った
光と、ハーフミラー64を透過し被検物Oの被測定面1
で反射されハーフミラー64を透過して対物レンズ63
に戻った光とは、対物レンズ63で集光され、ハーフミ
ラー62を透過して光検出器66に入射する。ハーフミ
ラー64から中心ミラー65までの距離と、ハーフミラ
ー64から被測定面1までの距離が等しい場合にのみ、
両光は干渉して強め合うので、その干渉信号を光検出器
66で検知し、その検知信号に基づいて対物レンズ6
3、中心ミラー65、ハーフミラー64全体を移動機構
67により光軸方向に移動させ、検知信号が最も大きく
なる位置により被測定面1のZ軸方向の高さが測定でき
る。
Next, using a white interferometer, a micro-interferometer, or an interferometer, the fine irregularities, undulations, and roughness of the surface to be measured of a test optical element such as a deformable mirror (variable mirror) are measured. An example will be described. As shown schematically in FIG. 13, the white light interferometer is configured such that light emitted from a light source 61 that emits short-coherence light such as a halogen lamp, an LED, and a superluminescent diode is reflected by a half mirror 62. Incident on the objective lens 63,
Proceeding toward the image point position of the objective lens 63, a part of the light is reflected by the half mirror 64 disposed therebetween, and reflected by the central mirror 65 disposed at the center of the exit side surface of the objective lens 63, The reflected light is reflected again by the half mirror 64 and returns to the objective lens 63. Objective lens 6
Of the light that has entered the half mirror 64 from 3, the light that has passed through the half mirror 64 is incident on the measurement surface 1 of the test object O, is reflected, enters the half mirror 64 again, and transmits it. The light reflected by the center mirror 65 of the objective lens 63, reflected by the half mirror 64, and returned to the objective lens 63, and the measurement surface 1 of the test object O transmitted through the half mirror 64
Is reflected by the half mirror 64 and passes through the objective lens 63.
Is returned by the objective lens 63, passes through the half mirror 62, and enters the photodetector 66. Only when the distance from the half mirror 64 to the center mirror 65 is equal to the distance from the half mirror 64 to the surface 1 to be measured,
Since the two lights interfere with each other and strengthen each other, the interference signal is detected by the photodetector 66 and the objective lens 6 is detected based on the detected signal.
3. The entirety of the center mirror 65 and the half mirror 64 is moved in the optical axis direction by the moving mechanism 67, and the height of the measured surface 1 in the Z-axis direction can be measured at the position where the detection signal becomes maximum.

【0043】したがって、このような白色干渉計を用い
てデフォーマブルミラー等の被検光学素子Oの被測定面
1の微細な凹凸形状、うねり、粗さを測定することがで
きる。顕微干渉計あるいは通常の干渉計(フィゾー型
等)を用いても、デフォーマブルミラー等の非接触な測
定が可能である。なお、デフォーマブルミラーの反射面
の中、光束が通らない部分、あるいは、基準となるデフ
ォーマブルミラーの枠部にも反射コートを施しておく
と、干渉計を用いて形状測定を行うとき便利である。そ
れらの有効光束外の反射コートが基準面となり、それに
対するデフォーマブルミラーの形状を測定すれば、ミラ
ーの変形量が分かり良いからである。
Therefore, it is possible to measure the fine unevenness, undulation, and roughness of the measurement surface 1 of the optical element O to be measured such as a deformable mirror using such a white interferometer. Non-contact measurement with a deformable mirror or the like is possible even using a microscopic interferometer or a normal interferometer (Fizeau type or the like). In addition, it is convenient to perform a shape measurement using an interferometer if a reflection coat is applied to the part of the reflecting surface of the deformable mirror, through which the light beam does not pass, or to the frame of the reference deformable mirror. is there. This is because the reflection coat outside those effective light beams serves as a reference surface, and the deformation amount of the mirror can be easily understood by measuring the shape of the deformable mirror with respect to the reference surface.

【0044】ここで、可変ミラーの1例について説明す
る。形状可変ミラーはデフォーマブルミラーとも呼ばれ
るもので、図14は、この可変ミラーの1例の構成を示
す図であり、静電駆動の形状可変ミラー302に関する
図である。形状可変ミラー302は、静電気力によって
駆動されるもので、電極を兼ねた反射膜303が有機材
料からなる変形可能な板304の上に設けられている。
スペーサ305で隔てられた基板306の上にはいくつ
かの分割電極307があり、可変抵抗308を調整する
ことで、反射膜303を所望の形状に変形させることが
できる。反射膜303は、変形しないスペーサ305と
隣接した部分302Bにも設けておくと、干渉計測、あ
るいは、シャック・ハルトマン法等で反射膜303の形
状測定を行う場合に都合がよい。この変形しない部分3
02Bには反射膜303は設けておかなくともよい。
Here, an example of the variable mirror will be described. The deformable mirror is also called a deformable mirror, and FIG. 14 is a diagram showing a configuration of an example of this deformable mirror, and is a diagram relating to an electrostatically driven deformable mirror 302. The deformable mirror 302 is driven by an electrostatic force, and a reflective film 303 serving also as an electrode is provided on a deformable plate 304 made of an organic material.
Several divided electrodes 307 are provided on the substrate 306 separated by the spacer 305, and the reflective film 303 can be deformed into a desired shape by adjusting the variable resistor 308. When the reflective film 303 is provided also in the portion 302B adjacent to the spacer 305 that does not deform, it is convenient when performing interference measurement or shape measurement of the reflective film 303 by the Shack-Hartmann method or the like. This undeformed part 3
It is not necessary to provide the reflective film 303 on 02B.

【0045】図15は、図14の形状可変ミラー302
を上側から見た図であり、八角形の内部が反射膜303
の変形する部分となっている。その外側の十字の印は位
置決め用のマークで、リソグラフィー、印刷、切削等の
方法で、反射膜303、変形可能な板304、スペーサ
305、あるいは、基板306等に設けられる。この十
字の印の位置決め用のマークは、形状可変ミラー302
をデジタルカメラ、TVカメラ、内視鏡等に組み込むと
きに形状可変ミラー302を設計通りの位置に近づけて
組み立てるために用いられる。この位置決め用のマーク
は、高精度の組み立てに便利である。
FIG. 15 shows the deformable mirror 302 of FIG.
Is a view from above, and the inside of an octagon is a reflection film 303.
It is the part to be deformed. The outer cross mark is a positioning mark provided on the reflective film 303, the deformable plate 304, the spacer 305, the substrate 306, or the like by a method such as lithography, printing, or cutting. The positioning mark of the cross mark is formed by the deformable mirror 302.
When the camera is incorporated into a digital camera, a TV camera, an endoscope, or the like, it is used for assembling the deformable mirror 302 by approaching a designed position. This positioning mark is convenient for high-precision assembly.

