JP2005083981A - Aspheric surface eccentricity measuring apparatus and method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は非球面レンズ等の被検物の偏心測定装置と偏心測定方法に関する。 The present invention relates to an eccentricity measuring apparatus and an eccentricity measuring method for an object such as an aspheric lens.
特開平10−38556号公報は、三次元形状測定機のひとつを開示している。ここでは、回転する被測定物の被測定面上を、プローブで走査している。これにより、レンズなどの回転対称な被測定面の形状を測定する。この三次元形状測定機を、図14(A)に示す。この図において、測定台203は、エアースピンドル204により回転される。この測定台203には、被測定物202が保持されている。そして、被測定面に対して、プローブ201の先端のルビー球201aを接触させている。この装置では、エアースピンドル204の回転により被測定面が回転し、プローブ201も所定の方向に走査される。このようにして、プローブ201の座標と被測定物(エアースピンドル)の回転角度とに基づいて、被測定物の表面形状の測定を行う。測定の際には、エアースピンドル204の回転軸に対するプローブ201の測定原点の座標を決定することが必要である。
Japanese Patent Laid-Open No. 10-38556 discloses one of three-dimensional shape measuring machines. Here, the surface to be measured of the rotating object to be measured is scanned with the probe. Thereby, the shape of a rotationally symmetric surface to be measured such as a lens is measured. This three-dimensional shape measuring machine is shown in FIG. In this figure, the measuring table 203 is rotated by an
そのため、光学系210と、光学系210の像を表示するためのモニター220を有している。ここで、光学系210は、レーザダイオード211、レンズ212、214、215、ビームスプリッター213、CCDカメラ216等から構成されている。まず、エアースピンドル204上の測定台203の開口部に、被測定物202の代わりに、基準反射球面をその球心が回転軸と一致するように載せる。基準反射球面の反射像を光学系210で検出しながら、基準反射面の球心と共役な反射像が得られる位置に光学系210を移動させ、そのときの反射像の座標を記憶する。その後、基準反射球面を取り外して、光学系210を固定したままプローブ201を移動させる。そして、ルビー球201aの反射像の位置が基準反射面の反射像の位置と一致するようにプローブ201の位置を調整し、この位置を測定原点としている。以上のようにして求めたプローブ201の座標を測定原点とし、被測定物202の形状を測定するものである。
前述の三次元形状測定機では、基準反射面の球心がエアースピンドル204の回転軸に一致するように、基準反射面取付部がエアースピンドルの回転軸に対して同軸である必要がある。そのために基準反射面取付部を測定台を回転させながらバイト205により切削加工を行う必要がある。
In the above-described three-dimensional shape measuring machine, the reference reflection surface mounting portion needs to be coaxial with the rotation axis of the air spindle so that the spherical center of the reference reflection surface coincides with the rotation axis of the
具体的には、図14(B)に示すように、円筒形状の測定台203に対して、内周部203aの上端部203bを切削する必要がある。また、測定台203と接触する被測定物202の面が凸面である場合には、このように測定台203の内周部203aの上端部203bを切削するだけでよい。しかし、測定台203と接触する被測定物202の面が凹面である場合には、被測定物202が回転軸に対して同軸に配置されるように、さらに、測定台203の外周部の上端部を切削する。
Specifically, as shown in FIG. 14B, it is necessary to cut the
このように、測定台203の加工が必ず必要であるため、測定以外の工数が必要であり、準備の時間が長くなる。 Thus, since processing of the measuring table 203 is necessarily required, man-hours other than measurement are required, and the preparation time becomes long.
また、エアースピンドル204は切削加工を行うために、高剛性である必要があり、また高速回転が可能であることが必要とされる。
The
さらに、面精度が良い反射面を基準反射面として被検物以外に準備する必要がある。 Furthermore, it is necessary to prepare a reflection surface with good surface accuracy as a reference reflection surface other than the test object.
本発明は、この様な実状を考慮して成されたものであり、その目的は、被検物を保持する部分に特別な加工を行うことなく、面精度の高い基準物を必要とすることなく、プローブの原点位置を高精度に決定することが可能な非球面偏心測定装置を提供することである。また、そのような非球面偏心測定方法を提供することである。 The present invention has been made in consideration of such actual situations, and its purpose is to require a reference object with high surface accuracy without performing special processing on the portion holding the test object. It is another object of the present invention to provide an aspheric eccentricity measuring apparatus that can determine the origin position of a probe with high accuracy. Another object of the present invention is to provide such an aspheric eccentricity measuring method.
本発明は、ひとつには、被検物の非球面偏心を測定する非球面偏心測定装置に向けられており、以下の各項に列記する非球面偏心測定装置を含んでいる。 One aspect of the present invention is directed to an aspheric eccentricity measuring apparatus for measuring the aspheric eccentricity of a test object, and includes the aspherical eccentricity measuring apparatus listed in the following items.
1. 本発明の非球面偏心測定装置は、前記被検物を保持する保持機構と、該保持機構を回転させる回転機構と、前記保持機構を挟んで前記回転機構と対向する位置に配置される観察光学系と、前記保持機構と前記観察光学系の間に配置された第一のプローブと、前記第一のプローブを移動させる第一の移動機構を備え、前記観察光学系の光軸と前記回転機構の回転軸が略一致するように、前記観察光学系が配置されることを特徴とする。 1. An aspherical eccentricity measuring apparatus according to the present invention includes a holding mechanism that holds the test object, a rotating mechanism that rotates the holding mechanism, and an observation optical that is disposed at a position facing the rotating mechanism with the holding mechanism interposed therebetween. System, a first probe disposed between the holding mechanism and the observation optical system, and a first moving mechanism for moving the first probe, the optical axis of the observation optical system and the rotation mechanism The observation optical system is arranged such that the rotation axes of the observation optical system substantially coincide with each other.
この非球面偏心測定装置においては、観察光学系により回転機構の回転中心の位置を検出できる。よって、検出結果を利用して第一のプローブの原点位置を高精度に決めることができる。 In this aspheric surface eccentricity measuring apparatus, the position of the rotation center of the rotation mechanism can be detected by the observation optical system. Therefore, the origin position of the first probe can be determined with high accuracy using the detection result.
2. 本発明の別の非球面偏心測定装置は、第1項の非球面偏心測定装置において、前記観察光学系は対物レンズと接眼レンズと目盛り部材とを備え、該目盛り部材は所定の間隔で形成された目盛りを有し、前記目盛り部材は前記接眼レンズを介して観察される観察像と共役な位置に配置されていることを特徴とする。 2. Another aspherical eccentricity measuring apparatus according to the present invention is the aspherical eccentricity measuring apparatus according to the first item, wherein the observation optical system includes an objective lens, an eyepiece lens, and a scale member, and the scale member is formed at a predetermined interval. The scale member is arranged at a position conjugate with an observation image observed through the eyepiece.
この非球面偏心測定装置においては、簡単な構成で、観察像の回転の様子が観察可能である。 In this aspherical surface eccentricity measuring apparatus, it is possible to observe the state of rotation of the observation image with a simple configuration.
3. 本発明の別の非球面偏心測定装置は、第2項の非球面偏心測定装置において、前記回転機構を回転させて、前記目盛りに対する前記観察像の回転を観察し、前記観察像の特定部分の観察結果に基づいて、前記回転機構の回転中心を検出することを特徴とする。 3. Another aspheric eccentricity measuring apparatus according to the present invention is the aspherical eccentricity measuring apparatus according to the second item, wherein the rotation mechanism is rotated to observe the rotation of the observation image with respect to the scale, and a specific portion of the observation image is measured. The rotation center of the rotation mechanism is detected based on the observation result.
この非球面偏心測定装置においては、簡単な構成で、回転中心の検出が可能である。 This aspherical eccentricity measuring device can detect the center of rotation with a simple configuration.
4. 本発明の別の非球面偏心測定装置は、第1項の非球面偏心測定装置において、前記観察光学系は対物レンズと撮像素子を備え、前記撮像素子は前記対物レンズによって形成された観察像位置に配置され、該観察像を表示する表示装置を備えていることを特徴とする。 4). Another aspheric decentration measuring apparatus according to the present invention is the aspheric decentration measuring apparatus according to the first item, wherein the observation optical system includes an objective lens and an imaging element, and the imaging element is an observation image position formed by the objective lens. And a display device for displaying the observation image.
この非球面偏心測定装置においては、測定装置から離れた位置で、観察像の回転の様子が観察可能である。 In this aspherical eccentricity measuring apparatus, the state of rotation of the observation image can be observed at a position away from the measuring apparatus.
5. 本発明の別の非球面偏心測定装置は、第3項の非球面偏心測定装置において、前記回転機構を回転させて、前記観察像の回転を撮像し、前記観察像の特定部分の観察結果に基づいて、前記回転機構の回転中心の位置を検出することを特徴とする。 5). Another aspheric eccentricity measuring apparatus according to the present invention is the aspherical eccentricity measuring apparatus according to the third item, wherein the rotation mechanism is rotated to image rotation of the observation image, and the observation result of the specific portion of the observation image is obtained. Based on this, the position of the rotation center of the rotation mechanism is detected.
この非球面偏心測定装置においては、測定装置から離れた位置で、回転中心の検出が可能である。 In this aspherical eccentricity measuring apparatus, the center of rotation can be detected at a position away from the measuring apparatus.
6. 本発明の別の非球面偏心測定装置は、第3項または第5項の非球面偏心測定装置において、前記回転中心位置と前記第一のプローブが一致するように、前記第一の移動機構を制御することを特徴とする。 6). Another aspheric eccentricity measuring apparatus according to the present invention is the aspherical eccentricity measuring apparatus according to the third or fifth item, wherein the first moving mechanism is arranged so that the rotation center position and the first probe coincide with each other. It is characterized by controlling.
この非球面偏心測定装置においては、第一のプローブの原点位置を高精度に決めることが可能である。 In this aspheric surface eccentricity measuring apparatus, the origin position of the first probe can be determined with high accuracy.
7. 本発明の別の非球面偏心測定装置は、第3項または第5項の非球面偏心測定装置において、前記回転中心位置を前記第一のプローブの測定原点として、前記第一のプローブによる測定を行うことを特徴とする。 7). Another aspheric eccentricity measuring apparatus according to the present invention is the aspherical eccentricity measuring apparatus according to the third or fifth item, wherein the measurement is performed by the first probe with the rotation center position as the measurement origin of the first probe. It is characterized by performing.
この非球面偏心測定装置においては、高精度な測定が可能である。 In this aspherical eccentricity measuring apparatus, highly accurate measurement is possible.
8. 本発明の別の非球面偏心測定装置は、第3項または第5項の非球面偏心測定装置において、前記回転中心位置と前記第一のプローブの測定原点位置とが異なる場合に、両者の位置の差により、前記第一のプローブの測定位置を補正することを特徴とする。 8). Another aspherical eccentricity measuring apparatus of the present invention is the aspherical eccentricity measuring apparatus according to the third or fifth item, wherein the position of the rotation center and the measurement origin position of the first probe are different from each other. The measurement position of the first probe is corrected based on the difference.
