JP3111589B2 - 形状測定法および形状測定システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学レンズ等の形状測
定法および形状測定システムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】干渉計によって光学的な面の形状誤差を
測定する場合、基準面との相対測定を行うのが一般的で
ある。基準面の面精度（ＰＶとする）は、ＰＶ＝λ／１
０からλ／２０（例えば、干渉計用として良く使われる
Ｈｅ−Ｎｅレ−ザ−の場合、λ＝６３３ｎｍ）が多く、
それより高精度な測定を行なうには絶対形状の測定が必
要となる。

【０００３】従来のこの種の測定法としては、以下に示
すものがある。

【０００４】１つの方法は、図２，３に示すものであ
る。測定対象物である被検レンズＭ２の表面形状を求め
る、この形状測定システムは、レ−ザ光源１と、撮像素
子２と、半透鏡３と、コリメ−ティングレンズ（フィゾ
−レンズ）Ｌ，Ｍ１とを有する。そして、被検レンズＭ
２による反射波面と、コリメーティングレンズＭ１によ
る参照波面とを干渉させ、その干渉稿パターンにより、
被検レンズＭ２の形状誤差を測定するものである。測定
は以下の手順で行なわれる。

【０００５】なお、説明の簡略化のために、Ｆｒｏｎｔ
Ｏｐｔｉｃｓの収差は、ゼロとしている。

【０００６】（１）図２（ａ）に示す状態で測定を行な
う。この時のコリメ−ティングレンズ（フィゾ−レン
ズ）Ｌ，Ｍ１、被検レンズＭ２の回転位置を０°とす
る。この時に測定される形状誤差は、Ｆ０（０°におけ
るコリメ−ティングレンズＭ１の形状誤差）＋Ｈ０（０
°における被検レンズＭ２の形状誤差）である。

【０００７】（２）図２（ｂ）に示す状態（被検レンズ
のみを光軸の回りに１８０°回転させた状態）で測定を
行なう。この時のコリメ−ティングレンズＬ，Ｍ１の回
転位置は０°である。この時に測定される形状誤差は、
Ｆ０（０°におけるコリメ−ティングレンズＭ１の形状
誤差）＋Ｈ１８０（１８０°における被検レンズＭ２の
形状誤差）である。このデ−タを計算により、１８０°
回転させることにより、Ｆ１８０（１８０°におけるコ
リメ−ティングレンズＭ１の形状誤差）＋Ｈ０（０°に
おける被検レンズＭ２の形状誤差）を得る。

【０００８】（３）図３に示す状態（被検レンズＭ２を
外し、コリメ−ティングレンズＬ，Ｍ１の焦点位置にミ
ラ−４を置いた状態）で測定を行なう。この時のコリメ
−ティングレンズＬ，Ｍ１の回転位置は０°である。こ
の時に測定される形状誤差は、コリメ−ティングレンズ
Ｌ，Ｍ１の形状誤差のみであり、Ｆ０（０°におけるコ
リメ−ティングレンズＭ１の形状誤差）＋Ｆ１８０（１
８０°におけるコリメ−ティングレンズＭ１の形状誤
差）である。

【０００９】（４）（１）と（２）のデ−タの差を求め
ることにより、Ｆ０（０°におけるコリメ−ティングレ
ンズＭ１の形状誤差）−Ｆ１８０（１８０°におけるコ
リメ−ティングレンズＭ１の形状誤差）を得る。この結
果と、（３）のデ−タとを加えることにより、Ｆ０を得
る。このＦ０を（１）の結果と引き算をすることによ
り、Ｈ０（０°における被検レンズＭ２の形状誤差）を
得る。

【００１０】この方法の問題点は、システム全体のアラ
イメントを正確に維持したまま、被検レンズを正確に１
８０°回転させることと、ミラ−を設置しなければなら
ないことである。

【００１１】他のコリメ−ティングレンズＭ１の形状誤
差を求める方法として「波面平均化法」がある。この測
定法は明るいＦナンバーの被検レンズ４２を使用し、コ
リメ−ティングレンズ４１は変えずに被測定領域を変位
させて波面測定を複数回行なう。測定データを平均化す
ることにより、被検レンズ４２の形状誤差による測定へ
の影響を減少させコリメ−ティングレンズ４１の面形状
を求めることができる。この方法は、被検レンズ４２の
形状誤差がランダムであることを仮定している。図４
は、この測定法の原理を表す図である。測定データＷＫ
を平均すると式１のようになる。

【００１２】

【数１】

【００１３】被検レンズ４２の面形状ＷＴＫを変化させ
ながら、測定回数ｎを増やしてゆくと式１の右辺第２項
は零に近づくので、コリメ−ティングレンズ４１の面形
状ＷＲが求められる。

【００１４】この方法は、コリメーティングレンズ４１
のＮＡより大きいＮＡの被検レンズ４２を準備し、その
被検レンズ４２を光軸に対して横ずらしさせる事によ
り、波面を平均化させ、コリメーティングレンズ４１が
有する参照球面の形状誤差を求めていた。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の技術
においては、測定対象物の形状が制限されるという問題
点があった。

