JP3385819B2 - 形状評価方法及び装置 - Google Patents
形状評価方法及び装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は形状評価方法及び装
置に関し、特に、プラスチックで構成される光学部品等
の設計断面形状に対する形状誤差や、光学部品を光学装
置に装着したときの光学特性の評価を可能とする形状評
価方法及び装置に関する。
置に関し、特に、プラスチックで構成される光学部品等
の設計断面形状に対する形状誤差や、光学部品を光学装
置に装着したときの光学特性の評価を可能とする形状評
価方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来技術】従来、光学部品の形状評価装置には、光波
の干渉現象を利用した干渉計と、触針によって被測定対
象物の光学面を走査する断面形状測定機がある。干渉計
による計測では、一般にレーザー光源から照射されるレ
ーザー光を、高精度に作成された原器レンズで収差等の
ない基準波面とし、この基準波面を光学鏡面で反射させ
て得られる被測定波面と干渉させることによって生成さ
れる干渉縞の像に基づいて光学鏡面の形状を求めてお
り、光学部品の面の形状を非接触で計測することができ
る。
の干渉現象を利用した干渉計と、触針によって被測定対
象物の光学面を走査する断面形状測定機がある。干渉計
による計測では、一般にレーザー光源から照射されるレ
ーザー光を、高精度に作成された原器レンズで収差等の
ない基準波面とし、この基準波面を光学鏡面で反射させ
て得られる被測定波面と干渉させることによって生成さ
れる干渉縞の像に基づいて光学鏡面の形状を求めてお
り、光学部品の面の形状を非接触で計測することができ
る。
【０００３】近年、光学装置の低コスト化への要請か
ら、レンズ等の光学部品のプラスチック化が急速に進
み、更に、光学部品の高機能化の要請に伴って大きな非
球面量を有するプラスチック光学部品が数多く登場して
いる。
ら、レンズ等の光学部品のプラスチック化が急速に進
み、更に、光学部品の高機能化の要請に伴って大きな非
球面量を有するプラスチック光学部品が数多く登場して
いる。
【０００４】図１１は、プラスチックのレンズを使用し
た画像記録装置の光ビーム走査部の一例を示し、レーザ
ー光を照射するレーザー光源２０と、照射されたレーザ
ー光を平行光とするコリメータレンズ２と、ビーム断面
形状を整形するスリット２２と、レーザ光を一方向にの
み集束させるシリンドリカルレンズ２３と、シリンドリ
カルレンズ２３で集束されてできる線状結像近傍に反射
面を有し、レーザー光を偏向させるポリゴンミラー２４
と、プラスチックで構成され、ポリゴンミラー２４で偏
向されたレーザー光を感光体ドラム２５の表面に収束さ
せるｆθレンズ１を有し、ｆθレンズ１は、レーザー光
の走査方向とこれに直交する方向で異なる断面形状を有
するとともに光学面１ａが非球面で構成されており、ポ
リゴンミラー２４によって偏向されたレーザー光を有効
範囲１ｂで受け、感光体ドラム２５上の走査方向の偏向
角に比例した位置にレーザ光を集光する。
た画像記録装置の光ビーム走査部の一例を示し、レーザ
ー光を照射するレーザー光源２０と、照射されたレーザ
ー光を平行光とするコリメータレンズ２と、ビーム断面
形状を整形するスリット２２と、レーザ光を一方向にの
み集束させるシリンドリカルレンズ２３と、シリンドリ
カルレンズ２３で集束されてできる線状結像近傍に反射
面を有し、レーザー光を偏向させるポリゴンミラー２４
と、プラスチックで構成され、ポリゴンミラー２４で偏
向されたレーザー光を感光体ドラム２５の表面に収束さ
せるｆθレンズ１を有し、ｆθレンズ１は、レーザー光
の走査方向とこれに直交する方向で異なる断面形状を有
するとともに光学面１ａが非球面で構成されており、ポ
リゴンミラー２４によって偏向されたレーザー光を有効
範囲１ｂで受け、感光体ドラム２５上の走査方向の偏向
角に比例した位置にレーザ光を集光する。
【０００５】上記のｆθレンズ１では、光学面１ａが光
