JP3010786B2 - 非球面測定方法 - Google Patents

非球面測定方法

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  • Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は非球面測定方法に関連
し、特に非球面形状誤差を機械的取付誤差により発生す
る平行偏心及び回転偏心を除去した状態で評価するよう
なデータ処理方法を用いた非球面測定方法に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】光学系の高精度化、コンパクト化にとも
ない非球面はますますその応用分野を広げつつある。従
来、非球面の形状を測定する際の面の偏心成分、即ち平
行偏心と回転偏心による軸ずれは測定前に測定装置に対
する被測定物の機械的な軸を人間が微細調整を行うこと
によって補正を行っていた。また面としての軸ずれに関
しては従来は各断面の評価のみで、面全体としての評価
は特に考慮されていなかった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
例で非球面測定物の軸ずれを人手によって機械的に除去
するには熟練した作業を要求され、時間がかかるという
欠点がある。この結果として得られる測定結果も再現性
が悪かった。また断面を測定する従来の方法で面全体に
ついて3次元的に評価することは事実上不可能であっ
た。
【0004】本発明は上述の問題点を解決するため、非
球面形状の測定結果から平行偏心量及び回転偏心量を計
算機によって自動的に算出することを可能とし、人手に
よる手間を無くした非球面測定方法の提供を目的とす
る。
【0005】更に本発明では複数個の断面の各偏心量か
ら面全体としての軸ずれを計算によって決定することを
特徴としており、これにより面全体としての形状評価も
可能とした非球面測定方法の提供を目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の非球面測定方法
は、非球面の測定、検査を行なう際、測定デ−タに含ま
れる回転及び平行偏心誤差を設計データと比較し測定値
の補正を行なう非球面測定方法において、非球面形状設
計値と参照球面の各々の傾き即ち微分値が等しくなる点
で平行偏心の補正を行なうことを特徴としている。
【0007】
【実施例】図1、図2は非球面レンズ形状測定装置で採
取されたデータを処理する本発明に係る計算処理のフロ
ーチャート、図3は本発明に係る非球面レンズ形状測定
装置の概略図である。
【0008】図中、被検物体である非球面レンズ30は
被検物のホールダ8にマウントされており、割り出し軸
モータ9と旋回軸モータ2,3により非球面測定の非接
触式プローブに対して移動できる様になっている。従来
熟練を要したのは、この部分に被検物体である非球面レ
ンズをセットすることであった。
【0009】一方、非球面形状を測定するセンサ部は1
0〜20に示される部分である。非接触プローブ20は
非球面レンズ30の表面に合焦させることによって形状
を測定する。その際のプローブの動きが微動スライド移
動機構18,19と、粗動スライド移動機構13,14
によって検出される。12は粗動スライド用の移動モー
タ、11はセンサヘッド部を載せた定盤である。
【0010】以上のような測定系のハードウェアから得
られるデータの処理について図1、図2を用いて説明す
る。測定を開始するとまずステップS1では非球面形状
に関する諸データ、即ち合焦状態検出器50、傾斜角検
出器51、微動スライド移動量検出器53、粗動スライ
ド移動量検出器55、被検物の位置を示す旋回角検出器
57からのデータを制御コンピュータ60を介してデー
タ処理コンピュータ61に処理データとして入力する。
【0011】この状態での測定値と設計値との関係を図
4に示す。図中実線302で示されているのが設計値、
破線304で示されているのが測定値である。実際の測
定値には平行偏心も回転偏心も含まれているため、一般
には図4で示されているような複雑な関係となる。非球
面形状の設計値302の頂点311と被測定物の有効径
309,310を通過する円を参照球面303とする
と、非球面設計値の軸301と測定した非球面304の
軸306の軸ずれ量は回転偏心αb 307と平行偏心α
a 308に分解される。2つの成分への分解は図4に示
した様に、参照球面303の中心305を中心として設
計値の軸を測定値の軸と平行となる位置まで回転した時
の回転量αb と、回転後の設計値の軸に垂直な方向の成
分として残る平行偏心αa として定義される。