【００１６】他の従来の技術においては、平均化するデ
ータの非一様性が必ず必要である。

【００１７】本発明の目的は、波面の平均化を一定パタ
ーン創成に用い、そのパターンを抽出すること（波面創
成抽出法）により、被検レンズの平均化の制限を緩和す
ることができる形状測定システムを提供することであ
る。

【００１８】

【課題を解決しようとする手段】上記問題点を解決する
為、測定対象物からの反射波面と、基準面による参照波
面とを干渉させ、その干渉稿パターンにより、該測定対
象物の形状を求める形状測定システムであって、該測定
対象物を第１の回転軸回りに、少なくとも１回転させる
回転手段と、回転させながら測定して得られた表面形状
デ−タを該基準面の形状誤差について平均して、該基準
面の形状誤差について第１の回転対称成分を求める第１
の回転対称成分検出手段と、該測定対象物を変位させて
から、該第１の回転軸回りに、少なくとも１回転させな
がら、測定して得られた表面形状デ−タを該基準面の形
状誤差について平均して、該基準面の形状誤差について
第２の回転対称成分を求める第２の回転対称成分検出手
段と、該第１の回転対称成分と該第２の回転対称成分よ
り、該測定対象物の形状誤差を含まない回転対称成分
（これを真の回転対称成分と呼ぶ）を、該第１の回転対
称成分または該第２の回転対称成分について求める真の
回転対称成分検出手段と、該真の回転対称成分と、該第
１の回転対称成分または該第２の回転対称成分のうち少
なくとも一方とより、該測定対象物の形状誤差を求める
形状誤差検出手段とを有することとしたものである。

【００１９】

【作用】本発明は、以下に定義する基準面の真の回転対
称成分（ＲＳ）、非回転対称成分（ＡＳ）により、測定
対象物の形状誤差を求めるものである。真の回転対称成
分（ＲＳ）、非回転対称成分（ＡＳ）の定義を図５の模
式図により説明する。図５において、Ｆ０は、基準面の
形状誤差の分布図を示す。測定対象物を回転させなが
ら、測定対象物上の各点での測定値を求め、それらを基
準面の形状誤差について平均したものがＲＳで示す回転
対称成分である。ＡＳで示す非回転対称成分は、Ｆ０−
ＲＳで定義される。

【００２０】測定対象物の形状誤差Ｈを求める手順は、
以下の通りである。

【００２１】（１）干渉縞パタ−ンＯＲを求める。これ
は、測定対象物の形状誤差Ｈ、基準面の真の回転対称成
分ＲＳ、基準面の非回転対称成分ＡＳの和である。

【００２２】（２）第１の回転対称成分検出手段は、回
転手段により回転させながら測定して得られた表面形状
デ−タをデ−タ処理により、実効的に、回転と逆向きに
回転させながら重ねあわせて、基準面の形状誤差を平均
して、第１の回転対称成分を求める。これは、測定対象
物の形状誤差Ｈと基準面の回転対称成分（ＲＳ１とす
る）の和である。

【００２３】（３）測定対象物を変位させる。第２の回
転対称成分検出手段は、測定対象物を第１の回転軸回り
に、少なくとも１回転させながら、測定して得られた表
面形状デ−タをデ−タ処理により、実効的に、回転と逆
向きに回転させながら重ねあわせて、基準面の形状誤差
を平均して第２の回転対称成分を求める。これは、測定
対象物の基準面の形状誤差Ｈと基準面の回転対称成分
（ＲＳ２とする）の和である。

【００２４】（４）真の回転対称成分検出手段は、第１
の回転対称成分と第２の回転対称成分より、測定対象物
の形状誤差を含まない回転対称成分（これを真の回転対
称成分と呼び、これは、ＲＳ１またはＲＳ２である）
を、第１の回転対称成分または第２の回転対称成分につ
いて求める。

【００２５】（５）形状誤差検出手段は、（２），
（３）で求めた真の回転対称成分と、第１の回転対称成
分または第２の回転対称成分のうち少なくとも一方とよ
り、測定対象物の形状誤差を求める。

【００２６】

【実施例】図６に本発明に係わる形状測定システムであ
るフィゾ−型干渉計システムを示す。本フィゾ−型干渉
計システムは、制御部８と、処理部１５と、レ−ザ光源
１と、撮像素子２と、半透鏡３と、コリメ−ティングレ
ンズ（フィゾ−レンズ）Ｌ，Ｍ３と、回転手段１４とを
有する。制御部８は、撮像素子２とレ−ザ光源１の制
御、および処理部１５とのデ−タのやり取りを行なう。
処理部１５は、図１に示すように、第１の回転対称成分
検出手段８１と、第２の回転対称成分検出手段８２と、
真の回転対称成分検出手段８３と、形状誤差検出手段８
４とを有する。処理部１５は、プログラム及びデ−タを
記憶するメモリ（図示しない）と、ＣＰＵ（図示しな
い）とを有する。

【００２７】ＣＰＵと、メモリとは、図１に示す第１の
回転対称成分検出手段８１と、第２の回転対称成分検出
手段８２と、真の回転対称成分検出手段８３と、形状誤
差検出手段８４との機能を実行する。