【0046】このような可変ミラーの形状測定は、シャ
ック・ハルトマン法を利用して測定することができる。
その例を説明する前にシャック・ハルトマン法を簡単に
説明しておく。シャック・ハルトマン法は波面測定セン
サーの代表例で(鶴田匡夫著「第4・光の鉛筆−光技術
者のための応用光学−」p.209〜210(1997
年2月26日,(株)新技術コミュニケーション
ズ);"The Review of LaserEngineering"Vol.27,No.2,
pp.78-83 )、古くから知られているハルトマンの収差
測定法を実時間で測定できるようにしたものである。図
16に示されているように、マイクロレンズアレイ70
によってマイクロレンズアレイ70に入射する波面71
を小さなゾーンに分け、マイクロレンズアレイ70の各
マイクロレンズに入射する細い光線束の平均的な進行方
向を、マイクロレンズアレイ70の焦点面72に置いた
2次元センサーで検出し、その2次元センサーから光線
の方向を示す2つの直交成分のデータを出力させ、合計
2N(Nはマイクロレンズの数)の光線データから波面
を計算するものである。図16(a)は波面71が平面
波の場合であり、図16(b)は波面71が変形してい
る場合で、波面71が変形している分、焦点面72に入
射する各光線の方向は平面波の場合(破線方向;図16
(a))からずれることになる。
The shape of such a variable mirror can be measured by using the Shack-Hartmann method.
Before explaining the example, the Shack-Hartmann method will be briefly described. The Shack-Hartmann method is a representative example of a wavefront measurement sensor (Matsuo Tsuruta, "4th Pencil of Light-Applied Optics for Optical Engineers", pp. 209-210 (1997).
"The Review of LaserEngineering" Vol. 27, No. 2,
pp.78-83), which makes it possible to measure the Hartmann aberration measurement method, which has been known for a long time, in real time. As shown in FIG.
The wavefront 71 incident on the microlens array 70
Is divided into small zones, and the average traveling direction of a thin light beam incident on each microlens of the microlens array 70 is detected by a two-dimensional sensor placed on the focal plane 72 of the microlens array 70. Output the data of two orthogonal components indicating the directions of the light rays, and calculate the wavefront from a total of 2N (N is the number of microlenses) light ray data. FIG. 16A shows a case where the wavefront 71 is a plane wave, and FIG. 16B shows a case where the wavefront 71 is deformed. The direction of each light beam incident on the focal plane 72 is equivalent to the deformation of the wavefront 71. Is a plane wave (in the direction of the broken line; FIG. 16)
(A)).

【0047】図17は、上記のシャック・ハルトマン法
を利用して図14に示したような可変ミラー302の形
状測定を行う例を示す図である。上記のシャック・ハル
トマン法によれば、干渉計測では測れないような大変形
の可変ミラー302でも測定できるメリットがある。
FIG. 17 is a diagram showing an example in which the shape of the variable mirror 302 as shown in FIG. 14 is measured using the Shack-Hartmann method. According to the Shack-Hartmann method described above, there is an advantage that measurement can be performed even with a variable mirror 302 having a large deformation that cannot be measured by interference measurement.

【0048】図17において、キセノンランプ310は
電源311によって駆動されており、キセノンランプ3
10からの光は、レンズ312を経てライトガイド31
3を通り、さらにピンホール314で絞られる。ピンホ
ール314から出た先は、レンズ群315を通って平行
光となり、ハーフミラー316で方向を変えられ、被験
物である可変ミラー302に正面から入射する。可変ミ
ラー302で反射された光はハーフミラー316を通
り、アフォーカルな変倍光学系317で光束の太さが変
更され、シャック・ハルトマン法におけるマイクロレン
ズアレイ318によって波面が複数のゾーンに分けら
れ、対応する数の集光点となって固体撮像素子319上
に結像する。固体撮像素子319からの出力は信号処理
回路320によってデジタル化され、コンピュータ32
1によって解析され、可変ミラー302の反射膜303
の形状が求まる。
In FIG. 17, the xenon lamp 310 is driven by a power supply 311 and
The light from 10 passes through the lens 312 to the light guide 31.
3 and further narrowed down by a pinhole 314. The light exiting from the pinhole 314 is converted into parallel light through a lens group 315, the direction is changed by a half mirror 316, and the light enters the variable mirror 302, which is a test object, from the front. The light reflected by the variable mirror 302 passes through a half mirror 316, the thickness of the light beam is changed by an afocal variable power optical system 317, and the wavefront is divided into a plurality of zones by a microlens array 318 in the Shack-Hartmann method. Corresponding to the number of converging points, and forms an image on the solid-state imaging device 319. The output from the solid-state imaging device 319 is digitized by the signal processing circuit 320 and is output to the computer 32.
1 and the reflection film 303 of the variable mirror 302
Is obtained.

【0049】ここで、アフォーカルな変倍光学系317
は、被験物である可変ミラー302の寸法等が変わった
とき、固体撮像素子319の撮像エリアを十分に活用で
きるように変倍するための光学系である。レンズ群31
5も同様に、ピンホール314からの射出光を可変ミラ
ー302の大きさを覆うことができるようにするための
変倍光学系である。なお、ライトガイド313は光ファ
イバーバンドルでもよいし、1本の光ファイバーでもよ
い。後者の場合、ピンホール314は不要となる。
Here, the afocal variable magnification optical system 317
Is an optical system for changing the magnification so that the imaging area of the solid-state imaging device 319 can be fully utilized when the size or the like of the variable mirror 302 as a test object changes. Lens group 31
Similarly, reference numeral 5 denotes a variable power optical system for enabling the light emitted from the pinhole 314 to cover the size of the variable mirror 302. The light guide 313 may be an optical fiber bundle or a single optical fiber. In the latter case, the pinhole 314 becomes unnecessary.

