JP2007218931A - Method and instrument for measuring shape of optical face, and recording medium - Google Patents

Method and instrument for measuring shape of optical face, and recording medium Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To easily, surely, and precisely measure a shape of an optical face such as a lens face and a reflecting face. <P>SOLUTION: The optical face SF of an inspected object O is irradiated with a beam emitted from a light source 10, reflected light from the optical face SF is made to get incident into a photoreceiving face of a photoreceiving means 16 to be received by the photoreceiving means, and a reflection angle 2θ of the reflected light is measured to measure an inclination angle distribution of the optical face SF. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は、光学面の形状測定方法および装置および記録媒体に関する。   The present invention relates to an optical surface shape measuring method and apparatus, and a recording medium.

光走査装置に搭載されるfθレンズやカメラ用のレンズは、設計・開発の段階から最終的に製品化される間に、幾度も試作される。これら試作品や製品においては、実際に形成されたレンズ面の形状や精度が、設計上の仕様を満たしているか否かを知るために、面形状・面精度を高精度に計測する必要があり、従来からそのための測定機も幾種か市販されている。   The fθ lens and camera lens mounted on the optical scanning device are prototyped many times during the final commercialization from the design and development stage. In these prototypes and products, it is necessary to measure the surface shape and surface accuracy with high accuracy in order to know whether the shape and accuracy of the lens surface actually formed satisfy the design specifications. Conventionally, several types of measuring machines are commercially available.

近来、光学面は、非球面加工技術の発達に伴い、その測定に対する要求仕様が著しく高まっている。特に、fθレンズなどのレンズ面は、もともと要求精度がナノメータオーダと高い(高分解能計測)上に、測定範囲が広く(高ダイナミックレンジ計測)、かつ傾斜角も大きく(高傾斜角計測)、しかも自由曲面形状であるものも多く、在来の「xyzの3軸制御による3次元形状測定機」では対応が困難となりつつあり、また、干渉計を用いる測定方法では、測定は極めて困難である。   Recently, with the development of aspherical processing technology, the required specifications for the measurement of optical surfaces have increased remarkably. In particular, lens surfaces such as fθ lenses have a high required accuracy on the order of nanometers (high resolution measurement), a wide measurement range (high dynamic range measurement), and a large tilt angle (high tilt angle measurement). Many of them have a free-form surface shape, and the conventional “three-dimensional shape measuring machine by xyz three-axis control” is becoming difficult to cope with, and the measurement method using an interferometer is extremely difficult to measure.

例えば、自由曲面として形成された光学面に、形状誤差として「振幅:5nm、周期:10mmのうねり」が生じている場合、この「うねり」を3次元座標測定器で測定できるためには、(x,y,z)の測定精度が最悪でも5nmという、3次元超精密測定が必要である。   For example, in the case where “waviness of amplitude: 5 nm and period: 10 mm” occurs as a shape error on an optical surface formed as a free-form surface, in order to measure this “waviness” with a three-dimensional coordinate measuring instrument, ( A three-dimensional ultraprecision measurement of 5 nm at the worst in the measurement accuracy of x, y, z) is necessary.

特許文献1は、3軸の直進ステージと、2軸の回転ステージ、さらに6軸の位置検出用のレーザー測長機をつけた構成の面形状測定装置を開示しているが、この装置は、その構成上、装置が大型化・複雑化するし、システムも不安定となり易い。   Patent Document 1 discloses a surface shape measuring device having a configuration in which a 3-axis linear stage, a 2-axis rotary stage, and a laser length measuring machine for 6-axis position detection are attached. Due to the configuration, the apparatus becomes large and complicated, and the system tends to become unstable.

光学素子に用いられる光学面の作用は、基本的に、光線を屈折あるいは反射する作用である。かかる観点からすると、光学素子における光学面の光学性能を評価するには、従来の、光学面の座標(x,y,z)を計測する方法よりも、曲率半径:R又は曲率:C(=1/R)を用い、光学面の(x,y,R)または(x,y,C)を測定する方がより適切で直截的である。例えば、(x,y,R)は光学面の座標:x,yの位置における曲率半径である。   The action of the optical surface used in the optical element is basically the action of refracting or reflecting light rays. From this point of view, in order to evaluate the optical performance of the optical surface in the optical element, the radius of curvature: R or the curvature: C (=) rather than the conventional method of measuring the coordinates (x, y, z) of the optical surface. It is more appropriate and straightforward to use (1 / R) and measure (x, y, R) or (x, y, C) on the optical surface. For example, (x, y, R) is the radius of curvature at the coordinates of the optical surface: x, y.

光学面がレンズ面であれば、レンズ面と入射光線のなす角度から、スネルの法則により光線が屈折して進行する方向が定まり、光学面が反射面であれば、反射面と入射光線のなす角度から、反射の法則により反射光線の方向が定まるから、光学面の曲率もしくは曲率半径により、入射光線の結像位置が決定されるからである。   If the optical surface is a lens surface, the direction in which the light beam is refracted by Snell's law is determined from the angle formed by the lens surface and the incident light beam. If the optical surface is a reflective surface, the reflection surface and the incident light beam are formed. This is because the direction of the reflected light ray is determined from the angle by the law of reflection, and the imaging position of the incident light ray is determined by the curvature or radius of curvature of the optical surface.

曲率を測定する従来技術としては、特許文献2に開示のものがあるが、光学面による反射光をレンズにより受光素子上に絞り込んであり、このため、反射光が光軸に対してなす角の精度は上記レンズの性能に依存してしまう。このため、曲率の測定精度が上記レンズの性能に左右されてしまうという問題がある。   As a conventional technique for measuring the curvature, there is one disclosed in Patent Document 2, but the reflected light from the optical surface is narrowed down on the light receiving element by the lens, and therefore, the angle of the angle formed by the reflected light with respect to the optical axis. The accuracy depends on the performance of the lens. For this reason, there exists a problem that the measurement precision of a curvature will be influenced by the performance of the said lens.

特開平11−211427号公報JP 11-2111427 A 特開平6−294629号公報JP-A-6-294629

この発明は、レンズ面や反射面である光学面の形状を、容易、且つ確実に精度よく測定することを目的とする。   It is an object of the present invention to easily and reliably measure the shape of an optical surface that is a lens surface or a reflecting surface.

請求項1記載の形状測定方法は「光源から出射したビームを被検物の光学面に照射し、光学面からの反射光を、受光手段の受光面に入射させ、受光手段により受光して、反射光の反射角を計測することにより、光学面の傾斜角分布を測定する」ことを特徴とする。   The shape measuring method according to claim 1, wherein “the beam emitted from the light source is irradiated onto the optical surface of the test object, the reflected light from the optical surface is incident on the light receiving surface of the light receiving means, and is received by the light receiving means, By measuring the reflection angle of the reflected light, the inclination angle distribution of the optical surface is measured ".

「被検物」は、形状測定の対象となる光学面を有する光学素子であり、「光学面」は、レンズ面もしくは反射面(鏡面)である。   The “test object” is an optical element having an optical surface to be subjected to shape measurement, and the “optical surface” is a lens surface or a reflective surface (mirror surface).

請求項2記載の形状測定方法は「光源から出射したビームを被検物の光学面に照射し、光学面からの反射光を、光束形態を保存しつつ受光手段の受光面に入射させ、受光手段により受光して、反射光の反射角を計測することにより、光学面の傾斜角分布を測定する」ことを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, there is provided a shape measuring method comprising: irradiating an optical surface of a test object with a beam emitted from a light source, and causing reflected light from the optical surface to be incident on a light receiving surface of a light receiving means while preserving a light beam shape. By measuring the reflection angle of the reflected light received by the means and measuring the reflection angle of the reflected light, the inclination angle distribution of the optical surface is measured. "

「光学面からの反射光を、光束形態を保存しつつ受光手段の受光面に入射させ」るとは、光学面から受光手段の受光面に至る光路上に、上記反射光束の光束形態を変化させるような光学系(凸レンズ・凹レンズ・凸面鏡・凹面鏡)が存在せず、反射光束がその光束形態を変化させることなく、受光手段に受光されることを意味する。   “Making the reflected light from the optical surface incident on the light receiving surface of the light receiving means while preserving the form of the light flux” changes the light flux form of the reflected light flux on the optical path from the optical surface to the light receiving surface of the light receiving means. This means that there is no optical system (convex lens / concave lens / convex mirror / concave mirror), and the reflected light is received by the light receiving means without changing the form of the light.

光学面から受光手段に至る光路上にレンズ等があると、前述した特開平6−294629号公報開示のもののように、反射光の反射角の精度がレンズ等の性能に依存してしまうが、請求項2記載の測定方法では、反射光は、光束形態を保ったまま受光手段に受光されるので、反射角を精度よく測定でき、得られる傾斜角分布の精度も良い。   If there is a lens or the like on the optical path from the optical surface to the light receiving means, the accuracy of the reflection angle of the reflected light depends on the performance of the lens or the like, as in the above-mentioned JP-A-6-294629. In the measuring method according to the second aspect, since the reflected light is received by the light receiving means while maintaining the luminous flux form, the reflection angle can be accurately measured, and the accuracy of the obtained inclination angle distribution is also good.

請求項1または2記載の形状測定方法において、測定された傾斜角分布に基づき「光学面の曲率半径分布および/または曲率分布」を演算により算出することができる(請求項3)。また、請求項1または2または3記載の形状測定方法において「測定された傾斜角分布に基づき、光学面の平均曲率半径分布および/または平均曲率分布」を演算により算出することができる(請求項4)。   In the shape measuring method according to claim 1 or 2, the "curvature radius distribution and / or curvature distribution of the optical surface" can be calculated by calculation based on the measured inclination angle distribution (claim 3). Further, in the shape measuring method according to claim 1, 2 or 3, the "average curvature radius distribution and / or average curvature distribution of the optical surface based on the measured inclination angle distribution" can be calculated by calculation (claims). 4).

また、上記請求項1または2または3または4記載の形状測定方法において、「被検物の光学面に照射されるビームの、光学面照射位置におけるビーム径および/または波面曲率半径を調整する」ことができる(請求項5)。このようにすることにより、受光手段の受光面上に形成される反射光のスポット径の広がりを有効に小さくすることが可能となる。   Further, in the shape measuring method according to claim 1, 2, 3, or 4, “adjusting the beam diameter and / or wavefront curvature radius at the optical surface irradiation position of the beam irradiated to the optical surface of the test object”. (Claim 5). By doing so, it is possible to effectively reduce the spread of the spot diameter of the reflected light formed on the light receiving surface of the light receiving means.

請求項1〜5の任意の1に記載の形状測定方法において、「被検物の光学面に照射されるビームの波面を、アナモフィックな波面とする」ことができる(請求項6)。   In the shape measuring method according to any one of claims 1 to 5, "the wavefront of the beam irradiated on the optical surface of the test object can be an anamorphic wavefront" (claim 6).

「アナモフィックな波面」は、ビーム方向に直交し、且つ、互いに直交する方向における波面の曲率半径が異なるような波面である。   An “anamorphic wavefront” is a wavefront that is orthogonal to the beam direction and has different curvature radii in the directions orthogonal to each other.

このようにすると、光学面がアナモフィックな面である場合にも、受光手段の受光面上に形成される反射光のスポット径の広がりを、互いに直交する2方向とも有効に小さくすることが可能となる。   In this way, even when the optical surface is an anamorphic surface, it is possible to effectively reduce the spread of the spot diameter of the reflected light formed on the light receiving surface of the light receiving means in both directions orthogonal to each other. Become.

上記請求項1〜6の任意の1に記載の形状測定方法において、被検物の光学面の傾斜角は、1度に1方向のみの傾斜角の分布を測定してもよいが、「2軸方向に対する独立した傾斜角分布」を測定することもできる(請求項7)。   In the shape measuring method according to any one of claims 1 to 6, the inclination angle of the optical surface of the test object may be measured by measuring the distribution of inclination angles in only one direction at a time. It is also possible to measure an "independent inclination angle distribution with respect to the axial direction" (claim 7).

被検物の光学面は前述したように、レンズ面や反射面であり、例えば、被検物が試作品である場合のように、光学面の設計データが予め知られている場合も多い、このような場合には「被検物の光学面の設計データと、実測結果との比較により、光学面の形状誤差を演算算出する」ことができる(請求項8)。   As described above, the optical surface of the test object is a lens surface or a reflection surface.For example, the design data of the optical surface is often known in advance, as in the case where the test object is a prototype, In such a case, it is possible to "calculate and calculate the shape error of the optical surface by comparing the design data of the optical surface of the test object with the actual measurement result" (claim 8).

この場合の「形状誤差」は、設計上の光学面形状と、実際の光学面形状の差である。   The “shape error” in this case is the difference between the designed optical surface shape and the actual optical surface shape.

この発明の形状測定方法で、被検物の光学面により反射された反射光が、受光手段の受光面に、広がりをもったスポット状に入射する場合、反射光の受光面への入射位置としては「受光手段の受光する反射光の重心を演算して、演算された重心の位置」を用いることができる(請求項9)。   In the shape measuring method of the present invention, when the reflected light reflected by the optical surface of the test object is incident on the light receiving surface of the light receiving means in a wide spot shape, the reflected light is incident on the light receiving surface. Can be calculated by calculating the center of gravity of the reflected light received by the light receiving means and calculating the position of the center of gravity.