【0012】非球面形状を正確に評価するためには上記
の2つの偏心量を除去しなければならない。ところで非
球面形状は頂点311以外に参照球面と、傾き即ち微分
値が等しくなる点が左右に必ず存在する。本実施例では
微分値が等しくなる点における設計値と測定値の差分中
には回転偏心による誤差が含まれず、平行偏心による誤
差のみとなることに着目する。
【0013】図1、図2のステップS2ではまず初めに
上記の微分値の等しくなる点を平行偏心を計算する演算
の初期ポイントとし、平行偏心量を計算する。次にステ
ップS3ではステップS2とは異なるポイント例えば設
計値と測定値の差分が回転偏心によって最も大きく現れ
る点を演算ポイントとして選び、回転偏心量の計算を行
う。この二つの初期ポイントより算出された平行偏心量
及び回転偏心量は真の値とは少し異なっている。初期値
として平行偏心量αsa(1)=0、回転偏心量αsb(1)=
0として算出された回転及び平行偏心量αa、αbをそれ
ぞれ足し込む。さらに、αa、αbによって次の演算ポイ
ントを補正する。
【0014】ステップS4、S5では求められた誤差量
αa ,αb が所定の許容量A,B以内に入ったかどうか
の判断が行われ、Noの場合にはステップS2〜5のル
ープを繰り返す。次々に算出されるαa ,αb が前のル
ープでの偏心量の出発値αsa(1)、αsb(1)に加え
られて補正が行われる。ステップS2〜S5のループを
抜けた時のαsa(1)、αsb(1)が第1の断面での偏
心量演算結果となる。ステップS2〜S5までのループ
はいわゆる収束法と呼ばれる演算の手法である。
【0015】ステップS6は計算する断面数のチェック
を行う部分である。αsa,αsbの中の引数は測定断面の
番号を表わすパラメータで、計算を行った断面数があら
かじめ定められた測定断面数Na に達したかどうかが判
断される。NoであればステップS7で断面番号の引数
を1つ加えて、次の断面の偏心量を計算すべくステップ
S2〜S6を繰り返す。
【0016】ステップS6がYesの場合に進むステッ
プS8は、測定が1断面のみであるか、多断面の測定な
のかの判断の部分である。1断面のみの場合にはステッ
プS9で断面の測定データから求められた偏心量α
sa(1)、αsb(1)を用いて測定データを補正し、計
算を終了する。また多断面測定の場合にはステップ各断
面で求められた偏心量の間の相関から面全体としての形
状を求めるためステップS10〜S14に進む。
【0017】ステップS10、S11に至った段階は各
断面の平行偏心量αsa(1)〜αsa(Na)及び回転偏心
量αsb(1)〜αsb(Na)がそれぞれ独立に求められた
状態である。これらのデータより面としての平行偏心量
d とその方向Sr、回転偏心量Rd とその方向Rr をF
FTの第1項を演算する方法で算出する。これが非球面
全体の形状を考慮した場合の平行偏心並びに回転偏心の
軸である。
【0018】次のステップS12、S13はステップS
10、S11で求められた面全体としての軸ずれを改め
て各断面の成分に分解し、各断面における真の平行偏心
量{αsan(1)〜αsan(Na)}、及び真の回転偏心量
{αsbn(1)〜αsbn(Na)}を計算する部分である。次
いでステップS14においてステップS12、S13で
求めた偏心誤差より各断面の測定データを補正し、処理
が終了する。補正された測定データと偏心量は図3に示
されたプロッタ63、プリンタ64等の出力デバイスに
よって断面形状、あるいは面としての表示が行われる。
【0019】本実施例では被測定物体をマウントに保持
したままの状態で複数の断面の測定を行うことが可能で
あるため、測定断面間の相互関係から総合的に面全体と
しての平行偏心、回転偏心を計算処理し、決定すること
ができる。この結果、非球面の形状を正確な偏心データ
で除去した状態で評価することが可能となった。
【0020】図1、図2に示した本発明の実施例1では
ステップS2、S3において平行及び回転偏心量を参照
球面の中心を原点とする極座標系で考えた。しかしなが
ら偏心量を求める手法はこのほかにも種々考えられる。
例えば本発明の実施例2として示すのは、偏心量の検出
をxyの直交座標系で行うものである。直交座標系での
偏心量の考え方を示す概念図を図5に示す。
【0021】図5で401は非球面の設計値、402は
測定による入力データである。この場合、回転による軸
ずれはαb 406となるが、平行偏心成分は単純な軸ず
れでなく測定範囲405がαa 407だけ、設計範囲4
03を反映した被検物上での設計範囲404に対しずれ
ることとなって現れる。そこで本実施例2では各断面に
ついて測定値fn と設計値Fn から δ=Σ(fn ーFn)2 を計算し、δが最小となる条件を満たす平行偏心量αa
