JP2006329791A - Shape evaluation method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a shape evaluation method capable of evaluation corresponding to optical performance of a measuring object. <P>SOLUTION: This method has a shape data acquisition process for acquiring shape data by measuring the shape of an optical element; a coordinate transformation process for performing coordinate transformation of a measuring coordinate system CRDm used for measurement in the shape data acquisition process to a prescribed reference coordinate system CRDs by using a coordinate transformation parameter; an evaluation value calculation process for determining an evaluation value which is a variation of the optical performance MTF, relative to a prescribed evaluation parameter from the shape data in the reference coordinate system CRDs; a coordinate transformation parameter determination process for changing the value of the coordinate transformation parameter, repeating the coordinate transformation process and the evaluation value calculation process, and determining the value of the coordinate transformation parameter with which the evaluation value (MTF) becomes the maximum or the minimum; and a coordinate transformation process for performing coordinate transformation by using the determined value of the coordinate transformation parameter. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、レンズやプリズム等の光学素子の形状を測定する方法に関する。   The present invention relates to a method for measuring the shape of an optical element such as a lens or a prism.

従来、3次元測定機等の測定装置を用いて、被測定物の3次元形状を測定することが行われている。そして、測定結果に基づいて、形状測定値が部品規格値を満足しているか否かを評価する。このとき、測定装置の座標系に対して、被測定物の設置誤差が存在すると、測定値の座標系と評価する座標系とが一致しない。このため、測定値と部品規格値とを正確に照合できないという不都合がある。   Conventionally, a three-dimensional shape of an object to be measured is measured using a measuring device such as a three-dimensional measuring machine. Then, based on the measurement result, it is evaluated whether or not the shape measurement value satisfies the component standard value. At this time, if there is an installation error of the object to be measured with respect to the coordinate system of the measuring apparatus, the coordinate system of the measured value does not match the coordinate system to be evaluated. For this reason, there is an inconvenience that the measured value and the component standard value cannot be collated accurately.

そこで、例えば、特許文献1には、被測定物の設置誤差を補正して、設計形状と測定形状との間の誤差を評価する方法が開示されている。以下にこれを説明する。まず、3次元測定機等で、光学素子の3次元形状を測定し、形状測定データ列を取得する。次に、形状測定データ列を、設計形状に対して座標変換する。そして、座標変換後の形状測定データ列から、評価値を求める。   Therefore, for example, Patent Document 1 discloses a method of correcting an installation error of an object to be measured and evaluating an error between a design shape and a measurement shape. This will be described below. First, the three-dimensional shape of the optical element is measured with a three-dimensional measuring machine or the like to obtain a shape measurement data string. Next, the shape measurement data string is coordinate-transformed with respect to the design shape. And an evaluation value is calculated | required from the shape measurement data sequence after coordinate transformation.

さらに、収束計算により、評価値が最小になる座標変換パラメータを決定する。座標変換のパラメータは、X、Y、Zの平行移動と、それぞれの軸に沿った回転移動であり、被測定物の設置誤差を示す。評価値は、形状測定データ列と設計形状との偏差の2乗平均平方根(以下、RMS、Root Mean Square)である。収束計算の手法としては、最小2乗法等の既知の方法を用いる。   Further, a coordinate conversion parameter that minimizes the evaluation value is determined by convergence calculation. The parameters for coordinate conversion are parallel movement of X, Y, and Z and rotational movement along the respective axes, and indicate installation errors of the object to be measured. The evaluation value is the root mean square (hereinafter referred to as RMS) of the deviation between the shape measurement data string and the design shape. As a convergence calculation method, a known method such as a least square method is used.

そして、設計形状に対する形状測定データ列の座標を求める。この結果から、PV(Peak to Valley)やRMS等の測定値を演算する。このように、測定値を部品規格値と照合することで、被測定物の評価を行う。   Then, the coordinates of the shape measurement data string with respect to the design shape are obtained. From this result, a measured value such as PV (Peak to Valley) or RMS is calculated. In this way, the measured object is evaluated by collating the measured value with the component standard value.

特許第2520202号公報Japanese Patent No. 2520202

しかしながら、形状測定データ列と設計形状との偏差のRMSを評価値(即ち、評価の指標)として求めた測定値と、部品規格値とを照合した結果が、光学素子の光学性能に対応していない場合がある。例えば、光学素子の表面形状に局所的な突起が存在するとき、形状測定データ列と設計形状との偏差のRMSが最小となっても、光学性能的には最良の状態であるとは限られない。このため、従来技術の形状評価方法において、照合結果に基づいて被測定物である光学素子を適切に評価できないことがある。   However, the result of collating the measured value obtained using the RMS of deviation between the shape measurement data string and the design shape as the evaluation value (that is, the evaluation index) and the component standard value corresponds to the optical performance of the optical element. There may not be. For example, when there are local protrusions on the surface shape of the optical element, even if the RMS of the deviation between the shape measurement data string and the design shape is minimized, the optical performance is not always in the best state. Absent. For this reason, in the conventional shape evaluation method, the optical element that is the object to be measured may not be appropriately evaluated based on the collation result.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、被測定物の光学性能に対応した評価を行なうことができる形状評価方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to provide a shape evaluation method capable of performing an evaluation corresponding to the optical performance of an object to be measured.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、光学素子の形状を測定して形状データを取得する形状データ取得工程と、所定の基準座標系に対して、形状データ取得工程における測定のときに用いた測定座標系を、座標変換パラメータを用いて座標変換する第1の座標変換工程と、基準座標系における形状データから、所定の評価パラメータについて評価値を求める評価値算出工程と、を有し、評価値は、光学性能の変化量であり、さらに、評価値が最大または最小となる座標変換パラメータの値を決定する座標変換パラメータ決定工程と、決定された座標変換パラメータの値を用いて座標変換を行う第2の座標変換工程と、を有することを特徴とする形状評価方法を提供できる。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, according to the present invention, a shape data acquisition step for measuring the shape of an optical element to acquire shape data, and shape data with respect to a predetermined reference coordinate system An evaluation value for obtaining an evaluation value for a predetermined evaluation parameter from a first coordinate conversion step for converting the measurement coordinate system used for measurement in the acquisition step using a coordinate conversion parameter and shape data in the reference coordinate system A calculation step, the evaluation value is a change amount of the optical performance, a coordinate conversion parameter determination step for determining a coordinate conversion parameter value at which the evaluation value is maximum or minimum, and the determined coordinate conversion It is possible to provide a shape evaluation method characterized by including a second coordinate conversion step of performing coordinate conversion using a parameter value.

また、本発明の好ましい態様によれば、形状データ取得工程において、光学素子における2面以上の面について各々の形状データを取得し、座標変換パラメータ決定工程において、各々の形状データについて座標変換パラメータの値を決定し、決定された座標変換パラメータの値を用いて座標変換を行い、最終形状データを取得する最終形状データ取得工程と、最終形状測定データから各々の形状データの基準軸を決定する基準軸決定工程と、を有することが望ましい。   Further, according to a preferred aspect of the present invention, in the shape data acquisition step, each shape data is acquired for two or more surfaces of the optical element, and in the coordinate conversion parameter determination step, the coordinate conversion parameter is determined for each shape data. Final shape data acquisition step for determining the value, performing coordinate conversion using the determined coordinate conversion parameter value, and acquiring the final shape data, and the reference for determining the reference axis of each shape data from the final shape measurement data An axis determining step.