上記請求項1〜9の任意の1に記載の形状測定方法において、「被検物の光学面と、この光学面にビームを照射する光学系と、光学面による反射光を受光する受光手段との相対的な位置関係を、制御手段により自動的に制御する」ことができる(請求項10)。   The shape measuring method according to any one of claims 1 to 9, wherein "the optical surface of the test object, an optical system for irradiating the optical surface with a beam, and a light receiving means for receiving reflected light from the optical surface; Can be automatically controlled by the control means ”(claim 10).

請求項11記載の形状測定装置は、上記請求項1記載の形状測定方法を実施する装置であって、保持手段と、光源と、光学ユニットと、受光手段と、変位手段と、演算手段とを有する。   A shape measuring apparatus according to an eleventh aspect is an apparatus for carrying out the shape measuring method according to the first aspect, wherein the holding means, the light source, the optical unit, the light receiving means, the displacing means, and the calculating means are provided. Have.

「保持手段」は、被検物を保持する手段である。
「光源」は、被検物の光学面に照射するビームを放射する。
「光学ユニット」は、光源から射出させたビームを、被検物の光学面に照射する。
“Holding means” is means for holding a test object.
The “light source” emits a beam that irradiates the optical surface of the test object.
The “optical unit” irradiates the optical surface of the test object with the beam emitted from the light source.

「受光手段」は、光学面により反射された反射光を受光する。
「変位手段」は、被検物の光学面への、ビームの入射位置を相対的に変位させる手段である。
The “light receiving means” receives the reflected light reflected by the optical surface.
“Displacement means” is means for relatively displacing the incident position of the beam on the optical surface of the test object.

「演算手段」は、受光手段により受光された反射光の位置と、光学面と、ビームとの位置関係とに基づき、光学面の傾斜角分布を演算算出する。   The “calculation unit” calculates and calculates the inclination angle distribution of the optical surface based on the position of the reflected light received by the light receiving unit, the positional relationship between the optical surface and the beam.

請求項12記載の形状測定装置は、上記請求項2記載の形状測定方法を実施する装置であって、上記請求項11における「受光手段」が、光学面により反射された反射光を直截的に受光する点を特徴とする。即ち、請求項12記載の形状測定装置においては「光学面から受光手段の受光面に至る光路上には、結像作用を持つ光学素子」は配備されない。   A shape measuring apparatus according to a twelfth aspect is an apparatus for carrying out the shape measuring method according to the second aspect, wherein the “light receiving means” in the above-mentioned claim 11 directly reflects the reflected light reflected by the optical surface. It is characterized by receiving light. That is, in the shape measuring apparatus according to the twelfth aspect, “an optical element having an imaging function” is not provided on the optical path from the optical surface to the light receiving surface of the light receiving means.

上記請求項11または12記載の形状測定装置において、変位手段が「光学面へのビームの入射位置を変位させつつ、受光手段の位置を変位させる」ことができる(請求項13)。即ち、この場合、受光手段の受光面は、光学面への入射位置の変化に応じて、反射光を良好に受光できる位置へ変位されるのである。   In the shape measuring apparatus according to claim 11 or 12, the displacement means can "displace the position of the light receiving means while displacing the incident position of the beam on the optical surface" (claim 13). That is, in this case, the light receiving surface of the light receiving means is displaced to a position where the reflected light can be favorably received according to a change in the incident position on the optical surface.

請求項11または12または13記載の形状測定装置において、光学ユニットは「光学面に照射されるビームの光学面位置でのビーム径および/または波面曲率半径を変化させる機能」を持つことができる(請求項14)。   In the shape measuring apparatus according to claim 11, 12 or 13, the optical unit can have “a function of changing a beam diameter and / or a wavefront curvature radius at an optical surface position of a beam irradiated on an optical surface” ( Claim 14).

上記請求項11〜14の任意の1に記載の形状測定装置においては「光学ユニットからのビームをビームスプリッタを介して被検物の光学面に照射させ、光学面による反射光をビームスプリッタを介して受光手段に導く」ようにすることができる(請求項15)。請求項12の場合のように、受光手段が反射光を直截的に受光する場合、ビームスプリッタとして「反射光の光束形態に何ら作用しないもの」を用いる。   In the shape measuring apparatus according to any one of claims 11 to 14, “the beam from the optical unit is irradiated onto the optical surface of the object via the beam splitter, and the reflected light from the optical surface is passed through the beam splitter. To the light receiving means ”(Claim 15). As in the case of the twelfth aspect, when the light receiving means receives the reflected light directly, a beam splitter that does not affect the luminous flux form of the reflected light is used.

また、上記請求項11〜14の任意の1に記載の形状測定装置において、保持手段が「被検物の光学面を、照射されるビームの入射方向に対して所望の角だけ傾ける機能」を有することができる(請求項16)。   The shape measuring apparatus according to any one of claims 11 to 14, wherein the holding means has a function of tilting the optical surface of the test object by a desired angle with respect to the incident direction of the irradiated beam. (Claim 16).

請求項15、16のようにすることにより、光学面による反射光を、光学ユニット側に戻すことなく、確実に受光手段の受光面へ入射させることができる。
上記請求項11〜16の任意の1に記載の形状測定装置における受光手段は、「被検物の光学面からの反射光の位置座標を、少なくとも2カ所で測定する」ように構成することができる(請求項17)。
According to the fifteenth and sixteenth aspects, the reflected light from the optical surface can be reliably incident on the light receiving surface of the light receiving means without returning to the optical unit side.
The light receiving means in the shape measuring apparatus according to any one of claims 11 to 16 may be configured to "measure the position coordinates of the reflected light from the optical surface of the test object at at least two places". (Claim 17).

また、上記請求項11〜17の任意の1に記載の形状測定装置における光学ユニットを「照射用のビームにアナモフィックな波面を生成するためのアナモフィック光学素子を使用可能」に構成することができる(請求項18)。   Further, the optical unit in the shape measuring apparatus according to any one of claims 11 to 17 can be configured such that “anamorphic optical elements for generating an anamorphic wavefront in an irradiation beam can be used” ( Claim 18).

請求項11〜18の任意の1に記載の形状測定装置における演算手段は「測定された傾斜角分布に基づき、光学面の曲率半径分布および/または曲率分布を演算により算出する機能」を有することもできる(請求項19)。   The calculation means in the shape measuring apparatus according to any one of claims 11 to 18 has a "function of calculating a curvature radius distribution and / or a curvature distribution of an optical surface by calculation based on a measured inclination angle distribution". (Claim 19).

請求項11〜19の任意の1に記載の形状測定装置における演算手段は「測定された傾斜角分布に基づき、光学面の平均曲率半径分布および/または平均曲率分布を演算により算出する機能」を有することもできる(請求項20)。   The calculation means in the shape measuring apparatus according to any one of claims 11 to 19 has a "function of calculating an average curvature radius distribution and / or an average curvature distribution of an optical surface by calculation based on a measured inclination angle distribution". (Claim 20).

請求項11〜20の任意の1に記載の形状測定装置における演算手段は「予め入力された被検物の光学面の設計データと、実測結果との比較により、光学面の形状誤差を演算算出する機能」を有することができる(請求項21)。   The calculation means in the shape measuring apparatus according to any one of claims 11 to 20, wherein the calculation means calculates and calculates an optical surface shape error by comparing the design data of the optical surface of the test object inputted in advance with the actual measurement result. It is possible to have a function to perform (claim 21).

請求項22記載の記録媒体は、請求項11または12記載の形状測定装置を制御するためのプログラムを記録した記録媒体であって「開始ステップと、測定ステップと、表示ステップと」をプログラムとして記録されている。媒体の形態は、コンパクトディスク等の光情報記録媒体、フロッピディスクや磁気テープ等の磁気記録媒体等である。   A recording medium according to claim 22 is a recording medium in which a program for controlling the shape measuring apparatus according to claim 11 or 12 is recorded, and “a start step, a measurement step, and a display step” are recorded as a program. Has been. The form of the medium is an optical information recording medium such as a compact disk, or a magnetic recording medium such as a floppy disk or a magnetic tape.

「開始ステップ」は、セットされた被検物に対する測定開始状態を実現するステップである。
「測定ステップ」は、光源からビームを放射させ、受光手段の受光出力に応じて所定の演算を行い、傾斜角を演算算出する工程と、被検物に対する次の測定状態の実現とを繰り返して、所望の測定領域における傾斜角分布を求めるステップである。
The “start step” is a step for realizing a measurement start state for the set specimen.
In the “measurement step”, a beam is emitted from the light source, a predetermined calculation is performed according to the light reception output of the light receiving means, an inclination angle is calculated and calculated, and the realization of the next measurement state for the test object is repeated. This is a step of obtaining a tilt angle distribution in a desired measurement region.

「表示ステップ」は、測定ステップで求められた結果を表示するステップである。
この請求項22記載の記録媒体における測定ステップは「傾斜角分布に基づき、光学面の曲率半径分布および/または曲率分布を演算により算出する工程」を有することができる(請求項23)。
“Display step” is a step of displaying the result obtained in the measurement step.
The measurement step in the recording medium according to claim 22 can include a “step of calculating the curvature radius distribution and / or the curvature distribution of the optical surface based on the tilt angle distribution by calculation” (claim 23).

請求項22または23記載の記録媒体における測定ステップは「傾斜角分布に基づき、光学面の平均曲率半径分布および/または平均曲率分布を演算により算出する工程」を有することができる(請求項24)。   The measurement step in the recording medium according to claim 22 or 23 can include a step of calculating an average curvature radius distribution and / or an average curvature distribution of an optical surface based on an inclination angle distribution by calculation (claim 24). .

上記請求項22〜24の任意の1に記載の形状測定方法における測定ステップは「予め入力された被検物の光学面の設計データと、実測結果との比較により、光学面の形状誤差を演算算出する工程」を有することができる(請求項25)。   The measurement step in the shape measuring method according to any one of claims 22 to 24 is “calculating the shape error of the optical surface by comparing the design data of the optical surface of the test object inputted in advance with the actual measurement result”. (Calculating step) ”(Claim 25).

以上に説明したように、この発明によれば、新規な形状測定方法・形状測定装置および記録媒体を実現できる。この発明の測定方法・装置では、従来の3次元座標測定と異なり、光学面の光学性能に直接関係する傾斜角分布を測定し、曲率分布等を演算算出するので、ゆるい精度でも高精度測定が可能である。
また、請求項2の測定方法や請求項12の測定装置では、光学面からの反射光が、光束形態を保存しつつ受光手段の受光面に受光されるので、「光学面から受光手段に至る光路上にレンズ等がある場合」と異なり、測定精度がレンズ等の性能に依存することがなく、精度の良い測定が可能である。
また、この発明の記録媒体には、この発明の形状測定方法の実施の工程がプログラム化されて記録されているので、形状測定装置のハードウエアを用意さえすれば、このハードウエアを記録媒体に記録されたプログラムで制御するのみで、この方法の形状測定方法を実施することができる。
As described above, according to the present invention, a novel shape measuring method / shape measuring apparatus and recording medium can be realized. Unlike the conventional three-dimensional coordinate measurement, the measurement method / apparatus of the present invention measures the inclination angle distribution directly related to the optical performance of the optical surface and calculates and calculates the curvature distribution, etc. Is possible.
Further, in the measuring method of claim 2 and the measuring apparatus of claim 12, the reflected light from the optical surface is received by the light receiving surface of the light receiving means while preserving the form of the light beam. Unlike the case where there is a lens or the like on the optical path, measurement accuracy does not depend on the performance of the lens or the like, and accurate measurement is possible.
In addition, since the steps for carrying out the shape measuring method of the present invention are programmed and recorded on the recording medium of the present invention, if the hardware of the shape measuring apparatus is prepared, this hardware can be used as the recording medium. The shape measurement method of this method can be implemented only by controlling with a recorded program.

以下、発明の実施の形態を説明する。
図1において、符号0は被検物、符号10は光源、符号12は光学ユニット、符号14は移動ステージ、符号16は受光装置、符号18は移動ステージ、符号20は制御演算手段をそれぞれ示している。
Embodiments of the invention will be described below.
In FIG. 1, reference numeral 0 is a test object, reference numeral 10 is a light source, reference numeral 12 is an optical unit, reference numeral 14 is a moving stage, reference numeral 16 is a light receiving device, reference numeral 18 is a moving stage, and reference numeral 20 is a control calculation means. Yes.

図に示された被検物0はレンズであり、その光学面SFの形状が測定の対象である。
説明の便宜上、x、y、z方向を図の如くに定める。y方向は図面に直交する方向である。被検物0は移動ステージ14に保持される。移動ステージ14は3次元ステージで、制御演算手段20の制御を受けて、被検物0をx、y、z方向に変位できるようになっている。
The test object 0 shown in the figure is a lens, and the shape of the optical surface SF is a measurement target.
For convenience of explanation, the x, y, and z directions are determined as shown in the figure. The y direction is a direction orthogonal to the drawing. The test object 0 is held on the moving stage 14. The moving stage 14 is a three-dimensional stage, and is capable of displacing the test object 0 in the x, y, and z directions under the control of the control calculation means 20.