この非球面偏心測定装置においては、第一のプローブの原点位置を回転軸に厳密に位置決めせずに高精度の測定が可能である。 In this aspherical surface eccentricity measuring apparatus, it is possible to perform high-precision measurement without strictly positioning the origin position of the first probe on the rotation axis.
9. 本発明の別の非球面偏心測定装置は、第3項または第5項の非球面偏心測定装置において、前記観察像の特定部分は、指標部材の表面に存在する特定構造であり、該指標部材は前記保持機構上に配置されていることを特徴とする。 9. Another aspherical eccentricity measuring apparatus according to the present invention is the aspherical eccentricity measuring apparatus according to the third or fifth aspect, wherein the specific part of the observation image has a specific structure existing on the surface of the index member. Is arranged on the holding mechanism.
この非球面偏心測定装置においては、指標として特定のパターンを作成する必要がないので、指標部材として多くの物を使用することができる。指標部材の位置で、第一のプローブの原点合わせができる。 In this aspherical surface eccentricity measuring apparatus, it is not necessary to create a specific pattern as an index, so that many objects can be used as the index member. The origin of the first probe can be adjusted at the position of the index member.
10. 本発明の別の非球面偏心測定装置は、第3項または第5項の非球面偏心測定装置において、前記観察像の特定部分は、指標部材の表面に人為的に形成された特定構造であり、該指標部材は前記保持機構上に配置されていることを特徴とする。 10. Another aspherical eccentricity measuring apparatus according to the present invention is the aspherical eccentricity measuring apparatus according to the third or fifth aspect, wherein the specific part of the observation image is a specific structure artificially formed on the surface of the index member. The indicator member is arranged on the holding mechanism.
この非球面偏心測定装置においては、指標があるので、検出が容易になる。指標部材の位置で、第一のプローブの原点合わせができる。 In this aspherical eccentricity measuring device, since there is an index, detection becomes easy. The origin of the first probe can be adjusted at the position of the index member.
11. 本発明の別の非球面偏心測定装置は、第1項の非球面偏心測定装置において、前記回転機構の回転軸に対して垂直な方向に、前記観察光学系を移動させる光学系移動機構を備えることを特徴とする。 11. Another aspherical eccentricity measuring apparatus according to the present invention is the aspherical eccentricity measuring apparatus according to the first item, further comprising an optical system moving mechanism that moves the observation optical system in a direction perpendicular to the rotation axis of the rotating mechanism. It is characterized by that.
この非球面偏心測定装置においては、測定時に観察光学系が邪魔にならない。 In this aspherical eccentricity measuring apparatus, the observation optical system does not get in the way during measurement.
12. 本発明の別の非球面偏心測定装置は、第1項の非球面偏心測定装置において、前記保持機構と前記第一のプローブの間に配置された第二のプローブと、前記第二のプローブを移動させる第二の移動機構を備えることを特徴とする。 12 Another aspherical eccentricity measuring apparatus according to the present invention is the aspherical eccentricity measuring apparatus according to the first item, wherein the second probe disposed between the holding mechanism and the first probe, and the second probe are provided. A second moving mechanism for moving is provided.
この非球面偏心測定装置においては、被測定物を両面から測定できる。 In this aspherical eccentricity measuring apparatus, the object to be measured can be measured from both sides.
13. 本発明の別の非球面偏心測定装置は、第3項または第5項の非球面偏心測定装置において、前記保持機構と前記第一のプローブの間に配置された第二のプローブと、前記第二のプローブを移動させる第二の移動機構を備え、前記回転中心位置と前記第二のプローブが一致するように、前記第二の移動機構を制御することを特徴とする。 13. Another aspherical eccentricity measuring apparatus according to the present invention is the aspherical eccentricity measuring apparatus according to the third or fifth aspect, wherein the second probe disposed between the holding mechanism and the first probe, A second moving mechanism for moving the second probe is provided, and the second moving mechanism is controlled so that the rotation center position and the second probe coincide with each other.
この非球面偏心測定装置においては、第二のプローブの原点位置を高精度に決めることができる。 In this aspherical surface eccentricity measuring apparatus, the origin position of the second probe can be determined with high accuracy.
14. 本発明の別の非球面偏心測定装置は、第3項または第5項の非球面偏心測定装置において、前記保持機構と前記第一のプローブの間に配置された第二のプローブと、前記第二のプローブを移動させる第二の移動機構を備え、前記回転中心位置と前記第二のプローブの測定原点位置とが異なる場合に、両者の位置の差により、前記第二のプローブの測定位置を補正することを特徴とする。 14 Another aspherical eccentricity measuring apparatus according to the present invention is the aspherical eccentricity measuring apparatus according to the third or fifth aspect, wherein the second probe disposed between the holding mechanism and the first probe, A second moving mechanism for moving the second probe, and when the rotation center position and the measurement origin position of the second probe are different, the measurement position of the second probe is determined by the difference between the two positions. It is characterized by correcting.
この非球面偏心測定装置においては、第二のプローブの原点位置を回転軸に厳密に位置決めせずに高精度の測定が可能である。 In this aspheric surface eccentricity measuring apparatus, it is possible to perform highly accurate measurement without strictly positioning the origin position of the second probe on the rotation axis.
15. 本発明の別の非球面偏心測定装置は、第13項の非球面偏心測定装置において、前記回転中心位置に一致したときの前記第一のプローブの位置と、前記回転中心位置に一致したときの前記第二のプローブの位置が、前記回転軸に沿う方向で同じであることを特徴とする。 15. Another aspherical eccentricity measuring apparatus according to the present invention is the aspherical eccentricity measuring apparatus according to the thirteenth item, in which the first probe position when the rotational center position is coincident with the rotational center position. The position of the second probe is the same in the direction along the rotation axis.
この非球面偏心測定装置においては、第一のプローブの原点位置と第二のプローブの原点位置の誤差が少なくなる。 In this aspherical eccentricity measuring apparatus, the error between the origin position of the first probe and the origin position of the second probe is reduced.
16. 本発明の別の非球面偏心測定装置は、第13項の非球面偏心測定装置において、前記回転中心位置に一致したときの前記第一のプローブの位置と、前記回転中心位置に一致したときの前記第二のプローブの位置が、前記回転軸に沿う方向で異なることを特徴とする。 16. Another aspherical eccentricity measuring apparatus according to the present invention is the aspherical eccentricity measuring apparatus according to the thirteenth item, in which the first probe position when the rotational center position is coincident with the rotational center position. The position of the second probe is different in a direction along the rotation axis.
この非球面偏心測定装置においては、第一のプローブと第二のプローブの移動量が少なくて済む。 In this aspheric surface eccentricity measuring apparatus, the amount of movement of the first probe and the second probe can be small.
17. 本発明の別の非球面偏心測定装置は、第3項または第5項の非球面偏心測定装置において、前記観察光学系は倍率可変光学系である。 17. Another aspherical eccentricity measuring apparatus according to the present invention is the aspherical eccentricity measuring apparatus according to the third or fifth item, wherein the observation optical system is a variable magnification optical system.
この非球面偏心測定装置においては、低倍だと視野が広いので、回転中心をすばやく見つけることができる。高倍だと高い精度で回転中心を検出できる。 In this aspherical surface eccentricity measuring device, the field of view is wide when the magnification is low, so that the center of rotation can be found quickly. If the magnification is high, the center of rotation can be detected with high accuracy.
本発明は、ひとつには、被検物の非球面偏心を測定する非球面偏心測定方法に向けられており、以下の各項に列記する非球面偏心測定方法を含んでいる。 One aspect of the present invention is directed to an aspheric eccentricity measuring method for measuring the aspheric eccentricity of a test object, and includes the aspheric eccentricity measuring methods listed in the following items.
18. 本発明の非球面偏心測定方法は、回転機構により回転される保持部に保持された第一の指標部材を観察光学系により観察し、第一の指標部材に設けられた指標の回転の中心を観察光学系の光軸に略一致させて、観察光学系の光軸と回転機構の回転軸とを概略一致させる工程と、観察光学系の位置をそのままに第一の指標部材と保持部を回転機構から取り外した状態で、球状部材から成る第一のプローブを観察光学系の視野内に挿入し、第一のプローブの面頂を観察光学系の光軸上に配置し、その位置を測定の原点位置とする工程と、被検物を回転させながら、その被検物に光を回転軸に沿って照射し、被検物の第一の被検面の反射光のスポットの軌跡を検出すると共に、スポットの軌跡上の各点に対応する被検物の回転角を検出する工程と、被検物の第一の被検面の反射光のスポットの軌跡と被検物の回転角とに基づいて、被検物の第一の被検面の近軸曲率中心の回転軸に対するシフト量とその方向を求める工程と、被検物を回転させながら、その被検物に光を回転軸に沿って照射し、被検物の第二の被検面の反射光のスポットの軌跡を検出すると共に、スポットの軌跡上の各点に対応する被検物の回転角を検出する工程と、被検物の第二の被検面の反射光のスポットの軌跡と被検物の回転角とに基づいて、被検物の第二の被検面の近軸曲率中心の回転軸に対するシフト量とその方向を求める工程と、被検物の第一の被検面に第一のプローブを接触させ、被検物を回転させながら、第一のプローブにより回転機構の回転軸から所定の位置における被検物の第一の被検面の輪帯三次元形状データを取得する工程と、被検物の第一の被検面の近軸曲率中心の回転機構の回転軸に対するシフト量とその方向と、被検物の第二の被検面の近軸曲率中心の回転機構の回転軸に対するシフト量とその方向と、回転軸から所定の位置における第一の被検面の輪帯三次元形状データと、第一の被検面の近軸曲率半径と、第二の被検面の近軸曲率半径と、被検物の肉厚とから、被検物の第一の被検面の非球面の非球面偏心量とその方向を求める工程とを有していることを特徴とする。 18. In the aspherical eccentricity measuring method of the present invention, the first index member held by the holding portion rotated by the rotation mechanism is observed by the observation optical system, and the rotation center of the index provided on the first index member is determined. Align the optical axis of the observation optical system approximately with the optical axis of the observation optical system, and roughly match the rotation axis of the rotation mechanism, and rotate the first index member and the holding unit while maintaining the position of the observation optical system. With the probe removed from the mechanism, the first probe made of a spherical member is inserted into the field of view of the observation optical system, the top of the first probe is placed on the optical axis of the observation optical system, and its position is measured. The process of setting the origin position and irradiating the object along the rotation axis while rotating the object to detect the locus of the spot of the reflected light on the first object surface of the object. And a step of detecting the rotation angle of the test object corresponding to each point on the locus of the spot; Based on the locus of the reflected light spot on the first test surface of the test object and the rotation angle of the test object, the shift amount of the first test surface of the test object with respect to the rotation axis of the paraxial curvature center Detecting the direction of the reflected light spot on the second test surface of the test object by irradiating the test object with light along the rotation axis while rotating the test object. And the step of detecting the rotation angle of the test object corresponding to each point on the locus of the spot, and the locus of the reflected light spot on the second test surface of the test object and the rotation angle of the test object Based on the step of obtaining the shift amount and direction of the second test surface of the test object relative to the rotation axis of the paraxial curvature center, and bringing the first probe into contact with the first test surface of the test object The three-dimensional zone of the first test surface of the test object at a predetermined position from the rotation axis of the rotation mechanism by the first probe while rotating the test object Process of acquiring the state data, the shift amount and the direction of the rotation axis of the rotation mechanism of the center of paraxial curvature of the first test surface of the test object, and the paraxial of the second test surface of the test object Shift amount and direction of the rotation center of the center of curvature with respect to the rotation axis, three-dimensional shape data of the annular zone of the first test surface at a predetermined position from the rotation axis, and the paraxial curvature radius of the first test surface And a step of obtaining an aspheric eccentric amount and direction of the aspheric surface of the first test surface of the test object from the paraxial radius of curvature of the second test surface and the thickness of the test object. It is characterized by that.