【0050】図17の測定装置では、静電駆動の可変ミ
ラー302以外に、電磁駆動の可変ミラー、圧電効果を
用いた可変ミラー、あるいは、面形状の変る可変焦点レ
ンズ等も測定可能である。
In addition to the electrostatically driven variable mirror 302, the measuring apparatus shown in FIG. 17 can also measure an electromagnetically driven variable mirror, a variable mirror using a piezoelectric effect, or a variable focus lens having a variable surface shape.

【0051】図18は、可変焦点レンズの1例で、流体
332の出し入れで変形可能な薄膜333が形を変える
可変焦点レンズ334の構成を示す図である。図中、3
35は透明基板、336は流体332の出し入れを行う
ポンプであり、ポンプ336としてはマイクロマシンの
技術で作られたマイクロポンプ等を用いると、可変焦点
レンズ334が小型にできてよい。
FIG. 18 is a view showing an example of a variable focus lens, in which the shape of a variable focus lens 334 whose deformable thin film 333 changes its shape when a fluid 332 is taken in and out is shown. In the figure, 3
Reference numeral 35 denotes a transparent substrate, and 336, a pump for taking in and out the fluid 332. If a micropump or the like made by a micromachine technique is used as the pump 336, the varifocal lens 334 may be reduced in size.

【0052】図17のシャック・ハルトマン法測定装置
で可変ミラー302の形状を測定する場合、可変ミラー
302の周囲の形を変えない平面部分302Bも一緒に
測定することが望ましい。そうすれば、可変ミラー30
2の周囲の形状に対する反射膜303の変形部分の偏
心、被検物である可変ミラー302の基準座標を含めて
反射膜303の形状測定ができるのである。
When measuring the shape of the variable mirror 302 with the Shack-Hartmann measuring apparatus shown in FIG. 17, it is desirable to also measure the flat portion 302B around the variable mirror 302 that does not change its shape. Then, the variable mirror 30
The shape of the reflective film 303 can be measured, including the eccentricity of the deformed portion of the reflective film 303 with respect to the shape around 2, and the reference coordinates of the variable mirror 302 as the test object.

【0053】例えば、図19に示すように、マイクロレ
ンズアレイ323の周辺部を透過平面とし、可変ミラー
302の周囲の形を変えない平面部分324の形がその
まま固体撮像素子319の撮像エリアに写るようにすれ
ば、反射膜303の変形する部分の偏心をより正確に測
定することができる。あるいは、可変ミラー302の基
準座標を正確に測定することができる。
For example, as shown in FIG. 19, the periphery of the microlens array 323 is a transmission plane, and the shape of the plane portion 324 that does not change the shape of the periphery of the variable mirror 302 is directly reflected in the imaging area of the solid-state imaging device 319. By doing so, the eccentricity of the deformable portion of the reflective film 303 can be measured more accurately. Alternatively, the reference coordinates of the variable mirror 302 can be accurately measured.

【0054】又は、マイクロレンズアレイ323の代わ
りに用いるマイクロレンズアレイ326の形を、図20
に示すように、周辺部だけ焦点距離を短くして、可変ミ
ラー302の外周のエッジ327と固体撮像素子319
の撮像面とが共役になるようにすることで、エッジ32
7を固体撮像素子319の撮像面に結像させて、反射膜
303の変形する部分の偏心を測定してもよい。あるい
は、可変ミラー302の基準座標を測定してもよい。
Alternatively, the shape of the microlens array 326 used in place of the microlens array 323 is shown in FIG.
As shown in the figure, the focal length is reduced only in the peripheral portion, and the outer edge 327 of the variable mirror 302 and the solid-state image sensor 319
The edge 32 is made conjugate with the imaging surface of
7 may be imaged on the imaging surface of the solid-state imaging device 319 to measure the eccentricity of the deformable portion of the reflective film 303. Alternatively, the reference coordinates of the variable mirror 302 may be measured.

【0055】上記の図19、図20の場合は共に形状と
偏心あるいは基準座標とが同時に測定できるメリットが
ある。なお、可変ミラー302の変形しない周辺部30
2Bには、反射膜303は設けなくともよい。
19 and 20 have the merit that the shape and the eccentricity or the reference coordinates can be measured at the same time. The peripheral portion 30 of the variable mirror 302 that is not deformed
The reflective film 303 may not be provided on 2B.

【0056】図21は、レーザー測長器350、351
を用いて可変ミラー302の面形状を測定する方法を説
明するための図である。レーザー測長器350は反射膜
303の変形する部分を、レーザー測長器351は反射
膜303の変形しない部分352を測定し、両者の測定
値の差をとることで、反射膜303の変形部の変位量を
周辺部を基準に測定できる。ここで、レーザー測長器3
50と351は両方なくてもよく、2回に分けて反射膜
303の各部とその変形しない部分352とを別々に測
るようにしてもよい。なお、レーザー測長器350、3
51はレーザー光が往復する距離を測ることによりレー
ザー光の反射点までの距離を測定する装置である。
FIG. 21 shows laser length measuring devices 350 and 351.
FIG. 9 is a diagram for explaining a method of measuring the surface shape of the variable mirror 302 using the method. The laser length measuring device 350 measures the deformed portion of the reflective film 303, and the laser length measuring device 351 measures the non-deformed portion 352 of the reflective film 303, and obtains a difference between the measured values to obtain a deformed portion of the reflective film 303. Can be measured based on the peripheral portion. Here, laser measuring device 3
Both 50 and 351 may not be provided, and each part of the reflective film 303 and its undeformed part 352 may be separately measured twice. In addition, the laser length measuring device 350, 3
Reference numeral 51 denotes a device for measuring the distance to the reflection point of the laser light by measuring the distance that the laser light reciprocates.