光源10は、この実施の形態においてレーザ光源であるが、この測定装置は光の干渉を利用するものではないので、LEDや白色光源を適宜の形態にして用いることもできる。   The light source 10 is a laser light source in this embodiment, but since this measuring apparatus does not use light interference, an LED or a white light source can be used in an appropriate form.

光源10から放射されたビーム(レーザ光)は、光学ユニット12を介して被検物0の光学面SFに照射される。光学ユニット12は、光学面SFへ照射されるビームのビーム形態を調整するのに用いられる。   A beam (laser light) emitted from the light source 10 is applied to the optical surface SF of the test object 0 via the optical unit 12. The optical unit 12 is used to adjust the beam form of the beam irradiated to the optical surface SF.

光学面SFにより反射された反射光(正反射光)は、受光装置16の受光面に入射する。この実施の形態で、受光装置16はCCDによるエリアセンサであるが、他にポジションセンサや分割フォトダイオードを用いることができる。   The reflected light (regularly reflected light) reflected by the optical surface SF enters the light receiving surface of the light receiving device 16. In this embodiment, the light receiving device 16 is an area sensor using a CCD, but a position sensor or a divided photodiode can also be used.

受光装置16は、制御演算手段20により駆動制御され、その出力は制御演算手段20に入力する。受光素子16と制御演算手段20とは、この実施の形態において「受光手段」を構成している。   The light receiving device 16 is driven and controlled by the control arithmetic unit 20, and its output is input to the control arithmetic unit 20. The light receiving element 16 and the control calculation means 20 constitute a “light receiving means” in this embodiment.

受光装置16を保持する移動ステージ18は2次元ステージで、制御演算手段20の制御を受けて、受光装置16の受光面を「xy面」内で変位させる。   The moving stage 18 that holds the light receiving device 16 is a two-dimensional stage, and the light receiving surface of the light receiving device 16 is displaced within the “xy plane” under the control of the control calculation means 20.

移動ステージ14、18と制御演算手段20とはこの実施の形態において「変位手段」を構成する。   The moving stages 14 and 18 and the control calculation means 20 constitute “displacement means” in this embodiment.

制御演算手段20は、受光装置16からの入力情報に基づき、後述の如くして光学面SFの傾斜角:θを演算算出する。即ち、この実施の形態において制御演算手段20は「演算手段」をなす。制御演算手段20は、具体的にはコンピュータ等である。   Based on the input information from the light receiving device 16, the control calculation means 20 calculates and calculates the tilt angle θ of the optical surface SF as described later. That is, in this embodiment, the control calculation means 20 constitutes “calculation means”. The control calculation means 20 is specifically a computer or the like.

即ち、図1に示す形状測定装置は、被検物0を保持する保持手段14と、光源10と、この光源から射出させたビームを被検物の光学面SFに照射する光学ユニット12と、光学面により反射された反射光を受光する受光手段16、20と、被検物の光学面への、ビームの入射位置を相対的に変位させる変位手段14、20と、受光手段により受光された反射光の位置と、光学面と、ビームとの位置関係とに基づき、光学面SFの傾斜角:θの分布を演算算出する演算手段20とを有する(請求項11)。
また、受光手段16、20は「光学面により反射された反射光を直截的に受光」する(請求項12)。
That is, the shape measuring apparatus shown in FIG. 1 includes a holding unit 14 that holds the test object 0, a light source 10, an optical unit 12 that irradiates the optical surface SF of the test object with a beam emitted from the light source, and Light receiving means 16 and 20 for receiving the reflected light reflected by the optical surface, displacement means 14 and 20 for relatively displacing the incident position of the beam on the optical surface of the test object, and light received by the light receiving means. Based on the position of the reflected light, the optical surface, and the positional relationship between the beams, the calculation means 20 calculates and calculates the distribution of the inclination angle θ of the optical surface SF.
Further, the light receiving means 16 and 20 “directly receive the reflected light reflected by the optical surface” (claim 12).

以下、図1の装置による傾斜角分布の測定を説明する。光学面SFは、一般的には3次元的な形状を有するが、以下では説明の簡単のため、xz面内での形状:z=z(x)を考える。   Hereinafter, measurement of the inclination angle distribution by the apparatus of FIG. 1 will be described. The optical surface SF generally has a three-dimensional shape, but a shape in the xz plane: z = z (x) will be considered below for the sake of simplicity.

光学面SFによる反射光は、受光装置16の受光面に「2次元的な広がり」をもって入射するので、先ずは、受光面における反射光の入射位置を特定する必要がある。この実施の形態においては、受光装置がCCDによる2次元のエリアセンサであるので、以下の如くして入射位置の特定を行う。   Since the reflected light from the optical surface SF is incident on the light receiving surface of the light receiving device 16 with “two-dimensional spread”, it is first necessary to specify the incident position of the reflected light on the light receiving surface. In this embodiment, since the light receiving device is a two-dimensional area sensor using a CCD, the incident position is specified as follows.

即ち、2次元ステージ18により2次元的に変位される受光装置16の受光面の「基準位置(例えば、受光面の中央位置)の座標」をX、Y(x、y方向に平行である)とする。
移動ステージ18の移動は制御演算手段20により制御されるので、上記座標:X、Yは、制御演算手段20中にデータとして存在する。
That is, the “coordinates of the reference position (for example, the center position of the light receiving surface)” of the light receiving surface of the light receiving device 16 that is two-dimensionally displaced by the two-dimensional stage 18 are parallel to X S , Y S (x, y direction). Yes).
Since the movement of the moving stage 18 is controlled by the control calculation means 20, the coordinates: X S and Y S exist as data in the control calculation means 20.

受光面の基準位置を原点として、x方向にξ座標を設定し、y方向にη座標を設定する。受光面は「微小受光面の密な集合」であるので、各微小受光面の座標は(ξ,η)で与えられる。 With the reference position of the light receiving surface as the origin, ξ coordinates are set in the x direction and η coordinates are set in the y direction. Since the light receiving surface is a “dense set of minute light receiving surfaces”, the coordinates of each minute light receiving surface are given by (ξ i , η j ).

このとき、受光面における反射光の入射位置は「受光面に入射する光束の重心」であるとする。即ち、入射位置の座標は周知の「重心解析」により求められる。   At this time, the incident position of the reflected light on the light receiving surface is assumed to be “the center of gravity of the light beam incident on the light receiving surface”. That is, the coordinates of the incident position are obtained by the well-known “centroid analysis”.

1例を説明すると、座標:(ξ,η)に入射する反射光の強度をPijとすると、重心のξ座標:ξは、
ξ=[Σξ{Σijη}]/Σijij
で与えられる。但し、この式において、「Σ」はiについての和、「Σ」はjについての和、「Σij」は、i、jについての和をとることを意味している。
To explain an example, if the intensity of the reflected light incident on the coordinates: (ξ i , η j ) is P ij , the ξ coordinates of the center of gravity: ξ G
ξ G = [Σ i ξ ij P ij η j }] / Σ ij P ij
Given in. In this equation, “Σ i ” means the sum for i, “Σ j ” means the sum for j, and “Σ ij ” means the sum for i and j.

同様に重心のη座標:ηは、
η=[Ση{Σijξ}]/Σijij
で与えられる。
Similarly, the η coordinate of the center of gravity: η G
η G = [Σ i η ij P ij ξ j }] / Σ ij P ij
Given in.

このように重心を定めると、図1に示す反射光束の「受光面への入射位置」のx座標:x(基準は、図のように照射ビームの主光線位置である)は、x=X+ξで与えられる。 When the center of gravity is determined in this way, the x coordinate of the “incident position on the light receiving surface” of the reflected light beam shown in FIG. 1: x (the reference is the principal ray position of the irradiation beam as shown in the figure) is x = X It is given by S + ξ G.

即ち、この実施の形態においては、受光手段の受光する反射光の重心を演算して、演算された重心の位置を反射光の受光手段への入射位置とする(請求項9)。   That is, in this embodiment, the center of gravity of the reflected light received by the light receiving means is calculated, and the calculated position of the center of gravity is set as the incident position of the reflected light to the light receiving means.

また、図における距離:Lは、受光装置16の受光面位置と「光学面SFにおけるビーム照射位置とのz方向の距離」を表し、この距離:Lは測定時に適宜に設定すると、制御演算手段20中にデータとして記憶される。   Further, the distance L in the figure represents the distance in the z direction between the light receiving surface position of the light receiving device 16 and the beam irradiation position on the optical surface SF. If this distance L is appropriately set at the time of measurement, the control calculation means 20 is stored as data.

さて、光学面SFのビーム照射位置における(xz面内における)傾斜角を、図の如く「θ」とすると、反射の法則に従い、反射光の反射角は「2θ」となるが、図の関係から明らかなように、反射光の入射位置:x、距離:L、角:2θの間には、関係:
tan2θ=x/L (1)
が成り立つ。
Now, if the inclination angle (in the xz plane) at the beam irradiation position of the optical surface SF is “θ” as shown in the figure, the reflection angle of the reflected light is “2θ” according to the law of reflection. As is clear from the relationship between the incident position of the reflected light: x, the distance: L, and the angle: 2θ:
tan2θ = x / L (1)
Holds.

これから、
2θ=arctan(x/L) (2)
が得られるので、傾斜角:θは、演算:
θ=0.5×arctan(x/L) (3)
により算出することができる。即ち、演算手段としての制御演算手段20は、上記重心解析により「ξ」を求め、Xとの和によりxを算出し、さらに、上記(3)式により傾斜角:θを算出する。即ち、傾斜角:θは、光学面SFへのビーム照射位置における傾斜角である。
from now on,
2θ = arctan (x / L) (2)
Is obtained, the inclination angle: θ is calculated:
θ = 0.5 × arctan (x / L) (3)
Can be calculated. That is, the arithmetic means as the control operation unit 20 of obtains the "xi] G" by the center of gravity analysis, calculates the x by the sum of the X S, further, the inclination angle by the equation (3): calculates a theta. That is, the inclination angle: θ is the inclination angle at the beam irradiation position on the optical surface SF.

制御演算手段20により移動ステージ14を制御して、被検物0をx方向へ所定の微小距離:Δxずつステップ的に変位させ、各ステップごとに受光装置16の受光面への反射光の入射位置:xを求め、傾斜角:θを求める工程を繰り返すことにより、光学面SFの「xz面に平行なある断面における傾斜角分布」を得ることができる。即ち、この場合に得られるのは、上記断面において、微小距離:Δxごとに変位する各ビーム照射位置における傾斜角の集合である。   The moving stage 14 is controlled by the control calculation means 20 to displace the test object 0 stepwise in the x direction by a predetermined minute distance: Δx, and the reflected light is incident on the light receiving surface of the light receiving device 16 at each step. By repeating the step of obtaining the position: x and obtaining the inclination angle: θ, the “inclination angle distribution in a cross section parallel to the xz plane” of the optical surface SF can be obtained. That is, in this case, what is obtained is a set of tilt angles at each beam irradiation position displaced by a minute distance: Δx in the cross section.

なお、光学面のz方向における高低差が「ある程度大きい」ときは、移動ステージ14により被検物0をx方向へ変位させるとき、同時に、被検物0をz方向にも変位させることにより、距離:Lを不変に保つようにするのが良い。被検物0の光学面のデータは設計データとして知られている場合が一般的であるから、この設計データを制御演算手段20に予め記憶させておくことにより、被検物0のx方向への微小距離変化:Δxに対する、z方向の微小変化:Δzを算出して移動ステージ14による被検物0のz方向への変位距離を制御すればよい。   When the height difference in the z direction of the optical surface is “somewhat large”, when the test object 0 is displaced in the x direction by the moving stage 14, simultaneously, the test object 0 is also displaced in the z direction, Distance: L should be kept unchanged. Since the data of the optical surface of the test object 0 is generally known as design data, the design data is stored in the control calculation means 20 in advance, so that the x-direction of the test object 0 is stored in the x direction. It is only necessary to calculate the minute change: Δz in the z direction with respect to the minute distance change: Δx, and to control the displacement distance of the test object 0 in the z direction by the moving stage 14.

別の方法として、移動ステージ14による被検物0の変位は、x方向のみとし、被検物0をz方向に変位させる代わりに、距離:Lを上記Δzで補正して演算を行うようにしてもよい。   As another method, the displacement of the test object 0 by the moving stage 14 is only in the x direction, and instead of displacing the test object 0 in the z direction, the calculation is performed by correcting the distance: L with the above Δz. May be.

上記の如くして光学面の「ある断面についての傾斜角分布」が求められたのち、必要に応じて、移動ステージ14により被検物0をy方向(図面に直交する方向)へ所望の距離だけ変位させ、上記のプロセスを繰り返せば、光学面の全体もしくは所望の部分について、傾斜角分布:(x,y,θ)を知ることができる。   After the “tilt angle distribution with respect to a certain cross section” of the optical surface is obtained as described above, the object 0 is moved to the y direction (direction orthogonal to the drawing) by the moving stage 14 as necessary. When the above process is repeated with the displacement, the tilt angle distribution (x, y, θ) can be known for the entire optical surface or a desired portion.