【００２８】回転手段１４は、被検レンズ１０を光軸回
りに回転させる。さらに、被検レンズ１０を回転手段１
４上で変位させて、図１０に示す位置に置いた後、回転
手段１４により、回転させる。

【００２９】そして、測定対象である被検レンズ１０に
よる反射波面と、フィゾ−レンズＭ３による参照波面と
を干渉させ、その干渉稿パターンにより、被検レンズ１
０の形状誤差を測定するものである。

【００３０】上記構成において、レーザ１から出射した
光は、半透鏡３に入射する。この光のうち、１部は、フ
ィゾ−レンズＭ３の基準面１６で反射されて、半透鏡３
に戻り上方に直進する。こうして撮像素子２に入射す
る。

【００３１】一方、フィゾ−レンズＬ，Ｍ３に入射した
光のうち、１部はフィゾ−レンズＬ，Ｍ３によって適当
な平面波とされて被検レンズ１０に入射する。そして、
ここで反射されて再びフィゾ−レンズＬ，Ｍ３を通り、
半透鏡３に戻り、上方に折り曲げられて撮像素子２に入
射する。

【００３２】このとき、被検レンズ１０の位置が調整さ
れて被検レンズ１０の形状とフィゾ−レンズＬ，Ｍ３が
作り出す平面波との形状が概略一致していれば、撮像素
子２上には充分な粗さの干渉縞が観測される。観測され
た干渉縞は被検レンズ１０の形状と球平面波との形状の
ズレ即ち波面収差の情報を与えており、縞１本が丁度レ
ーザ光源１からの光の波長λの半分のズレに等しくなっ
ている。

【００３３】従って、被検レンズ１０の形状が平面に近
い場合は、全体にわたって干渉縞の粗さが適当なものと
なって干渉縞パターンを解析する事により被検レンズ１
０の全体形状を一括で測定できる。

【００３４】測定は以下の手順で行なわれる。

【００３５】（１）コリメ−ティングレンズＬ，Ｍ３の
光軸（第１の回転軸）と被検レンズ１０の中心軸を一致
させた状態で干渉縞パタ−ンＯＲを求める。これは、被
検レンズ１０の形状誤差Ｈ、コリメ−ティングレンズＭ
３の回転対称成分ＲＳ１、非回転対称成分ＡＳの和であ
る。

【００３６】（２）上記の測定を、回転手段１４によ
り、被検レンズ１０を１回転させながら行ない、表面形
状デ−タを取る。第１の回転対称成分検出手段８１は、
回転手段１４により回転させながら測定して得られた表
面形状デ−タをデ−タ処理により実効的に、回転と逆向
きに回転させながら重ねあわせて、基準面１６の形状誤
差を平均して、第１の回転対称成分（図１０の１０１）
を求める。これは、被検レンズ１０の形状誤差Ｈとコリ
メ−ティングレンズＭ３の回転対称成分ＲＳ１の和であ
る。

【００３７】（３）被検レンズ１０を移動させる。第２
の回転対称成分検出手段８２は、被検レンズ１０を回転
手段１４により、第１の回転軸の回りに１回転させなが
ら、測定して得られた表面形状デ−タをデ−タ処理によ
り実効的に、回転と逆向きに回転させながら重ねあわせ
る。図１０の１０が回転の初期位置、１０´が９０°回
転させた位置を示す。さらに、基準面１６の形状誤差を
平均して、第２の回転対称成分（図１０の１０２）を求
める。これは、測定対象物の形状誤差Ｈとコリメ−ティ
ングレンズＭ３の回転対称成分ＲＳ２の和である。コリ
メ−ティングレンズＭ３の光軸と被検レンズ１０の中心
軸はずれているために、干渉縞は図１０に実線で示す部
分のみで測定される。

【００３８】（４）真の回転対称成分検出手段８３は、
第１の回転対称成分と第２の回転対称成分より、被検レ
ンズ１０の形状誤差Ｈを含まない回転対称成分（これを
真の回転対称成分と呼び、これは、ＲＳ１またはＲＳ２
である）を、第１の回転対称成分について求める。これ
を図１１により説明する。図１１に示す各リング上で回
転対称成分は、同一の値を取るので、それを図１１に示
すようにＲＳ１Ａ＋Ｈ，ＲＳ１Ｂ＋Ｈ，ＲＳ２Ａ＋Ｈ，
ＲＳ２Ｂ＋Ｈとする。第１の回転対称成分と第２の回転
対称成分の差を取ると、被検レンズ１０の形状誤差は、
消えて、交点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの値は、図９に示すように
なる。中心Ｏにおける第１の回転対称成分の値を基準に
すると、弧ＯＡ上の値は定数ＲＳ１Ｂという共通部分を
含むため、第２の回転対称成分の値がすべて決定する。

【００３９】また、点Ｃと点Ｄは、第１の回転対称成分
の値が同じであることを利用すると、弧ＯＡの代わりに
弧ＯＣ、弧ＤＢ上の値を使っても、第１の回転対称成分
の値がもとまる。