【0057】ここで、本発明の測定対象となる被検光学
素子Oの具体例としては、通常の軸対称な球面レンズ、
非球面レンズ、両面非球面レンズ、それらを組み合わせ
てなるレンズ系があり、また、反射屈折光学系を構成す
るプリズム、その面の何れかが自由曲面等の回転非対称
面からなる自由曲面プリズム、変形可能なデフォーマブ
ルミラー、デフォーマブルレンズ、デフォーマブルプリ
ズムの面形状、位置ずれ、偏心等を測定することもでき
る。さらには、これらの光学素子が枠に一体に取り付け
られているもの、あるいはユニット化されているものの
面形状、位置ずれ、偏心等を測定することができる。な
お、デフォーマブルレンズとしては、合成ゴム等の弾性
変形可能な材料からなるレンズ、ソフトコンタクトレン
ズ、可変焦点レンズ等がある。なお、デフォーマブルミ
ラーとしては、静電気力によって駆動するタイプ、電磁
気力によって駆動するタイプ、圧電材料、電歪材料、磁
歪材料を用いて形状を変化させるタイプ等がある。ま
た、それらは単品でも、中間品でも、組み付けた最終製
品でも測定対象になる。
Here, specific examples of the optical element to be measured O to be measured according to the present invention include a normal axisymmetric spherical lens,
There are aspherical lenses, double-sided aspherical lenses, and lens systems combining them. Also, prisms that constitute catadioptric optical systems, free-form surface prisms whose one of the surfaces is a rotationally asymmetric surface such as a free-form surface, deformation It is also possible to measure the surface shape, displacement, eccentricity, and the like of possible deformable mirrors, deformable lenses, and deformable prisms. Furthermore, it is possible to measure the surface shape, positional deviation, eccentricity, and the like of a device in which these optical elements are integrally attached to a frame or a unitized device. The deformable lens includes a lens made of an elastically deformable material such as synthetic rubber, a soft contact lens, and a variable focus lens. Note that the deformable mirror includes a type driven by electrostatic force, a type driven by electromagnetic force, and a type that changes its shape using a piezoelectric material, an electrostrictive material, or a magnetostrictive material. They can also be measured individually, in intermediate products, or in assembled final products.

【0058】もちろん、本発明測定方法及び測定装置
は、レンズやプリズム等の光学素子だけではなく、その
光学素子を一体成形する型の測定にも使用可能である。
Of course, the measuring method and measuring apparatus of the present invention can be used not only for measuring optical elements such as lenses and prisms, but also for measuring a mold for integrally molding the optical elements.

【0059】なお、被検光学素子あるいはその型の面形
状、位置等を測定する非接触3次元測定機としては、図
1、図2、図13で説明したような光プローブを用いる
もの、図17、図19、図20で説明したシャック・ハ
ルトマン法測定装置、図21で説明したレーザー測長器
に限らず、超音波を用いるものであっても利用可能であ
る。
As a non-contact three-dimensional measuring device for measuring the surface shape, position, etc. of the optical element to be tested or its mold, those using an optical probe as described with reference to FIGS. 17, the Shack-Hartmann method measuring apparatus described with reference to FIG. 20 and the laser length measuring apparatus described with reference to FIG. 21 can be used as well as those using ultrasonic waves.

【0060】以上の本発明の光学素子及びその型の形状
測定方法及び装置は例えば次のように構成することがで
きる。
The method and apparatus for measuring the shape of the optical element and its mold according to the present invention described above can be constituted, for example, as follows.

【0061】〔1〕 被検物たる光学素子あるいはその
型の3次元座標を測定する3次元座標測定手段を用い、
前記3次元座標測定手段により得られた測定データを形
状を表わす関数にあてはめる処理を行うことを特徴とす
る光学素子及びその型の形状測定方法及び装置。
[1] Using three-dimensional coordinate measuring means for measuring the three-dimensional coordinates of the optical element or the type of the test object,
An optical element and a method and apparatus for measuring the shape of an optical element, wherein the processing is performed by applying measurement data obtained by the three-dimensional coordinate measuring means to a function representing a shape.

【0062】〔2〕 被検物たる光学素子あるいはその
型の3次元座標を測定する3次元座標測定手段により得
られた3次元座標の測定データから、被検物外周部ある
いは内周部の複数のエッジ、あるいは、被検物に設けた
光学的に検出可能な複数のマーク、あるいは、そのエッ
ジ又はマークに基づいて定められた位置の座標値を検出
し、検出された座標値から座標基準位置を算出し、座標
基準位置を元に形状を表わす関数にあてはめる処理を行
うことを特徴とする光学素子及びその型の形状測定方法
及び装置。
[2] From the measurement data of the three-dimensional coordinates obtained by the three-dimensional coordinate measuring means for measuring the three-dimensional coordinates of the optical element or the type of the test object, a plurality of outer peripheral portions or inner peripheral portions of the test object are obtained. Of the edge, or a plurality of optically detectable marks provided on the test object, or a coordinate value of a position determined based on the edge or the mark is detected, and a coordinate reference position is determined from the detected coordinate value. And calculating the shape of the optical element based on the coordinate reference position and applying the function to a function representing the shape.

【0063】〔3〕 被検物たる光学素子あるいはその
型の3次元座標を測定する3次元座標測定手段により得
られた3次元座標の測定データから、光学素子あるいは
その型の偏心を求めることを特徴とする光学素子及びそ
の型の形状測定方法及び装置。
[3] Obtaining the eccentricity of the optical element or its type from the measurement data of the three-dimensional coordinates obtained by the three-dimensional coordinate measuring means for measuring the three-dimensional coordinates of the optical element or its type as the test object. Characteristic optical element and method and apparatus for measuring shape of mold.

【0064】〔4〕 被検物たる光学素子あるいはその
型に非接触で3次元座標を測定する3次元座標測定手段
を用いたことを特徴とする上記1から3の何れか1項記
載の光学素子及びその型の形状測定方法及び装置。
[4] The optical device as described in any one of [1] to [3] above, wherein a three-dimensional coordinate measuring means for measuring three-dimensional coordinates in a non-contact manner with the optical element or the mold as a test object is used. Method and apparatus for measuring shape of element and its mold.

【0065】〔5〕 被検物たる光学素子あるいはその
型に非接触光プローブで3次元座標を測定する3次元座
標測定手段を用いたことを特徴とする上記1から3の何
れか1項記載の光学素子及びその型の形状測定方法及び
装置。
[5] The method as described in any one of [1] to [3] above, wherein a three-dimensional coordinate measuring means for measuring three-dimensional coordinates with a non-contact optical probe is used for the optical element or the mold as a test object. And a method and apparatus for measuring the shape of the optical element.

【0066】〔6〕 弾性変形可能な材料からなる被検
物たる光学素子あるいはその型に、非接触で3次元座標
を測定する3次元座標測定手段を用いることを特徴とす
る上記1から3の何れか1項記載の光学素子及びその型
の形状測定方法及び装置。
[6] The three-dimensional coordinate measuring means for measuring three-dimensional coordinates in a non-contact manner is used for an optical element or a mold as a test object made of an elastically deformable material. A method and an apparatus for measuring the shape of the optical element and its mold according to any one of the preceding claims.