この非球面偏心測定方法においては、観察光学系により回転機構の回転中心の位置を検出し、検出結果を利用して第一のプローブの原点位置を高精度に決めることができるので、高精度に非球面偏心を測定することが可能となる。 In this aspherical decentering measurement method, the position of the rotation center of the rotation mechanism is detected by the observation optical system, and the origin position of the first probe can be determined with high accuracy using the detection result. It is possible to measure aspheric decentration.
19. 本発明の別の非球面偏心測定方法は、第18項の非球面偏心測定方法において、さらに、第一の指標部材と保持部を回転機構から取り外した状態で、球状部材から成る第二のプローブを観察光学系の視野内に挿入し、第二のプローブの面頂を観察光学系の指標の回転中心があった位置に配置し、その位置を測定の原点位置とする工程と、被検物の第二の被検面に第二のプローブを接触させ、被検物を回転させながら、第二のプローブにより回転機構の回転軸から所定の位置における被検物の第二の被検面の輪帯三次元形状データを取得する工程と、被検物の第一の被検面の近軸曲率中心の回転機構の回転軸に対するシフト量とその方向と、回転軸から所定の位置における第一の被検面の輪帯三次元形状データと、第一の被検面の近軸曲率半径と、被検物の第二の被検面の近軸曲率中心の回転機構の回転軸に対するシフト量とその方向と、回転軸から所定の位置における第二の被検面の輪帯三次元形状データと、第二の被検面の近軸曲率半径と、被検物の肉厚と屈折率とから、被検物の第二の被検面の非球面の非球面偏心量とその方向を求める工程とを有していることを特徴とする。 19. Another aspherical eccentricity measuring method of the present invention is the second aspherical eccentricity measuring method according to the eighteenth item, wherein the first probe member and the holding member are removed from the rotating mechanism, and the second probe is made of a spherical member. Is inserted in the field of view of the observation optical system, the top of the second probe is placed at the position where the rotation center of the index of the observation optical system is located, and the position is set as the origin of measurement, and the test object The second probe is brought into contact with the second test surface, and the second probe is rotated on the second test surface of the test object at a predetermined position from the rotation axis of the rotation mechanism by rotating the test object. The step of acquiring the annular three-dimensional shape data, the shift amount and direction of the rotation mechanism of the rotation mechanism at the center of the paraxial curvature of the first test surface of the test object, and the first at a predetermined position from the rotation axis 3D shape data of the test surface and the paraxial radius of curvature of the first test surface , The amount and direction of shift of the rotation mechanism of the rotation mechanism at the center of paraxial curvature of the second test surface of the test object with respect to the rotation axis, and the annular three-dimensional shape data of the second test surface at a predetermined position from the rotation axis And the abscissa radius of the second test surface, the thickness and refractive index of the test object, and the aspheric aspheric eccentricity and direction of the second test surface of the test object are obtained. And a process.
この非球面偏心測定方法においては、第二のプローブの原点位置を高精度に決めることができる。第一のプローブの原点位置と第二のプローブの原点位置の誤差が少なくなる。 In this aspheric surface eccentricity measuring method, the origin position of the second probe can be determined with high accuracy. The error between the origin position of the first probe and the origin position of the second probe is reduced.
20. 本発明の別の非球面偏心測定方法は、第18項の非球面偏心測定方法において、さらに、回転機構により回転される保持部に保持された第一の指標部材と厚さが異なる第二の指標部材を観察光学系により観察し、第二の指標部材に設けられた指標の回転の中心を観察光学系の光軸に略一致させて、観察光学系の光軸と回転機構の回転軸とを概略一致させる工程と、観察光学系の位置をそのままに第二の指標部材と保持部を回転機構から取り外した状態で、球状部材から成る第二のプローブを観察光学系の視野内に挿入し、第二のプローブの面頂を観察光学系の指標の回転中心があった位置に配置し、その位置を測定の原点位置とする工程と、被検物の第二の被検面に第二のプローブを接触させ、被検物を回転させながら、第二のプローブにより回転機構の回転軸から所定の位置における被検物の第二の被検面の輪帯三次元形状データを取得する工程と、被検物の第一の被検面の近軸曲率中心の回転機構の回転軸に対するシフト量とその方向と、回転軸から所定の位置における第一の被検面の輪帯三次元形状データと、第一の被検面の近軸曲率半径と、被検物の第二の被検面の近軸曲率中心の回転機構の回転軸に対するシフト量とその方向と、回転軸から所定の位置における第二の被検面の輪帯三次元形状データと、第二の被検面の近軸曲率半径と、被検物の肉厚と屈折率とから、被検物の第二の被検面の非球面の非球面偏心量とその方向を求める工程とを有していることを特徴とする。 20. Another aspherical eccentricity measuring method of the present invention is the second aspherical eccentricity measuring method according to item 18, further comprising a second index member having a thickness different from that of the first indicator member held by the holding part rotated by the rotating mechanism. The index member is observed with the observation optical system, the center of rotation of the index provided on the second index member is substantially coincided with the optical axis of the observation optical system, and the optical axis of the observation optical system and the rotation axis of the rotation mechanism are The second probe made of a spherical member is inserted into the field of view of the observation optical system with the second index member and the holding part removed from the rotation mechanism while keeping the position of the observation optical system approximately the same. , Placing the top of the surface of the second probe at the position where the center of rotation of the index of the observation optical system is located, and setting the position as the origin of measurement, and the second surface of the test object on the second test surface With the second probe while rotating the specimen. A step of acquiring annular three-dimensional shape data of the second test surface of the test object at a predetermined position from the rotation axis of the rotation mechanism, and rotation of the paraxial curvature center of the first test surface of the test object Shift amount and direction with respect to the rotation axis of the mechanism, the three-dimensional shape data of the annular zone of the first test surface at a predetermined position from the rotation axis, the paraxial radius of curvature of the first test surface, and the test object Shift amount and direction of the rotation mechanism of the rotation mechanism at the paraxial curvature center of the second test surface of the second test surface, the annular three-dimensional shape data of the second test surface at a predetermined position from the rotation shaft, And determining the direction and direction of the aspheric aspheric surface of the second test surface of the test object from the paraxial radius of curvature of the test surface and the thickness and refractive index of the test object. It is characterized by that.
この非球面偏心測定方法においては、第二のプローブの原点位置を高精度に決めることができる。第一のプローブあるいは第二のプローブの移動量が少なくて済む。 In this aspheric surface eccentricity measuring method, the origin position of the second probe can be determined with high accuracy. The amount of movement of the first probe or the second probe can be small.
本発明によれば、被検物を保持する部分に特別な加工を行うことなく、面精度の高い基準物を必要とすることなく、プローブの原点位置を高精度に決定することが可能な非球面偏心測定装置と非球面偏心測定方法が提供される。 According to the present invention, it is possible to determine the origin position of the probe with high accuracy without performing special processing on the portion holding the test object and without requiring a reference object with high surface accuracy. A spherical eccentricity measuring device and an aspherical eccentricity measuring method are provided.
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
第一実施形態
図1は本発明の第一実施形態の非球面偏心測定装置の構成を概略的に示している。図1におけるxyz座標系は図の左上に示すとおりであり、y方向は紙面に垂直な方向で、紙面の手前から奥に進む方向をプラスとしている。
First Embodiment FIG. 1 schematically shows a configuration of an aspheric eccentricity measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention. The xyz coordinate system in FIG. 1 is as shown in the upper left of the figure, and the y direction is a direction perpendicular to the paper surface, and the direction going from the front of the paper surface to the back is a plus.