なお、ビーム照射位置における傾斜角:θの変化による、反射光の受光装置16への入射位置の変化が大きく、入射位置が、受光面からはみ出すような場合には、(前述の設計データに基づき)制御演算手段20により移動ステージ18を制御して、受光装置16をx、y方向へ変位させて、反射光の入射位置の変化に追従させるのが良い。
この場合、「変位手段」は、光学面SFへのビームの入射位置を(移動ステージ14により)変位させつつ、(移動ステージ18により)受光手段の位置を変位させる(請求項13)ことになる。
If the incident position of the reflected light on the light receiving device 16 changes greatly due to a change in the tilt angle: θ at the beam irradiation position and the incident position protrudes from the light receiving surface (based on the design data described above). It is preferable to control the moving stage 18 by the control calculation means 20 to displace the light receiving device 16 in the x and y directions so as to follow the change in the incident position of the reflected light.
In this case, the “displacement means” displaces the position of the light receiving means (by the moving stage 18) while displacing the incident position of the beam on the optical surface SF (by the moving stage 14) (claim 13). .

即ち、図1に実施の形態を示す形状測定装置では、光源10から出射したビームを被検物0の光学面SFに照射し、光学面SFからの反射光を、受光手段16の受光面に入射させ、受光手段により受光して、反射光の反射角:θを計測することにより、光学面SFの傾斜角分布を測定する形状測定方法(請求項1)が実施される。またこのとき、光学面SFからの反射光は「光束形態を保存しつつ、受光手段16の受光面に入射」する(請求項2)。   That is, in the shape measuring apparatus shown in FIG. 1, the beam emitted from the light source 10 is irradiated onto the optical surface SF of the test object 0 and the reflected light from the optical surface SF is applied to the light receiving surface of the light receiving means 16. A shape measuring method (claim 1) for measuring the inclination angle distribution of the optical surface SF is performed by making the light incident, receiving the light by the light receiving means, and measuring the reflection angle: θ of the reflected light. At this time, the reflected light from the optical surface SF “enters the light receiving surface of the light receiving means 16 while preserving the form of the light flux” (claim 2).

ここで、上記形状測定方法を具体的に評価してみる。L=200mm、位置検出分解能:Δx=1μm、被検物0の光学面SFの最大傾斜角:θMAXを30度とすると、最小分解能:0.5秒、ダイナミックレンジ(=最大傾斜角/最小分解能)=2.2×10となり、高精度かつ高ダイナミックレンジの測定が可能である。 Here, the shape measuring method will be specifically evaluated. L = 200 mm, position detection resolution: Δx = 1 μm, maximum inclination angle of optical surface SF of test object 0: θ MAX is 30 degrees, minimum resolution: 0.5 seconds, dynamic range (= maximum inclination angle / minimum Resolution) = 2.2 × 10 5 , and measurement with high accuracy and high dynamic range is possible.

上には、光学面SFのxy面内での傾斜角分布を測定する場合を説明したが、光学面SFからの反射光が受光装置16の受光面に入射するy方向の座標を検出するようにすれば、上記と同様にして、yz面内での傾斜角分布を測定することができる。移動ステージ18は2次元ステージであるので、反射光のy方向の入射位置(重心解析で求められる)を検出することは容易である。   The case where the inclination angle distribution in the xy plane of the optical surface SF is measured has been described above. However, the coordinate in the y direction where the reflected light from the optical surface SF enters the light receiving surface of the light receiving device 16 is detected. By doing so, the inclination angle distribution in the yz plane can be measured in the same manner as described above. Since the moving stage 18 is a two-dimensional stage, it is easy to detect the incident position of the reflected light in the y direction (obtained by centroid analysis).

従って、上記の如くして、反射光の入射位置のx位置とy位置とを同時に測定することにより、被検物0の光学面SFの、2軸方向に対する独立した傾斜角分布を測定する(請求項7)ことができる。   Therefore, as described above, by independently measuring the x position and the y position of the incident position of the reflected light, an independent inclination angle distribution with respect to the biaxial direction of the optical surface SF of the test object 0 is measured ( Claim 7).

上のように、光学面の傾斜角分布が測定できると、この結果に基づき、曲率分布や曲率半径分布、さらには、平均曲率分布や平均曲率半径分布を演算により算出することができる。以下、これを説明する。   As described above, if the inclination angle distribution of the optical surface can be measured, based on this result, the curvature distribution and the curvature radius distribution, and further the average curvature distribution and the average curvature radius distribution can be calculated. This will be described below.

光学面SFの面位置を特定する座標を、X(図1におけるx方向に平行),Y(図1におけるy方向に平行)とする。これらの座標:X,Yは、図1において、光学面SFが光学ユニット12からのビームにより照射される位置であり、移動ステージ14を制御する制御演算手段20のデータとして特定される。   The coordinates specifying the surface position of the optical surface SF are X (parallel to the x direction in FIG. 1) and Y (parallel to the y direction in FIG. 1). These coordinates: X, Y are positions where the optical surface SF is irradiated by the beam from the optical unit 12 in FIG. 1 and are specified as data of the control calculation means 20 that controls the moving stage 14.

上記座標:X,Yにおける傾斜角を、X方向につき、θ(X,Y)、Y方向につき、θ(X,Y)とする。 The inclination angles at the coordinates: X and Y are θ X (X, Y) in the X direction and θ Y (X, Y) in the Y direction.

光学面SFの3次元形状を「Z(X,Y)」、座標:X,Yにおける光学面のXZ面内における曲率半径を「R(X,Y)」、YZ面内における曲率半径を「R(X,Y)」とすると、これらは周知の如く、
(X,Y)={1+(∂Z/∂X)3/2/(∂Z/∂X) (4)
(X,Y)={1+(∂Z/∂Y)3/2/(∂Z/∂Y) (5)
で定義される。
The three-dimensional shape of the optical surface SF is “Z (X, Y)”, the curvature radius of the optical surface in the XZ plane at coordinates: X, Y is “R X (X, Y)”, and the radius of curvature in the YZ plane is As “R Y (X, Y)”, these are well known,
R X (X, Y) = {1+ (∂Z / ∂X) 2} 3/2 / (∂ 2 Z / ∂X 2) (4)
R Y (X, Y) = {1+ (∂Z / ∂Y) 2} 3/2 / (∂ 2 Z / ∂Y 2) (5)
Defined by

(4)式において、
∂Z/∂X=tanθ(X,Y) (6)
Z/∂X=∂tanθ(X,Y)/∂X (7)
であり、(5)式において、
∂Z/∂Y=tanθ(X,Y) (8)
Z/∂Y=∂tanθ(X,Y)/∂Y (9)
であるから、前述の如くして測定された傾斜角分布:θ(X,Y)に基づき、(6)式および(7)式により「∂Z/∂Xと∂Z/∂X」を演算し、その結果を用いて(4)式の右辺を演算すれば、測定対象である光学面の任意の面位置:X,Yにおける曲率半径;R(X,Y)を算出できるので、このような演算を各位置:X,Yに対して行うことにより、曲率半径分布:R(X,Y)を得ることができる。
In the equation (4),
∂Z / ∂X = tan θ X (X, Y) (6)
2 Z / ∂ X 2 = ∂ tan θ X (X, Y) / ∂ X (7)
And in equation (5):
∂Z / ∂Y = tan θ Y (X, Y) (8)
2 Z / ∂ Y 2 = ∂ tan θ Y (X, Y) / ∂ Y (9)
Since it is, the inclination angle distribution was measured as described above: theta X (X, Y) based on, (6) and (7) ∂ as "∂Z / ∂X by formula 2 Z / ∂X 2 ”And the right side of the equation (4) is calculated using the result, the radius of curvature of the optical surface to be measured: X, Y curvature radius; R X (X, Y) can be calculated. Therefore, the curvature radius distribution: R X (X, Y) can be obtained by performing such calculation for each position: X, Y.

同様に、傾斜角分布:θ(X,Y)に基づき、(8)式および(9)式により「∂Z/∂Yと∂Z/∂Y」を演算し、その結果を用いて(5)式の右辺を演算すれば、光学面の任意の面位置:X,Yにおける曲率半径;R(X,Y)を算出できるので、このような演算を各位置:X,Yに対して行うことにより、曲率半径分布:R(X,Y)を得ることができる。 Similarly, the inclination angle distribution: theta Y (X, Y) based on, (8) and (9) calculating the "∂Z / ∂Y and ∂ 2 Z / ∂Y 2" by equation using the result If the right side of equation (5) is calculated, the radius of curvature at any surface position: X, Y of the optical surface: R Y (X, Y) can be calculated. Is performed, it is possible to obtain a curvature radius distribution: R Y (X, Y).

曲率:Cは曲率半径:Rの逆数であるから、XZ面内の曲率分布:C(X,Y)、YZ面内の曲率分布:C(X,Y)は、それぞれ演算:
(X,Y)=1/R(X,Y)=(∂Z/∂X)/{1+(∂Z/∂X)}3/2 (10)
(X,Y)=1/R(X,Y)=(∂Z/∂Y)/{1+(∂Z/∂Y)}3/2 (11)
により算出することができる。
Since the curvature: C is the reciprocal of the radius of curvature: R, the curvature distribution in the XZ plane: C X (X, Y) and the curvature distribution in the YZ plane: C Y (X, Y) are respectively calculated:
C X (X, Y) = 1 / R X (X, Y) = (∂ 2 Z / ∂X 2) / {1+ (∂Z / ∂X) 2} 3/2 (10)
C Y (X, Y) = 1 / R Y (X, Y) = (∂ 2 Z / ∂ Y 2 ) / {1+ (∂ Z / ∂ Y) 2 } 3/2 (11)
Can be calculated.

即ち、図1に即して実施の形態を説明した形状測定装置において、制御演算手段20が、式(4)〜(9)もしくは式(6)〜(11)の演算を行うように構成したものは、請求項19記載の形状測定装置の実施の1形態となる。   That is, in the shape measuring apparatus whose embodiment has been described with reference to FIG. 1, the control calculation means 20 is configured to perform the calculations of the equations (4) to (9) or the equations (6) to (11). This is an embodiment of the shape measuring apparatus according to claim 19.

そしてこのような形状測定装置では、測定された傾斜角分布に基づき、光学面の曲率半径分布および/または曲率分布を演算により算出する形状測定方法(請求項3)が実施されることになる。   And in such a shape measuring apparatus, the shape measuring method (Claim 3) which calculates the curvature radius distribution and / or curvature distribution of an optical surface based on the measured inclination-angle distribution is implemented.

上記の如く、X,Yの2軸方向に対し、それぞれ独立した傾斜角分布:θ(X,Y)、θ(X,Y)を測定することは、被検物0の光学面SFの曲率が2軸方向に異なる場合に特に有効である。 As described above, measuring the inclination angle distributions θ X (X, Y) and θ Y (X, Y) independent of each other in the two X and Y axis directions means that the optical surface SF of the test object 0 is measured. This is particularly effective when the curvatures of are different in the biaxial directions.

レンズ面の傾斜角は、光学的には「射出光線の進行方向を決定する重要なファクタ」であるが、この発明の測定方法・装置によれば上記の如くして直接測定できる。また、光学面全体が偏心していると、傾斜角分布の測定結果が、設計値に対してバイアス成分をもつが、上記の如くして「基準に対するレンズ全体の偏心量」も測定できる。   The tilt angle of the lens surface is optically “an important factor for determining the traveling direction of the emitted light”, but can be directly measured as described above according to the measuring method and apparatus of the present invention. Further, if the entire optical surface is decentered, the measurement result of the inclination angle distribution has a bias component with respect to the design value. As described above, the “decenter amount of the entire lens with respect to the reference” can also be measured.

ところで、被検物0が光走査装置に用いられるfθレンズ等の走査レンズの場合、その光学性能を表す最も直截的な尺度は光学面の「曲率もしくは曲率半径を入射ビーム径内で平均した、平均曲率あるいは平均曲率半径の分布、即ち、平均曲率分布もしくは平均曲率半径分布」である。   By the way, when the test object 0 is a scanning lens such as an fθ lens used in an optical scanning device, the most straight-line scale representing the optical performance is “the curvature or radius of curvature of the optical surface averaged within the incident beam diameter. “Average curvature or distribution of average curvature radius, ie, average curvature distribution or average curvature radius distribution”.

このような平均曲率分布あるいは平均曲率半径分布は、上に説明した曲率分布や曲率半径分布が分かれば、これらに対して平均化演算を行うことにより得ることができる。しかし、そのような手順を踏まなくても、傾斜角分布から直接的に算出することもできる。   Such an average curvature distribution or average curvature radius distribution can be obtained by performing an averaging operation on the above-described curvature distribution and curvature radius distribution if they are known. However, it is also possible to calculate directly from the inclination angle distribution without following such a procedure.

傾斜角分布から曲率分布もしくは曲率半径分布を算出し、これら曲率分布等から平均曲率分布等を算出すると、実測される傾斜角分布に対し、演算走査が繰り返されるため、演算工程での誤差が集積される虞があるが、傾斜角分布から直接に平均曲率分布等を算出できれば、このような誤差の積み重ねを回避することができる。   When calculating the curvature distribution or the radius of curvature distribution from the inclination angle distribution and calculating the average curvature distribution from these curvature distributions, etc., the calculation scan is repeated for the actually measured inclination angle distribution, so errors in the calculation process are accumulated. However, if the average curvature distribution or the like can be calculated directly from the tilt angle distribution, such an accumulation of errors can be avoided.