軸に対して非回転対称であり、更に非球面量が大きい場
合には干渉計測に用いる原器を収差なく作成することが
困難であることから、光学面を触針で走査して形状情報
を得る断面形状測定機を用いて計測を行っている。
軸に対して非回転対称であり、更に非球面量が大きい場
合には干渉計測に用いる原器を収差なく作成することが
困難であることから、光学面を触針で走査して形状情報
を得る断面形状測定機を用いて計測を行っている。
【０００６】このような断面形状測定機として、ランク
・テーラー・ホブソン社製のフォームタリサーフが広く
用いられている。フォームタリサーフは、Ｘ軸方向に走
査しながらＺ軸方向の変位を検出するスタイラスを有し
ており、ＸＺ断面から得られた形状情報をＰ−Ｖ値（Ｐ
ｅａｋ ｔｏ Ｖａｌｌｅｙ）手法を取り入れながら処
理して光学部品の回帰形状を求め、これと設計形状との
偏差を算出することにより非球面の形状誤差を把握して
いる。このフォームタリサーフを用いて非球面光学部品
を評価する装置が特開平３−３３６３５号公報に開示さ
れている。
・テーラー・ホブソン社製のフォームタリサーフが広く
用いられている。フォームタリサーフは、Ｘ軸方向に走
査しながらＺ軸方向の変位を検出するスタイラスを有し
ており、ＸＺ断面から得られた形状情報をＰ−Ｖ値（Ｐ
ｅａｋ ｔｏ Ｖａｌｌｅｙ）手法を取り入れながら処
理して光学部品の回帰形状を求め、これと設計形状との
偏差を算出することにより非球面の形状誤差を把握して
いる。このフォームタリサーフを用いて非球面光学部品
を評価する装置が特開平３−３３６３５号公報に開示さ
れている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の断面形
状測定装置によると、Ｐ−Ｖ値手法を取り入れた情報処
理を行っているので射出成形で製造されるプラスチック
光学部品に生じる局所的な変形を検出することができな
い。この局所的な変形は画像記録装置に搭載したときに
局所的な画像不良を発生させるので、プラスチック光学
部品は光学部品としての検査と画像記録装置としての検
査が必要であり、検査が二度手間になるという問題があ
る。また、形状情報に基づいて光学特性を判断すること
により画像記録装置としての検査を省略しようとするた
めには高い熟練度を必要とする問題がある。従って、本
発明の目的は被測定物、例えば、光学部品としての検査
と被測定物が応用される装置、例えば、画像記録装置と
しての検査の二度手間を省くことができる形状評価方法
及び装置を提供することにある。
状測定装置によると、Ｐ−Ｖ値手法を取り入れた情報処
理を行っているので射出成形で製造されるプラスチック
光学部品に生じる局所的な変形を検出することができな
い。この局所的な変形は画像記録装置に搭載したときに
局所的な画像不良を発生させるので、プラスチック光学
部品は光学部品としての検査と画像記録装置としての検
査が必要であり、検査が二度手間になるという問題があ
る。また、形状情報に基づいて光学特性を判断すること
により画像記録装置としての検査を省略しようとするた
めには高い熟練度を必要とする問題がある。従って、本
発明の目的は被測定物、例えば、光学部品としての検査
と被測定物が応用される装置、例えば、画像記録装置と
しての検査の二度手間を省くことができる形状評価方法
及び装置を提供することにある。
【０００８】本発明の他の目的は、光学装置に搭載した
ときに光学特性を変動させる被測定面の局所的な変形を
高い精度で検出できる形状評価方法及び装置を提供する
ことにある。
ときに光学特性を変動させる被測定面の局所的な変形を
高い精度で検出できる形状評価方法及び装置を提供する
ことにある。
【０００９】本発明の更に他の目的は、光学部品として
の検査と画像記録装置としての検査の二度手間を省くこ
とができ、光学部品に搭載したときに光学特性を変動さ
せる被測定面の局所的な変形を高い精度で検出すること
ができる形状評価方法及び装置を提供することにある。
の検査と画像記録装置としての検査の二度手間を省くこ