図1に示されるように、非球面偏心測定装置100は、円筒形状の保持部101と、エアースピンドル102と、エアースピンドル102を回転させるためのモータ103と、エアースピンドル102の回転角を測定するためのロータリーエンコーダ104とを備えている。エアースピンドル102は、保持部101を回転させる回転機構である。保持部101は、被検物である両面非球面レンズ110と、プラスチック板109とのいずれか一方を適宜保持する保持機構である。ここで、プラスチック板109は、エアースピンドル102の回転軸116を検出するための被観察物である。
As shown in FIG. 1, the aspherical
非球面偏心測定装置100は、さらに、接触式測長器170と、接触式測長器180と測長器移動テーブル114とを備えている。ここで、接触式測長器170は、両面非球面レンズ110の上側の被検面110aの三次元形状を測定する。接触式測長器180は、両面非球面レンズ110の下側の被検面110bの三次元形状を測定する。また、測長器移動テーブル114には、接触式測長器170と接触式測長器180とが搭載されている。
The aspherical
接触式測長器170は球状の接触子であるプローブ171を有し、接触式測長器180は球状の接触子であるプローブ181を有している。測長器移動テーブル114は、接触式測長器170と接触式測長器180を所定の位置に配置するために、xyz方向に移動させる。ここで、所定の位置とは、測定基準位置または形状測定位置または退避位置である。
The contact-type
非球面偏心測定装置100は、さらに、顕微鏡150と、スポット軌跡検出部130と、顕微鏡ステージ112と、顕微鏡ステージ移動テーブル113とを備えている。ここで、顕微鏡150は、エアースピンドル102の回転軸116を検出するための観察光学系である。スポット軌跡検出部130は、被検物に光を照射し被検面で反射された光のスポットの軌跡を検出する。顕微鏡ステージ112には、顕微鏡150とスポット軌跡検出部130とが搭載されている。顕微鏡ステージ移動テーブル113は、顕微鏡ステージ112をxz方向に移動させる。
The aspheric
顕微鏡150は、保持部101を挟んで、エアースピンドル102と対向する側に位置している。顕微鏡ステージ移動テーブル113は、顕微鏡150をエアースピンドル102の回転軸116の検出位置に、スポット軌跡検出部130をスポット軌跡検出位置に、顕微鏡150とスポット軌跡検出部130を形状測定時に干渉しない退避位置に移動させる。また、顕微鏡ステージ移動テーブル113は、ピント合わせのために、顕微鏡150をz方向に移動させる。
The
非球面偏心測定装置100は、さらに、演算手段160とモニタ161とを有している。ここで、演算手段160は、装置移動部の制御やスポット軌跡検出部130とロータリーエンコーダ104とで得られる情報の処理、上側接触式測長器170または下側接触式測長器180とロータリーエンコーダ104とで得られる情報の処理、非球面偏心の計算を行う。また、モニタ161は、演算結果および顕微鏡150の観察画面を表示する。
The aspheric surface
図2(A)は、上側の接触式測長器170と下側の接触式測長器180のy軸のマイナス方向から見た位置関係を示しており、図2(B)は、上側の接触式測長器170と下側の接触式測長器180のx軸のプラスの方向から見た位置関係を示している。
FIG. 2A shows the positional relationship of the upper contact-type
上側の接触式測長器170と下側の接触式測長器180の測定方向は共にz方向で、両者は平行の関係である。図2(A)に示すように、プローブ171はプローブ181よりもz方向の上方に位置している。これにより、被検面の形状測定時にZ方向の基準位置からの移動量が小さくなる。
The measurement directions of the upper contact type
図2(B)に示すように、接触式測長器170と接触式測長器180は、y軸方向に距離をおいて設置されている。このため、プローブ171とプローブ181はy方向に特定の距離だけ離れて位置している。これにより、その一方が両面非球面レンズ110の被検面を測長する際に、他方が両面非球面レンズ110やエアースピンドル102等に干渉しない。
As shown in FIG. 2 (B), the contact-type
形状測定の際、プローブ171とプローブ181は、その一方が選択的に、エアースピンドル102の回転軸116からy方向のマイナス方向に、特定の距離だけ離れた位置に配置される。接触式測長器170と接触式測長器180は、それぞれ、プローブ171とプローブ181のz軸方向(回転軸116に平行な方向)に関する位置を測定し、その情報を演算手段160に送る。形状測定の際にプローブ171とプローブ181が回転軸116に対して配置される方向は、y方向のマイナスだけに限定されるものではない。
At the time of shape measurement, one of the
演算手段160は、接触式測長器170と接触式測長器180で測定される情報を、両面非球面レンズ110の回転角に同期させて取得する。この情報は、回転軸116に平行な方向のプローブ171とプローブ181の位置情報である。また、両面非球面レンズ110の回転角は、ロータリーエンコーダ104で測定される。これにより演算手段160は、回転軸116に平行な方向に関する両面非球面レンズ110の被検面の三次元輪帯形状データ取得する。
The calculation means 160 acquires information measured by the contact-type
顕微鏡150は、光源151と、対物レンズ152と、TVカメラ153と、目盛り154とを含んでいる。光源151から発せられた照明光は、顕微鏡内にある反射光学系(図示せず)により、方向を曲げられる。そして、この照明光は対物レンズ152を通過して、被観察物を照明する。被観察物の表面の像は、対物レンズ152により拡大されて、TVカメラ153上に結像する。顕微鏡150の光学系の内部には、目盛り154が配置されている。目盛り154は、所定の間隔で形成された目盛りを有する。なお、目盛り154が配置されている位置は、接眼レンズを介して観察される観察像と共役な位置である。この位置は、対物レンズ152によって形成された像位置でもある。すなわち、目盛り154は、対物レンズ152の倍率を変化させても、TVカメラ153上での目盛りの大きさが変化しないように設置されている。顕微鏡150のTVカメラ153の出力は、モニタ161で観察可能である。
The
スポット軌跡検出部130は、光源131と、コリメートレンズ132と、ハーフミラー133と、二つの結像光学素子134および136と、撮像素子135とを含んでいる。二つの結像光学素子134および136は、結像光学系を構成している
光源131は例えばランプである。ハーフミラー133は、光源131から発せられた照明光を、被検物である両面非球面レンズ110に方向付ける。更に、ハーフミラー133は、両面非球面レンズ110からの戻り光を、撮像素子135へ方向付ける。つまり、ハーフミラー133は、両面非球面レンズ110に向かう光と両面非球面レンズ110から戻る光とを分離する分離光学素子を構成している。分離光学素子は、ハーフミラー133に限定されるものではなく、ハーフミラー133の代わりにプリズムで構成されてもよい。
The spot
結像光学素子134は、図1では省略化して一枚のレンズで描かれているが、通常は複数のレンズを含むレンズ群で構成される。レンズ群の一部は光軸に沿って移動可能である。よって、それらの位置を調整することにより、光源131からの光を所望の点に収束させることができる。レンズの位置調整は、モータ等を利用したステージで動作させるようにすることができる。そして、その制御を演算手段160で行えば、遠隔操作により行うことが可能となる。
Although the imaging
光源131から発せられた照明光は、コリメートレンズ132とハーフミラー133を経て、結像光学素子134に入射する。そして、照明光は結像光学素子134によって、両面非球面レンズ110に照射される。その際、照明光は、被検面110aの近軸曲率中心、または被検面110bの近軸曲率中心に収束するように照射される。そして、被検面110aまたは110bで反射された光は、結像光学素子134、ハーフミラー133を介して、結像光学素子136に入射する。そして、この光は、結像光学素子136で収束され、撮像素子135上にビームスポットを形成する。
The illumination light emitted from the
プラスチック板109は、厚みは数mmで、保持部101に対してしっかり固定できる程度の大きさを有する。このプラスチック板109は、汎用性が高いものである。プラスチック板109には、上側(顕微鏡150で観察する側)の面に印刷が施されている。この印刷はカラーであって、適当な模様が印刷されている。この模様は、細かい粒子で構成されている。よって、顕微鏡150で拡大すると、模様を構成している粒子を観察することができる。
The
または、プラスチック板109の上側の面は、砂目状の細かな粒子状の形状であってもよい。この場合も、顕微鏡150で拡大観察すると、砂目の粒子が観察できる。そこで、模様を構成している粒子や砂目の粒子を、特定の構造とみなす。すると、プラスチック板109を回転させながらこれらの粒子を観察すると、回転軸116を精度良く検出することができる。
Alternatively, the upper surface of the
以下、図3と図4と図5に基づき、接触式測長器170のプローブ171と接触式測長器180のプローブ181を、回転軸上に一致させる手順[1]から[3]について述べる。
The procedures [1] to [3] for matching the
[1]回転軸位置検出工程(図3)
図3(A)は、回転軸位置検出工程における非球面偏心測定装置の主要部分を示し、図3(B)は、そのときに顕微鏡で得られる画像を示している。
[1] Rotating shaft position detecting step (FIG. 3)
FIG. 3A shows a main part of the aspherical eccentricity measuring apparatus in the rotation axis position detecting step, and FIG. 3B shows an image obtained with a microscope at that time.
図3(A)に示すように、保持部101に、回転軸116を検出するためのプラスチック板109を保持させる。続いて、顕微鏡ステージ移動テーブル113により、顕微鏡150を移動させる。この時、顕微鏡150の観察部の中心とエアースピンドル102の回転軸116とが概略一致するように、顕微鏡150を移動させる。これにより、顕微鏡150は、その光軸がエアースピンドル102の回転軸116に概略一致するように配置される。具体的には以下のようにする。
As shown in FIG. 3A, the holding
顕微鏡150の光源151を点灯し、撮像された像をモニタ161により観察する。そして、モニタ161に表示された像を見ながら、プラスチック板109の上面にある粒子が観察可能な状態にする。プラスチック板109の上面にピントを合わせるには、図3(A)における上下方向に、顕微鏡150を移動させる。顕微鏡150の移動は、顕微鏡ステージ移動テーブル113により行う。なお、プラスチック板109側を移動させても良い。
The
次に、観察可能な状態で、エアースピンドル102をモータ103により回転させる。エアースピンドル102が回転している状態でモニタ161で見ると、図3(B)のように、プラスチック板109の上面にある粒子が回転により、移動する。
Next, the
図3(B)は、粒子が移動する様子を模式的に示している。図3(B)から分かるように、粒子は同心円を描くように(同心状に)移動している。よって、粒子の移動軌跡が分かれば、回転軸が判明する。 FIG. 3B schematically shows how the particles move. As can be seen from FIG. 3B, the particles move so as to draw concentric circles (concentrically). Therefore, if the movement trajectory of the particles is known, the rotation axis can be determined.
そこで、この同心状に移動する粒子の様子を、顕微鏡150により撮影する。エアースピンドル102が一回転する間に、複数枚の画像を取得する。例えば、10枚の画像を得る場合は、エアースピンドル102が一回転する時間をt秒とすると、t/10秒ごとに画像を撮影して記録する。画像の取り込みが終了すると、画像処理のより、各画像に共通する特徴点(例えば1つの粒子、あるいは複数の粒子)を抽出する。そして、同じ特徴点の位置をプロットしていく。これにより、エアースピンドル102の回転軸116上の点を検出することができる。
Therefore, the state of the particles moving concentrically is photographed with the
その回転軸116上の点のx,yの二方向の座標位置を記録する。
The coordinate position in the two directions x and y of the point on the
回転軸116上の位置検出は、画像処理による方法でなくともよい。図3(B)に示すように、モニタ161には目盛り154があるので、これを用いて測定者が回転中心を検出してもよい。
The position detection on the
[2]上側プローブの位置調整(回転軸一致作業)工程(図4)
図4(A)は、上側プローブの位置調整工程における非球面偏心測定装置の主要部分を示し、図4(B)は、そのときに顕微鏡で得られる画像を示している。
[2] Upper probe position adjustment (rotation axis matching operation) step (FIG. 4)
FIG. 4A shows a main part of the aspherical eccentricity measuring apparatus in the upper probe position adjustment process, and FIG. 4B shows an image obtained with a microscope at that time.