簡単のために、光学面の形状を座標:Xのみの関数:Z(X)として説明すると、座標:Xの区間:[a,b]内における平均曲率:<C(a:b)>は、定義により、
<C(a:b)>=∫abC(X)dX/(b-a) (12)
である。なお「∫ab」は、積分の上限がbで下限がaであることを表す。
For the sake of simplicity, the shape of the optical surface will be described as coordinates: X-only function: Z (X). The average curvature in the section of coordinates: X: [a, b]: <C (a: b)> is , By definition
<C (a: b)> = ∫ ab C (X) dX / (b-a) (12)
It is. “∫ ab ” represents that the upper limit of integration is b and the lower limit is a.

式(10)を、Xのみの変数に簡単化して、
C(X)=1/R(X)=(dZ/dX)/{1+(dZ/dX)}3/2 (13)
として、上記(12)式に代入し、積分を実行すると、次ぎの(14)式が得られる。
Simplify equation (10) to a variable of X only,
C (X) = 1 / R (X) = (d 2 Z / dX 2 ) / {1+ (dZ / dX) 2 } 3/2 (13)
As a result of substituting into the above equation (12) and executing integration, the following equation (14) is obtained.

<C(a:b)>
=[{Z’(b)/√(1+Z’(b))}−{Z’(a)/√(1+Z’(a))}]/(b-a) (14)
ここに、Z'(a)=(dZ/dX)X=a、Z'(b)=(dZ/dX)X=bである。
<C (a: b)>
= [{Z ′ (b) / √ (1 + Z ′ (b) 2 )} − {Z ′ (a) / √ (1 + Z ′ (a) 2 )}] / (b−a) (14 )
Here, Z ′ (a) = (dZ / dX) X = a and Z ′ (b) = (dZ / dX) X = b .

dZ/dX=tanθ(X)であるから、(14)式を用いることにより、区間:[a,b]内における平均曲率:<C(a:b)>は、傾斜角分布:θ(X)から容易に算出できることになる。   Since dZ / dX = tan θ (X), by using the equation (14), the mean curvature in the section: [a, b]: <C (a: b)> is the inclination angle distribution: θ (X ) Can be easily calculated.

ここで、a=X−B/2、b=X+B/2とし、パラメータ:Bとして「走査光学系の光学面に入射する偏向ビームのビーム直径」を用いれば、当該光学面に入射するビームの面位置:X=Xにおける「平均曲率」が求められる。Xを偏向ビームの入射領域に亘って変化させれば、面位置ごとの平均曲率の集合として「平均曲率分布」が得られる。 Here, if a = X 0 −B / 2, b = X 0 + B / 2, and the parameter: B is “beam diameter of the deflected beam incident on the optical surface of the scanning optical system”, the light enters the optical surface. The surface position of the beam to be calculated: “average curvature” at X = X 0 is obtained. If X 0 is changed over the incident area of the deflected beam, an “average curvature distribution” is obtained as a set of average curvatures for each surface position.

上記平均曲率:<C(a:b)>に対応する平均曲率半径:<R(a:b)>は、定義によって<R(a:b)>=1/<C(a:b)>により算出することができる。Z=Z(X,Y)の場合も、上記と同様にして平均曲率分布や、平均曲率半径分布を算出することができる。   The average curvature radius corresponding to <C (a: b)>: <R (a: b)> is defined as <R (a: b)> = 1 / <C (a: b)> by definition. Can be calculated. In the case of Z = Z (X, Y), the average curvature distribution and the average curvature radius distribution can be calculated in the same manner as described above.

即ち、図1に実施の形態を説明した形状測定装置において、制御演算手段20で上記の平均曲率分布や平均曲率半径分布を演算算出するようにしたものは、請求項20記載の形状測定装置の実施の1形態となる。そして、このような実施の形態では「測定された傾斜角分布に基づき、光学面の平均曲率半径分布および/または平均曲率分布を演算により算出する」という請求項4記載の形状測定方法が実施される。   That is, in the shape measuring apparatus whose embodiment has been described with reference to FIG. 1, the control calculation means 20 calculates and calculates the average curvature distribution and the average curvature radius distribution of the shape measuring apparatus according to claim 20. This is one embodiment. In such an embodiment, the shape measuring method according to claim 4 is carried out, wherein “the average curvature radius distribution and / or the average curvature distribution of the optical surface is calculated based on the measured inclination angle distribution”. The

被検物0が試作レンズであるような場合、測定対象となる光学面の形状データは、設計値として予め知られている。従って、このような場合、設計データから光学面の形状データを予め、制御演算手段20に入力しておき、上に説明したようにして実測される傾斜角分布から得られる実際の光学面形状との差を演算することにより、試作レンズにおける光学面の形状誤差を容易に知ることができる。   When the test object 0 is a prototype lens, the shape data of the optical surface to be measured is known in advance as a design value. Therefore, in such a case, the optical surface shape data from the design data is input to the control calculation means 20 in advance, and the actual optical surface shape obtained from the inclination angle distribution measured as described above is used. By calculating the difference, it is possible to easily know the shape error of the optical surface in the prototype lens.

簡単のために、被検物の光学面の形状がZ(X)である場合、傾斜角分布:θ(X)が知れると、この傾斜角分布は、光学面の1次微分:dZ/dXと、関係:dZ/dX=tanθ(X)で結ばれているから、傾斜角分布:θ(X)からtanθ(X)を求め、これに対応する設計上のdZ/dX(設計データから得られる)との差:ΔZ’(X)=dZ/dX-dZ/dXを、変数:Xで積分した
ΔZ=∫ΔZ’ (X)dX (15)
を求めれば、これが「形状誤差」を与える。このようにして、μmオーダーの精度で、nmオーダーの「光学面のうねり(空間的に周期性をもった形状誤差)」を測定することが可能である。
For simplicity, when the shape of the optical surface of the test object is Z (X), if the tilt angle distribution: θ (X) is known, this tilt angle distribution is expressed by the first derivative of the optical surface: dZ / dX. Since the relationship: dZ / dX = tan θ (X), tan θ (X) is obtained from the inclination angle distribution: θ (X), and the corresponding design dZ 0 / dX (from the design data) Obtained): ΔZ ′ (X) = dZ / dX−dZ 0 / dX was integrated with variable: X
ΔZ = ∫ΔZ '(X) dX (15)
This gives a “shape error”. In this way, it is possible to measure “waviness of the optical surface (shape error having spatial periodicity)” with an accuracy of the order of μm.

このようにして知られた形状誤差に基づき、例えば、レンズ面成形用の金型の面を修正するなどして、容易に「設計データにより近い形状の光学面」を形成することが可能になる。測定対象としての被検物の光学面を「金型面」として、上述の如くして形状測定を行い、形状誤差を求めれば、設計上の金型面と実際の金型面との差を直截的に知ることもできる。   Based on the known shape error, for example, it is possible to easily form the “optical surface closer to the design data” by correcting the surface of the lens surface molding die. . By measuring the shape as described above using the optical surface of the object to be measured as the measurement object and determining the shape error, the difference between the design mold surface and the actual mold surface can be calculated. You can also know directly.

即ち、図1の実施の形態において、制御演算手段20が上記の「形状誤差」を演算できるようにしたものは、請求項19記載の形状測定装置の実施の1形態となるのであり、かかる形状測定装置では「被検物の光学面の設計データと、実測結果との比較により、光学面の形状誤差を演算算出する」という請求項8記載の形状測定方法が実施されることになる。   That is, in the embodiment of FIG. 1, the control calculation means 20 that can calculate the “shape error” is an embodiment of the shape measuring apparatus according to claim 19. The shape measuring method according to claim 8, wherein the measuring device calculates and calculates the shape error of the optical surface by comparing the design data of the optical surface of the test object with the actual measurement result.

また、図1に実施の形態を示した形状測定装置による測定の際には、被検物0の光学面SFと、この光学面にビームを照射する光学系10、12と、光学面による反射光を受光する受光手段16との相対的な位置関係が、制御手段20により自動的に制御されている(請求項10)。   Further, in the measurement by the shape measuring apparatus whose embodiment is shown in FIG. 1, the optical surface SF of the test object 0, the optical systems 10 and 12 for irradiating the optical surface with the beam, and the reflection by the optical surface. The relative positional relationship with the light receiving means 16 for receiving light is automatically controlled by the control means 20 (claim 10).

図2は、請求項14記載の形状測定装置の実施の1形態を、特徴部分のみ説明する図である。   FIG. 2 is a diagram for explaining only a characteristic part of an embodiment of the shape measuring apparatus according to claim 14.

図1に即して説明した実施の形態において、反射光が受光装置16の受光面に入射する位置を検出できるためには、受光装置16の受光面上に反射光が形成するスポットの大きさが、受光面の大きさより小さくなければならない。   In the embodiment described with reference to FIG. 1, in order to detect the position where the reflected light is incident on the light receiving surface of the light receiving device 16, the size of the spot formed by the reflected light on the light receiving surface of the light receiving device 16. However, it must be smaller than the size of the light receiving surface.

光学面が「平面に近い形状」や「緩い凹面や緩い凸面」であれば、光学面に照射ビームとして実質的な平行光束を照射しても、反射光の発散の程度は小さく、受光装置16の受光面で十分に受光することができるが、光学面が凸面である場合、その曲率半径が小さくなるに従い、反射光の発散の程度が大きくなり、受光装置16の受光面で反射光を受光しきれない場合が生じてしまう。   If the optical surface is “a shape close to a flat surface” or “a loose concave surface or a loose convex surface”, even if the optical surface is irradiated with a substantially parallel light beam as an irradiation beam, the degree of divergence of the reflected light is small, and the light receiving device 16 However, when the optical surface is convex, the degree of divergence of the reflected light increases as the radius of curvature decreases, and the reflected light is received by the light receiving surface of the light receiving device 16. The case where it cannot be done will arise.

請求項14記載の形状測定装置では、このような状況に対して適切に対処するために、光学ユニットに「光学面に照射されるビームの光学面位置でのビーム径および/または波面曲率半径を変化させる機能」を持たせている。このようにビーム径や波面曲率半径を、光学面の曲率に応じて調整することにより、反射光の発散の程度を制御でき、受光装置16の受光面で常に適正に反射光を受光することが可能になる。   In the shape measuring apparatus according to claim 14, in order to appropriately cope with such a situation, the optical unit is provided with “the beam diameter and / or the wavefront curvature radius at the optical surface position of the beam irradiated on the optical surface”. It has a function to change. In this way, by adjusting the beam diameter and the wavefront curvature radius according to the curvature of the optical surface, the degree of divergence of the reflected light can be controlled, and the reflected light can always be properly received by the light receiving surface of the light receiving device 16. It becomes possible.

図2に示す実施の形態においては、光学ユニット12Aに「光学面に照射されるビームの光学面位置でのビーム径および波面曲率半径を変化させる機能」を持たせている。   In the embodiment shown in FIG. 2, the optical unit 12A has a “function of changing the beam diameter and the wavefront curvature radius at the optical surface position of the beam irradiated on the optical surface”.

図2(a)において、光源10から放射されたレーザ光(平行ビーム)は、光学ユニット12Aに入射すると、先ず正レンズ121により集光されてピンホール122を通過する。次いで、コリメートレンズ123を透過することにより平行ビームにコリメートされる。コリメートレンズ123は焦点距離可変のズーム機構を有し、射出ビームのビーム径を変化させることができる。   In FIG. 2A, when the laser beam (parallel beam) emitted from the light source 10 enters the optical unit 12A, it is first condensed by the positive lens 121 and passes through the pinhole 122. Next, the light is collimated into a parallel beam by passing through the collimating lens 123. The collimating lens 123 has a zoom mechanism with a variable focal length, and can change the beam diameter of the exit beam.

コリメートレンズ123から射出した平行ビームは、アパーチャ124の開口を通過し、レンズ125により集光ビームに変換されて被検物0の光学面SFに照射される。   The parallel beam emitted from the collimating lens 123 passes through the opening of the aperture 124, is converted into a condensed beam by the lens 125, and is irradiated onto the optical surface SF of the test object 0.

レンズ125の焦点距離:fに対し、図示の距離:l3(レンズ125と光学面SFとの距離)を調整することにより、光学面SF上に所望の波面曲率半径を生成できる。   A desired wavefront curvature radius can be generated on the optical surface SF by adjusting the illustrated distance: 13 (the distance between the lens 125 and the optical surface SF) with respect to the focal length: f of the lens 125.

図においては、単一のレンズ125を示しているが、焦点距離の異なる複数種のレンズ(正レンズ・負レンズ)を、レンズ125とともに、例えばレボルバ式に切り換えられる構成とすれば、被検物0の光学面形状(曲率)の広い範囲に応じて、適切な正レンズを選択することができる。   In the drawing, a single lens 125 is shown. However, if a plurality of types of lenses (positive lens and negative lens) having different focal lengths can be switched together with the lens 125 to, for example, a revolver type, the test object An appropriate positive lens can be selected according to a wide range of 0 optical surface shape (curvature).