また、本発明の好ましい態様によれば、形状データ取得工程において、光学素子における2面以上の面について形状を測定し、同一の測定座標系における各々の形状データを取得し、各々の形状データと全ての形状データとのそれぞれについて、座標変換工程と評価値算出工程と座標変換パラメータ決定工程と座標変換工程と最終形状データ取得工程と基準軸決定工程とを行い、前記全ての形状データの基準軸を算出することが望ましい。   According to a preferred aspect of the present invention, in the shape data acquisition step, the shape is measured for two or more surfaces in the optical element, each shape data in the same measurement coordinate system is acquired, and each shape data and For each of all the shape data, a coordinate conversion step, an evaluation value calculation step, a coordinate conversion parameter determination step, a coordinate conversion step, a final shape data acquisition step, and a reference axis determination step are performed, and the reference axis of all the shape data It is desirable to calculate

また、本発明の好ましい態様によれば、基準座標系上の目標形状の座標位置に応じた、光学性能の変化量への影響度を示す係数を算出する係数算出工程と、座標変換後の各々の形状測定データ列の目標形状との偏差を演算する偏差演算工程と、をさらに有し、評価値算出工程において、偏差と目標形状の座標位置に応じた係数とを用いることが望ましい。   Further, according to a preferred aspect of the present invention, each of the coefficient calculation step for calculating a coefficient indicating the degree of influence on the change amount of the optical performance according to the coordinate position of the target shape on the reference coordinate system, and each after the coordinate conversion It is preferable to further include a deviation calculating step for calculating a deviation from the target shape of the shape measurement data string, and in the evaluation value calculating step, the deviation and a coefficient corresponding to the coordinate position of the target shape are used.

また、本発明の好ましい態様によれば、基準座標系上の目標形状の基準軸からの距離に応じた、光学性能の変化量への影響度を示す係数を算出する係数算出工程と、座標変換後の各々の形状測定データ列の目標形状との偏差を演算する偏差演算工程と、をさらに有し、評価値算出工程において、偏差と目標形状の基準軸からの距離に応じた係数を用いることが望ましい。   According to a preferred aspect of the present invention, a coefficient calculating step for calculating a coefficient indicating the degree of influence on the amount of change in optical performance according to the distance from the reference axis of the target shape on the reference coordinate system, and coordinate conversion A deviation calculating step of calculating a deviation from the target shape of each subsequent shape measurement data string, and using a coefficient corresponding to the deviation and the distance from the reference axis of the target shape in the evaluation value calculating step Is desirable.

また、本発明の好ましい態様によれば、さらに、最終形状データ取得工程で得られた最終形状に基づいて、光学素子の評価の指数となる測定値を演算し、光学素子に関する判定を行う判定工程を有することが望ましい。   Further, according to a preferred aspect of the present invention, the determination step for calculating the optical element based on the final shape obtained in the final shape data acquisition step and determining the optical element is performed. It is desirable to have

本発明に係る形状評価方法では、評価値算出工程において、基準座標系における形状データから、所定の評価パラメータについて評価値を求めている。そして、評価値は、光学性能の変化量である。このため、光学素子の光学性能に対応した形状評価を行なうことができる。この結果、被測定物の光学性能に対応した評価を行なうことができる形状評価方法を提供できる。   In the shape evaluation method according to the present invention, in the evaluation value calculation step, an evaluation value is obtained for a predetermined evaluation parameter from shape data in the reference coordinate system. The evaluation value is the amount of change in optical performance. For this reason, the shape evaluation corresponding to the optical performance of the optical element can be performed. As a result, it is possible to provide a shape evaluation method capable of performing an evaluation corresponding to the optical performance of the object to be measured.

以下に、本発明に係る形状評価方法の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例により、この発明が限定されるものではない。   Embodiments of a shape evaluation method according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by this Example.

本発明の実施例1に係る形状評価方法について説明する。図1は、本実施例の測定手順を示すフローチャートである。被測定物は、2つの面を有する両面非球面レンズである。そして、被測定面は、両面非球面レンズの2つの面のうちの1面である。   A shape evaluation method according to Embodiment 1 of the present invention will be described. FIG. 1 is a flowchart showing the measurement procedure of this embodiment. The object to be measured is a double-sided aspheric lens having two surfaces. The measured surface is one of the two surfaces of the double-sided aspheric lens.

ステップS101において、被測定面を3次元測定機により測定し、形状測定データ列(Xai,Yai,Zai)を取得する。
ただし、
Xaiは、i番目に取得した測定点のX座標、
Yaiは、i番目に取得した測定点のY座標、
Zaiは、i番目に取得した測定点のZ座標、である。ステップS101は、形状データ取得工程に対応する。
In step S101, the surface to be measured is measured with a three-dimensional measuring machine, and a shape measurement data string (Xai, Yai, Zai) is acquired.
However,
Xai is the X coordinate of the i-th acquired measurement point,
Yai is the Y coordinate of the i-th acquired measurement point,
Zai is the Z coordinate of the i-th acquired measurement point. Step S101 corresponds to a shape data acquisition step.

ステップS102において、目標形状を含む基準座標系に対して、形状測定データ列(Xai,Yai,Zai)を含む測定座標系を座標変換パラメータPを用いて座標変換する。これにより、基準座標系における形状測定データ列(Xbi,Ybi,Zbi)を求める。ステップS102は、第1の座標変換工程に対応する。目標形状は、例えば、設計非球面形状である。また、目標形状として、例えば、以下の(1)、(2)を用いることもできる(特許第2885422号公報または特許第3321210号公報参照)。
(1)形状測定データ列との偏差が最小となるように収束計算で非球面係数を決定した非球面形状
(2)形状測定データ列との偏差が最小となるように収束計算で設計非球面形状の近軸曲率のみを変更した形状
In step S102, the measurement coordinate system including the shape measurement data string (Xai, Yai, Zai) is subjected to coordinate conversion using the coordinate conversion parameter P with respect to the reference coordinate system including the target shape. Thereby, the shape measurement data string (Xbi, Ybi, Zbi) in the reference coordinate system is obtained. Step S102 corresponds to the first coordinate conversion step. The target shape is, for example, a design aspheric shape. As the target shape, for example, the following (1) and (2) can be used (see Japanese Patent No. 2885422 or Japanese Patent No. 3322210).
(1) Aspherical surface shape whose aspherical coefficient is determined by convergence calculation so that the deviation from the shape measurement data string is minimized (2) Designed aspherical surface by convergence calculation so that the deviation from the shape measurement data string is minimized A shape with only the paraxial curvature of the shape changed

目標形状の設計上の光軸は、基準座標系のZ軸(以下、適宜「基準軸」という。)と一致させる。本実施例では、目標形状は非球面である。このため、目標形状の設計上の光軸は、形状の回転対称軸と等しくなる。また、目標形状の光軸におけるZ座標(以下、適宜「形状の頂点」という。)は、基準座標系の原点(0,0,0)に一致させる。   The optical axis in designing the target shape is made to coincide with the Z axis of the reference coordinate system (hereinafter referred to as “reference axis” as appropriate). In this embodiment, the target shape is an aspherical surface. For this reason, the design optical axis of the target shape is equal to the rotational symmetry axis of the shape. Also, the Z coordinate (hereinafter referred to as “shape apex” as appropriate) on the optical axis of the target shape is made to coincide with the origin (0, 0, 0) of the reference coordinate system.

座標変換パラメータPは、X,Y,Zの平行移動と、X軸を回転軸とした回転(以下、適宜「A回転」という。)と、Y軸を回転軸とした回転(以下、適宜「B回転」という。)と、Z軸を回転軸とした回転(以下、適宜「C回転」という。)を変数とする関数である。被測定面は、回転対称形状な非球面である。このため、座標変換パラメータPは、X,Y,Zの平行移動と、A,B回転とが変数であり、C回転は0である。   The coordinate conversion parameter P includes parallel movement of X, Y, and Z, rotation with the X axis as a rotation axis (hereinafter referred to as “A rotation” as appropriate), and rotation with the Y axis as a rotation axis (hereinafter referred to as “ B rotation ”) and rotation with the Z axis as the rotation axis (hereinafter referred to as“ C rotation ”as appropriate). The surface to be measured is a rotationally symmetric aspherical surface. For this reason, the coordinate transformation parameter P is a variable of X, Y, Z translation and A, B rotation, and C rotation is zero.