図4(A)に示すように、保持部101上のプラスチック板109を取り外し、保持部101もエアースピンドル102から取り外す。続いて、接触式測長器170のプローブ171が顕微鏡150の観察視野に入るように、接触式測長器170を移動させる。その際、顕微鏡150の位置は動かさない。また、接触式測長器170の移動は、測長器移動テーブル114により行う。
As shown in FIG. 4A, the
顕微鏡150でプローブ171を観察すると、図4(B)に示すように、面頂の部分のみにピントが合う。これにより、プローブ171の位置を決めることが可能となる。プローブの直径が大きい場合、顕微鏡観察部の広い範囲でピントが合うために、位置合わせを行う時に面頂位置が分かり難くなる傾向がある。しかし、顕微鏡150の観察倍率が高い場合、プローブを数μm上下させてピントをわざとずらすと、プローブの面頂位置のみに黒くぼんやりした像が得られる。そこで、画像処理によってその黒くぼんやりとした像を二値化し、その二値化像の中心値によりプローブの面頂位置を検出するとよい。
When the
プローブの面頂位置の検出は、測定者の目視で行ってもよい。目視でプローブの面頂位置を検出する場合も同様に、顕微鏡150のピントがプローブの面頂に合った状態で検出する。もしくは、数μmプローブの位置を上下させてピントをわざとずらして、黒くぼんやりとした像の位置により面頂位置を検出すればよい。
The surface top position of the probe may be detected visually by the measurer. Similarly, when the surface top position of the probe is detected visually, detection is performed in a state where the focus of the
このように、回転軸上の点x,yの座標は、[1]の回転軸位置検出工程により求まる。また、顕微鏡により、プローブ171の面頂位置も求まる。そこで、回転軸上の点x,yの座標とプローブ171の面頂位置を一致させる。この作業は、測長器移動テーブル114を微調整することにより行われる。これにより、上側接触式測長器170のプローブ171を、エアースピンドル102の回転軸116上に位置させることができる。そのときの測長器移動テーブル114の座標を、上側接触式測長器170の測定原点位置とする。
As described above, the coordinates of the points x and y on the rotation axis are obtained by the rotation axis position detection step [1]. Further, the surface top position of the
[3]下側プローブの位置調整(回転軸一致作業)工程(図5)
図5(A)は、下側プローブの位置調整工程における非球面偏心測定装置の主要部分を示し、図5(B)は、そのときに顕微鏡で得られる画像を示している。
[3] Lower probe position adjustment (rotating axis matching operation) step (FIG. 5)
FIG. 5A shows the main part of the aspherical eccentricity measuring apparatus in the position adjustment process of the lower probe, and FIG. 5B shows an image obtained with a microscope at that time.
ここでは、[2]の上側プローブの位置調整(回転軸一致作業)工程と同様に、下側プローブの位置調整を行う。図5(A)に示すように、顕微鏡150の位置は動かさずに、接触式測長器180のプローブ181が顕微鏡150の観察視野に入るように、接触式測長器180を移動させる。接触式測長器180の移動は、測長器移動テーブル114により行う。
Here, the position adjustment of the lower probe is performed in the same manner as the position adjustment (rotation axis matching operation) step of [2]. As shown in FIG. 5A, the position of the
プローブ181は、[2]と同様に、図5(B)に示すように、その面頂を観察することが可能である。
As in [2], the
その後、プローブ181の面頂位置を検出しながら、測長器移動テーブル114の微調整を行う。これにより、下側接触式測長器180のプローブ181を、エアースピンドル102の回転軸116上に位置させることができる。そのときの測長器移動テーブル114の座標を、下側接触式測長器180の測定原点位置とする。
Thereafter, the length measuring device moving table 114 is finely adjusted while detecting the surface top position of the
以上の[1]から[3]の工程により、上側接触式測長器170と下側接触式測長器180の測定原点(プローブ位置)を、回転軸116上の位置に高精度に一致させることが可能となる。
Through the above steps [1] to [3], the measurement origins (probe positions) of the upper contact type
接触式測長器の位置決めは、被検物測定毎に行う必要はない。すなわち、一度設定を行えば、エアースピンドル102の回転軸116と接触式測長器の機械的な位置関係が変化しない限り、設定を再度行う必要は無い。
The positioning of the contact-type length measuring device does not need to be performed every time the object is measured. That is, once the setting is made, it is not necessary to perform the setting again unless the mechanical positional relationship between the
次に、接触式測長器の位置決め後に行う、両面非球面レンズを測定する手順[4]から[7]について述べる。 Next, procedures [4] to [7] for measuring a double-sided aspheric lens after positioning the contact-type length measuring device will be described.
[4]被検レンズ心出し工程(図6)
図6は、被検レンズ心出し工程における非球面偏心測定装置を示している。
[4] Test lens centering step (FIG. 6)
FIG. 6 shows an aspheric decentering measuring apparatus in the test lens centering step.
図6に示すように、エアースピンドル102上に、保持部101を設置する。保持部101は、被検物を保持するためのものである。次に、スポット軌跡検出部130の光軸を、エアースピンドル102の回転軸116に概略一致させる。ここで、スポット軌跡検出部130は、顕微鏡ステージ112上に設置されている。よって、スポット軌跡検出部130の移動は、顕微鏡ステージ移動テーブル113により行える。
As shown in FIG. 6, the holding
スポット軌跡検出部130のレンズ134の位置を調整し、スポット軌跡検出部130から射出される測定光束を、上側の非球面110aに入射させる。その際、測定光束を、近軸球面に対して垂直に入射させる。ここでの近軸球面は、上側の非球面110aの対称軸付近における近軸球面である。上側の非球面110aに入射した光は、上側の非球面110aで反射される。反射した光は結像光学素子134を通過し、ハーフミラー133により進路が変更されて結像光学素子136に入射する。そして、結像光学素子136により、この光は撮像素子135上に結像する。
The position of the
そこで、スポット軌跡検出部130からの測定光束を上側の非球面110aに入射したままの状態で、エアースピンドル102をモータ103で回転させる。ここで、被検面が回転軸116に対してシフトおよびチルトが無い理想的な状態においては、上側の非球面110aに垂直に入射した測定光束は、垂直に反射して同じ光路を戻る。よって、撮像素子135上に結像した光(スポット)は、披検面が回転しても動かない。一方、被検面にシフトおよびチルトが存在する場合には(正確には、スポット軌跡検出部130はほぼ球面とみなせる近軸曲率の範囲に測定光束を照射しているので、非球面でのみ発生するチルトの項目について考慮する必要はなく、シフトのみを考慮すればよい)、被検面の反射によるスポットは、撮像素子135上において動く。このとき、スポットは、所定の半径をもつ円の円周上を移動する。この所定の半径の値は、被検面の近軸曲率中心のシフト量に、スポット軌跡検出部130の観察光学倍率をかけた寸法(値)となる。
Therefore, the
エアースピンドル102をモータ103で回転させながら、撮像素子135の出力とロータリーエンコーダ104の出力とを演算手段160に入力する。そして、演算手段160において、反射スポットの各点の位置と、各点における両面非球面レンズ110の回転位置とから、上側の非球面110aの近軸曲率中心のシフト量と方向を算出する。
While the
続いて、算出したシフト量と方向とから、そのシフト量が小さくなるようにする。これは、保持部101上の両面非球面レンズ110の位置を調整すればよい。シフト量が十分に小さくなったところで、両面非球面レンズ110の位置調整を終了する。そして、再度、非球面110aの近軸曲率中心のシフト量と方向を求める。
Subsequently, the shift amount is reduced from the calculated shift amount and direction. This may be achieved by adjusting the position of the double-
次に、スポット軌跡検出部130の光学系の位置を変化させ、非球面110aを透過させた状態で、下側の非球面110bに測定光束を入射させる。その際、近軸球面に対して垂直に測定光束を入射させる。ここでの近軸球面は、下側の非球面110bの対称軸付近における近軸曲面である。下側の非球面110bで反射した測定光束は、結像光学素子134を通過し、ハーフミラー133により進路が変更されて、結像光学素子136に入射する。そして、結像光学素子136により、この光は撮像素子135上に結像する。
Next, the position of the optical system of the spot
そこで、スポット軌跡検出部130からの測定光束を下側の非球面110bに入射したままの状態で、エアースピンドル102をモータ103で回転させる。すると、被検面にシフトおよびチルトが存在する場合には、被検面の反射によるスポットは、撮像素子135上において動く。なお、このとき、測定光束が上側の非球面110aを通過する。よって、下側の非球面110bでの反射によるスポットの動きは、上側の非球面110aの影響を受ける。
Therefore, the
エアースピンドル102をモータ103で回転させながら、撮像素子135の出力とロータリーエンコーダ104の出力とを演算手段160に入力する。そして、演算手段160において、反射スポットの各点の位置と、各点における両面非球面レンズ110の回転位置とから、下側の非球面110bの近軸曲率中心のシフト量と方向を算出する。この算出にあたっては、先に求めた非球面110aの近軸曲率中心のシフト量と方向、非球面110aと110bの近軸曲率半径、両面非球面レンズ110の肉厚と屈折率の情報が用いられる。
While the
[5]上面側輪帯三次元形状測定工程(図7)
図7(A)は、上面側輪帯三次元形状測定工程における非球面偏心測定装置を示しており、図7(B)は、図7(A)の非球面偏心測定装置の主要部分をx軸のプラスの方向から見た様子を示している。
[5] Upper surface side ring three-dimensional shape measuring step (FIG. 7)
FIG. 7A shows an aspherical eccentricity measuring apparatus in the upper surface side zone three-dimensional shape measuring step, and FIG. 7B shows the main part of the aspherical eccentricity measuring apparatus in FIG. It shows a view from the positive direction of the axis.
形状測定にあたっては、図7(A)に示すように、顕微鏡150とスポット軌跡検出部130を、形状測定の際に干渉しない位置に退避させる。この退避は、顕微鏡ステージ112を移動させることで行われる。また、顕微鏡ステージ112の移動は、顕微鏡ステージ移動テーブル113により行われる。
In the shape measurement, as shown in FIG. 7A, the
次に、測定のために、非球面110aにプローブ171を接触させる。プローブ171の移動は、測長器移動テーブル114により、上側接触式測長器170を移動させることにより行われる。また、プローブ171の接触位置は所望の測定位置で、図7(B)に示すように、この位置は回転軸116からy軸のマイナス方向の位置である。
Next, the
プローブ171を上側の非球面110aに接触させたら、エアースピンドル102をモータ103により回転させる。そして、上側接触式測長器170により、被検面110aの測長を行う。また、同時に、ロータリーエンコーダ104により回転位置を検出する。ここで、測長値と回転位置は、順次、演算手段160に入力される。これにより、上側の非球面110aの輪帯三次元形状データを得る。
When the
[6]下面側輪帯三次元形状測定工程(図8)
図8(A)は、下面側輪帯三次元形状測定工程における非球面偏心測定装置を示しており、図8(B)は、図8(A)の非球面偏心測定装置の主要部分をx軸のプラスの方向から見た様子を示している。
[6] Lower surface side ring three-dimensional shape measuring step (FIG. 8)
FIG. 8A shows an aspheric eccentricity measuring apparatus in the lower surface side annular zone three-dimensional shape measuring step, and FIG. 8B shows the main part of the aspheric eccentricity measuring apparatus of FIG. It shows a view from the positive direction of the axis.