とができ、光学部品に搭載したときに光学特性を変動さ
せる被測定面の局所的な変形を高い精度で検出すること
ができる形状評価方法及び装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は上記した目的を
達成するため、被測定物の被測定面の断面形状を測定
し、前記被測定面の設計断面形状と測定された断面形状
の偏差を算出し、前記偏差に基づいて前記被測定面の形
状誤差を表す近似式を算出し、前記近似式の２次導関数
を算出し、前記２次導関数に基づいて前記被測定面の形
状を評価する形状評価方法を提供する。
達成するため、被測定物の被測定面の断面形状を測定
し、前記被測定面の設計断面形状と測定された断面形状
の偏差を算出し、前記偏差に基づいて前記被測定面の形
状誤差を表す近似式を算出し、前記近似式の２次導関数
を算出し、前記２次導関数に基づいて前記被測定面の形
状を評価する形状評価方法を提供する。
【００１１】また、本発明は上記した目的を達成するた
め、被測定物の被測定面の断面形状を測定し、前記被測
定面の設計断面形状と測定された断面形状の偏差を算出
し、前記偏差に基づく形状誤差から数値微分によって２
次微分値を算出し、前記２次微分値に基づいて前記被測
定面の形状を評価する形状評価方法を提供する。
め、被測定物の被測定面の断面形状を測定し、前記被測
定面の設計断面形状と測定された断面形状の偏差を算出
し、前記偏差に基づく形状誤差から数値微分によって２
次微分値を算出し、前記２次微分値に基づいて前記被測
定面の形状を評価する形状評価方法を提供する。
【００１２】また、本発明は上記した目的を達成するた
め、被測定物の被測定面の断面形状を測定し、前記被測
定面の設計断面形状と測定された断面形状の偏差を算出
し、前記偏差に基づいて前記被測定面の形状誤差を表す
近似式を算出し、前記近似式の２次導関数を算出し、前
記偏差に基づく形状誤差から数値微分によって２次微分
値を算出し、前記被測定面の形状誤差の発生原因に応じ
て前記被測定面の形状を前記２次導関数、あるいは前記
２次微分値に基づいて選択的に評価する形状評価方法を
提供する。
め、被測定物の被測定面の断面形状を測定し、前記被測
定面の設計断面形状と測定された断面形状の偏差を算出
し、前記偏差に基づいて前記被測定面の形状誤差を表す
近似式を算出し、前記近似式の２次導関数を算出し、前
記偏差に基づく形状誤差から数値微分によって２次微分
値を算出し、前記被測定面の形状誤差の発生原因に応じ
て前記被測定面の形状を前記２次導関数、あるいは前記
２次微分値に基づいて選択的に評価する形状評価方法を
提供する。
【００１３】上記の形状評価方法において、被測定面
は、プラスチックで構成される光学部品の被測定面であ
っても良い。
は、プラスチックで構成される光学部品の被測定面であ
っても良い。
【００１４】また、本発明は上記した目的を達成するた
め、被測定面の断面形状を測定する測定手段と、前記被
測定面の設計断面形状と前記測定手段によって測定され
た測定断面形状の偏差を算出する偏差算出手段と、前記
偏差に基づいて前記被測定面の形状誤差を表す近似式を
算出する近似式算出手段と、前記近似式算出手段で算出
された前記近似式の２次導関数を算出する２次導関数算
出手段とを有し、前記２次導関数算出手段で算出された
前記２次導関数に基づいて前記被測定面の形状を評価す
る形状評価装置を提供する。
め、被測定面の断面形状を測定する測定手段と、前記被
測定面の設計断面形状と前記測定手段によって測定され
た測定断面形状の偏差を算出する偏差算出手段と、前記
偏差に基づいて前記被測定面の形状誤差を表す近似式を
算出する近似式算出手段と、前記近似式算出手段で算出
された前記近似式の２次導関数を算出する２次導関数算
出手段とを有し、前記２次導関数算出手段で算出された
前記２次導関数に基づいて前記被測定面の形状を評価す
る形状評価装置を提供する。
【００１５】また、本発明は上記した目的を達成するた
め、被測定面の断面形状を測定する測定手段と、前記被