【0067】〔7〕 弾性変形可能な材料からなる被検
物たる光学素子あるいはその型に、非接触光プローブで
3次元座標を測定する3次元座標測定手段を用いること
を特徴とする上記1から3の何れか1項記載の光学素子
及びその型の形状測定方法及び装置。
[7] The method according to the above-mentioned item 1, wherein a three-dimensional coordinate measuring means for measuring three-dimensional coordinates with a non-contact optical probe is used for an optical element or a mold as an object made of an elastically deformable material. 4. An optical element according to claim 3, and a method and an apparatus for measuring the shape of the mold.

【0068】〔8〕 被検物たる光学素子あるいはその
型が非球面レンズあるいはその型であることを特徴とす
る上記1から7の何れか1項記載の光学素子及びその型
の形状測定方法及び装置。
[8] The optical element according to any one of the above items 1 to 7, wherein the optical element or the type of the test object is an aspherical lens or the type, and the shape measuring method of the type and the type. apparatus.

【0069】[0069]

〔9〕 被検物たる光学素子あるいはその
型が自由曲面を持つものであることを特徴とする上記1
から7の何れか1項記載の光学素子及びその型の形状測
定方法及び装置。
[9] The optical element as described in 1 above, wherein the optical element or the mold thereof has a free-form surface.
8. An optical element according to any one of claims 1 to 7, and a method and an apparatus for measuring a shape of the optical element.

【0070】〔10〕 被検物たる光学素子が可変ミラ
ーであることを特徴とする上記1から7の何れか1項記
載の光学素子及びその型の形状測定方法及び装置。
[10] The optical element and the method and apparatus for measuring the shape of the optical element according to any one of the above items 1 to 7, wherein the optical element to be inspected is a variable mirror.

【0071】〔11〕 被検物たる光学素子あるいはそ
の型が両面非球面レンズあるいはその型であることを特
徴とする上記1から7の何れか1項記載の光学素子及び
その型の形状測定方法及び装置。
[11] The optical element according to any one of the above items 1 to 7, wherein the optical element or the type of the test object is a double-sided aspherical lens or the type thereof, and the shape measuring method of the type. And equipment.

【0072】〔12〕 被検物たる光学素子が枠に一体
に取り付けらたレンズであることを特徴とする上記1か
ら7の何れか1項記載の光学素子及びその型の形状測定
方法及び装置。
[12] The optical element and the method and apparatus for measuring the shape of the optical element according to any one of the above items 1 to 7, wherein the optical element to be inspected is a lens integrally attached to the frame. .

【0073】〔13〕 被検物たる光学素子がユニット
に組み上げられたレンズであることを特徴とする上記1
から7の何れか1項記載の光学素子及びその型の形状測
定方法及び装置。
[13] The above-mentioned 1 characterized in that the optical element as a test object is a lens assembled in a unit.
8. An optical element according to any one of claims 1 to 7, and a method and an apparatus for measuring a shape of the optical element.

【0074】〔14〕 被検物たる光学素子あるいはそ
の型に光学的に検出可能なマークを設けることを特徴と
する上記1から13の何れか1項記載の光学素子及びそ
の型の形状測定方法及び装置。
[14] The method for measuring the shape of an optical element and its mold according to any one of the above items 1 to 13, wherein an optical element as an object or a mold thereof is provided with an optically detectable mark. And equipment.

【0075】〔15〕 面形状を表わす関数として、多
項式、自由曲面多項式、アナモルフィック多項式、べき
級数、ツェルニケ多項式、スプライン関数の何れかを用
いたことを特徴とする上記1又は2記載の光学素子及び
その型の形状測定方法及び装置。
[15] The optical system according to the above item 1 or 2, wherein any one of a polynomial, a free-form surface polynomial, an anamorphic polynomial, a power series, a Zernike polynomial, and a spline function is used as a function representing the surface shape. Method and apparatus for measuring shape of element and its mold.

【0076】〔16〕 上記1から15の何れか1項記
載の光学素子及びその型の形状測定方法を用いているこ
とを特徴とする面形状測定装置。
[16] A surface shape measuring apparatus using the optical element and the shape measuring method of the mold according to any one of the above items 1 to 15.

【0077】〔17〕 複数の光学面を持つ光学素子の
複数の面の3次元座標測定手段により得られた3次元座
標の測定データから、複数の面の面間偏心を求めること
を特徴とする光学素子及びその型の形状測定方法及び装
置。
[17] The inter-plane eccentricity of the plurality of surfaces is obtained from the measurement data of the three-dimensional coordinates obtained by the three-dimensional coordinate measurement means of the plurality of surfaces of the optical element having the plurality of optical surfaces. Method and apparatus for measuring shape of optical element and its mold.

【0078】〔18〕 複数の面を持つ光学素子を保持
したまま所定角回転させる回転治具を用いることを特徴
とする上記17記載の光学素子及びその型の形状測定方
法及び装置。
[18] The method and apparatus for measuring the shape of an optical element and a mold thereof according to the above item 17, wherein a rotating jig for rotating the optical element having a plurality of surfaces by a predetermined angle while holding the optical element is used.

【0079】〔19〕 複数の面を持つ光学素子を保持
したまま複数の面の3次元座標を測定することを特徴と
する上記17記載の光学素子及びその型の形状測定方法
及び装置。
[19] The method and apparatus for measuring the shape of an optical element and its mold according to the above item 17, wherein the three-dimensional coordinates of the plurality of surfaces are measured while holding the optical element having a plurality of surfaces.

【0080】〔20〕 被検物たる光学素子あるいはそ
の型の3次元座標を測定する3次元座標測定手段により
得られた3次元座標の測定データから、光学素子あるい
はその型の相互の位置を求めることを特徴とする光学素
子及びその型の形状測定方法及び装置。
[20] The mutual position of the optical element or its type is determined from the measurement data of the three-dimensional coordinates obtained by the three-dimensional coordinate measuring means for measuring the three-dimensional coordinates of the optical element or its type as the test object. An optical element and a method and an apparatus for measuring the shape of a mold thereof.