工程[5]が終了したら、次に、プローブ171を上側の非球面110aから離す。このとき、上側接触式測長器170やプローブ171をx軸のプラス方向から見た様子は、図8(B)のようになる。図示されているように、上側接触式測長器170やプローブ171は、両面非球面レンズ110と干渉しない位置に退避されている。続いて、下側の非球面110bにプローブ181を接触させる。プローブ181の接触位置は所望の測定位置で、図8(B)に示すように、この位置は回転軸116からy軸のマイナス方向の位置である。
When the process [5] is completed, the
プローブ181を下側の非球面110bに接触させたら、エアースピンドル102をモータ103により回転させる。そして、下側接触式測長器180により被検面110bの測長を行う。また、同時に、ロータリーエンコーダ104により回転位置を検出する。ここで、測長値と回転位置は、順次、演算手段160に入される。これにより、下側の非球面110bの輪帯三次元形状データを得る。
When the
[7]非球面偏心計算工程
上記測定が終了したら、測定結果に基づいて、それぞれの非球面の非球面偏心量とその方向を、演算手段160により求める。この計算には、両面非球面レンズ110の上側面である非球面110aの近軸曲率中心のエアースピンドル102の回転軸116に対するシフト量とその方向と、回転軸116からある位置の非球面110aの輪帯三次元形状データと、下側面である非球面110bの近軸曲率中心のエアースピンドル102の回転軸116に対するシフト量とその方向と、回転軸116からある位置の非球面110bの輪帯三次元形状データの測定結果と、非球面110aと非球面110bの近軸曲率半径と、両面非球面レンズ110の肉厚が用いられる。
[7] Aspheric Decentration Calculation Step After the above measurement is completed, the calculation means 160 obtains the aspheric eccentric amount and direction of each aspheric surface based on the measurement result. In this calculation, the shift amount and direction of the
本実施形態においては、上側接触式測長器170のプローブ171と下側接触式測長器180のプローブ181を、高精度にエアースピンドル102の回転軸116に一致させることが可能である。これにより、輪帯状三次元形状データの直径を正確にすることができるので、高精度な非球面偏心測定が可能となる。
In the present embodiment, the
第二実施形態
図9は、本発明の第二実施形態の非球面偏心測定装置の構成を、概略的に示している。図9において、図1に示された部材と同一の参照符号で指示された部材は、同様の部材である。よって、その詳しい説明は省略する。
Second Embodiment FIG. 9 schematically shows a configuration of an aspheric eccentricity measuring apparatus according to a second embodiment of the present invention. In FIG. 9, members indicated by the same reference numerals as those shown in FIG. 1 are similar members. Therefore, the detailed description is abbreviate | omitted.
本実施形態の非球面偏心測定装置は、以下に述べる点において、第一実施形態と相違している。 The aspheric eccentricity measuring apparatus of the present embodiment is different from the first embodiment in the following points.
図9に示すように、本実施形態の非球面偏心測定装置100Aでは、顕微鏡150は、図1に示されるTVカメラ153に代えて接眼レンズ155を備えている。よって、エアースピンドル102の回転軸116の位置、接触式測長器170のプローブ171の位置及び接触式測長器180のプローブ181の位置の検出を、それぞれ目視で行う。
As shown in FIG. 9, in the aspherical
さらに、顕微鏡150は、低倍率の対物レンズ152Aと、高倍率の対物レンズ152Bと、それらを切り換えるための対物レンズ切り換え部156とを有している。対物レンズ切り換え部156により、顕微鏡150の観察倍率を低倍と高倍とに切り換え可能である。
Further, the
上側接触式測長器170のプローブ171と下側接触式測長器180のプローブ181のz方向の原点位置は、図9に示すように、z軸方向に所定の距離だけ離れている。そして、被検物の上側面を測定するプローブ171が、プローブ181に対して上側に位置している。これにより、被検物の被検面の輪帯三次元形状を測定する際に、測長器の移動量を小さくすることができる。
The origin positions in the z direction of the
x軸のプラス方向から見たプローブ171とプローブ181の位置関係は、図2(B)とほぼ同様である。ここで、第一実施形態と同様に、上側接触式測長器170と下側接触式測長器180の測長方向は、共にz軸方向で平行である。一方の測長器が測長している間は、他方の測長器が被検物やエアースピンドル102等に干渉しないようになっている。具体的には、上側接触式測長器170と下側接触式測長器180は、y軸方向に距離をおいて測長器移動テーブル114上に設置されている。
The positional relationship between the
本実施形態では、エアースピンドル102の回転軸116を検出するために、被観察物として二種類のプラスチック板を用いる。いずれも、プローブの測長方向原点位置を検出するために用いられる。一つは、上側接触式測長器170のプローブ171用のプラスチック板121である。もう一つは、下側接触式測長器180のプローブ181用のプラスチック板122である。
In this embodiment, in order to detect the
プラスチック板121と122は共に、その上面に、顕微鏡150で観察するための適当な模様がカラーで印刷されている。よって、その模様を顕微鏡150により拡大観察することにより、エアースピンドル102の回転軸116が検出可能である。
Both the
その他の構成は、第一実施形態の装置と同様である。 Other configurations are the same as those of the apparatus of the first embodiment.
以下、図10乃至図13に基づき、接触式測長器170のプローブ171と接触式測長器180のプローブ181を、回転軸上に一致させる手順[1]から[3]について述べる。
The procedures [1] to [3] for matching the
[1]上側プローブz位置回転軸位置検出工程(図10)
図10(A)は、上側プローブz位置回転軸位置検出工程における非球面偏心測定装置の主要部分を示し、図10(B)は、そのときに低倍率の対物レンズによる顕微鏡で得られる画像を示し、図10(C)は、そのときに高倍率の対物レンズによる顕微鏡で得られる画像を示している。
[1] Upper probe z position rotation axis position detection step (FIG. 10)
FIG. 10A shows the main part of the aspherical eccentricity measuring apparatus in the upper probe z-position rotation axis position detection step, and FIG. 10B shows an image obtained with a microscope with a low-magnification objective lens at that time. FIG. 10C shows an image obtained by a microscope using a high-magnification objective lens at that time.
まず、上側プローブz位置について、エアースピンドル102の回転軸116上の位置を検出する。そのため、図10(A)に示すように、保持部101にプラスチック板121を保持させる。
First, the position on the
続いて、顕微鏡150の測定光軸を、エアースピンドル102の回転軸116と略一致させる作業に移る。なお、この作業では、顕微鏡ステージ移動テーブル113で、顕微鏡150を移動させる。
Subsequently, the operation shifts to the operation of making the measurement optical axis of the
まず、顕微鏡150の対物レンズを、対物レンズ切り換え部156により、低倍率の対物レンズ152Aに切り換える。そして、その対物レンズ152Aで、プラスチック板121の上面を観察する。その際、顕微鏡150の接眼レンズ155により上面を観察するが、観察が可能な状態となるように(すなわち、ピントを合わせるために)、顕微鏡150をZ方向に移動させる。
First, the objective lens of the
続いて、この状態で、エアースピンドル102をモータ103により回転させる。プラスチック板121の上面には、模様が印刷されている。そのため、エアースピンドル102を回転させると、その回転動作に同期して、印刷された模様が回転する。当然、模様を構成している粒子も回転移動するので、その様子を顕微鏡150の接眼レンズ155から観察することができる。
Subsequently, in this state, the
低倍率の対物レンズ152Aで観察すると、図10(B)に示すように、回転軸116上の位置が顕微鏡150の観察光軸に対して離れている場合でも、回転中心を見つけることが容易である。
Observation with the low-
低倍率の対物レンズ152Aによる観察状態のまま、回転しているプラスチック板121上面の模様の回転中心を、接眼レンズ155で観察している中心に概略一致させる。これは、顕微鏡ステージ移動テーブル113により、顕微鏡150をx,y軸方向に移動させて行う。顕微鏡150の光学系内部には、位置を読み取るための目盛り154が配置されている。そこで、その目盛り154の中心に合わせるように、顕微鏡150の位置調整を、顕微鏡ステージ移動テーブル113により行う。
The center of rotation of the pattern on the upper surface of the rotating
次に、対物レンズ切り換え部156により、対物レンズを高倍率の対物レンズ152Bに切り換える。つまり、顕微鏡150の観察光軸に、高倍率の対物レンズ152Bを配置する。その状態で、再度、回転しているプラスチック板121の模様を、接眼レンズ155を通して観察する。
Next, the objective
高倍率の対物レンズ152Bに切り換えたので、図10(C)に示すように、回転中心の位置がより、はっきりと観察可能である。よって、接眼レンズ155で同時に観察される目盛り154により、回転中心位置を読み取る。
Since the high-
ここで、プラスチック板121(模様)の回転中心が、顕微鏡150の観察視野の中心から離れていたとする。この場合には、顕微鏡150の位置の微調をx,y方向で行い、あまり目盛り154の中心から離れていない位置に、模様の回転中心がくるようにする。そうすると、この後のプローブ位置合わせ時に、プローブの位置がどちらにずれているかを確認し易い。
Here, it is assumed that the rotation center of the plastic plate 121 (pattern) is away from the center of the observation field of view of the
[2]上側プローブ位置調整(回転軸一致作業)工程(図11)
図11(A)は、上側プローブ位置調整工程における非球面偏心測定装置の主要部分を示し、図11(B)は、そのときに低倍率の対物レンズによる顕微鏡で得られる画像を示し、図11(C)は、そのときに高倍率の対物レンズによる顕微鏡で得られる画像を示している。
[2] Upper probe position adjustment (rotation axis matching operation) step (FIG. 11)
FIG. 11A shows the main part of the aspherical eccentricity measuring apparatus in the upper probe position adjusting step, and FIG. 11B shows an image obtained with a microscope using a low-magnification objective lens at that time. (C) shows an image obtained with a microscope using a high-magnification objective lens at that time.
保持部101上のプラスチック板121を、保持部101から取り外す。そして、顕微鏡150の対物レンズを、対物レンズ切り換え部156により、低倍率の対物レンズ152Aに切り換える。
The
続いて、接触式測長器170のプローブ171が顕微鏡150の観察視野に入るように、測長器移動テーブル114により移動させる。なお、顕微鏡150の位置は動かさない。この状態では、対物レンズが低倍率の対物レンズ152Aであるので、広い観察視野が得られる。そのため、図11(B)に示すように、プローブの位置がエアースピンドル102の回転軸116から離れていても、見つけることが容易である。
Subsequently, the
低倍率の対物レンズ152Aでプローブ171を見つけたら、概略の位置調整を行う。その後、対物レンズ切り換え部156により、高倍率の対物レンズ152Bに切り換える。
When the
続いて、高倍率の対物レンズ152Bを用いて、プローブ171を観察する。すると、図11(C)に示すように、面頂の部分のみにピントが合うのでプローブの位置を決めることが可能である。
Subsequently, the
顕微鏡150の光学系の内部には、位置を読み取るための目盛り154がある。よって、プローブ171の面頂の位置を、その目盛りにより読み取る。
Inside the optical system of the
[1]の上側プローブz位置回転軸位置検出工程では、回転軸116上の点x,yの座標が検出されている。そこで、回転軸116上の点x,yの座標とプローブ171の面頂位置とを一致させるように、測長器移動テーブル114の微調整を行う。これにより、上側接触式測長器170のプローブ171を、エアースピンドル102の回転軸116上に位置させることが可能である。また、そのときの測長器移動テーブル114の座標を、上側接触式測長器170の測定原点位置とする。
In the upper probe z position rotation axis position detection step [1], the coordinates of the points x and y on the
なお、測長器移動テーブル114の微調整により、プローブ171をエアースピンドル102の回転軸116に厳密に一致できない場合がある。その場合は、顕微鏡150で検出したプローブの位置の点x,yの座標と[1]の回転軸位置検出工程により検出した回転軸116上の点x,yの座標とから、輪帯三次元形状時の測定径を補正すればよい。この補正は、第1実施形態においても適用できる。
Note that the fine adjustment of the length measuring device moving table 114 may prevent the
輪帯三次元測定するときに、プローブ171をy軸のマイナス方向にr[mm]移動させた場合の、測定半径Rは次式により表せる。
そのとき発生する角度差θ△は次式で表せる。
ここで、rはプローブ171を測長器移動テーブル114によりプローブ原点から移動させた距離[mm]、αは顕微鏡150の目盛り154の1目盛りあたりの距離[μm]、(XO,YO)はエアースピンドルの回転中心の座標位置、(XP,YP)はプローブの面頂の座標位置である。また、角度については、反時計方向回りをプラスとする。
Here, r is a distance [mm] by which the
[3]下側プローブz位置回転軸位置検出工程(図12)
図12(A)は、下側プローブz位置回転軸位置検出工程における非球面偏心測定装置の主要部分を示し、図12(B)は、そのときに低倍率の対物レンズによる顕微鏡で得られる画像を示し、図12(C)は、そのときに高倍率の対物レンズによる顕微鏡で得られる画像を示している。
[3] Lower probe z position rotation axis position detection step (FIG. 12)
FIG. 12A shows the main part of the aspherical eccentricity measuring device in the lower probe z position rotation axis position detection step, and FIG. 12B shows an image obtained with a microscope using a low-magnification objective lens at that time. FIG. 12C shows an image obtained with a microscope using a high-magnification objective lens at that time.