ステップS103において、基準座標系における形状測定データ列(Xbi,Ybi,Zbi)を用いて、評価値(MTF)を求める。図2に評価値を求めるフローチャートを示す。ステップS103は、評価値算出工程に対応する。これを以下に説明する。   In step S103, an evaluation value (MTF) is obtained using the shape measurement data string (Xbi, Ybi, Zbi) in the reference coordinate system. FIG. 2 shows a flowchart for obtaining the evaluation value. Step S103 corresponds to an evaluation value calculation step. This will be described below.

図2のステップS201において、既知の光学シミュレーション(図中、「SIM」と略す。)ソフトウエアにより、被測定面を含む光学系全体の光学性能シミュレーションを行う。これにより、理想状態、即ち、結像光学系全体の製造誤差が0の状態におけるMTF(Modulation Transfer Function、以下、適宜「設計MTF」という。)を求める。   In step S201 of FIG. 2, an optical performance simulation of the entire optical system including the surface to be measured is performed using known optical simulation (abbreviated as “SIM” in the drawing) software. Thus, an MTF (Modulation Transfer Function, hereinafter referred to as “design MTF”) in an ideal state, that is, a state in which the manufacturing error of the entire imaging optical system is zero is obtained.

ステップS202において、基準座標系における形状測定データ列(Xbi,Ybi,Zbi)をツェルニケ多項式で近似し、基準座標系における近似した面形状を取得する。   In step S202, the shape measurement data string (Xbi, Ybi, Zbi) in the reference coordinate system is approximated by a Zernike polynomial to obtain an approximate surface shape in the reference coordinate system.

ステップS203において、基準軸を設計上の光軸と一致させて、近似した面形状を、光学シミュレーションソフトウエアに入力する。ステップS204において、光学系全体の光学シミュレーションを行い、面形状の測定値を用いたMTF(以下、適宜「測定MTF」という)を求める。   In step S203, the approximated surface shape is input to the optical simulation software by making the reference axis coincide with the designed optical axis. In step S204, an optical simulation of the entire optical system is performed to obtain an MTF using a surface shape measurement value (hereinafter, referred to as “measurement MTF” as appropriate).

ステップS205において、
評価値=設計MTF−測定MTF
の式から、評価値を求める。この場合、実質的に、評価値は、面形状の製造誤差によるMTF低下量を示す。次に、図1に戻って説明を続ける。
In step S205,
Evaluation value = design MTF−measurement MTF
The evaluation value is obtained from the formula of In this case, the evaluation value substantially indicates the amount of decrease in MTF due to surface shape manufacturing errors. Next, returning to FIG.

ステップS104において、収束計算により、評価値が最小となるような座標変換パラメータP1を求める。収束計算の手法としては、ニュートン法等の既知の方法を用いる。ステップS105において、評価値が最小となっているか否かが判断される。判断結果が偽(No)のとき、ステップS102へ戻る。判断結果が真(Yes)のとき、ステップS106へ進む。ステップS104、S105は、座標変換パラメータ決定工程に対応する。   In step S104, a coordinate conversion parameter P1 that minimizes the evaluation value is obtained by convergence calculation. As a convergence calculation method, a known method such as Newton's method is used. In step S105, it is determined whether or not the evaluation value is minimum. When the determination result is false (No), the process returns to step S102. When the determination result is true (Yes), the process proceeds to step S106. Steps S104 and S105 correspond to a coordinate conversion parameter determination step.

ステップS106において、評価値が最小となる座標変換パラメータP1を用いて、形状測定データ列(Xai,Yai,Zai)を座標変換する。そして、評価値が最小となる形状測定データ列(Xci,Yci,Zci)を求める。ステップS106は、第2の座標変換工程、及び最終形状データ取得工程に対応する。   In step S106, the shape measurement data string (Xai, Yai, Zai) is coordinate-transformed using the coordinate transformation parameter P1 that minimizes the evaluation value. Then, a shape measurement data string (Xci, Yci, Zci) that minimizes the evaluation value is obtained. Step S106 corresponds to a second coordinate conversion step and a final shape data acquisition step.

ステップS107において、形状測定データ列(Xci,Yci,Zci)を用いて、測定値を演算する。測定値は、例えば、目標形状と設計形状の偏差のRMS、目標形状と設計形状の偏差のPV、MTF低下量、即ち、上述の評価値等である。また、基準軸からの距離に応じて目標形状と設計形状の偏差のRMSを求める等の条件分けをしてもよい。   In step S107, a measurement value is calculated using the shape measurement data string (Xci, Yci, Zci). The measured values are, for example, the RMS of the deviation between the target shape and the design shape, the PV of the deviation between the target shape and the design shape, the MTF reduction amount, that is, the evaluation value described above. In addition, it is possible to divide the conditions such as obtaining the RMS of the deviation between the target shape and the design shape according to the distance from the reference axis.

ステップS108において算出された測定値に基づいて、光学素子が部品規格値を満足しているか否かを判定する。光学素子が部品規格値を満足していないとき、光学素子を再加工すること、または廃棄すること等の選別を行うことができる。   Based on the measurement value calculated in step S108, it is determined whether or not the optical element satisfies the component standard value. When the optical element does not satisfy the component standard value, sorting such as reworking or discarding the optical element can be performed.

図3は、上述の本実施例の評価における座標変換を示す。図3の(a)において、目標形状は、基準座標系CRDsで定められている。これに対して、図3の(b)に示すように、形状測定データ列は、測定座標系CRDmで定められている。そして、図3の(c)に示すように、ステップS102により、図中に点線で示す形状測定データ列(Xbi,Ybi,Zbi)を得る。そして、ステップS103、S104、S105、S106により、(c)において実線で示す形状測定データ列(Xci,Yci,Zci)を求めることができる。   FIG. 3 shows coordinate conversion in the evaluation of the above-described embodiment. In FIG. 3A, the target shape is determined by the reference coordinate system CRDs. On the other hand, as shown in FIG. 3B, the shape measurement data string is defined by the measurement coordinate system CRDm. Then, as shown in FIG. 3C, a shape measurement data string (Xbi, Ybi, Zbi) indicated by a dotted line in the drawing is obtained in step S102. Then, through steps S103, S104, S105, and S106, the shape measurement data string (Xci, Yci, Zci) indicated by the solid line in (c) can be obtained.

本実施例によれば、MTFという光学性能を評価の指標として、光学素子の面の測定値を演算できる。上述したように、従来技術では、形状測定データ列と設計形状との偏差のRMSを評価の指標として、測定値を演算している。このため、光学素子を光学性能に応じて適切に評価できない場合があった。これに対して、本実施例では、常に、被測定物を光学性能に応じて適切に評価できる。   According to the present embodiment, the measured value of the surface of the optical element can be calculated using the optical performance called MTF as an evaluation index. As described above, in the related art, the measurement value is calculated using the RMS of the deviation between the shape measurement data string and the design shape as an evaluation index. For this reason, the optical element may not be appropriately evaluated according to the optical performance. On the other hand, in this embodiment, the object to be measured can always be appropriately evaluated according to the optical performance.