及び回転偏心量αb を求めることを特徴としている。こ
の条件は Lagrange の未定定数法でαa 及びαbでδを
偏微分した連立方程式より、いわゆる減衰最小2乗法に
よって算出することができる。
【0022】各断面の平行及び回転偏心量を計算し終え
た段階は図1、図2の計算フローチャートのステップS
6の状態であるが、これより以降は実施例1と同様であ
る。
【0023】以上本発明の非球面測定法では (イ)測定が極座標方式か、直交座標方式か。
【0024】(ロ)計算法が収束法か、減衰最小自乗法
か。また図3の測定系では非接触のプローブを持った測
定センサを示したが、これは勿論接触型のものでも構わ
ず、従って第3のパラメータとして (ハ)プローブが接触法か、非接触法か。といった選択
肢がある。本発明はこれらのどの組み合わせでも実施す
ることができる。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように本発明では従来熟練
した人手に頼っていた非球面形状測定を、自動測定する
とともに、測定時の被測定物の軸ずれ補正を計算機によ
って統計的かつ自動的に行うことを特徴としている。自
動化の結果、長時間を要した検査時間を大幅に短縮する
ことが可能となった。また本発明では長時間と熟練を要
した軸ずれ補正の作業を基本的に削除することができる
ため、装置の取り扱いが容易となり、測定の再現性を向
上させることができた。
【0026】更に本発明では測定を自動的、かつ連続的
に行うことで複数個の面を測定し、相互に関係付けなが
らデータ処理を行うことが可能となった。この結果、こ
れまで個々の断面としてしか処理できなかった非球面形
状を面全体の3次元的な視点から総合的に評価すること
が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例1のフローチャート
【図2】 本発明の実施例1のフローチャート
【図3】 本発明を適用した非球面測定装置のブロック
【図4】 測定値の設計値に対する偏心関係を極座標系
で示した概念図
【図5】 測定値の設計値に対する偏心関係を直交座標
系で示した概念図
【符号の説明】
2,3 旋回軸モータ 8 被検物のホールダ 9 割り出し軸モータ 11 定盤 12 粗動モータ 13,14 粗動スライド機構 18,19 微動スライド機構 20 測定プローブ 30 被検物体 50 合焦状態検出器 51 傾斜角検出器 52 サーボドライバ 53 微動スライド移動量検出器 54 粗動モータドライバ 55 粗動スライド移動量検出器 56 旋回軸モータドライバ 57 旋回角検出器 58 割り出し軸モータドライバ 59 走査盤 60 制御コンピュータ 61 データ処理コンピュータ 62 ディスク 63 プロッタ 64 プリンタ 301 非球面設計値の軸 302,401 設計値 303 参照球面 304,402 測定値 305 設計値の参照球面の中心 306 測定非球面の軸 307,406 回転偏心量 308,407 平行偏心量 311 設計値の頂点 403,404 設計範囲 405 測定範囲
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 津吹 憲治 東京都港区三田3−9−7 キヤノンソ フトウェア株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−48407(JP,A) 特開 昭63−252207(JP,A) 特開 平3−156305(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 11/00 - 11/30

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 非球面の測定、検査を行なう際、測定デ
    −タに含まれる回転及び平行偏心誤差を設計データと比
    較し測定値の補正を行なう非球面測定方法において、非
    球面形状設計値と参照球面の各々の傾き即ち微分値が等
    しくなる点で平行偏心の補正を行なうことを特徴とする
    非球面測定方法。
  2. 【請求項2】 非球面の測定を同時に複数個の断面に対
    し行い、該複数個の断面から独立に求められた各回転及
    び平行偏心量より、該非球面全体としての回転及び平行
    偏心量を求め、前記求められた面全体としての偏心量よ
    り該複数個の断面の測定データを補正することを特徴と
    した非球面測定方法。
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