測定面の設計断面形状と前記測定手段によって測定され
た測定断面形状の偏差を算出する偏差算出手段と、前記
偏差に基づく形状誤差から数値微分によって２次微分値
を算出する２次微分値算出手段とを有し、前記２次微分
値算出手段で算出された前記２次微分値に基づいて前記
被測定面の形状を評価する形状評価装置を提供する。
め、被測定面の断面形状を測定する測定手段と、前記被
測定面の設計断面形状と前記測定手段によって測定され
た測定断面形状の偏差を算出する偏差算出手段と、前記
偏差に基づく形状誤差から数値微分によって２次微分値
を算出する２次微分値算出手段とを有し、前記２次微分
値算出手段で算出された前記２次微分値に基づいて前記
被測定面の形状を評価する形状評価装置を提供する。
【００１６】また、本発明は上記した目的を達成するた
め、被測定面の断面形状を測定する測定手段と、前記被
測定面の設計断面形状と前記測定手段によって測定され
た測定断面形状の偏差を算出する偏差算出手段と、前記
偏差に基づいて前記被測定面の形状誤差を表す近似式を
算出する近似式算出手段と、前記近似式算出手段で算出
された前記近似式の２次導関数を算出する２次導関数算
出手段と、前記偏差に基づく形状誤差から数値微分によ
って２次微分値を算出する２次微分値算出手段と、前記
被測定面の形状誤差の発生原因に応じて前記２次導関数
算出手段、あるいは前記２次微分値算出手段を選択し、
前記２次導関数あるいは前記２次微分値に基づいて前記
被測定面の形状を評価する選択手段とを有する形状評価
装置を提供する。
め、被測定面の断面形状を測定する測定手段と、前記被
測定面の設計断面形状と前記測定手段によって測定され
た測定断面形状の偏差を算出する偏差算出手段と、前記
偏差に基づいて前記被測定面の形状誤差を表す近似式を
算出する近似式算出手段と、前記近似式算出手段で算出
された前記近似式の２次導関数を算出する２次導関数算
出手段と、前記偏差に基づく形状誤差から数値微分によ
って２次微分値を算出する２次微分値算出手段と、前記
被測定面の形状誤差の発生原因に応じて前記２次導関数
算出手段、あるいは前記２次微分値算出手段を選択し、
前記２次導関数あるいは前記２次微分値に基づいて前記
被測定面の形状を評価する選択手段とを有する形状評価
装置を提供する。
【００１７】上記の形状評価装置において、被測定面
は、プラスチックで構成される光学部品の被測定面であ
っても良い。
は、プラスチックで構成される光学部品の被測定面であ
っても良い。
【００１８】本発明によると、被測定面の断面形状と設
計断面形状との偏差を求め、この偏差に基づいて被測定
面の形状誤差を表わす近似式を求めることによって断面
形状情報に重畳するノイズ成分が排除され、更に近似式
の２次導関数を求めることによって光学特性に影響を与
える被測定面の形状誤差を求めることができる。この形
状誤差は２次導関数に基づく２次微分値として得られ
る。一方、偏差を数値微分することによって２次微分値
を求めれば被測定面の局所的な変形が検出される。
計断面形状との偏差を求め、この偏差に基づいて被測定
面の形状誤差を表わす近似式を求めることによって断面
形状情報に重畳するノイズ成分が排除され、更に近似式
の２次導関数を求めることによって光学特性に影響を与
える被測定面の形状誤差を求めることができる。この形
状誤差は２次導関数に基づく２次微分値として得られ
る。一方、偏差を数値微分することによって２次微分値
を求めれば被測定面の局所的な変形が検出される。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の形状評価方法及び
装置を図面を参照しつつ説明する。
装置を図面を参照しつつ説明する。
【００２０】図１（ａ）は、本発明の第１の形態例にお
ける形状評価装置を示し、非球面で形成される光学面を
有するｆθレンズ１と、ｆθレンズ１の被測定面（光学
面）に接触して移動することにより断面形状を測定する
スタイラス３を備えた断面形状測定機４と、断面形状測
定機４からの断面形状データを演算処理する演算処理回