なお、本実施例の各構成は、各種の変形、変更が可能である。例えば、本実施例では、被測定物を非球面としている。これに限られず、平面、球面、自由曲面でも全く同様に形状を評価できる。ただし、被測定物が平面のとき、座標変換パラメータPは、Zの平行移動とA回転、B回転が変数であり、X、Yの平行移動とC回転は0である。さらに、被測定面が球面のとき、座標変換パラメータPは、X、Y、Zの平行移動が変数であり、A回転、B回転、C回転はそれぞれ0である。また、被測定面が自由曲面のとき、座標変換パラメータPは、X、Y、Zの平行移動とA回転、B回転、C回転が変数である。   Each configuration of the present embodiment can be variously modified and changed. For example, in this embodiment, the object to be measured is an aspherical surface. However, the shape is not limited to this, and the shape can be evaluated in the same manner for a flat surface, a spherical surface, and a free-form surface. However, when the object to be measured is a plane, the coordinate conversion parameter P is a variable of Z translation and A rotation and B rotation, and X and Y translation and C rotation are zero. Further, when the surface to be measured is a spherical surface, the coordinate transformation parameter P is a variable of parallel movement of X, Y, and Z, and A rotation, B rotation, and C rotation are 0 respectively. Further, when the surface to be measured is a free-form surface, the coordinate transformation parameter P is a variable of X, Y, Z translation, A rotation, B rotation, and C rotation.

また、評価値はMTFとしているが、評価値は光学性能を示すパラメータであれば他の例でもよい。光学性能を示すパラメータの例としては、例えば、ラジアル方向のMTF、タンジェンシャル方向のMTF、球面収差、コマ収差、非点収差、ペッツバール収差、ディストーション収差、軸上色収差、軸外色収差等がある。   The evaluation value is MTF, but the evaluation value may be another example as long as it is a parameter indicating optical performance. Examples of parameters indicating optical performance include radial MTF, tangential MTF, spherical aberration, coma, astigmatism, Petzval aberration, distortion aberration, axial chromatic aberration, and off-axis chromatic aberration.

また、評価値はこれらの光学性能を示すパラメータの、ウエイト付の組み合わせでもよい。さらに、設計上の光軸からの距離に応じてウエイトをつけても良い。例えば、(設計上の光軸上のMTF×1)+(最大像高の50%の像高の位置のMTF×0.5)+(最大像高の80%の像高の位置のMTF×0.2)のようにウエイトをつけても良い。加えて、被測定面を含む光学系の光学性能ではなく、被測定面のみの光学性能を評価値としてもよい。   Further, the evaluation value may be a combination of parameters indicating the optical performance with weight. Furthermore, a weight may be attached according to the distance from the designed optical axis. For example, (MTF × 1 on the designed optical axis) + (MTF × 0.5 at the position of the image height of 50% of the maximum image height) + (MTF × at the position of the image height of 80% of the maximum image height) You may give a weight like 0.2). In addition, instead of the optical performance of the optical system including the surface to be measured, the optical performance of only the surface to be measured may be used as the evaluation value.

本発明の実施例2に係る形状評価方法について説明する。本実施例では、上述したステップS103における評価値の演算方法が実施例1と異なる。その他の手順は実施例1と同一であり、重複する説明は省略する。図4は、本実施例の評価値を求めるためのフローチャートである。   A shape evaluation method according to Embodiment 2 of the present invention will be described. In the present embodiment, the evaluation value calculation method in step S103 described above is different from that in the first embodiment. Other procedures are the same as those in the first embodiment, and redundant description is omitted. FIG. 4 is a flowchart for obtaining the evaluation value of this embodiment.

ステップS301において、評価値の計算に用いる係数Kを、あらかじめ決定する。係数Kは、設計上の光軸からの距離に応じて、その値が変化する関数である。以下、簡便のため、単に「係数K」として説明する。以下では光学シミュレーションにより係数Kを決定する手順を説明する。既知の光学シミュレーション(SIM)ソフトウエアにより、被測定面を含む結像光学系の光学性能シミュレーションを行う。これにより、理想状態、即ち、結像光学系全体の製造誤差が0の状態におけるMTF(以下、適宜「設計MTF」という。)を求める。   In step S301, a coefficient K used for calculating the evaluation value is determined in advance. The coefficient K is a function whose value changes according to the designed distance from the optical axis. Hereinafter, for the sake of simplicity, description will be made simply as “coefficient K”. Hereinafter, a procedure for determining the coefficient K by optical simulation will be described. An optical performance simulation of the imaging optical system including the surface to be measured is performed using known optical simulation (SIM) software. Thus, the MTF in the ideal state, that is, the state where the manufacturing error of the entire imaging optical system is zero (hereinafter, referred to as “design MTF” as appropriate) is obtained.

他の公知のソフトウエアにより、被測定面が形状誤差を有する形状データを作成する。形状誤差を有する形状データとしては、設計上の光軸からの距離に応じて形状誤差量が異なる形状データを複数作成する。形状誤差を有する形状データは、例えばツェルニケ多項式により表わす。   Shape data having a shape error on the surface to be measured is created by other known software. As the shape data having a shape error, a plurality of shape data having different shape error amounts according to the distance from the designed optical axis are created. The shape data having a shape error is represented by, for example, a Zernike polynomial.

それぞれの形状誤差を有する形状データを光学シミュレーションソフトウエアに入力する。次に、求められたMTFと設計MTFとを比較する。そして、MTFの低下量を求める。   Shape data having each shape error is input to optical simulation software. Next, the obtained MTF is compared with the design MTF. Then, the amount of decrease in MTF is obtained.

これにより、設計上の光軸からの距離に応じた形状誤差量とMTF低下量の関係とが実験的に求まる。この結果から、形状誤差のMTF低下量への影響を示す、設計上の光軸からの距離に応じた係数Kを決定する。   Thereby, the relationship between the shape error amount corresponding to the distance from the designed optical axis and the MTF reduction amount is experimentally obtained. From this result, a coefficient K corresponding to the distance from the designed optical axis, which shows the influence of the shape error on the MTF reduction amount, is determined.

ステップS302、S303において、係数Kを用いて、評価値を求める基準座標系における形状測定データ列について、各データの、基準軸からの距離L(=(X+Y1/2)と、基準座標系における形状測定データ列と目標形状とのZ方向の偏差Zdを求める。上述のように、基準軸と設計上の光軸は一致している。このため、各データの基準軸からの距離Lに応じてZ方向の偏差Zdに係数Kを乗じて、ウエイト付のZ方向の偏差KZdを求める。ステップS304において、各データの、ウエイト付のZ方向の偏差KZdのRMSを求める。算出されたRMSを評価値とする。 In steps S302 and S303, for the shape measurement data string in the reference coordinate system for obtaining the evaluation value using the coefficient K, the distance L (= (X 2 + Y 2 ) 1/2 ) of each data from the reference axis, A Z-direction deviation Zd between the shape measurement data string and the target shape in the reference coordinate system is obtained. As described above, the reference axis and the design optical axis coincide. For this reason, the Z-direction deviation Zd is multiplied by the coefficient K in accordance with the distance L from the reference axis of each data to obtain the weighted Z-direction deviation KZd. In step S304, the RMS of the weighted Z-direction deviation KZd of each data is obtained. The calculated RMS is used as an evaluation value.

本実施例では、評価値の演算に際して光学シミュレーションのような複雑なソフトウエア処理を行わない。これにより、収束計算が容易になる。この結果、上記実施例1の効果に加え、処理時間を短縮できるという効果を奏する。   In this embodiment, complicated software processing such as optical simulation is not performed when calculating the evaluation value. This facilitates convergence calculation. As a result, in addition to the effect of the first embodiment, there is an effect that the processing time can be shortened.

(変形例)
本実施例の場合、被測定物は、回転対称形状な非球面である。このため、設計上の光軸からの距離に応じた係数を使用して評価値を求めている。ここで、被測定物が自由曲面のときは、基準座標位置(X,Y)に応じた光学性能の変化量への影響度を示す係数Kを使用して評価値を求めることができる。
(Modification)
In the case of this embodiment, the object to be measured is a rotationally symmetric aspherical surface. For this reason, the evaluation value is obtained using a coefficient corresponding to the distance from the designed optical axis. Here, when the object to be measured is a free-form surface, the evaluation value can be obtained using a coefficient K indicating the degree of influence on the change amount of the optical performance according to the reference coordinate position (X, Y).