【００４０】さらに、別の求め方として、未知数がＲＳ
１Ａ，ＲＳ１Ｂ，ＲＳ２Ａ，ＲＳ２Ｂの４個、方程式が
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの値について、実質３個できることを利
用して、ＲＳ１Ａを基準としてＲＳ１Ｂ，ＲＳ２Ａ，Ｒ
Ｓ２Ｂの値を求めることもできる。

【００４１】こうして、形状誤差の回転対称成分が確定
する。この操作を被検レンズ１０全体について、行なえ
ば良い。

【００４２】（５）形状誤差検出手段８４は、（２）で
求めた第１の回転対称成分と、真の回転対称成分より、
被検レンズ１０の形状誤差を求める。

【００４３】次に、第２の実施例として、本発明をト−
リックレンズの形状誤差の測定に適用した例を示す。図
１４に本発明に係わる形状測定システムであるフィゾ−
型干渉計システムを示す。本フィゾ−型干渉計システム
は、ト−リックレンズ１８のト−リック面（直交する主
曲率半径をｒｘ，ｒｙとし、ｒｘ＜ｒｙとする）１４０
の形状を測定するものであり、制御部８と、処理部１５
と、レ−ザ光源１と、撮像素子２と、半透鏡３と、フィ
ゾ−レンズＬ，Ｍ１（ト−リック面１４０からの反射波
面と干渉させる参照波面を作る基準面１６０を有する）
と、ト−リック面１４０からの反射波面を反射する平面
ミラ−１９と、平面ミラ−１９からの反射波面を反射す
るシリンドリカルミラ−（曲率半径をＲｘとする）１７
とを有する。半透鏡３と、フィゾ−レンズＬ，Ｍ１は、
シリンドリカルミラ−１７からの反射波面と参照波面と
を干渉させる光学系である。

【００４４】本実施例では、基準面１６０と平面ミラ−
１９は、回転させずに、シリンドリカルミラ−１７とト
−リック面１４０を一体で回転させて、基準面１６０と
平面ミラ−１９の形状を基準として、シリンドリカルミ
ラ−１７とト−リック面１４０の形状を一体で求める。
シリンドリカルミラ−１７が充分な精度を有していれ
ば、ト−リック面の形状誤差が求まる。制御部８は、撮
像素子２とレ−ザ光源１の制御、および処理部１５との
デ−タのやり取りを行なう。処理部１５は、プログラム
及びデ−タを記憶するメモリ（図示しない）と、ＣＰＵ
（図示しない）とを有する。

【００４５】そして、測定対象であるト−リック面１４
０による反射波面と、フィゾ−レンズＭ１による参照波
面とを干渉させ、その干渉稿パターンにより、ト−リッ
ク面１４０の形状誤差を測定するものである。

【００４６】上記構成において、レーザ１から出射した
光は、半透鏡３に入射する。この光のうち、１部は、フ
ィゾ−レンズＭ１の基準面１６０で反射されて、半透鏡
３に戻り上方に直進する。こうして撮像素子２に入射す
る。

【００４７】一方、フィゾ−レンズＬ，Ｍ１に入射した
光のうち、１部は、図１５（図１４の側面図である）に
示すように、フィゾ−レンズＬ，Ｍ１によって適当な球
面波とされて、シリンドリカルミラ−１７、平面ミラ−
１９で反射されてト−リック面１４０に入射する。そし
て、ここで反射されて再び平面ミラ−１９、シリンドリ
カルミラ−１７で反射されて、フィゾ−レンズＬ，Ｍ１
を通り、半透鏡３に戻り、上方に折り曲げられて撮像素
子２に入射する。図１５のＡで示す領域が測定対象とな
る面領域である。干渉縞が観測できるための条件は、図
１５に示すように、ト−リック面１４０に入射する光線
が曲率中心４１から来たように、平面ミラ−１６０とシ
リンドリカルミラ−１７を配置すれば良い。従って、平
面ミラ−１６０とシリンドリカルミラ−１７の距離をＳ
とすると、基準面１６０の曲率中心が曲率ｒｘの中心と
一致することと、ＲｘがＳに等しくなることとｒｙ−ｒ
ｘ＝２・Ｓとが干渉する条件である。図１４，１５は、
この場合を示す。

【００４８】このとき、ト−リック面１４０の位置が調
整されて、ト−リック面１４０の形状と、シリンドリカ
ルミラ−１７、平面ミラ−１９、フィゾ−レンズＬ，Ｍ
１が作り出す波面との形状が概略一致していれば、撮像
素子２上には充分な粗さの干渉縞が観測される。観測さ
れた干渉縞はト−リック面１４０の形状と、シリンドリ
カルミラ−１７、平面ミラ−１９、フィゾ−レンズＬ，
Ｍ１が作り出す波面との形状のズレ即ち波面収差の情報
を与えており、縞１本が丁度レーザ光源１からの光の波
長λの半分のズレに等しくなっている。干渉縞ができな
いときは、ト−リック面は所定の形状でないことがわか
る。

【００４９】従って、ト−リック面１４０の形状が所定
の形状に近い場合は、全体にわたって干渉縞の粗さが適
当なものとなって干渉縞パターンを解析する事によりト
−リック面１４０の全体形状を一括で測定できる。