[1]の上側プローブz位置回転軸位置検出工程と同様に、下側プローブz位置の回転軸116の位置を検出する。
Similar to the upper probe z position rotation axis position detection step of [1], the position of the
図12(A)に示すように、保持部101にプラスチック板122を保持させる。これにより、下側プローブz位置におけるエアースピンドル102の回転軸116上の位置を検出する。後述するように、下側接触式測長器180のプローブ181の面頂(観察側面頂)を、顕微鏡150で観察する。そこで、プラスチック板122は、その上面の位置が、プローブ181の観察側面頂の高さとほぼ等しくなるように保持されている。
As shown in FIG. 12A, the holding
続いて、顕微鏡150の測定光軸を、エアースピンドル102の回転軸116と略一致させる作業に移る。なお、この作業では、顕微鏡ステージ移動テーブル113で、顕微鏡150を移動させる。
Subsequently, the operation shifts to the operation of making the measurement optical axis of the
顕微鏡150の対物レンズを、対物レンズ切り換え部156により、低倍率の対物レンズ152Aに切り換える。そして、その対物レンズ152Aで、プラスチック板122の上面を観察する。その際、顕微鏡150の接眼レンズ155により上面を観察するが、観察可能な状態となるように、顕微鏡150をZ方向に移動させる。
The objective lens of the
その状態で、エアースピンドル102をモータ103により回転させる。プラスチック板122の上面には、模様が印刷されている。そのため、エアースピンドル102を回転させると、その回転動作に同期して、模様が回転移動する。当然、模様を構成している粒子も回転移動するので、その様子を顕微鏡150の接眼レンズ155から観察することができる。
In this state, the
低倍率の対物レンズ152Aで観察すると、図12(B)に示すように、回転軸116上の位置が顕微鏡150の観察光軸に対して離れている場合でも、見つけることが容易である。
When observing with a low-
低倍率の対物レンズ152Aによる観察状態のまま、回転しているプラスチック板122上面の模様の回転中心を、接眼レンズ155で観察している中心に概略一致させる。これは、顕微鏡ステージ移動テーブル113により、顕微鏡150をx,y軸方向に移動させて行う。顕微鏡150の光学系内部には、位置を読み取るための目盛り154が配置されている。そこで、その目盛り154の中心に合わせるように、顕微鏡150の位置調整を、顕微鏡ステージ移動テーブル113により行う。
The rotation center of the pattern on the upper surface of the rotating
次に、対物レンズ切り換え部156により、対物レンズを高倍率の対物レンズ152Bに切り換える。つまり、顕微鏡150の観察光軸に、高倍率の対物レンズ152Bを配置する。その状態で、再度、回転しているプラスチック板122の模様を、接眼レンズ155を通して観察する。
Next, the objective
高倍率の対物レンズ152Bに切り換えたので、図12(C)に示すように、回転中心の位置がより、はっきりと観察可能である。よって、接眼レンズ155で同時に観察される目盛り154により、回転中心位置を読み取る。
Since switching to the high-
ここで、プラスチック板121の模様の回転中心が、顕微鏡150の観察視野の中心と離れていたとする。この場合には、顕微鏡150の位置の微調整をx,y軸方向で行い、あまり目盛り154の中心から離れていない位置に、模様の回転中心がくるようにする。そうすると、この後のプローブ位置合わせ時に、プローブの位置がどちらにずれているかを確認しやすい。
Here, it is assumed that the rotational center of the pattern of the
[4]下側プローブ位置調整(回転軸一致作業)工程(図13)
図13(A)は、下側プローブ位置調整工程における非球面偏心測定装置の主要部分を示し、図13(B)は、そのときに低倍率の対物レンズによる顕微鏡で得られる画像を示し、図13(C)は、そのときに高倍率の対物レンズによる顕微鏡で得られる画像を示している。
[4] Lower probe position adjustment (rotation axis matching operation) step (FIG. 13)
FIG. 13A shows the main part of the aspherical eccentricity measuring apparatus in the lower probe position adjustment process, and FIG. 13B shows an image obtained with a microscope with a low-magnification objective lens at that time. 13C shows an image obtained with a microscope using a high-magnification objective lens at that time.
保持部101上のプラスチック板122を、保持部101から取り外す。そして、顕微鏡150の対物レンズを、対物レンズ切り換え部156により、低倍率の対物レンズ152Aに切り換える。
The
続いて、接触式測長器180のプローブ181が顕微鏡150の観察視野に入るように、測長器移動テーブル114により移動させる。なお、顕微鏡150の位置は動かさない。この状態では、対物レンズが低倍率の対物レンズ152Aであるので、広い観察視野が得られる。そのため、図13(B)に示すように、プローブの位置がエアースピンドル102の回転軸116から離れていても、見つけることが容易である。
Subsequently, the
低倍率の対物レンズ152Aでプローブ181を見つけたら、概略の位置調整を行う。その後、対物レンズ切り換え部156により、高倍率の対物レンズ152Bに切り換える。
When the
続いて、高倍率の対物レンズ152Bを用いて、プローブ181を観察する。すると、図13(C)に示すように、面頂の部分のみにピントが合うのでプローブの位置を決めることが可能である。
Subsequently, the
顕微鏡150の光学系の内部には、位置を読み取るための目盛り154がある。よって、プローブ181の面頂の位置を、その目盛りにより読み取る。
Inside the optical system of the
[3]の下側プローブz位置回転軸位置検出工程では、回転軸116上の点x,yの座標が検出されている。そこで、回転軸116上の点x,yの座標とプローブ181の面頂位置とを一致させるように、測長器移動テーブル114の微調整を行う。これにより、下側接触式測長器180のプローブ181を、エアースピンドル102の回転軸116上に位置させることが可能である。また、そのときの測長器移動テーブル114の座標を、下側接触式測長器180の測定原点位置とする。
[3] In the lower probe z position rotation axis position detection step, the coordinates of the points x and y on the
なお、測長器移動テーブル114の微調整により、プローブ181をエアースピンドル102の回転軸116に厳密に一致できない場合がある。その場合は、顕微鏡150で検出したプローブの位置の点x,yの座標と[3]の回転軸位置検出工程により検出した回転軸116上の点x、yの座標とから、輪帯三次元形状時の測定半径を補正すればよい。この補正は、第1実施形態においても適用できる。
In some cases, the
輪帯三次元測定するときに、プローブ181をy軸のマイナス方向にr[mm]移動させた場合の、測定半径Rは次式により表せる。
そのとき発生する角度差θ△は次式で表せる。
ここで、rはプローブ181を測長器移動テーブル114によりプローブ原点から移動させた距離[mm]、αは顕微鏡150の目盛り154の1目盛りあたりの距離[μm]、(XO,YO)はエアースピンドルの回転中心の座標位置、(XP,YP)はプローブの面頂の座標位置である。また、角度については、反時計方向回りをプラスとする。
Here, r is a distance [mm] by which the
以上の[1]から[4]の工程により、上側接触式測長器170と下側接触式測長器180の測定原点を、回転軸116上の位置に高精度に一致させることが可能となる。あるいは、上側接触式測長器170と下側接触式測長器180の測定原点と回転軸116上の位置とのずれを知ることが可能となる。これにより、輪帯三次元形状時の測定半径を補正可能である。
Through the steps [1] to [4], the measurement origins of the upper contact type
接触式測長器の位置決めは、被検物測定毎に行う必要はない。一度設定を行えば、エアースピンドル102の回転軸116と、プローブ171および181の機械的な位置関係が変化しない限り、再度設定を行う必要はない。
The positioning of the contact-type length measuring device does not need to be performed every time the object is measured. Once the setting is made, it is not necessary to set again unless the mechanical positional relationship between the
両面非球面レンズを測定する手順については、第一実施形態と同様であるので、省略する。 The procedure for measuring the double-sided aspherical lens is the same as that in the first embodiment, and is therefore omitted.
また、プラスチック板121を保持部101に配置した際、プラスチック板121の上面位置が、上側の非球面110aの測定位置と一致するようになっているのが好ましい。同様に、プラスチック板122を保持部101に配置した際、プラスチック板122の上面位置が、下側の非球面110bの測定位置と一致するようになっているのが好ましい。具体的には、プラスチック板121や122の厚み、保持部の高さが、このような好ましい状態になるように設定されている。このようにすれば、工程[2]や[3]が終了した後、非球面レンズ110の測定を行う際に、プローブ171や181のz方向位置を大きく変化させる必要がない。
Further, when the
これまで、図面を参照しながら本発明の実施の形態を述べたが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。 Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the drawings, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and changes can be made without departing from the scope of the present invention. May be.