次に、本発明の実施例3に係る形状評価方法について説明する。本実施例において、被測定物は、両面非球面レンズである。また、被測定面は、両面非球面レンズの表面と裏面である。図5の(a)に示すように、第1の基準座標系CRD1において、表面の設計値である第1の目標形状が定められている。また、図5の(b)に示すように、第2の基準座標系CRD2において、裏面の設計値である第2の目標形状が定められている。   Next, a shape evaluation method according to Example 3 of the present invention will be described. In this embodiment, the object to be measured is a double-sided aspheric lens. The measured surfaces are the front and back surfaces of a double-sided aspheric lens. As shown in FIG. 5A, in the first reference coordinate system CRD1, a first target shape that is a design value of the surface is defined. Further, as shown in FIG. 5B, in the second reference coordinate system CRD2, a second target shape that is a design value of the back surface is defined.

図5の(c)に示すように、同一の測定座標系における非球面レンズの表面の形状測定データ列(Xa1i,Ya1i,Za1i)と裏面の形状測定データ列(Xa2i,Ya2i,Za2i)を取得する。以下では、この同一の測定座標系を、単に、測定座標系CRDmと言う。形状測定データ列の取得には、例えば、特開2002−71344号公報や特許第3486546号公報等に開示されている測定方法を用いることができる。   As shown in FIG. 5C, the shape measurement data string (Xa1i, Ya1i, Za1i) and the shape measurement data string (Xa2i, Ya2i, Za2i) of the back surface of the aspherical lens in the same measurement coordinate system are acquired. To do. Hereinafter, this same measurement coordinate system is simply referred to as a measurement coordinate system CRDm. For obtaining the shape measurement data string, for example, a measurement method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-71344 and Japanese Patent No. 3486546 can be used.

表面の形状測定データ列(Xa1i,Ya1i,Za1i)と裏面の形状測定データ列(Xa2i,Ya2i,Za2i)とのそれぞれについて、実施例1のステップS102、ステップS103、ステップS104、ステップS105と同様の処理を行う。   The same as step S102, step S103, step S104, and step S105 of the first embodiment for the front surface shape measurement data string (Xa1i, Ya1i, Za1i) and the back surface shape measurement data string (Xa2i, Ya2i, Za2i), respectively. Process.

そして、表面の評価値が最小となる座標変換パラメータP1を用いて、形状測定データ列(Xa1i,Ya1i,Za1i)を座標変換する。これにより、評価値が最小となる、第1の基準座標系CRD1における形状測定データ列(Xc1i,Yc1i,Zc1i)を求めることができる(図6の(a))。裏面についても同様に、座標変換パラメータP2を用いて第2の基準座標系CRD2における形状測定データ列(Xc2i,Yc2i,Zc2i)を求めることができる(図6の(b))。   Then, the shape measurement data string (Xa1i, Ya1i, Za1i) is coordinate-transformed using the coordinate transformation parameter P1 that minimizes the surface evaluation value. Thereby, the shape measurement data string (Xc1i, Yc1i, Zc1i) in the first reference coordinate system CRD1 that minimizes the evaluation value can be obtained ((a) in FIG. 6). Similarly, the shape measurement data string (Xc2i, Yc2i, Zc2i) in the second reference coordinate system CRD2 can be obtained for the back surface using the coordinate conversion parameter P2 ((b) of FIG. 6).

次に、測定値として、表面を基準とした裏面の基準軸の傾きと形状の頂点の位置を求める。第1の基準座標系CRD1において、表面の目標形状の設計上の光軸はZ軸、形状の頂点は基準座標系CRDmの原点(0,0,0)である。ここで、座標変換パラメータP1による座標変換を再び元に戻す座標変換を行う。このために、元に戻すための座標変換パラメータP1aを求める。そして、座標変換パラメータP1aを用いて基準軸と形状の頂点を座標変換する。これにより、測定座標系CRDmにおける、表面の基準軸AX1の傾き(A1,B1)と形状の頂点の座標(Xd1,Yd1,Zd1)が求まる(図7の(a))。ただし、A1はA回転の量、B1はB回転の量である。裏面についても同様に、座標変換パラメータP2aを用いて測定座標系CRDmにおける裏面の基準軸AX2の傾き(A2,B2)と形状の頂点の座標(Xd2,Yd2,Zd2)が求まる(図7の(b))。なお、図7の(a)、(b)で示す座標変換は、最終形状データ取得工程と基準軸決定工程とに対応する。   Next, as the measurement values, the inclination of the reference axis on the back surface with respect to the front surface and the position of the apex of the shape are obtained. In the first reference coordinate system CRD1, the optical axis in designing the target shape of the surface is the Z axis, and the vertex of the shape is the origin (0, 0, 0) of the reference coordinate system CRDm. Here, coordinate transformation is performed to restore the coordinate transformation by the coordinate transformation parameter P1 again. For this purpose, a coordinate conversion parameter P1a to be restored is obtained. Then, the coordinate transformation is performed on the reference axis and the apex of the shape using the coordinate transformation parameter P1a. Thereby, the inclination (A1, B1) of the reference axis AX1 of the surface and the coordinates (Xd1, Yd1, Zd1) of the shape vertex in the measurement coordinate system CRDm are obtained ((a) of FIG. 7). However, A1 is the amount of A rotation and B1 is the amount of B rotation. Similarly, with respect to the back surface, the inclination (A2, B2) of the reference axis AX2 of the back surface and the coordinates (Xd2, Yd2, Zd2) of the shape vertex (Xd2, Yd2, Zd2) of the back surface in the measurement coordinate system CRDm are obtained using the coordinate conversion parameter P2a ( b)). Note that the coordinate transformations shown in FIGS. 7A and 7B correspond to the final shape data acquisition step and the reference axis determination step.

次に、表面の基準軸AX1の傾き(A1,B1)が(0,0)、形状の頂点の座標(Xd1,Yd1,Zd1)が(0,0,0)となる座標変換パラメータPm1を求める。座標変換パラメータPm1を用いて、裏面の基準軸AX2の傾き(A2,B2)と形状の頂点の座標(Xd2,Yd2,Zd2)を座標変換する。そして、表面基準の裏面の基準軸AX2の傾き(Am2,Bm2)と形状の頂点の座標(Xm2,Ym2,Zm2)を求める(図7の(c))。   Next, a coordinate conversion parameter Pm1 is obtained in which the slope (A1, B1) of the surface reference axis AX1 is (0, 0) and the coordinates of the shape vertex (Xd1, Yd1, Zd1) are (0, 0, 0). . Using the coordinate conversion parameter Pm1, the inclination (A2, B2) of the reference axis AX2 on the back surface and the coordinates (Xd2, Yd2, Zd2) of the apex of the shape are converted. Then, the inclination (Am2, Bm2) of the reference axis AX2 on the back surface of the front surface reference and the coordinates (Xm2, Ym2, Zm2) of the apex of the shape are obtained ((c) in FIG. 7).

なお、上述の演算においては、
{目標形状の形状の頂点}≒{第1の基準座標系における、Z軸と形状測定データ列(Xc1i,Yc1i,Zc1i)の交点}
と近似している。しかしながら、他の近似として、目標形状の形状の頂点の代わりに{第1の基準座標系における、Z軸と形状測定データ列(Xc1i,Yc1i,Zc1i)の交点}を用いても演算しても良い。
In the above calculation,
{Vertex of target shape} ≈ {Intersection of Z-axis and shape measurement data string (Xc1i, Yc1i, Zc1i) in the first reference coordinate system}
And approximate. However, as another approximation, instead of the vertex of the shape of the target shape, {intersection of Z axis and shape measurement data string (Xc1i, Yc1i, Zc1i) in the first reference coordinate system} may be used or calculated. good.