【0081】〔21〕 3次元座標測定手段により得ら
れた3次元座標の測定データから、各被検物の外周部あ
るいは内周部の複数のエッジの座標値を検出し、検出し
た座標値から被検物間相互の位置を算出することを特徴
とする上記20記載の光学素子及びその型の形状測定方
法及び装置。
[21] From the measured data of the three-dimensional coordinates obtained by the three-dimensional coordinate measuring means, the coordinate values of a plurality of edges of the outer peripheral portion or the inner peripheral portion of each test object are detected, and from the detected coordinate values. 21. The method and apparatus for measuring the shape of an optical element and its mold according to the above item 20, wherein the mutual position between the test objects is calculated.

【0082】〔22〕 各エッジの座標値から、被検物
間相互の位置を算出する際に各被検物を構成する面毎に
ローカル座標を算出することを特徴とする上記21記載
の光学素子及びその型の形状測定方法及び装置。
[22] The optical system according to the above item 21, wherein the local coordinates are calculated for each surface constituting each test object when calculating the mutual position between the test objects from the coordinate values of each edge. Method and apparatus for measuring shape of element and its mold.

【0083】〔23〕 被検物たる光学素子あるいはそ
の型の光軸に対して略垂直な方向より非接触光プローブ
を入射し、その非接触光プローブを光軸に沿って略平行
に走査することを特徴とする上記20から22の何れか
1項記載の光学素子及びその型の形状測定方法及び装
置。
[23] A non-contact optical probe is incident from a direction substantially perpendicular to the optical axis of the optical element or its type as a test object, and the non-contact optical probe is scanned substantially parallel to the optical axis. 23. A method and an apparatus for measuring a shape of an optical element and a mold thereof according to any one of the above items 20 to 22, wherein:

【0084】〔24〕 非接触光プローブを少なくとも
異なる2方向において走査することを特徴とする上記2
3記載の光学素子及びその型の形状測定方法及び装置。
[24] The non-contact optical probe is scanned in at least two different directions.
4. The method and apparatus for measuring the shape of the optical element and the mold according to 3.

【0085】〔25〕 被検物が複数のレンズからなる
ことを特徴とする上記20から24の何れか1項記載の
光学素子及びその型の形状測定方法及び装置。
[25] The optical element and the method and apparatus for measuring the shape of the optical element according to any one of [20] to [24], wherein the test object comprises a plurality of lenses.

【0086】〔26〕 被検物が自由曲面からなる面を
有する光学素子あるいはその型であることを特徴とする
上記20から25の何れか1項記載の光学素子及びその
型の形状測定方法及び装置。
[26] The optical element according to any one of the above items 20 to 25, wherein the test object is an optical element having a surface formed of a free-form surface or a mold thereof, and a method for measuring the shape of the optical element. apparatus.

【0087】〔27〕 白色干渉計を用いて被検物たる
光学素子あるいはその型の面の平面又は凹面又は凸面の
形状、うねり、粗さの少なくとも何れか測定することを
特徴とする光学素子及びその型の形状測定方法及び装
置。
[27] An optical element characterized by measuring at least one of the shape, undulation, and roughness of a flat or concave or convex surface of an optical element as a test object or its mold using a white light interferometer. A method and apparatus for measuring the shape of the mold.

【0088】〔28〕 顕微干渉計を用いて被検物たる
光学素子あるいはその型の面の凹凸形状、うねり、粗さ
の少なくとも何れか測定することを特徴とする光学素子
及びその型の形状測定方法及び装置。
[28] Measurement of the shape of an optical element and its mold characterized by measuring at least one of the unevenness, undulation and roughness of the surface of the optical element or its mold as a test object using a microinterferometer Methods and apparatus.

【0089】〔29〕 干渉計を用いて被検物たる光学
素子あるいはその型の面の凹凸形状、うねり、粗さの少
なくとも何れか測定することを特徴とする光学素子及び
その型の形状測定方法及び装置。
[29] An optical element and a method of measuring the shape of the mold, characterized by measuring at least one of the unevenness, undulation, and roughness of the surface of the optical element or the mold as an object using an interferometer And equipment.

【0090】〔30〕 被検物たる光学素子が可変ミラ
ーであることを特徴とする上記27から29の何れか1
項記載の光学素子及びその型の形状測定方法及び装置。
[30] Any one of the above items 27 to 29, wherein the optical element to be inspected is a variable mirror.
Item 7. A method and an apparatus for measuring a shape of an optical element and a mold thereof according to the above.

【0091】〔31〕 被検物たる光学素子が弾性変形
可能な材料からなる光学素子であることを特徴とする上
記27から29の何れか1項記載の光学素子及びその型
の形状測定方法及び装置。
[31] The optical element according to any one of the above items 27 to 29, wherein the optical element as a test object is an optical element made of an elastically deformable material, and a method for measuring the shape of the optical element. apparatus.

【0092】〔32〕 シャック・ハルトマン法を用い
て面形状が変わる光学素子の面形状を測定することを特
徴とする光学素子及びその型の形状測定方法及び装置。
[32] An optical element and a method and apparatus for measuring the shape of an optical element characterized by measuring the surface shape of an optical element whose surface shape changes using the Shack-Hartmann method.

【0093】〔33〕 シャック・ハルトマン法を用い
て可変ミラーの面形状を測定することを特徴とする光学
素子及びその型の形状測定方法及び装置。
[33] An optical element and a method and apparatus for measuring the shape of an optical element characterized by measuring the surface shape of a variable mirror using the Shack-Hartmann method.

【0094】〔34〕 シャック・ハルトマン法を用い
て面形状が変わる光学素子の面形状を外形に対する偏心
と共に測定することを特徴とする光学素子及びその型の
形状測定方法及び装置。
[34] An optical element and a method and apparatus for measuring the shape of an optical element characterized by measuring the surface shape of an optical element whose surface shape changes using the Shack-Hartmann method, together with the eccentricity with respect to the outer shape.

【0095】〔35〕 マイクロレンズアレイを有する
シャック・ハルトマン法を用いて、面形状が変わる光学
素子の面形状を外形に対する偏心と共に測定することを
特徴とする光学素子及びその型の形状測定方法及び装
置。
[35] A method for measuring the shape of an optical element whose shape changes, together with the eccentricity with respect to the outer shape, using the Shack-Hartmann method having a microlens array, and a method of measuring the shape of the optical element. apparatus.