図2の例では、被検物0の光学面SFが凸面であるので、光学面を照射するビームの波面を「光学面SFと同じ向きの凸の波面」としている。光学面が凹面の場合には「光学面に向って凸の波面」とするのが良く、この場合は、レンズ125を、l3>fを満足するように配置するか、あるいは、レンズ125として負レンズを用いればよい。   In the example of FIG. 2, since the optical surface SF of the test object 0 is a convex surface, the wavefront of the beam that irradiates the optical surface is “a convex wavefront in the same direction as the optical surface SF”. When the optical surface is a concave surface, it is preferable to use a “wavefront convex toward the optical surface”. In this case, the lens 125 is arranged so as to satisfy l3> f, or the lens 125 is negative. A lens may be used.

図2の実施の形態において、受光装置16の受光面上に反射光が形成する光スポットのスポット径は、以下のように求めることができる。   In the embodiment of FIG. 2, the spot diameter of the light spot formed by the reflected light on the light receiving surface of the light receiving device 16 can be obtained as follows.

(a)レンズ125に入射する直前のビームの波面曲率半径:Rとレンズ125の焦点距離:fから式:
(1/R’)=(1/R)−(1/f) (16)
により、「レンズ125を透過した直後」のビームの波面曲率半径:R'を算出する。
(a) The wavefront curvature radius of the beam immediately before entering the lens 125: R and the focal length of the lens 125: f From the formula:
(1 / R ') = (1 / R)-(1 / f) (16)
To calculate the wavefront curvature radius R ′ of the beam “immediately after passing through the lens 125”.

(b)この波面曲率半径:R'と、ガウスビームのビーム半径:wとにより、ビームウエスト半径:wを、式:
=w/√{1+(πw/λR’)} (17)
により算出し、ビームウエスト位置zを、式:
=R’/{1+(λR’/πw} (18)
により算出する。なお、λはビームの波長である。
(B) From this wavefront radius of curvature: R ′ and the beam radius of the Gaussian beam: w, the beam waist radius: w 0 is given by the formula:
w 0 = w / √ {1+ (πw 2 / λR ′) 2 } (17)
The beam waist position z 0 is calculated by the following formula:
z 0 = R ′ / {1+ (λR ′ / πw 2 ) 2 } (18)
Calculated by Note that λ is the wavelength of the beam.

すると、ビームウエスト位置:zから距離:zだけ離れた位置におけるビーム半径:w(z)は、式:
w(z)=w [1+(λz/πw ] (19)
を満足し、ビームウエスト位置:zから距離:zだけ離れた位置における波面曲率半径:R(z)は、式:
R(z)=z{1+(πw /λz)} (20)
を満足する。従って、(19)からw(z)をもとめ、(20)式により、波面曲率半径:R(z)を求めることができる。
Then, the beam radius: w (z) at the position away from the beam waist position: z 0 by the distance: z is expressed by the following formula:
w (z) 2 = w 0 2 [1+ (λz / πw 0 2 ) 2 ] (19)
Is satisfied, and the wavefront radius of curvature R (z) at a position away from the beam waist position: z 0 by a distance z is represented by the formula:
R (z) = z {1+ (πw 0 2 / λz) 2 } (20)
Satisfied. Accordingly, w (z) is obtained from (19), and the wavefront radius of curvature: R (z) can be obtained from equation (20).

このR(z)において、zとして、光学面SFの位置のz座標を与えたものは、光学面SFに入射するビームの光学面SFの位置における波面曲率半径であり、この波面曲率半径を「Rin」と書くことにする(図2(b)参照)。また、同図に示すように、光学面SFの(ビーム入射位置における)曲率半径を「Rm」とし、光学面SFにより反射された反射光の反射直後の波面曲率半径を「Rout」とすると、これら曲率半径:Rin、Rm、Routの間には、関係:
(1/Rin)+(1/Rout)=1/Rm (21)
が成り立つので、この式に従って、反射光の上記波面曲率半径:Routを算出することができる。この波面曲率半径:Routが知れると、あとは、光学面SFと受光装置16の受光面との距離:l4が分かれば、受光面上における反射光のスポットの大きさを知ることができる。
In this R (z), the z coordinate of the position of the optical surface SF given as z is the wavefront curvature radius at the position of the optical surface SF of the beam incident on the optical surface SF, and this wavefront curvature radius is expressed as “ Rin "will be written (see FIG. 2B). Further, as shown in the figure, when the curvature radius (at the beam incident position) of the optical surface SF is “Rm” and the wavefront curvature radius immediately after reflection of the reflected light reflected by the optical surface SF is “Rout”, Between these radii of curvature: Rin, Rm, Rout:
(1 / Rin) + (1 / Rout) = 1 / Rm (21)
Therefore, according to this equation, the wavefront curvature radius Rout of the reflected light can be calculated. Once this wavefront radius of curvature: Rout is known, the size of the spot of the reflected light on the light receiving surface can be known if the distance: 14 between the optical surface SF and the light receiving surface of the light receiving device 16 is known.

1例として、光学面SFのビーム照射位置部分が「曲率半径:Rm=200mmの凸面」である場合、波長:λ=633nmの平行ビームがレンズ125にビーム半径:w=0.5mmで入射するものとし、レンズ125の焦点距離:f=120mm、レンズ125と光学面SFとの距離:l3=50mmとすると、光学面SFに入射するビームの波面曲率半径:Rin=70mm、ビーム半径:w=0.29mmとなり、受光装置16の受光面までの距離:l4(=L)=200mmでは、反射光のスポット径は0.29mmとなる。   As an example, when the beam irradiation position portion of the optical surface SF is a “convex surface having a radius of curvature: Rm = 200 mm”, a parallel beam having a wavelength: λ = 633 nm is incident on the lens 125 at a beam radius: w = 0.5 mm. Assuming that the focal length of the lens 125 is f = 120 mm and the distance between the lens 125 and the optical surface SF is l3 = 50 mm, the wavefront curvature radius of the beam incident on the optical surface SF: Rin = 70 mm, the beam radius: w = When the distance to the light receiving surface of the light receiving device 16 is 14 mm (= L) = 200 mm, the spot diameter of the reflected light is 0.29 mm.

このように形成される反射光の光スポットの入射位置を制御演算手段(コンピュータ)により重心位置として算出して決定する。受光装置のCCDのピッチは数μmであるので、重心位置を算出することでその1/10程度すなわちサブミクロンの分解能を得ることができる。   The incident position of the light spot of the reflected light formed in this way is calculated and determined as a gravity center position by a control calculation means (computer). Since the CCD pitch of the light receiving device is several μm, it is possible to obtain a resolution of about 1/10, that is, submicron by calculating the position of the center of gravity.

波面曲率半径:Routが、光学面SFと受光面との距離l4に等しければ、受光面上で反射光のスポット径は最小となり、最も良い。しかし、光学面の曲率半径:Rmや、距離:l4も測定中に異なる場合があるので、上記光スポットは受光面から「はみ出さない」程度の大きさであれば良い。   If the wavefront curvature radius: Rout is equal to the distance l4 between the optical surface SF and the light receiving surface, the spot diameter of the reflected light on the light receiving surface is the smallest and best. However, since the curvature radius of the optical surface: Rm and the distance: 14 may vary during the measurement, the light spot may be of a size that does not “extend” from the light receiving surface.

受光面上の光スポットの強度分布から、反射光の入射位置を重心解析で求めるには、受光面上の光スポット半径は、例えば0.5mm以下であることが望ましい。この場合(19)式より、ビームウエスト半径:wが0.01mmでは、受光面の位置に対する許容範囲(上記距離:l4に対する許容範囲)は±25mm、ビームウエスト半径:wが0.1mmのとき上記許容範囲は±243mm、ビームウエスト半径:wが0.2mmのとき許容範囲は±455mmとなり、この許容範囲内に受光面が位置していれば、上記光スポット半径:0.5mm以下を達成できる。 In order to obtain the incident position of the reflected light from the intensity distribution of the light spot on the light receiving surface by centroid analysis, the light spot radius on the light receiving surface is desirably 0.5 mm or less, for example. In this case, from equation (19), when the beam waist radius: w 0 is 0.01 mm, the allowable range for the position of the light receiving surface (the allowable range for the distance: 14) is ± 25 mm, and the beam waist radius: w 0 is 0.1 mm. when the allowable range ± 243mm, the beam waist radius: w 0 is allowable range when 0.2mm is ± 455 mm, and the long as to position the light receiving surface within the permissible range, the light spot radius: 0.5mm The following can be achieved:

「反射光の入射位置の位置決め」をより高精度に行うため、受光面上での光スポット半径を0.25mm以下とすると、ビームウエスト半径:wが0.01mmのとき許容範囲は±12mm、ビームウエスト半径:wが0.1mmのとき許容範囲は±114mm、ビームウエスト半径:wが0.2mmのとき許容範囲は±149mmとなる。 In order to perform “positioning of the incident position of the reflected light” with higher accuracy, if the light spot radius on the light receiving surface is 0.25 mm or less, the allowable range is ± 12 mm when the beam waist radius: w 0 is 0.01 mm. When the beam waist radius: w 0 is 0.1 mm, the allowable range is ± 114 mm, and when the beam waist radius: w 0 is 0.2 mm, the allowable range is ± 149 mm.

また、レンズ125と光学面SFとの距離:l3が、45〜60mmの範囲で変化すると、ビームウエスト位置は受光面から−74mm〜21mmの範囲で大きく変化するが、ビーム直径の変化の範囲は0.29〜0.35mm程度であり、上記入射位置を決定する精度には殆ど影響しない。従って、距離:l3の変動の範囲が15mm以内であれば傾斜角分布の精度には実質的な影響はない。   If the distance between the lens 125 and the optical surface SF: l3 changes within a range of 45 to 60 mm, the beam waist position changes greatly within a range of −74 mm to 21 mm from the light receiving surface, but the range of change of the beam diameter is as follows. It is about 0.29 to 0.35 mm, and hardly affects the accuracy of determining the incident position. Therefore, if the range of fluctuation of the distance: l3 is within 15 mm, there is no substantial influence on the accuracy of the inclination angle distribution.

上記の説明に従うと、例えば「レンズ125に入射する直前のビーム半径が0.5mm程度」の場合、このビーム半径は、He−Neレーザ等のガスレーザの出射直後のビーム径に相当し、このような場合、図2(a)における光学ユニット12Aにおけるレンズ121、123は不要となる。従って、光学ユニットはレンズ125のみでも実現できるから、光学ユニットは最小限1枚のレンズで構成することができる(図1は、この場合を示している)。   According to the above explanation, for example, when “the beam radius immediately before entering the lens 125 is about 0.5 mm”, this beam radius corresponds to the beam diameter immediately after emission of a gas laser such as a He—Ne laser, and so on. In this case, the lenses 121 and 123 in the optical unit 12A in FIG. Therefore, since the optical unit can be realized only by the lens 125, the optical unit can be constituted by at least one lens (FIG. 1 shows this case).

図2に即して上に説明した形状測定装置は従って、光学ユニット12Aが「光学面SFに照射されるビームの光学面位置での波面曲率半径を変化させる機能」を持ち(請求項14)、請求項5記載の測定方法が実施される。   Accordingly, in the shape measuring apparatus described above with reference to FIG. 2, the optical unit 12A has the function of “changing the wavefront curvature radius at the position of the optical surface of the beam irradiated to the optical surface SF” (claim 14). The measurement method according to claim 5 is performed.

次の例として、被検物0の光学面SFが、曲率半径:Rm=25mmの凸面の場合を考える。この場合には、前記距離:l3をどのように変えても、受光面上でのスポット径を1mm以下にできない。これは、小さな波面曲率半径:Rinを作ることができないためである。   As a next example, consider a case where the optical surface SF of the test object 0 is a convex surface with a radius of curvature: Rm = 25 mm. In this case, no matter how the distance 13 is changed, the spot diameter on the light receiving surface cannot be reduced to 1 mm or less. This is because a small wavefront curvature radius: Rin cannot be created.

この場合に対処する方法としては、以下の2方法が考えられる。第1の方法は、光学面SF上に照射されるビームの半径を、光学面状において3mmに変更する方法である。この場合、距離:l3=108mmとすると、波面曲率半径:Routは11.8mmとなり、受光面上のスポット径は0.34mmとなる。   The following two methods can be considered as a method for dealing with this case. The first method is a method of changing the radius of the beam irradiated onto the optical surface SF to 3 mm in the optical surface shape. In this case, if the distance: l3 = 108 mm, the wavefront radius of curvature: Rout is 11.8 mm, and the spot diameter on the light receiving surface is 0.34 mm.

第2の方法は、レンズ125として、焦点距離:f=25mmのものを用いる方法である。距離:l3=13.2mmとすると、波面曲率半径:Routは12.0mmとなり、受光面上のスポット径は0.34mmとなる。   The second method is a method using a lens 125 having a focal length of f = 25 mm. When the distance: l3 = 13.2 mm, the wavefront curvature radius: Rout is 12.0 mm, and the spot diameter on the light receiving surface is 0.34 mm.

即ち、このようにする場合は、光学ユニットは、光学面に照射されるビームの光学面位置でのビーム径を変化させる機能を持つことになり(請求項14)、請求項5記載の方法が実施されることになる。   That is, in this case, the optical unit has a function of changing the beam diameter at the position of the optical surface of the beam irradiated on the optical surface (claim 14), and the method according to claim 5 Will be implemented.