本実施例によれば、実施例1の効果に加えて、MTFという光学性能を評価の指標として、2面以上からなる光学素子の1面を基準とした各々の面の位置を評価することができる。   According to the present embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, it is possible to evaluate the position of each surface on the basis of one surface of an optical element composed of two or more surfaces using the optical performance called MTF as an evaluation index. it can.

(変形例)
本実施例では、被測定物を非球面レンズ、被測定面を非球面レンズの表面と裏面としている。しかしながら、これに限られず、3面以上の面を有するプリズム等の光学素子に対しても適用できる。また、評価値はMTFでなくとも、実施例1の変形例や実施例2で示した評価値であっても良いことはいうまでもない。
(Modification)
In this embodiment, the object to be measured is an aspheric lens, and the surface to be measured is the front and back surfaces of the aspheric lens. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can also be applied to an optical element such as a prism having three or more surfaces. Needless to say, the evaluation value may not be the MTF, but may be the evaluation value shown in the modification of the first embodiment or the second embodiment.

本発明の実施例4に係る形状評価方法について説明する。被測定物は、両面非球面レンズである。また、被測定面は、両面非球面レンズの表面と裏面である。本実施例では、両面非球面レンズの表面と裏面とに関する演算に加えて、表面と裏面とを含むレンズ全体の形状についても所定の演算を行う点が、実施例3と異なる。実施例1、実施例2、実施例3と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。   A shape evaluation method according to Example 4 of the present invention will be described. The object to be measured is a double-sided aspheric lens. The measured surfaces are the front and back surfaces of a double-sided aspheric lens. This embodiment is different from the third embodiment in that a predetermined calculation is performed for the shape of the entire lens including the front and back surfaces in addition to the calculation regarding the front and back surfaces of the double-sided aspheric lens. The same parts as those in the first embodiment, the second embodiment, and the third embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

まず、実施例3と同様の手順により、図8の(a)、(b)、図9の(a)、(b)にそれぞれ示すように、座標変換パラメータP1a、P2aを用いて基準軸と形状の頂点を座標変換する。これにより、測定座標系CRDmにおける、表面の基準軸AX1の傾き(A1,B1)と形状の頂点の座標(Xd1,Yd1,Zd1)が求まる(図10の(a))。裏面についても同様に、測定座標系CRDmにおける、裏面の基準軸AX2の傾き(A2,B2)と形状の頂点の座標(Xd2,Yd2,Zd2)が求まる(図10の(b))。   First, according to the same procedure as in the third embodiment, as shown in FIGS. 8A and 8B and FIG. 9A and FIG. 9B, respectively, the reference axis is set using the coordinate conversion parameters P1a and P2a. Transform the vertex of the shape. Thereby, the inclination (A1, B1) of the reference axis AX1 of the surface and the coordinates (Xd1, Yd1, Zd1) of the shape vertex in the measurement coordinate system CRDm are obtained ((a) of FIG. 10). Similarly, for the back surface, the inclination (A2, B2) of the reference axis AX2 of the back surface and the coordinates (Xd2, Yd2, Zd2) of the shape vertex in the measurement coordinate system CRDm are obtained ((b) of FIG. 10).

本実施例では、目標形状を、非球面レンズの設計形状、即ち表面と裏面を含むレンズ全体の形状とする。目標形状の設計上の光軸は、基準軸座標系のZ軸(以下、適宜「レンズ基準軸AX3」という。)と一致させる。また、目標形状の設計上の光軸における表面のZ座標(以下、レンズ形状の面頂)は、基準座標系の原点(0,0,0)と一致させる。   In this embodiment, the target shape is the design shape of the aspheric lens, that is, the shape of the entire lens including the front surface and the back surface. The optical axis in the design of the target shape is made to coincide with the Z axis of the reference axis coordinate system (hereinafter referred to as “lens reference axis AX3” as appropriate). Further, the Z coordinate (hereinafter, the top of the lens shape) of the surface on the optical axis in the design of the target shape is made to coincide with the origin (0, 0, 0) of the reference coordinate system.

目標形状を含む第3の基準座標系CRD3(図8の(c))に対して、表面の形状測定データ列(Xa1i,Ya1i,Za1i)と裏面の形状測定データ列(Xa2i,Ya2i,Za2i)を含む測定座標系を座標変換する。これにより、第3の基準座標系CRD3における表面の形状測定データ列(Xe1i,Ye1i,Ze1i)と裏面の形状測定データ列(e2i,Ye2i,Ze2i)を求める(図9の(c))。   With respect to the third reference coordinate system CRD3 (FIG. 8C) including the target shape, the front surface shape measurement data string (Xa1i, Ya1i, Za1i) and the back surface shape measurement data string (Xa2i, Ya2i, Za2i) Transform the measurement coordinate system including Thus, the surface shape measurement data string (Xe1i, Ye1i, Ze1i) and the back surface shape measurement data string (e2i, Ye2i, Ze2i) in the third reference coordinate system CRD3 are obtained ((c) in FIG. 9).

次に、第3の基準座標系CRD3における表面の形状測定データ列(Xe1i,Ye1i,Ze1i)と裏面の形状測定データ列(Xe2i,Ye2i,Ze2i)を用いて、評価値を求める。評価値は以下の手順に従って求める。   Next, an evaluation value is obtained using the surface shape measurement data string (Xe1i, Ye1i, Ze1i) and the back surface shape measurement data string (Xe2i, Ye2i, Ze2i) in the third reference coordinate system CRD3. The evaluation value is obtained according to the following procedure.

既知の光学シミュレーションソフトウエアにより、被測定物を含む光学系の光学性能シミュレーションを行い、理想状態、即ち、結像光学系全体の製造誤差が0の状態におけるMTF(以下、適宜「設計MTF」という。)を求める。   An optical performance simulation of the optical system including the object to be measured is performed by using known optical simulation software, and an MTF in an ideal state, that is, a manufacturing error of the entire imaging optical system is zero (hereinafter referred to as “design MTF” as appropriate). .)

第3の基準座標系CRD3における表面の形状測定データ列(Xe1i,Ye1i,Ze1i)をツェルニケ多項式で近似する。これにより、第3の基準座標系CRD3における表面の近似した面形状を取得する。同様に、第3の基準座標系CRD3における裏面の近似した面形状を取得する。   The surface shape measurement data string (Xe1i, Ye1i, Ze1i) in the third reference coordinate system CRD3 is approximated by a Zernike polynomial. Thereby, the approximate surface shape of the surface in the third reference coordinate system CRD3 is acquired. Similarly, the approximate surface shape of the back surface in the third reference coordinate system CRD3 is acquired.

レンズ基準軸AX3を設計上の光軸(回転対称非球面の場合、回転対称軸と一致する)と一致させる。この状態で、表面の近似した面形状と、裏面の近似した面形状とを、光学シミュレーションソフトウエアに入力する。次に、光学系の光学シミュレーションを行い、実際のレンズ形状の測定値を用いたMTF(以下、適宜「測定MTF」という。)を求める。   The lens reference axis AX3 is made to coincide with the designed optical axis (in the case of a rotationally symmetric aspherical surface, it coincides with the rotationally symmetric axis). In this state, the approximate surface shape of the front surface and the approximate surface shape of the back surface are input to the optical simulation software. Next, an optical simulation of the optical system is performed, and an MTF using the actual measured value of the lens shape (hereinafter referred to as “measured MTF” as appropriate) is obtained.