【0096】〔36〕 マイクロレンズアレイを有する
シャック・ハルトマン法を用いて、マイクロレンズアレ
イの周辺部の焦点距離を中央部の焦点距離とは異ならせ
ることで、面形状が変わる光学素子の面形状を外形に対
する偏心と共に測定することを特徴とする光学素子及び
その型の形状測定方法及び装置。
[36] By using the Shack-Hartmann method having a microlens array to make the focal length at the periphery of the microlens array different from the focal length at the center, the surface shape of the optical element changes. And an optical element and a method and apparatus for measuring the shape of the mold.

【0097】〔37〕 被検物が形状の変化する可変ミ
ラーであることを特徴とする上記36記載の光学素子及
びその型の形状測定方法及び装置。
[37] The optical element and the method and apparatus for measuring the shape of the optical element according to the above item 36, wherein the test object is a variable mirror whose shape changes.

【0098】〔38〕 レーザー測長器を用いて可変ミ
ラーの変形を測定することを特徴とする光学素子及びそ
の型の形状測定方法及び装置。
[38] An optical element characterized by measuring the deformation of a variable mirror using a laser length measuring device, and a method and an apparatus for measuring the shape of the optical element.

【0099】〔39〕 変形しない周辺部と可変ミラー
の変形する部分との両方をレーザー測長器を用いて測定
し、可変ミラーの周辺部に対する変形する部分の変位を
測定することを特徴とする光学素子及びその型の形状測
定方法及び装置。
[39] Both the undeformed peripheral portion and the deformable portion of the variable mirror are measured using a laser length measuring device, and the displacement of the deformable portion relative to the peripheral portion of the variable mirror is measured. Method and apparatus for measuring shape of optical element and its mold.

【0100】[0100]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の光学素子及びその型の形状測定方法及び装置によれ
ば、被検物である光学素子の面の測定データからその面
の座標基準位置が算出でき、得られた測定データをその
基準に対する座標に変換して光学素子の絶対形状を正確
に求めることができる。
As is apparent from the above description, according to the method and apparatus for measuring the shape of the optical element and its mold according to the present invention, the coordinate reference of the surface of the optical element as the test object is obtained from the measurement data of the surface. The position can be calculated, and the obtained measurement data can be converted into coordinates with respect to the reference to accurately determine the absolute shape of the optical element.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明において使用可能なオートフォーカスタ
イプの非接触3次元測定機の構成を概略的に示す図であ
る。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of an auto-focus type non-contact three-dimensional measuring machine usable in the present invention.

【図2】本発明において使用可能な共焦点顕微鏡タイプ
の非接触3次元測定機の構成を概略的に示す図である。
FIG. 2 is a diagram schematically showing a configuration of a non-contact three-dimensional measuring device of a confocal microscope type usable in the present invention.

【図3】被検物の被測定面の端部近傍の模式的な拡大断
面図である。
FIG. 3 is a schematic enlarged cross-sectional view of the vicinity of an end of a measurement surface of a test object.

【図4】光プローブを用いた非接触3次元測定機で被測
定面の基準原点の求め方を説明するための図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining a method of obtaining a reference origin of a surface to be measured by a non-contact three-dimensional measuring machine using an optical probe.

【図5】光プローブを用いた非接触3次元測定機で被測
定面の偏心の求め方を説明するための図である。
FIG. 5 is a diagram for explaining how to determine the eccentricity of the surface to be measured by a non-contact three-dimensional measuring machine using an optical probe.

【図6】光プローブを用いた非接触3次元測定機を用い
て被検光学素子の2次元絶対形状を求める装置の基本的
構成を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a basic configuration of an apparatus for obtaining a two-dimensional absolute shape of a test optical element using a non-contact three-dimensional measuring device using an optical probe.

【図7】被検光学素子の被測定面の形状を測定する際の
手順の流れを示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a flow of a procedure when measuring a shape of a surface to be measured of a test optical element.

【図8】被検レンズの両面間偏心の測定方法を説明する
ための図である。
FIG. 8 is a diagram for explaining a method of measuring eccentricity between both surfaces of a test lens.

【図9】被検レンズの両面間偏心の別の測定方法を説明
するための図である。
FIG. 9 is a diagram for explaining another method of measuring the eccentricity between both surfaces of a test lens.

【図10】被検レンズの両面間偏心のさらに別の測定方
法を説明するための図である。
FIG. 10 is a view for explaining still another method of measuring the eccentricity between both surfaces of a test lens.

【図11】光プローブを用いた非接触3次元測定機を用
いて複数のレンズからなる光学系のレンズ間の位置ずれ
を測定する方法の例を説明するための図である。
FIG. 11 is a diagram for explaining an example of a method for measuring a positional shift between lenses of an optical system including a plurality of lenses using a non-contact three-dimensional measuring device using an optical probe.

【図12】自由曲面からなる2つのプリズムの相互の位
置ずれ、各プリズムの面間の位置ずれを測定する例を説
明するための図である。
FIG. 12 is a diagram for describing an example of measuring a mutual positional deviation of two prisms each having a free-form surface and a positional deviation between surfaces of each prism.

【図13】本発明において使用可能な白色干渉計の構成
を概略的に示す図である。
FIG. 13 is a diagram schematically showing a configuration of a white light interferometer usable in the present invention.

【図14】可変ミラーの1例の構成を示す図である。FIG. 14 is a diagram illustrating a configuration of an example of a variable mirror.

【図15】図14の可変ミラーを上側から見た図であ
る。
15 is a view of the variable mirror of FIG. 14 as viewed from above.

【図16】本発明において使用可能なシャック・ハルト
マン法を説明するための図である。
FIG. 16 is a diagram for explaining the Shack-Hartmann method that can be used in the present invention.

【図17】シャック・ハルトマン法を利用して可変ミラ
ーの形状測定を行う例を示す図である。
FIG. 17 is a diagram showing an example in which the shape of a variable mirror is measured using the Shack-Hartmann method.

【図18】可変焦点レンズの1例の構成を示す図であ
る。
FIG. 18 is a diagram illustrating a configuration of an example of a variable focus lens.