【００５０】図１６に図１５のＣ視から見た、干渉可能
領域をハッチングで示す。測定の方法としては、第１の
実施例と同様に行なえば良い。まず、図１４の光軸の回
りにシリンドリカルミラ−１７とト−リック面１４０を
一体で回転させて、第１の回転対称成分を求める。次
に、図１７に示すように、シリンドリカルミラ−１７と
ト−リック面１４０を一体で１７１を中心にして、変位
させる。次に、シリンドリカルミラ−１７とト−リック
面１４０を一体で光軸回りに回転させて、第２の回転対
称成分を求める。得られた結果を図１８に示す。このデ
−タより、半径分のデ−タを有する弧ＡＦ´上で回転対
称成分を求めれば良いが、デ−タは、細長い領域でのみ
得られているために以下のようにデ−タをつなげる。弧
ＡＢで回転対称成分をもとめた後、弧ＢＤ´の回転対称
成分＝弧ＣＤの回転対称成分を利用して弧ＣＤ上で回転
対称成分をもとめる。同様にして、弧Ｄ´Ｆ´の回転対
称成分＝弧ＥＦの回転対称成分より、弧ＥＦ上で回転対
称成分をもとめる。この後、シリンドリカルミラ−１７
とト−リック面１４０を一体で形状誤差を求める。

【００５１】次に第３の実施例を示す。

【００５２】これは、第２の実施例はトーリックレンズ
１８に対して、シリンドリカルレンズ１７によるケラレ
の為に全面測定ができないと言う欠点を改造した例であ
り、図１９（ａ）の配置をとる。シリンドリカルレンズ
１７の曲率半径Ｒｘとトーリックレンズ１８の主曲率半
径ｒｘ，ｒｙ（ｒｙ＞ｒｘとする）との間にｒｙ−ｒｘ
＝２Ｒｘの関係が成立する必要があるのは、第２の実施
例と同様である。この時先ず、図１９（ａ）の如く、干
渉計光軸に対して、第１の回転対称成分を、図示した２
点鎖線内の構成要件に対して求める。

【００５３】次に、図１９（ｂ）の如く、干渉計光軸を
α°傾けて、同様に２点鎖線内の構成要件を干渉計光軸
中心に回転させ、第２の回転対称成分を求める。

【００５４】その他の形状算出法は、第２の実施例と同
様である。

【００５５】次に、第４の実施例として、被検レンズの
みを変位させるのではなくて、被検レンズと第１の回転
軸を一緒に変位させる場合について述べる。

【００５６】測定は以下の手順で行なわれる。被検レン
ズは、第１の実施例の長方形と異なり、円形レンズとす
る。他の構成は図６と同様とする。

【００５７】（１）フィゾ−レンズＬ，Ｍ１の光軸と被
検レンズ１０の中心軸を一致させた状態で干渉縞パタ−
ンＯＲを求める。これは、被検レンズの形状誤差Ｈ、フ
ィゾ−レンズＭ１の形状誤差の回転対称成分ＲＳ１、非
回転対称成分ＡＳの和である。

【００５８】（２）上記の測定を、回転手段１４（回転
軸を第１の回転軸とする）により、被検レンズを１回転
させながら、図７に示す表面形状デ−タを取る。第１の
回転対称成分検出手段８１は、回転手段１４により回転
させながら測定して得られた表面形状デ−タをデ−タ処
理により実効的に、回転と逆向きに回転させながら重ね
あわせて、基準面１６の形状誤差を平均して、第１の回
転対称成分（図７の７１）を求める。これは、被検レン
ズの形状誤差Ｈとコリメ−ティングレンズＭ３の回転対
称成分ＲＳ１の和である。

【００５９】（３）被検レンズ１０と回転手段１４とを
一緒に移動させる。第２の回転対称成分検出手段８２
は、被検レンズ１０を移動後（図８の８１の位置に移動
する）の第１の回転軸回りに、１回転させながら、測定
して得られた表面形状デ−タをデ−タ処理により実効的
に、回転と逆向きに回転させながら重ねあわせる。さら
に、基準面１６の形状誤差を平均して、第２の回転対称
成分（図８の８２）を求める。これは、測定対象物の形
状誤差Ｈとコリメ−ティングレンズＭ３の回転対称成分
ＲＳ２の和である。フィゾ−レンズＬ，Ｍ１の光軸と被
検レンズの中心軸はずれているために、干渉縞は図８に
示す部分のみで測定される。

【００６０】（４）真の回転対称成分検出手段８３は、
第１の回転対称成分と第２の回転対称成分より、被検レ
ンズの形状誤差を含まない回転対称成分（これを真の回
転対称成分と呼び、これは、ＲＳ１またはＲＳ２であ
る）を、第１の回転対称成分について求める。これを図
９により説明する。図７、図８に示す各リング上で回転
対称成分は、同一の値を取るので、それを図９に示すよ
うにＲＳ１Ａ＋Ｈ，ＲＳ１Ｂ＋Ｈ，ＲＳ２Ａ＋Ｈ，ＲＳ
２Ｂ＋Ｈとする。第１の回転対称成分と第２の回転対称
成分の差を取ると、被検レンズの形状誤差は、消えて、
交点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの値は、図９に示すようになる。中
心Ｏにおける第２の回転対称成分の値を基準にすると、
弧ＯＥ上の値は定数ＲＳ２Ａという共通部分を含むた
め、第１の回転対称成分の値がすべて決定する。