100…非球面偏心測定装置、100A…非球面偏心測定装置、101…保持部、102…エアースピンドル、103…モータ、104…ロータリーエンコーダ、109…プラスチック板、110…両面非球面レンズ、110a…被検面、110b…被検面、112…顕微鏡ステージ、113…顕微鏡ステージ移動テーブル、114…測長器移動テーブル、116…回転軸、121…プラスチック板、122…プラスチック板、130…スポット軌跡検出部、131…光源、132…コリメートレンズ、133…ハーフミラー、134…結像光学素子、135…撮像素子、136…結像光学素子、150…顕微鏡、151…光源、152…対物レンズ、152A…低倍率の対物レンズ、152B…高倍率の対物レンズ、153…TVカメラ、154…目盛り、155…接眼レンズ、156…対物レンズ切り換え部、160…演算手段、161…モニタ、170…上側接触式測長器、171…プローブ、180…下側接触式測長器、181…プローブ。
DESCRIPTION OF
Claims (20)
前記被検物を保持する保持機構と、
該保持機構を回転させる回転機構と、
前記保持機構を挟んで前記回転機構と対向する位置に配置される観察光学系と、
前記保持機構と前記観察光学系の間に配置された第一のプローブと、
前記第一のプローブを移動させる第一の移動機構を備え、
前記観察光学系の光軸と前記回転機構の回転軸が略一致するように、前記観察光学系が配置されることを特徴とする非球面偏心測定装置。 An aspheric eccentricity measuring device for measuring the aspheric eccentricity of a test object,
A holding mechanism for holding the test object;
A rotating mechanism for rotating the holding mechanism;
An observation optical system disposed at a position facing the rotation mechanism across the holding mechanism;
A first probe disposed between the holding mechanism and the observation optical system;
A first moving mechanism for moving the first probe;
The aspherical eccentricity measuring apparatus, wherein the observation optical system is arranged so that an optical axis of the observation optical system and a rotation axis of the rotation mechanism are substantially coincident with each other.
回転機構により回転される保持部に保持された第一の指標部材を観察光学系により観察し、第一の指標部材に設けられた指標の回転の中心を観察光学系の光軸に略一致させて、観察光学系の光軸と回転機構の回転軸とを概略一致させる工程と、
観察光学系の位置をそのままに第一の指標部材と保持部を回転機構から取り外した状態で、球状部材から成る第一のプローブを観察光学系の視野内に挿入し、第一のプローブの面頂を観察光学系の指標の回転中心があった位置に配置し、その位置を測定の原点位置とする工程と、
被検物を回転させながら、その被検物に光を回転軸に沿って照射し、被検物の第一の被検面の反射光のスポットの軌跡を検出すると共に、スポットの軌跡上の各点に対応する被検物の回転角を検出する工程と、
被検物の第一の被検面の反射光のスポットの軌跡と被検物の回転角とに基づいて、被検物の第一の被検面の近軸曲率中心の回転軸に対するシフト量とその方向を求める工程と、
被検物を回転させながら、その被検物に光を回転軸に沿って照射し、被検物の第二の被検面の反射光のスポットの軌跡を検出すると共に、スポットの軌跡上の各点に対応する被検物の回転角を検出する工程と、
被検物の第二の被検面の反射光のスポットの軌跡と被検物の回転角とに基づいて、被検物の第二の被検面の近軸曲率中心の回転軸に対するシフト量とその方向を求める工程と
被検物の第一の被検面に第一のプローブを接触させ、被検物を回転させながら、第一のプローブにより回転機構の回転軸から所定の位置における被検物の第一の被検面の輪帯三次元形状データを取得する工程と、
被検物の第一の被検面の近軸曲率中心の回転機構の回転軸に対するシフト量とその方向と、被検物の第二の被検面の近軸曲率中心の回転機構の回転軸に対するシフト量とその方向と、回転軸から所定の位置における第一の被検面の輪帯三次元形状データと、第一の被検面の近軸曲率半径と、第二の被検面の近軸曲率半径と、被検物の肉厚とから、被検物の第一の被検面の非球面の非球面偏心量とその方向を求める工程とを有していることを特徴とする非球面偏心測定方法。 An aspheric eccentricity measuring method for measuring an aspheric eccentricity of a test object,
The first index member held by the holding unit rotated by the rotation mechanism is observed by the observation optical system, and the center of rotation of the index provided on the first index member is made substantially coincident with the optical axis of the observation optical system. A step of approximately matching the optical axis of the observation optical system with the rotation axis of the rotation mechanism;
With the position of the observation optical system as it is, with the first index member and the holding part removed from the rotation mechanism, the first probe made of a spherical member is inserted into the field of view of the observation optical system, and the surface of the first probe Placing the apex at the position where the rotation center of the index of the observation optical system was, and setting the position as the origin position of the measurement;
While rotating the test object, the test object is irradiated with light along the rotation axis to detect the locus of the reflected light spot on the first test surface of the test object, and on the spot trajectory. Detecting the rotation angle of the test object corresponding to each point;
Based on the locus of the reflected light spot on the first test surface of the test object and the rotation angle of the test object, the shift amount with respect to the rotation axis of the paraxial center of curvature of the first test surface of the test object And the process of finding its direction,
While rotating the test object, the test object is irradiated with light along the rotation axis to detect the spot of the reflected light spot on the second test surface of the test object, and on the spot trajectory. Detecting the rotation angle of the test object corresponding to each point;
Based on the locus of the reflected light spot on the second test surface of the test object and the rotation angle of the test object, the shift amount with respect to the rotation axis of the paraxial center of curvature of the second test surface of the test object The first probe is brought into contact with the first test surface of the test object, and the test object is rotated while the test probe is rotated at the predetermined position from the rotation axis of the rotation mechanism. Obtaining the annular three-dimensional shape data of the first test surface of the inspection;
The amount and direction of shift of the rotation mechanism of the rotation mechanism of the paraxial curvature center of the first test surface of the test object and the rotation axis of the rotation mechanism of the rotation mechanism of the paraxial curvature center of the second test surface of the test object Shift amount and direction thereof, the annular three-dimensional shape data of the first test surface at a predetermined position from the rotation axis, the paraxial radius of curvature of the first test surface, and the second test surface A step of determining an aspheric eccentric amount and direction of the aspheric surface of the first test surface of the test object from the paraxial radius of curvature and the thickness of the test object. Aspheric eccentricity measurement method.
第一の指標部材と保持部を回転機構から取り外した状態で、球状部材から成る第二のプローブを観察光学系の視野内に挿入し、第二のプローブの面頂を観察光学系の指標の回転中心があった位置に配置し、その位置を測定の原点位置とする工程と、
被検物の第二の被検面に第二のプローブを接触させ、被検物を回転させながら、第二のプローブにより回転機構の回転軸から所定の位置における被検物の第二の被検面の輪帯三次元形状データを取得する工程と、
被検物の第一の被検面の近軸曲率中心の回転機構の回転軸に対するシフト量とその方向と、回転軸から所定の位置における第一の被検面の輪帯三次元形状データと、第一の被検面の近軸曲率半径と、被検物の第二の被検面の近軸曲率中心の回転機構の回転軸に対するシフト量とその方向と、回転軸から所定の位置における第二の被検面の輪帯三次元形状データと、第二の被検面の近軸曲率半径と、被検物の肉厚と屈折率とから、被検物の第二の被検面の非球面の非球面偏心量とその方向を求める工程とを有していることを特徴とする請求項18に記載の非球面偏心測定方法。 The aspheric eccentricity measuring method according to claim 18, further comprising:
With the first index member and the holding part removed from the rotation mechanism, the second probe made of a spherical member is inserted into the field of the observation optical system, and the top of the second probe is used as the index of the observation optical system. Arranging at the position where the center of rotation was located, and making that position the origin position of measurement,
While the second probe is brought into contact with the second test surface of the test object and the test object is rotated, the second probe of the test object at a predetermined position from the rotation axis of the rotation mechanism is rotated by the second probe. A step of acquiring the three-dimensional shape data of the annular zone of the inspection surface;
A shift amount and direction of the rotation mechanism of the rotation mechanism at the paraxial curvature center of the first test surface of the test object, and the annular three-dimensional shape data of the first test surface at a predetermined position from the rotation shaft, , A paraxial radius of curvature of the first test surface, a shift amount and a direction of the rotation mechanism of the rotation mechanism at the center of the paraxial curvature of the second test surface of the test object at a predetermined position from the rotation axis From the annular three-dimensional shape data of the second test surface, the paraxial radius of curvature of the second test surface, the thickness and refractive index of the test sample, the second test surface of the test sample 19. The method of measuring an aspherical eccentricity according to claim 18, further comprising the step of obtaining an aspherical eccentric amount of the aspherical surface and a direction thereof.
回転機構により回転される保持部に保持された第一の指標部材と厚さが異なる第二の指標部材を観察光学系により観察し、第二の指標部材に設けられた指標の回転の中心を観察光学系の光軸に略一致させて、観察光学系の光軸と回転機構の回転軸とを概略一致させる工程と、
観察光学系の位置をそのままに第二の指標部材と保持部を回転機構から取り外した状態で、球状部材から成る第二のプローブを観察光学系の視野内に挿入し、第二のプローブの面頂を観察光学系の指標の回転中心があった位置に配置し、その位置を測定の原点位置とする工程と、
被検物の第二の被検面に第二のプローブを接触させ、被検物を回転させながら、第二のプローブにより回転機構の回転軸から所定の位置における被検物の第二の被検面の輪帯三次元形状データを取得する工程と、
被検物の第一の被検面の近軸曲率中心の回転機構の回転軸に対するシフト量とその方向と、回転軸から所定の位置における第一の被検面の輪帯三次元形状データと、第一の被検面の近軸曲率半径と、被検物の第二の被検面の近軸曲率中心の回転機構の回転軸に対するシフト量とその方向と、回転軸から所定の位置における第二の被検面の輪帯三次元形状データと、第二の被検面の近軸曲率半径と、被検物の肉厚と屈折率とから、被検物の第二の被検面の非球面の非球面偏心量とその方向を求める工程とを有していることを特徴とする請求項18に記載の非球面偏心測定方法。 The aspheric eccentricity measuring method according to claim 18, further comprising:
A second index member having a thickness different from that of the first index member held by the holding unit rotated by the rotation mechanism is observed by an observation optical system, and the center of rotation of the index provided on the second index member is determined. Approximately matching the optical axis of the observation optical system, and approximately matching the optical axis of the observation optical system and the rotation axis of the rotation mechanism;
With the position of the observation optical system as it is, with the second index member and the holding part removed from the rotation mechanism, the second probe made of a spherical member is inserted into the field of view of the observation optical system, and the surface of the second probe Placing the apex at the position where the rotation center of the index of the observation optical system was, and setting the position as the origin position of the measurement;
While the second probe is brought into contact with the second test surface of the test object and the test object is rotated, the second probe of the test object at a predetermined position from the rotation axis of the rotation mechanism is rotated by the second probe. A step of acquiring the three-dimensional shape data of the annular zone of the inspection surface;
A shift amount and direction of the rotation mechanism of the rotation mechanism at the paraxial curvature center of the first test surface of the test object, and the annular three-dimensional shape data of the first test surface at a predetermined position from the rotation shaft, , A paraxial radius of curvature of the first test surface, a shift amount and a direction of the rotation mechanism of the rotation mechanism at the center of the paraxial curvature of the second test surface of the test object at a predetermined position from the rotation axis From the annular three-dimensional shape data of the second test surface, the paraxial radius of curvature of the second test surface, the thickness and refractive index of the test sample, the second test surface of the test sample 19. The method of measuring an aspherical eccentricity according to claim 18, further comprising the step of obtaining an aspherical eccentric amount of the aspherical surface and a direction thereof.
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