【図19】図17の変形例を示す図である。FIG. 19 is a diagram showing a modification of FIG. 17;

【図20】図17の変形例のためのマイクロレンズアレ
イの構成を示す図である。
FIG. 20 is a diagram showing a configuration of a microlens array for a modification of FIG. 17;

【図21】レーザー測長器を用いて可変ミラーの面形状
を測定する方法を説明するための図である。
FIG. 21 is a diagram for explaining a method of measuring the surface shape of a variable mirror using a laser length measuring device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

O…被検物 S…レンズ面(被測定面) L…被検レンズ L1、L2、L3…レンズ P1、P2…プリズム 1…被測定面 2…光プローブ 3…側面 4…境面 5…エッジ 6…マーク 11…レーザ 12、13、14…ミラー 15…対物レンズ 16…移動機構 17…光位置検出装置 18…XYステージ 21…光源 22…第1ピンホール 23…ハーフミラー 24…対物レンズ 25…第2ピンホール 26…光検出器 27…移動機構 28…XYステージ 30、30’…非接触3次元測定機 31…データ処理部 41〜49…手順 51…3点保持具 52…保持具 53…軸 61…光源 62…ハーフミラー 63…対物レンズ 64…ハーフミラー 65…中心ミラー 66…光検出器 67…移動機構 70…マイクロレンズアレイ 71…波面 72…焦点面 302…形状可変ミラー 302B…変形しない部分(平面部分) 303…反射膜 304…変形可能な板 305…スペーサ 306…基板 307…分割電極 308…可変抵抗 310…キセノンランプ 311…電源 312…レンズ 313…ライトガイド 314…ピンホール 315…レンズ群 316…ハーフミラー 317…変倍光学系 318…マイクロレンズアレイ 319…固体撮像素子 320…信号処理回路 321…コンピュータ 323…マイクロレンズアレイ 324…平面部分 326…マイクロレンズアレイ 332…流体 333…薄膜 334…可変焦点レンズ 335…透明基板 336…ポンプ 327…可変ミラーの外周のエッジ 350、351…レーザー測長器 352…反射膜の変形しない部分 O: Test object S: Lens surface (measurement surface) L: Test lens L1, L2, L3: Lens P1, P2: Prism 1: Measurement surface 2: Optical probe 3: Side surface 4: Boundary surface 5: Edge 6 Mark 11 Laser 12 13, 14 Mirror 15 Objective Lens 16 Moving Mechanism 17 Optical Position Detector 18 XY Stage 21 Light Source 22 First Pinhole 23 Half Mirror 24 Objective Lens 25 Second pinhole 26 Photodetector 27 Moving mechanism 28 XY stage 30, 30 'Non-contact three-dimensional measuring machine 31 Data processing unit 41-49 Procedure 51 ... Three-point holder 52 ... Holder 53 ... Axis 61 Light source 62 Half mirror 63 Objective lens 64 Half mirror 65 Central mirror 66 Photodetector 67 Moving mechanism 70 Microlens array 71 Wavefront 72 Focus Point surface 302: deformable mirror 302B: undeformed portion (flat portion) 303: reflective film 304: deformable plate 305: spacer 306: substrate 307: split electrode 308: variable resistor 310: xenon lamp 311: power supply 312: lens Reference numeral 313: light guide 314: pinhole 315: lens group 316: half mirror 317: variable power optical system 318: micro lens array 319: solid-state image sensor 320: signal processing circuit 321: computer 323: micro lens array 324: plane portion 326 ... Microlens array 332. Fluid 333. Thin film 334... Variable focus lens 335. Transparent substrate 336. Pump 327.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安垣 誠人 東京都渋谷区幡ヶ谷2丁目43番2号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 西岡 公彦 東京都渋谷区幡ヶ谷2丁目43番2号 オリ ンパス光学工業株式会社内 Fターム(参考) 2F065 AA04 AA06 AA17 AA20 AA45 AA50 AA53 BB05 BB27 CC21 DD19 FF10 FF52 GG04 GG24 JJ01 JJ03 JJ09 JJ26 LL00 LL02 LL03 LL04 LL10 LL12 LL30 LL46 MM11 PP12 QQ13 QQ18 UU07 2F069 AA04 AA21 AA66 BB40 GG04 GG07 GG11 GG62 NN05 NN17 NN18 NN19 NN26  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Masato Anagaki 2-43-2 Hatagaya, Shibuya-ku, Tokyo Inside Olympus Optical Industrial Co., Ltd. (72) Kimihiko Nishioka 2-43-2 Hatagaya, Shibuya-ku, Tokyo F-term (reference) in Olympus Optical Co., Ltd. GG04 GG07 GG11 GG62 NN05 NN17 NN18 NN19 NN26

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被検物たる光学素子あるいはその型の3
次元座標を測定する3次元座標測定手段を用い、前記3
次元座標測定手段により得られた測定データを形状を表
わす関数にあてはめる処理を行うことを特徴とする光学
素子及びその型の形状測定方法。
1. An optical element to be inspected or its type 3
Using three-dimensional coordinate measuring means for measuring three-dimensional coordinates,
An optical element and a method for measuring the shape of an optical element, characterized by performing a process of applying measurement data obtained by a dimensional coordinate measuring means to a function representing a shape.
【請求項2】 被検物たる光学素子あるいはその型の3
次元座標を測定する3次元座標測定手段により得られた
3次元座標の測定データから、被検物外周部あるいは内
周部の複数のエッジ、あるいは、被検物に設けた光学的
に検出可能な複数のマーク、あるいは、そのエッジ又は
マークに基づいて定められた位置の座標値を検出し、検
出された座標値から座標基準位置を算出し、座標基準位
置を元に形状を表わす関数にあてはめる処理を行うこと
を特徴とする光学素子及びその型の形状測定方法。
2. An optical element to be inspected or its type 3
From the measurement data of the three-dimensional coordinates obtained by the three-dimensional coordinate measuring means for measuring the three-dimensional coordinates, a plurality of edges of the outer peripheral portion or the inner peripheral portion of the test object or optically detectable provided on the test object can be detected. A process of detecting coordinate values of a plurality of marks or a position determined based on the edges or marks, calculating a coordinate reference position from the detected coordinate values, and applying the calculated coordinate reference position to a function representing a shape based on the coordinate reference position. And a method for measuring the shape of the optical element.
【請求項3】 被検物たる光学素子あるいはその型の3
次元座標を測定する3次元座標測定手段により得られた
3次元座標の測定データから、光学素子あるいはその型
の偏心を求めることを特徴とする光学素子及びその型の
形状測定方法。
3. An optical element to be inspected or its type 3
An optical element and a shape measuring method of the mold, wherein the eccentricity of the optical element or its type is obtained from the measurement data of the three-dimensional coordinates obtained by the three-dimensional coordinate measuring means for measuring the three-dimensional coordinates.
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