【００６１】また、点Ｂと点Ｃは、第１の回転対称成分
の値が同じであることを利用すると、弧ＯＥの代わりに
弧ＯＢ、弧ＣＦ上の値を使っても、第１の回転対称成分
の値がもとまる。

【００６２】こうして、形状誤差の回転対称成分が確定
する。この操作を被検レンズ全体について、行なえば良
い。

【００６３】（５）形状誤差検出手段は、（２）で求め
た第１の回転対称成分と真の回転対称成分より、被検レ
ンズの形状誤差を求める。

【００６４】次に、第５の実施例として、変位はさせな
いで、第１の回転軸回りに回転させた後で、第２の回転
軸回りに回転させて、形状誤差を求める方法について述
べる。

【００６５】測定は、以下の手順で行なわれる。図１２
に、測定時の状態を示す。被検レンズは球面レンズであ
り、フィゾ−レンズＭ１を用いて測定を行なう。７６が
第１の回転軸、７３が第２の回転軸である。測定の結果
得られるデ−タのうち１部７２，７４について、被検レ
ンズ上およびフィゾ−レンズＭ１上の位置を示す。

【００６６】（１）コリメ−ティングレンズＬ，Ｍ１の
光軸と被検レンズの光軸を一致させた状態で、第１の回
転軸７６により、被検レンズを１回転させながら、７
５、７２の位置の表面形状デ−タをリング状に取る。第
１の回転対称成分検出手段８１は、回転させながら測定
して得られた表面形状デ−タをデ−タ処理により実効的
に、回転と逆向きに回転させながら重ねあわせて、フィ
ゾ−レンズＭ１の形状誤差を平均して、第１の回転対称
成分（図１２の７５）を求める。これは、被検レンズの
形状誤差Ｈとフィゾ−レンズＭ１の回転対称成分ＲＳ１
の和である。

【００６７】（２）図１２の７３の軸回りに、第２の回
転対称成分検出手段８２は、被検レンズを第２の回転軸
７３回りに、１回転させながら、図１２に示す７４の位
置の表面形状デ−タをデ−タ処理により実効的に、回転
と逆向きに回転させながら重ねあわせる。さらに、フィ
ゾ−レンズＭ１の形状誤差を平均して、第２の回転対称
成分（図１２の７４）を求める。これは、被検レンズの
形状誤差Ｈとフィゾ−レンズＭ１の形状誤差の回転対称
成分ＲＳ２の和である。（１）の第１の回転軸７６の軸
方向と、（２）の第２の回転軸７３の軸方向は直交して
いるため、得られたパタ−ンは互いに直交している。

【００６８】（３）真の回転対称成分検出手段８３は、
第１の回転対称成分と第２の回転対称成分より、被検レ
ンズの形状誤差を含まない回転対称成分（これを真の回
転対称成分と呼び、これは、ＲＳ１またはＲＳ２であ
る）を、第１の回転対称成分について求める。これを図
１３により説明する。図１３に示す各リング上で回転対
称成分は、同一の値を取るので、それを図１３に示すよ
うにＲＳ１Ａ＋Ｈ，ＲＳ１Ｂ＋Ｈ，ＲＳ２Ａ＋Ｈ，ＲＳ
２Ｂ＋Ｈとする。第１の回転対称成分と第２の回転対称
成分の差を取ると、被検レンズの形状誤差は、消えて、
交点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの値は、図１３に示すようになる。
中心Ｏにおける第２の回転対称成分の値を基準にする
と、弧ＯＥ上の値は定数ＲＳ１Ａという共通部分を含む
ため、第２の回転対称成分の値がすべて決定する。

【００６９】また、点Ｂと点Ｃは、第１の回転対称成分
の値が同じであることを利用すると、弧ＯＥの代わりに
弧ＯＢ、弧ＣＦ上の値を使っても、弧Ｆ´Ｅを除き、第
１の回転対称成分の値がもとまる。

【００７０】こうして、形状誤差の回転対称成分が確定
する。この操作を被検レンズ全体について、行なえば良
い。

【００７１】（４）形状誤差検出手段は、（１）で求め
た第１の回転対称成分と真の回転対称成分より、被検レ
ンズの形状誤差を求める。

【００７２】図１２において、第１、第２の回転軸を直
交させたのは、以下の理由による。９０°以外の角度
（α°）とすると、回転後の７４は、７２と直交しない
ため、ＣＣＤの画素を考慮すると解析が複雑になるため
である。

【００７３】従って、図１３の如く、直交させて、Ａ視
の中心線上のパターンを抽出すれば良い事になる。

【００７４】また、第一の回転軸は測定光軸と９０°で
なくても測定は可能であるが、この様にパターンの直線
性が保たれると、解析が容易となる。

【００７５】図７，８，９は、横ずらし量を半径と同じ
くし、演算簡単化の為、弧ＯＥ上のデ−タに限定して、
形状誤差を求めた例を示すが、高精度化の為には、弧Ｏ
Ｅ上のデータだけでなく、図９の和集合部の全データを
順々につないでいく方法で計算に使用すれば良い。