そして、
評価値=設計MTF―測定MTF
の式から、評価値を求める。ここまでは、実施例1のステップ103までに対応する。
And
Evaluation value = design MTF−measurement MTF
The evaluation value is obtained from the formula of Up to this point, the process corresponds to step 103 in the first embodiment.

次に、収束計算により、評価値が最小となる座標変換パラメータP3を求める。次に、座標変換パラメータP3を用いて、表面の形状測定データ列(Xa1i,Ya1i,Za1i)と裏面の形状測定データ列(Xa2i,Ya2i,Za2i)を座標変換する(図9の(c))。そして、評価値が最小となる表面の形状測定データ列(Xf1i,Yf1i,Zf1i)と裏面の形状測定データ列(Xf2i,Yf2i,Zf2i)を求める。   Next, a coordinate conversion parameter P3 that minimizes the evaluation value is obtained by convergence calculation. Next, using the coordinate conversion parameter P3, the surface shape measurement data string (Xa1i, Ya1i, Za1i) and the back surface shape measurement data string (Xa2i, Ya2i, Za2i) are coordinate-converted ((c) in FIG. 9). . Then, the front surface shape measurement data string (Xf1i, Yf1i, Zf1i) and the back surface shape measurement data string (Xf2i, Yf2i, Zf2i) that minimize the evaluation value are obtained.

次に、測定値として、レンズ基準軸AX3を基準とした表面の基準軸AX1の傾きと裏面の基準軸AX2の傾き、レンズ形状の面頂を基準とした表面の形状の頂点と裏面の形状の頂点の位置を求める。第1の基準座標系CRD1において、表面の形状測定データ列(Xc1i,Yc1i,Zc1i)の基準軸はZ軸、形状の頂点は基準座標系の原点である。ここで、座標変換パラメータP1による座標変換を、再び元に戻す座標変換を行う。このため、座標変換パラメータP1aを求める。そして、座標変換パラメータP1aを用いて基準軸と形状の頂点を座標変換する。これにより、測定座標系CRDmにおける、表面の基準軸AX1の傾き(A1,B1)と形状の頂点の座標(Xd1,Yd1,Zd1)が求まる(図10の(a))。裏面についても同様に、座標変換パラメータP2aにより、測定座標系CRDmにおける裏面の基準軸AX2の傾き(A2,B2)と形状の頂点の座標(Xd2,Yd2,Zd2)が求まる(図10の(b))。   Next, as the measurement values, the inclination of the surface reference axis AX1 and the inclination of the reference axis AX2 of the front surface with respect to the lens reference axis AX3, the vertex of the surface shape with respect to the top of the lens shape, and the shape of the back surface Find the vertex position. In the first reference coordinate system CRD1, the reference axis of the surface shape measurement data string (Xc1i, Yc1i, Zc1i) is the Z axis, and the vertex of the shape is the origin of the reference coordinate system. Here, the coordinate transformation is performed again to restore the coordinate transformation based on the coordinate transformation parameter P1. For this reason, the coordinate conversion parameter P1a is obtained. Then, the coordinate transformation is performed on the reference axis and the apex of the shape using the coordinate transformation parameter P1a. Thereby, the inclination (A1, B1) of the reference axis AX1 of the surface and the coordinates (Xd1, Yd1, Zd1) of the shape vertex in the measurement coordinate system CRDm are obtained ((a) of FIG. 10). Similarly, with respect to the back surface, the inclination (A2, B2) of the reference axis AX2 of the back surface and the coordinates (Xd2, Yd2, Zd2) of the shape vertex (Xd2, Yd2, Zd2) of the back surface in the measurement coordinate system CRDm are obtained by the coordinate conversion parameter P2a ((b) of FIG. )).

第3の基準座標系CRD3において、レンズ基準軸はZ軸、レンズ形状の頂点は基準座標系の原点である。ここで、座標変換パラメータP3による座標変換を、再び元に戻す。このため、座標変換パラメータP3aを求める。そして、座標変換パラメータP3aを用いてレンズ基準軸とレンズ形状の頂点を座標変換する。これにより、測定座標系CRDmにおける、レンズ基準軸AX3の傾き(A3,B3)とレンズ形状の頂点の座標(Xd3,Yd3,Zd3)が求まる(図10の(c))。   In the third reference coordinate system CRD3, the lens reference axis is the Z axis, and the vertex of the lens shape is the origin of the reference coordinate system. Here, the coordinate transformation by the coordinate transformation parameter P3 is restored again. For this reason, the coordinate conversion parameter P3a is obtained. Then, coordinate conversion is performed between the lens reference axis and the vertex of the lens shape using the coordinate conversion parameter P3a. Thereby, the inclination (A3, B3) of the lens reference axis AX3 and the coordinates (Xd3, Yd3, Zd3) of the apex of the lens shape in the measurement coordinate system CRDm are obtained ((c) in FIG. 10).

次に、レンズ基準軸AX3の傾き(A3,B3)が(0,0)、レンズ形状の頂点の座標(Xd3,Yd3,Zd3)が(0,0,0)となる座標変換パラメータPm3を求める。座標変換パラメータPm3を用いて、表面の基準軸AX1の傾き(A1,B1)と形状の頂点の座標(Xd1,Yd1,Zd1)、裏面の基準軸AX2の傾き(A2,B2)と形状の頂点の座標(Xd2,Yd2,Zd2)を座標変換する。これにより、レンズ基準の、表面の基準軸AX1の傾き(Am1,Bm1)と形状の頂点の座標(Xm1,Ym1,Zm1)、裏面の基準軸AX2の傾き(Am2,Bm2)と形状の頂点の座標(Xm2,Ym2,Zm2)を求めることができる(図10の(d))。   Next, a coordinate conversion parameter Pm3 is obtained in which the inclination (A3, B3) of the lens reference axis AX3 is (0, 0) and the coordinates (Xd3, Yd3, Zd3) of the lens shape vertex are (0, 0, 0). . Using the coordinate transformation parameter Pm3, the inclination (A1, B1) of the surface reference axis AX1 and the coordinates of the shape vertex (Xd1, Yd1, Zd1), the inclination (A2, B2) of the reference axis AX2 of the back surface, and the shape vertex The coordinates (Xd2, Yd2, Zd2) are converted. Accordingly, the inclination (Am1, Bm1) of the surface reference axis AX1 and the coordinates of the shape vertex (Xm1, Ym1, Zm1), the inclination (Am2, Bm2) of the reference axis AX2 of the back surface, and the shape vertex of the lens reference. The coordinates (Xm2, Ym2, Zm2) can be obtained ((d) in FIG. 10).

本実施例によれば、実施例3の効果に加え、MTFという光学性能を評価の指標として、2面以上からなる光学素子全体の基準軸AX3を基準とした個々の面の位置を評価することができる。   According to the present embodiment, in addition to the effects of the third embodiment, the position of each surface is evaluated based on the reference axis AX3 of the entire optical element composed of two or more surfaces, using MTF optical performance as an evaluation index. Can do.

(変形例)
本実施例では、被測定物を非球面レンズ、被測定面を非球面レンズの表面と裏面としている。これに限られず、3面以上の面を有するプリズム等の光学素子に対しても適用できる。また、評価値はMTFに限られず、実施例1の変形例や実施例2で述べたものであっても良い。なお、シミュレーションでは、形状測定データを用いたが、これだけに限られない。例えば、光学素子の厚み(中心肉厚)や、光学素子に用いられている材料の屈折率が測定できれば、これらの測定データを使ってシミュレーションを行なっても良い。
(Modification)
In this embodiment, the object to be measured is an aspheric lens, and the surface to be measured is the front and back surfaces of the aspheric lens. The present invention is not limited to this, and the present invention can also be applied to an optical element such as a prism having three or more surfaces. Further, the evaluation value is not limited to the MTF, and may be the modified example of the first embodiment or the one described in the second embodiment. In the simulation, shape measurement data is used, but the present invention is not limited to this. For example, if the thickness (center thickness) of the optical element and the refractive index of the material used for the optical element can be measured, a simulation may be performed using these measurement data.