形状測定の対象である光学面の曲率が、X方向とY方向とで異なると、受光面上に入射する反射光のスポット形状が、例えば図2(c)に示すような具合に楕円形状となる。この場合、1方向で「ビームが細く」なるように光学系を調整し、1方向(例えば、X方向)の測定を行い、Y方向の曲率半径の測定は、再度光学系を調整し、この方向のスポット径が小さくなるようにして測定を行うと良い。   If the curvature of the optical surface that is the object of shape measurement is different between the X direction and the Y direction, the spot shape of the reflected light incident on the light receiving surface is, for example, an elliptical shape as shown in FIG. Become. In this case, the optical system is adjusted so that “the beam is thin” in one direction, the measurement is performed in one direction (for example, the X direction), and the measurement of the radius of curvature in the Y direction is performed by adjusting the optical system again. The measurement should be performed so that the spot diameter in the direction becomes smaller.

このようにする代わりに、光学ユニット12Aに「シリンダレンズ等のアナモフィックレンズ」を付加して、受光面上のスポット径上を「略円形状」にするようにしても良く、この場合には、2軸方向を同時に測定できる(請求項18、6、7)。   Instead of doing this, an “anamorphic lens such as a cylinder lens” may be added to the optical unit 12A so that the spot diameter on the light receiving surface is “substantially circular”. Biaxial directions can be measured simultaneously (claims 18, 6 and 7).

具体的には、レンズ125を、1方向(X方向)に関しては、前述の説明のようにして焦点距離:fと距離:l3を設計し、他の方向(Y方向)に関しては、Y方向に曲率を有するをシリンダレンズを付加的に配置して補正を行うようにすればよい。照射ビームの径をX、Y方向で変えたい場合は、アパーチャ124の開口部に矩形開口を用いても良い。   Specifically, the focal length: f and the distance: l3 are designed as described above for the lens 125 in one direction (X direction), and in the Y direction for the other direction (Y direction). A correction may be made by additionally arranging a cylinder lens having a curvature. When it is desired to change the diameter of the irradiation beam in the X and Y directions, a rectangular opening may be used as the opening of the aperture 124.

先に説明した図1の実施の形態の場合、光学面SFの傾斜角:θが0に近いと、光学面SFによる反射光の反射角:2θも小さく、受光装置の位置と光源・光学ユニットの配置位置とが相互に干渉しあうので、これら相互を分離する必要がある。   In the case of the embodiment shown in FIG. 1 described above, when the tilt angle: θ of the optical surface SF is close to 0, the reflection angle of reflected light by the optical surface SF: 2θ is also small, and the position of the light receiving device and the light source / optical unit Since these positions interfere with each other, it is necessary to separate them from each other.

この目的のためには、例えば、図3に要部を示す実施の形態のように、光学ユニット12からのビームを、ハーフミラー等のビームスプリッタ30を介して被検物0の光学面SFに照射させ、光学面SFによる反射光をビームスプリッタ30を介して受光手段の受光装置16に導くようにしてもよいし(請求項15)、図4に要部を示す実施の形態のように、保持手段14Aとして「被検物0の光学面SFを、照射されるビームの入射方向に対して所望の角だけ傾ける機能」を有するものを用いてもよい(請求項16)。   For this purpose, for example, as in the embodiment shown in FIG. 3, the beam from the optical unit 12 is applied to the optical surface SF of the test object 0 via the beam splitter 30 such as a half mirror. The reflected light from the optical surface SF may be guided to the light receiving device 16 of the light receiving means via the beam splitter 30 (Claim 15), or as shown in the embodiment shown in FIG. As the holding means 14A, one having “a function of tilting the optical surface SF of the test object 0 by a desired angle with respect to the incident direction of the irradiated beam” may be used.

図4のように、被検物0の光学面SFを照射ビームに対して相対的に傾けると、傾斜角の値自体が変わってくるが、最終的には「傾斜角の変化量」が曲率等の光学性能に影響を与えるファクタとなるので実用的な問題はない。上に説明したのは、光学面における傾斜角が微小な場合であったが、逆に光学面の傾斜角が45度を越えると、反射光は受光装置の受光面に入射しない。このような場合にも、被検物の光学面を傾けて測定することが有効である。   As shown in FIG. 4, when the optical surface SF of the test object 0 is tilted relative to the irradiation beam, the value of the tilt angle itself changes. Ultimately, the “change amount of the tilt angle” is the curvature. There is no practical problem because it is a factor that affects the optical performance. The case described above is the case where the tilt angle on the optical surface is very small. Conversely, if the tilt angle of the optical surface exceeds 45 degrees, the reflected light does not enter the light receiving surface of the light receiving device. Even in such a case, it is effective to measure by tilting the optical surface of the test object.

図5は、請求項17記載の形状測定装置の、実施の1形態の特徴部分を説明するための図である。請求項17記載の形状測定装置は、受光手段が、被検物0の光学面SFからの反射光の位置座標を、少なくとも2カ所で測定することを特徴とする。   FIG. 5 is a view for explaining the characteristic part of the first embodiment of the shape measuring apparatus according to claim 17. The shape measuring apparatus according to claim 17 is characterized in that the light receiving means measures the position coordinates of the reflected light from the optical surface SF of the test object 0 in at least two places.

図5の実施の形態において、(a)はxz面内で見た光学配置、(b)はyz面で見た光学配置である。反射光を2カ所で測定するため、受光手段に、受光装置16に加えて第2の受光装置17を配置している。受光装置16、17とも、図示されない変位手段によりxy面内で変位可能である。なお、図5において、符号HMはハーフミラーを示し、符号BMはハーフミラーに入射する照射用のビームを示している。   In the embodiment of FIG. 5, (a) is an optical arrangement viewed in the xz plane, and (b) is an optical arrangement viewed in the yz plane. In order to measure the reflected light at two locations, a second light receiving device 17 is disposed in the light receiving means in addition to the light receiving device 16. Both the light receiving devices 16 and 17 can be displaced in the xy plane by a displacement means (not shown). In FIG. 5, reference numeral HM indicates a half mirror, and reference numeral BM indicates an irradiation beam incident on the half mirror.

図5の実施の形態において、第2の受光装置17は「透過型フォトセンサ」である。このため、光学面SFによる反射光は、受光装置17を透過して受光装置17に入射する。受光装置17の透過位置が重心解析により決定される。このように、反射光の光路上の2点の座標を測定することにより、反射光の方向ベクトルを一義的に特定でき、図1の実施の形態に適用した場合、レンズ125と光学面SFとの距離:Lが不明でも、傾斜角を測定できる。   In the embodiment of FIG. 5, the second light receiving device 17 is a “transmissive photosensor”. For this reason, the reflected light from the optical surface SF passes through the light receiving device 17 and enters the light receiving device 17. The transmission position of the light receiving device 17 is determined by analyzing the center of gravity. Thus, by measuring the coordinates of two points on the optical path of the reflected light, the direction vector of the reflected light can be uniquely specified. When applied to the embodiment of FIG. 1, the lens 125, the optical surface SF, and Distance: The tilt angle can be measured even if L is unknown.

なお、図3〜図5の実施の形態においても、図2に即して説明した実施の形態の場合と同様、被検物の光学面に照射されるビームの、光学面照射位置におけるビーム径および/または波面曲率半径を調整し、あるいは、被検物の光学面に照射されるビームの波面をアナモフィックな波面とすることができることは言うまでもない。   In the embodiment of FIGS. 3 to 5 as well, the beam diameter at the optical surface irradiation position of the beam irradiated to the optical surface of the test object is the same as in the case of the embodiment described with reference to FIG. It goes without saying that the wavefront curvature radius can be adjusted and / or the wavefront of the beam applied to the optical surface of the test object can be an anamorphic wavefront.

図6及び図7に測定の実測値の例を示す。図6は、光学面をXZ面で(仮想的に)切断した「ある断面における曲率半径分布」を示している。図7は、ある光学面につき、2次元的な曲率半径分布を3次元俯瞰図として示したものである。   6 and 7 show examples of actual measurement values. FIG. 6 shows a “curvature radius distribution in a cross section” obtained by (virtually) cutting the optical surface along the XZ plane. FIG. 7 shows a two-dimensional curvature radius distribution as a three-dimensional overhead view for a certain optical surface.

図6に示す曲率半径分布は、光学性能、特に結像位置に直結する物理量であるが、この曲率半径がどのように分布しているかが一目でわかる。因みに、この光学面では、周辺で曲率が緩くなっているのがわかる。図7は、光学面全体の曲率半径分布が俯瞰でき、この例ではY方向に対して、X方向に曲率半径が大きく変化しているのが一目でわかる。   The radius-of-curvature distribution shown in FIG. 6 is a physical quantity directly linked to the optical performance, particularly the imaging position, and it can be seen at a glance how this radius of curvature is distributed. By the way, in this optical surface, it can be seen that the curvature is loose at the periphery. FIG. 7 shows an overview of the radius of curvature distribution of the entire optical surface. In this example, it can be seen at a glance that the radius of curvature changes greatly in the X direction with respect to the Y direction.

上に説明した実施の形態において、形状測定装置の各部の制御や演算は,制御演算手段20で行われ、制御演算手段20は具体的にはコンピュータ等である。   In the embodiment described above, control and calculation of each part of the shape measuring apparatus are performed by the control calculation means 20, and the control calculation means 20 is specifically a computer or the like.

このような場合、コンピュータとして実現される制御演算手段20における各制御をプログラム化して、CD等の記録媒体に記録することができる。   In such a case, each control in the control arithmetic means 20 realized as a computer can be programmed and recorded on a recording medium such as a CD.

図8に示すように、この記録媒体には、セットされた被検物に対する測定開始状態を実現する開始ステップ:ST1と、光源からビームを放射させ、受光手段の受光出力に応じて所定の演算を行い、傾斜角を演算算出する工程と、被検物に対する次の測定状態の実現とを繰り返して、所望の測定領域における傾斜角分布を求める測定ステップ:ST2と、測定ステップで求められた結果を表示する表示ステップ:ST3とが、プログラムとして記録される。   As shown in FIG. 8, in this recording medium, a start step ST1 for realizing a measurement start state for the set specimen: a beam is emitted from the light source, and a predetermined calculation is performed according to the light reception output of the light receiving means. The step of calculating the inclination angle and the realization of the next measurement state for the test object are repeated to obtain the inclination angle distribution in the desired measurement region: ST2, and the result obtained in the measurement step The display step of displaying: ST3 is recorded as a program.

開始ステップ:ST1には、被検物を保持手段にセットすべき旨の表示を行い、それに応じて被検物がセットされると、被検物の光学面の設計データを入力するべき旨の表示を行い、設計データの入力が行われると被検物を測定開始ポジションに位置させる工程が、制御プログラムとして記録される。   Start step: In ST1, a message indicating that the test object should be set on the holding means is displayed. When the test object is set accordingly, design data on the optical surface of the test object should be input. When the display is performed and the design data is input, the step of positioning the test object at the measurement start position is recorded as a control program.

測定ステップ:ST2には、上の実施の各形態で説明したようなプロセス、即ち、照射ビームに対する被検物の変位、受光装置の変位、光源の点滅、受光装置からの出力に基づく重心解析、傾斜角の算出、照射ビームの波面曲率半径やビーム径の調整、曲率半径分布や曲率分布の演算算出、平均曲率分布や平均曲率半径分布の算出、さらには光学面の形状誤差の算出等を行う工程が、プログラム化されて記録される。   Measurement step: ST2 includes processes as described in the above embodiments, that is, the displacement of the test object with respect to the irradiation beam, the displacement of the light receiving device, the blinking of the light source, the center of gravity analysis based on the output from the light receiving device, Calculation of tilt angle, adjustment of wavefront curvature radius and beam diameter of irradiation beam, calculation calculation of curvature radius distribution and curvature distribution, calculation of average curvature distribution and average curvature radius distribution, calculation of optical surface shape error, etc. The process is programmed and recorded.

そして、表示ステップ:ST3には、測定ステップ:ST2において、演算された各種の測定結果を所定のアウトプット様式(数値データや、図6、図7のようなイメージデータ等)で表示する工程が、プログラム化されて記録される。   The display step ST3 includes a step of displaying various measurement results calculated in the measurement step ST2 in a predetermined output format (numerical data, image data as shown in FIGS. 6 and 7). , Programmed and recorded.

従って例えば、制御演算装置としてコンピュータを用い、図1のようなハードウエアを構成し、上記記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータに読み込ませれば、この発明の形状測定装置を構成することができ、この発明の形状測定方法を実施することができる。   Therefore, for example, if a computer is used as the control arithmetic device, the hardware as shown in FIG. 1 is configured, and the program recorded on the recording medium is read into the computer, the shape measuring device of the present invention can be configured. The shape measuring method of this invention can be implemented.

形状測定装置の実施の1形態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating one Embodiment of a shape measuring apparatus. 形状測定装置の実施の別形態を特徴部分のみ説明するための図である。It is a figure for demonstrating only another characteristic part of another form of implementation of a shape measuring apparatus. 形状測定装置の実施の他の形態を特徴部分のみ説明するための図である。It is a figure for demonstrating only another feature part of another form of implementation of a shape measuring apparatus. 形状測定装置の実施の他の形態を特徴部分のみ説明するための図である。It is a figure for demonstrating only another feature part of another form of implementation of a shape measuring apparatus. 形状測定装置の実施の他の形態を特徴部分のみ説明するための図である。It is a figure for demonstrating only another feature part of another form of implementation of a shape measuring apparatus. この発明の形状測定装置で実測された曲率半径分布の1例を示す図である。It is a figure which shows one example of curvature radius distribution measured with the shape measuring apparatus of this invention. この発明の形状測定装置で実測された曲率半径分布の1例を3次元俯瞰図として示す図である。It is a figure which shows one example of the curvature radius distribution measured with the shape measuring apparatus of this invention as a three-dimensional bird's-eye view. 記録媒体に記録されるステップを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the step recorded on a recording medium.