【００７６】また、順々につないでいく方法で計算する
時は、逆に横ずらし量を半径以下とする事ができる。

【００７７】更に、測定誤差（被検レンズの保持方法の
関係で、横ずらしを大きくすると被検レンズの位置がず
れる可能性があり、これに起因する誤差）を少くする為
に、横ずらしを小さくしたい場合は、例えば、図７の半
分のずらしで左右にふり分けて測定すれば、良い。横ず
らしの回数は、２倍になるが、図７と同じデ−タが得ら
れ、かつ上記の誤差が小さくなるため、高精度化が期待
できる。

【００７８】以上のように、本実施例によれば、測定対
象物の形状によらずに測定が可能である。また、回転軸
が１つだけで済むというメリットを有する。

【００７９】以上の実施例は、フィゾ−型干渉計システ
ムについて説明をしたが、本発明は、これに限られるも
のではなく、振幅分割型と呼ばれる干渉計、すなわち、
マイケルソン干渉計およびトワイマングリ−ン干渉計に
ついても同様に適用することができる。

【００８０】以上の実施例は、回転させることにより、
形状を求めているが、本発明は、これに限られるもので
はなく、回転の代わりに揺動させても、もとめることが
できる。

【００８１】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、平均化
するデータの非一様性を必要としない形状測定システム
を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる制御部のブロック図。

【図２】従来技術に係わる形状測定法の説明図。

【図３】従来技術に係わる形状測定法の説明図。

【図４】従来技術に係わる形状測定法の説明図。

【図５】本発明に係る形状測定法の原理図。

【図６】本発明に係る第１の実施例のフィゾ−型干渉計
システムのブロック図。

【図７】本発明に係る第２の実施例の形状測定法の説明
図。

【図８】本発明に係る第２の実施例の形状測定法の説明
図。

【図９】本発明に係る第２の実施例の形状測定法の説明
図。

【図１０】本発明に係る第１の実施例の形状測定法の説
明図。

【図１１】本発明に係る第１の実施例の形状測定法の説
明図。

【図１２】本発明に係る第３の実施例の形状測定法の説
明図。

【図１３】本発明に係る第３の実施例の形状測定法の説
明図。

【図１４】本発明に係る第４の実施例のフィゾ−型干渉
計システムのブロック図。

【図１５】本発明に係る第４の実施例の形状測定法の説
明図。

【図１６】本発明に係る第４の実施例の形状測定法の説
明図。

【図１７】本発明に係る第４の実施例の形状測定法の説
明図。

【図１８】本発明に係る第４の実施例の形状測定法の説
明図。

【図１９】本発明に係る第４の実施例の形状測定法の説
明図。

【図２０】本発明に係る第４の実施例の形状測定法の説
明図。

【符号の説明】

１…レ−ザ光源、２…撮像素子、３…半透鏡、８…制御
部、１０…被検レンズ、１４…回転手段、７…αステ−
ジ、８１…第１の回転対称成分検出手段、８２…第２の
回転対称成分検出手段、８３…真の回転対称成分検出手
段、８４…形状誤差検出手段、Ｌ，Ｍ３…コリメ−ティ
ングレンズ（フィゾ−レンズ）。