以上のように、本発明に係る形状評価方法は、特に光学素子の面形状の光学性能に基づいた評価に有用である。   As described above, the shape evaluation method according to the present invention is particularly useful for evaluation based on the optical performance of the surface shape of the optical element.

本発明の実施例1の評価手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the evaluation procedure of Example 1 of this invention. 実施例1の評価手順を示す他のフローチャートである。10 is another flowchart showing the evaluation procedure of Example 1. 実施例1の評価における座標変換を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating coordinate conversion in the evaluation of Example 1. 実施例2の評価手順を示すフローチャートである。10 is a flowchart showing an evaluation procedure of Example 2. 実施例3の評価における座標変換を示す図である。10 is a diagram illustrating coordinate conversion in evaluation of Example 3. FIG. 実施例3の評価における座標変換を示す他の図である。It is another figure which shows the coordinate transformation in evaluation of Example 3. FIG. 実施例3の評価における座標変換を示す別の図である。It is another figure which shows the coordinate transformation in evaluation of Example 3. FIG. 実施例4の評価における座標変換を示す図である。It is a figure which shows the coordinate transformation in evaluation of Example 4. FIG. 実施例4の評価における座標変換を示す他の図である。It is another figure which shows the coordinate transformation in evaluation of Example 4. FIG. 実施例4の評価における座標変換を示す別の図である。It is another figure which shows the coordinate transformation in evaluation of Example 4. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

CDRs 基準座標系
CDRm 測定座標系
CDR1 第1の基準座標系
CDR2 第2の基準座標系
CDR3 第3の基準座標系
P1、P2、P3 座標変換パラメータ
AX1、AX2、AX3 基準軸
P1a、P2a、P3a 座標変換パラメータ
CDRs reference coordinate system CDRm measurement coordinate system CDR1 first reference coordinate system CDR2 second reference coordinate system CDR3 third reference coordinate system P1, P2, P3 coordinate transformation parameters AX1, AX2, AX3 reference axes P1a, P2a, P3a coordinates Conversion parameter

Claims (6)

光学素子の形状を測定して形状データを取得する形状データ取得工程と、
所定の基準座標系に対して、前記形状データ取得工程における測定のときに用いた測定座標系を、座標変換パラメータを用いて座標変換する第1の座標変換工程と、
前記基準座標系における前記形状データから、所定の評価パラメータについて評価値を求める評価値算出工程と、を有し、
前記評価値は、光学性能の変化量であり、
さらに、前記評価値が最大または最小となる座標変換パラメータの値を決定する座標変換パラメータ決定工程と、
前記決定された前記座標変換パラメータの値を用いて座標変換を行う第2の座標変換工程と、を有することを特徴とする形状評価方法。
A shape data acquisition step of measuring the shape of the optical element to acquire shape data;
A first coordinate conversion step of converting the measurement coordinate system used in the measurement in the shape data acquisition step with respect to a predetermined reference coordinate system using a coordinate conversion parameter;
An evaluation value calculation step for obtaining an evaluation value for a predetermined evaluation parameter from the shape data in the reference coordinate system,
The evaluation value is a change amount of the optical performance,
Furthermore, a coordinate conversion parameter determination step for determining a value of the coordinate conversion parameter that maximizes or minimizes the evaluation value;
And a second coordinate conversion step for performing coordinate conversion using the determined value of the coordinate conversion parameter.
前記形状データ取得工程において、前記光学素子における2面以上の面について各々の形状データを取得し、
前記座標変換パラメータ決定工程において、前記各々の形状データについて前記座標変換パラメータの値を決定し、
前記決定された前記座標変換パラメータの値を用いて座標変換を行い、最終形状データを取得する最終形状データ取得工程と、
前記最終形状測定データから前記各々の形状データの基準軸を決定する基準軸決定工程と、を有することを特徴とする請求項1に記載の形状評価方法。
In the shape data acquisition step, each shape data is acquired for two or more surfaces of the optical element,
In the coordinate transformation parameter determination step, determine the value of the coordinate transformation parameter for each shape data,
A final shape data acquisition step of performing coordinate conversion using the determined value of the coordinate conversion parameter and acquiring final shape data;
The shape evaluation method according to claim 1, further comprising a reference axis determination step of determining a reference axis of each shape data from the final shape measurement data.
前記形状データ取得工程において、前記光学素子における2面以上の面について形状を測定し、同一の測定座標系における前記各々の形状データを取得し、
前記各々の形状データと全ての形状データとのそれぞれについて、前記座標変換工程と前記評価値算出工程と前記座標変換パラメータ決定工程と前記座標変換工程と前記最終形状データ取得工程と前記基準軸決定工程とを行い、
前記全ての形状データの基準軸を算出することを特徴とする請求項2に記載の形状評価方法。
In the shape data acquisition step, the shape is measured for two or more surfaces of the optical element, and each shape data in the same measurement coordinate system is acquired,
For each of the shape data and all of the shape data, the coordinate conversion step, the evaluation value calculation step, the coordinate conversion parameter determination step, the coordinate conversion step, the final shape data acquisition step, and the reference axis determination step And
The shape evaluation method according to claim 2, wherein a reference axis of all the shape data is calculated.
前記基準座標系上の目標形状の座標位置に応じた、光学性能の変化量への影響度を示す係数を算出する係数算出工程と、
座標変換後の各々の形状測定データ列の前記目標形状との偏差を演算する偏差演算工程と、をさらに有し、
前記評価値算出工程において、前記偏差と前記目標形状の座標位置に応じた係数とを用いることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の形状評価方法。
A coefficient calculating step for calculating a coefficient indicating the degree of influence on the amount of change in optical performance according to the coordinate position of the target shape on the reference coordinate system;
A deviation calculating step of calculating a deviation from the target shape of each shape measurement data string after coordinate conversion,
The shape evaluation method according to any one of claims 1 to 3, wherein in the evaluation value calculation step, the deviation and a coefficient corresponding to a coordinate position of the target shape are used.
前記基準座標系上の目標形状の基準軸からの距離に応じた、光学性能の変化量への影響度を示す係数を算出する係数算出工程と、
座標変換後の各々の形状測定データ列の前記目標形状との偏差を演算する偏差演算工程と、をさらに有し、
前記評価値算出工程において、前記偏差と前記目標形状の基準軸からの距離に応じた係数を用いることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の形状評価方法。
A coefficient calculating step of calculating a coefficient indicating the degree of influence on the amount of change in optical performance according to the distance from the reference axis of the target shape on the reference coordinate system;
A deviation calculating step of calculating a deviation from the target shape of each shape measurement data string after coordinate conversion,
The shape evaluation method according to claim 1, wherein in the evaluation value calculation step, a coefficient corresponding to the deviation and a distance from a reference axis of the target shape is used.
さらに、前記最終形状データ取得工程で得られた前記最終形状に基づいて、前記光学素子の評価の指数となる測定値を演算し、前記光学素子に関する判定を行う判定工程を有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の形状評価方法。   Further, the method includes a determination step of calculating a measurement value that is an index of evaluation of the optical element based on the final shape obtained in the final shape data acquisition step and performing a determination regarding the optical element. The shape evaluation method as described in any one of Claims 1-5.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009128340A (en) * 2007-11-28 2009-06-11 Shimadzu Corp Method for evaluating troidal plane
JP2010190790A (en) * 2009-02-19 2010-09-02 Olympus Corp Surface shape measuring machine, surface shape measuring method and method for analyzing measured value of surface shape

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