符号の説明Explanation of symbols

0 被検物
SF 光学面
10 光源
12 光学ユニット
16 受光装置
0 Test object SF Optical surface 10 Light source 12 Optical unit 16 Light receiving device

Claims (25)

光源から出射したビームを被検物の光学面に照射し、上記光学面からの反射光を、受光手段の受光面に入射させ、上記受光手段により受光して、上記反射光の反射角を計測することにより、上記光学面の傾斜角分布を測定することを特徴とする光学面の形状測定方法。   The beam emitted from the light source is irradiated onto the optical surface of the object to be measured, the reflected light from the optical surface is incident on the light receiving surface of the light receiving means, and is received by the light receiving means to measure the reflection angle of the reflected light. By measuring the inclination angle distribution of the optical surface, a method for measuring the shape of the optical surface is provided. 光源から出射したビームを被検物の光学面に照射し、上記光学面からの反射光を、光束形態を保存しつつ受光手段の受光面に入射させ、上記受光手段により受光して、上記反射光の反射角を計測することにより、上記光学面の傾斜角分布を測定することを特徴とする光学面の形状測定方法。   The beam emitted from the light source is irradiated onto the optical surface of the test object, and the reflected light from the optical surface is incident on the light receiving surface of the light receiving means while preserving the form of the light beam. A method for measuring the shape of an optical surface, comprising measuring an inclination angle distribution of the optical surface by measuring a reflection angle of light. 請求項1または2記載の形状測定方法において、
測定された傾斜角分布に基づき、光学面の曲率半径分布および/または曲率分布を演算により算出することを特徴とする形状測定方法。
In the shape measuring method according to claim 1 or 2,
A shape measuring method characterized by calculating a radius of curvature distribution and / or a curvature distribution of an optical surface based on a measured inclination angle distribution.
請求項1または2または3記載の形状測定方法において、
測定された傾斜角分布に基づき、光学面の平均曲率半径分布および/または平均曲率分布を演算により算出することを特徴とする形状測定方法。
The shape measuring method according to claim 1, 2 or 3,
A shape measuring method characterized by calculating an average curvature radius distribution and / or an average curvature distribution of an optical surface based on a measured inclination angle distribution.
請求項1または2または3または4記載の形状測定方法において、
被検物の光学面に照射されるビームの、光学面照射位置におけるビーム径および/または波面曲率半径を調整することを特徴とする形状測定方法。
In the shape measuring method according to claim 1 or 2 or 3 or 4,
A shape measuring method comprising adjusting a beam diameter and / or a wavefront curvature radius at an optical surface irradiation position of a beam irradiated on an optical surface of a test object.
請求項1〜5の任意の1に記載の形状測定方法において、
被検物の光学面に照射されるビームの波面をアナモフィックな波面とすることを特徴とする形状測定方法。
In the shape measuring method according to any one of claims 1 to 5,
A shape measuring method, wherein a wavefront of a beam irradiated on an optical surface of a test object is an anamorphic wavefront.
請求項1〜6の任意の1に記載の形状測定方法において、
被検物の光学面の、2軸方向に対する独立した傾斜角分布を測定することを特徴とする形状測定方法。
The shape measuring method according to any one of claims 1 to 6,
A shape measuring method comprising measuring an independent inclination angle distribution with respect to a biaxial direction of an optical surface of a test object.
請求項1〜7の任意の1に記載の形状測定方法において、
被検物の光学面の設計データと、実測結果との比較により、上記光学面の形状誤差を演算算出することを特徴とする形状測定方法。
In the shape measuring method according to any one of claims 1 to 7,
A shape measuring method, comprising: calculating and calculating a shape error of the optical surface by comparing design data of the optical surface of the test object with an actual measurement result.
請求項1〜8の任意の1に記載の形状測定方法において、
受光手段の受光する反射光の重心を演算して、演算された重心の位置を上記反射光の受光手段への入射位置とすることを特徴とする形状測定方法。
In the shape measuring method according to any one of claims 1 to 8,
A shape measuring method characterized by calculating the center of gravity of reflected light received by the light receiving means, and setting the calculated position of the center of gravity as the incident position of the reflected light to the light receiving means.
請求項1〜9の任意の1に記載の形状測定方法において、
被検物の光学面と、この光学面にビームを照射する光学系と、上記光学面による反射光を受光する受光手段との相対的な位置関係を、制御手段により自動的に制御することを特徴とする形状測定方法。
In the shape measuring method according to any one of claims 1 to 9,
The relative positional relationship between the optical surface of the test object, the optical system that irradiates the optical surface with the beam, and the light receiving means that receives the reflected light from the optical surface is automatically controlled by the control means. A characteristic shape measurement method.
請求項1記載の形状測定方法を実施する装置であって、
被検物を保持する保持手段と、
光源と、
この光源から射出させたビームを被検物の光学面に照射する光学ユニットと、
上記光学面により反射された反射光を受光する受光手段と、
上記被検物の光学面への、上記ビームの入射位置を相対的に変位させる変位手段と、
上記受光手段により受光された反射光の位置と、上記光学面と、上記ビームとの位置関係とに基づき、上記光学面の傾斜角分布を演算算出する演算手段とを有することを特徴とする形状測定装置。
An apparatus for carrying out the shape measuring method according to claim 1,
Holding means for holding the test object;
A light source;
An optical unit for irradiating the optical surface of the test object with the beam emitted from the light source;
A light receiving means for receiving the reflected light reflected by the optical surface;
Displacement means for relatively displacing the incident position of the beam on the optical surface of the test object;
A shape having an arithmetic means for calculating and calculating a tilt angle distribution of the optical surface based on a position of reflected light received by the light receiving means, a positional relationship between the optical surface and the beam. measuring device.
請求項2記載の形状測定方法を実施する装置であって、
被検物を保持する保持手段と、
光源と、
この光源から射出させたビームを被検物の光学面に照射する光学ユニットと、
上記光学面により反射された反射光を直截的に受光する受光手段と、
上記被検物の光学面への、上記ビームの入射位置を相対的に変位させる変位手段と、
上記受光手段により受光された反射光の位置と、上記光学面と、上記ビームとの位置関係とに基づき、上記光学面の傾斜角分布を演算算出する演算手段とを有することを特徴とする形状測定装置。
An apparatus for carrying out the shape measuring method according to claim 2,
Holding means for holding the test object;
A light source;
An optical unit for irradiating the optical surface of the test object with the beam emitted from the light source;
A light receiving means for directly receiving the reflected light reflected by the optical surface;
Displacement means for relatively displacing the incident position of the beam on the optical surface of the test object;
A shape having an arithmetic means for calculating and calculating a tilt angle distribution of the optical surface based on a position of reflected light received by the light receiving means, a positional relationship between the optical surface and the beam. measuring device.
請求項11または12記載の形状測定装置において、
変位手段が、光学面へのビームの入射位置を変位させつつ、受光手段の位置を変位させることを特徴とする形状測定装置。
The shape measuring apparatus according to claim 11 or 12,
A shape measuring apparatus characterized in that the displacement means displaces the position of the light receiving means while displacing the incident position of the beam on the optical surface.
請求項11または12または13記載の形状測定装置において、
光学ユニットが、光学面に照射されるビームの光学面位置でのビーム径および/または波面曲率半径を変化させる機能を持つことを特徴とする形状測定装置。
The shape measuring apparatus according to claim 11, 12 or 13,
An optical unit has a function of changing a beam diameter and / or a wavefront curvature radius at an optical surface position of a beam irradiated on an optical surface.
請求項11〜14の任意の1に記載の形状測定装置において、
光学ユニットからのビームをビームスプリッタを介して被検物の光学面に照射させ、上記光学面による反射光を上記ビームスプリッタを介して受光手段に導くことを特徴とする形状測定装置。
In the shape measuring apparatus according to any one of claims 11 to 14,
A shape measuring apparatus for irradiating an optical surface of a test object with a beam from an optical unit via a beam splitter, and guiding reflected light from the optical surface to a light receiving means via the beam splitter.
請求項11〜14の任意の1に記載の形状測定装置において、
保持手段が、被検物の光学面を、照射されるビームの入射方向に対して所望の角だけ傾ける機能を有することを特徴とする形状測定装置。
In the shape measuring apparatus according to any one of claims 11 to 14,
The shape measuring apparatus, wherein the holding means has a function of tilting the optical surface of the test object by a desired angle with respect to the incident direction of the irradiated beam.
請求項11〜16の任意の1に記載の形状測定装置において、
受光手段が、被検物の光学面からの反射光の位置座標を、少なくとも2カ所で測定することを特徴とする形状測定装置。
In the shape measuring apparatus according to any one of claims 11 to 16,
A shape measuring apparatus, wherein the light receiving means measures the position coordinates of the reflected light from the optical surface of the test object at at least two locations.
請求項11〜17の任意の1に記載の形状測定装置において、
光学ユニットが、照射用のビームにアナモフィックな波面を生成するためのアナモフィック光学素子を使用可能であることを特徴とする形状測定装置。
The shape measuring apparatus according to any one of claims 11 to 17,
An optical unit can use an anamorphic optical element for generating an anamorphic wavefront in an irradiation beam.
請求項11〜18の任意の1に記載の形状測定装置において、
演算手段が、測定された傾斜角分布に基づき、光学面の曲率半径分布および/または曲率分布を演算により算出する機能を有することを特徴とする形状測定装置。
In the shape measuring apparatus according to any one of claims 11 to 18,
A shape measuring apparatus, wherein the calculation means has a function of calculating a curvature radius distribution and / or a curvature distribution of an optical surface based on a measured inclination angle distribution.
請求項11〜19の任意の1に記載の形状測定装置において、
演算手段が、測定された傾斜角分布に基づき、光学面の平均曲率半径分布および/または平均曲率分布を演算により算出する機能を有することを特徴とする形状測定装置。
In the shape measuring apparatus according to any one of claims 11 to 19,
A shape measuring apparatus, wherein the calculation means has a function of calculating an average curvature radius distribution and / or an average curvature distribution of an optical surface based on a measured inclination angle distribution.
請求項11〜20の任意の1に記載の形状測定装置において、
演算手段が、予め入力された被検物の光学面の設計データと、実測結果との比較により、上記光学面の形状誤差を演算算出する機能を有することを特徴とする形状測定装置。
In the shape measuring apparatus according to any one of claims 11 to 20,
A shape measuring apparatus, wherein the calculating means has a function of calculating and calculating the shape error of the optical surface by comparing the design data of the optical surface of the test object inputted in advance with the actual measurement result.
請求項11または12記載の形状測定装置を制御するためのプログラムを記録した記録媒体であって、
セットされた被検物に対する測定開始状態を実現する開始ステップと、
光源からビームを放射させ、受光手段の受光出力に応じて所定の演算を行い、傾斜角を演算算出する工程と、被検物に対する次の測定状態の実現とを繰り返して、所望の測定領域における傾斜角分布を求める測定ステップと、
測定ステップで求められた結果を表示する表示ステップとを、プログラムとして記録された記録媒体。
A recording medium recording a program for controlling the shape measuring apparatus according to claim 11 or 12,
A start step for realizing a measurement start state for the set specimen;
A beam is emitted from the light source, a predetermined calculation is performed according to the light reception output of the light receiving means, and the step of calculating the tilt angle and the realization of the next measurement state for the test object are repeated, and in a desired measurement region A measurement step for obtaining a tilt angle distribution;
A recording medium in which a display step for displaying a result obtained in the measurement step is recorded as a program.
請求項22記載の記録媒体において、
測定ステップが、傾斜角分布に基づき、光学面の曲率半径分布および/または曲率分布を演算により算出する工程を有することを特徴とする記録媒体。
The recording medium according to claim 22, wherein
A recording medium comprising a step of calculating a curvature radius distribution and / or a curvature distribution of an optical surface by calculation based on an inclination angle distribution.
請求項22または23記載の記録媒体において、
測定ステップが、傾斜角分布に基づき、光学面の平均曲率半径分布および/または平均曲率分布を、演算により算出する工程を有することを特徴とする記録媒体。
The recording medium according to claim 22 or 23,
A recording medium comprising a step of calculating an average curvature radius distribution and / or an average curvature distribution of an optical surface by calculation based on an inclination angle distribution.
請求項22〜24の任意の1に記載の形状測定方法において、
測定ステップが、予め入力された被検物の光学面の設計データと、実測結果との比較により、上記光学面の形状誤差を演算算出する工程を有することを特徴とする記録媒体。
In the shape measuring method according to any one of claims 22 to 24,
A recording medium characterized in that the measuring step includes a step of calculating and calculating the shape error of the optical surface by comparing the design data of the optical surface of the test object inputted in advance with the actual measurement result.
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