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】測定対象物からの反射波面と、基準面によ
   る参照波面とを干渉させ、その干渉稿パターンにより、
   前記測定対象物の形状を求める形状測定法であって、前記 測定対象物を第１の回転軸回りに、少なくとも１回
   転させながら測定して得られた表面形状デ−タを平均し
   て、第１の回転平均形状を求めること、前記 測定対象物を変位させてから、前記第１の回転軸若
   しくは第２の回転軸回りに、少なくとも１回転させなが
   ら測定して得られた表面形状デ−タを前記基準面の形状
   誤差について平均して、第２の回転平均形状を求めるこ
   と、前記 第１の回転平均形状と前記第２の回転平均形状とよ
   り、回転対称成分を、前記第１の回転対称成分または前
   記第２の回転対称成分について求めること、前記 回転対称成分と、前記第１の回転平均形状または前
   記第２の回転平均形状のうちの少なくとも一方とより、
   前記測定対象物の形状誤差を求めることよりなることを
   特徴とする形状測定法。
2. 【請求項２】測定対象物からの反射波面と、基準面によ
   る参照波面とを干渉させ、その干渉稿パターンにより、
   前記測定対象物の形状を求める形状測定法であって、前記 測定対象物を第１の回転軸回りに、少なくとも１回
   転させながら測定して得られた表面形状デ−タを平均し
   て、第１の回転平均形状を求めること、前記 測定対象物を第２の回転軸回りに、少なくとも１回
   転させながら測定して得られた表面形状デ−タを前記基
   準面の形状誤差について平均して、第２の回転平均形状
   を求めること、前記 第１の回転平均形状と前記第２の回転平均形状とよ
   り、回転対称成分を、前記第１の回転平均形状または前
   記第２の回転平均形状について求めること、前記 回転対称成分と、前記第１の回転平均形状または前
   記第２の回転平均形状のうちの少なくとも一方とより、
   前記測定対象物の形状誤差を求めることよりなることを
   特徴とする形状測定法。
3. 【請求項３】請求項１および２のいずれか一項に記載の
   形状測定法において、 前記第１の回転平均形状を、前記基準面の形状誤差につ
   いて平均して求めること を特徴とする形状測定法。
4. 【請求項４】請求項１から３のいずれか一項に記載の形
   状測定法において、 前記回転対称成分を求めるに際し、 前記回転対称成分が有する同心円状の等高線の性質を、
   前記第１の回転平均形状が求められた領域と、前記第２
   の回転平均形状が求められた領域とが重なる領域におい
   て用いること を特徴とする形状測定法。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の形状測定法において、 前記回転対称成分を求めるに際し、前記重なる領域にお
   ける前記等高線の全データを用いること を特徴とする形
   状測定法。
6. 【請求項６】 測定対象物からの反射波面と、基準面によ
   る参照波面とを干渉させ、その干渉稿パターンにより、
   前記測定対象物の形状を求める形状測定システムであっ
   て、 前記測定対象物を第１の回転軸回りに、少なくとも１回
   転させながら測定して得られた表面形状デ−タを平均し
   て、第１の回転平均形状を求める手段と、 前記測定対象物を変位させてから、前記第１の回転軸若
   しくは第２の回転軸回りに、少なくとも１回転させなが
   ら測定して得られた表面形状デ−タを前記基準面の形状
   誤差について平均して、第２の回転平均形状を求める手
   段と、 前記第１の回転平均形状と前記第２の回転平均形状とよ
   り、回転対称成分を、 前記第１の回転対称成分または前記第２の回転対称成分
   について求める手段と、 前記回転対称成分と、前記第１の回転平均形状または前
   記第２の回転平均形状のうちの少なくとも一方とより、
   前記測定対象物の形状誤差を求める手段と、 を有することを特徴とする形状測定システム。
7. 【請求項７】 測定対象物からの反射波面と、基準面によ
   る参照波面とを干渉させ、その干渉稿パターンにより、
   前記測定対象物の形状を求める形状測定システムであっ
   て、 前記測定対象物を第１の回転軸回りに、少なくとも
   １回転させながら測定して得られた表面形状デ−タを平
   均して、第１の回転平均形状を求める手段と、 前記測定対象物を第２の回転軸回りに、少なくとも１回
   転させながら測定して得られた表面形状デ−タを前記基
   準面の形状誤差について平均して、第２の回転平均形状
   を求める手段と、 前記第１の回転平均形状と前記第２の回転平均形状とよ
   り、回転対称成分を、 前記第１の回転平均形状または前記第２の回転平均形状
   について求める手段と、 前記回転対称成分と、前記第１の回転平均形状または前
   記第２の回転平均形状のうちの少なくとも一方とより、
   前記測定対象物の形状誤差を求める手段と、 を有することを特徴とする形状測定システム。
8. 【請求項８】 測定対象物の表面形状の誤差を情報処理装
   置によって求めるためのプログラムが記憶されたメモリ
   であって、 前記測定対象物を第１の回転軸回りに、少なくとも１回
   転させながら測定して得られた表面形状デ−タを平均し
   て、第１の回転平均形状を求める処理と、 前記測定対象物を変位させてから、前記第１の回転軸若
   しくは第２の回転軸回りに、少なくとも１回転させなが
   ら測定して得られた表面形状デ−タを前記基準面の形状
   誤差について平均して、第２の回転平均形状を求める処
   理と、 前記第１の回転平均形状と前記第２の回転平均形状とよ
   り、回転対称成分を、 前記第１の回転対称成分または前記第２の回転対称成分
   について求める処理と、 前記回転対称成分と、前記第１の回転平均形状または前
   記第２の回転平均形状のうちの少なくとも一方とより、
   前記測定対象物の形状誤差を求める処理と、 を前記情報処理装置によって実行するためのものである
   ことを特徴とするプログラムが記憶されたメモリ。
9. 【請求項９】 測定対象物の表面形状の誤差を情報処理装
   置によって求めるためのプログラム が記憶されたメモリ
   であって、 前記測定対象物を第１の回転軸回りに、少なくとも１回
   転させながら測定して得られた表面形状デ−タを平均し
   て、第１の回転平均形状を求める処理と、 前記測定対象物を第２の回転軸回りに、少なくとも１回
   転させながら測定して得られた表面形状デ−タを前記基
   準面の形状誤差について平均して、第２の回転平均形状
   を求める処理と、 前記第１の回転平均形状と前記第２の回転平均形状とよ
   り、回転対称成分を、前記第１の回転平均形状または前
   記第２の回転平均形状について求める処理と、 前記回転対称成分と、前記第１の回転平均形状または前
   記第２の回転平均形状のうちの少なくとも一方とより、
   前記測定対象物の形状誤差を求める処理と、 を前記情報処理装置によって実行するためのものである
   ことを特徴とするプログラムが記憶されたメモリ。