路５と、演算処理回路５で演算処理された結果を出力す
るディスプレイ６とを有する。図１（ａ）では、スタイ
ラス３の移動方向をＸ軸方向とし、スタイラス３による
断面形状の検出方向をＺ軸方向としている。
ける形状評価装置を示し、非球面で形成される光学面を
有するｆθレンズ１と、ｆθレンズ１の被測定面（光学
面）に接触して移動することにより断面形状を測定する
スタイラス３を備えた断面形状測定機４と、断面形状測
定機４からの断面形状データを演算処理する演算処理回
路５と、演算処理回路５で演算処理された結果を出力す
るディスプレイ６とを有する。図１（ａ）では、スタイ
ラス３の移動方向をＸ軸方向とし、スタイラス３による
断面形状の検出方向をＺ軸方向としている。
【００２１】図１（ｂ）は、ｆθレンズ１の被測定面に
おける形状誤差を破線で示される薄膜状レンズ２として
示しており、ｆθレンズ１の被測定面の中央部に凹レン
ズの機能をする形状誤差２ａ，端部に凸レンズの機能を
する形状誤差２ｂが存在するものとすると、形状誤差２
ａの部分を透過する光線Ａの集光位置は誤差のないｆθ
レンズ１の場合の集光位置より後方となり、形状誤差２
ｂの部分を透過する光線Ｂの集光位置は誤差のないｆθ
レンズ１の場合の集光位置より前方に集光する。このよ
うなｆθレンズ１の集光位置の変動は、照射される光線
がｆθレンズ１の被測定面と交わる位置の極近傍におけ
る曲率によって決定される。
おける形状誤差を破線で示される薄膜状レンズ２として
示しており、ｆθレンズ１の被測定面の中央部に凹レン
ズの機能をする形状誤差２ａ，端部に凸レンズの機能を
する形状誤差２ｂが存在するものとすると、形状誤差２
ａの部分を透過する光線Ａの集光位置は誤差のないｆθ
レンズ１の場合の集光位置より後方となり、形状誤差２
ｂの部分を透過する光線Ｂの集光位置は誤差のないｆθ
レンズ１の場合の集光位置より前方に集光する。このよ
うなｆθレンズ１の集光位置の変動は、照射される光線
がｆθレンズ１の被測定面と交わる位置の極近傍におけ
る曲率によって決定される。
【００２２】図２は、本発明の形状評価装置のブロック
図を示しており、断面形状測定機４で得られた断面形状
データは演算処理回路５に出力される。演算処理回路５
は、断面形状測定機４より入力する断面形状データと被
測定面の設計断面形状との偏差を算出する断面形状偏差
算出回路７と、断面形状偏差算出回路７で算出された偏
差から被測定面の形状誤差に近似した表記式を算出する
近似式算出回路８と、被測定面の形状誤差の表記式から
２次導関数を求める２次導関数算出回路９と、算出され
た２次導関数に基づく２次微分値を求める２次微分値算
出回路１０とを有する。
図を示しており、断面形状測定機４で得られた断面形状
データは演算処理回路５に出力される。演算処理回路５
は、断面形状測定機４より入力する断面形状データと被
測定面の設計断面形状との偏差を算出する断面形状偏差
算出回路７と、断面形状偏差算出回路７で算出された偏
差から被測定面の形状誤差に近似した表記式を算出する
近似式算出回路８と、被測定面の形状誤差の表記式から
２次導関数を求める２次導関数算出回路９と、算出され
た２次導関数に基づく２次微分値を求める２次微分値算
出回路１０とを有する。
【００２３】断面形状測定機４は、スタイラス３をｆθ
レンズ１の被測定面に接触させて測定方向となるＸ軸方
向に走査することによって被測定面の断面形状に応じた
Ｚ軸方向の断面形状データ（ｘ，ｚ）を演算処理回路５
に出力する。
レンズ１の被測定面に接触させて測定方向となるＸ軸方
向に走査することによって被測定面の断面形状に応じた
Ｚ軸方向の断面形状データ（ｘ，ｚ）を演算処理回路５
に出力する。
【００２４】図３は、演算処理回路５における演算処理
のフローチャートであり、このフローチャートに基づい
て本発明の形状評価方法を説明する。
のフローチャートであり、このフローチャートに基づい
て本発明の形状評価方法を説明する。
【００２５】演算処理回路５に被測定面の断面形状デー
タ（ｘ，ｚ）が出力されると、断面形状偏差算出回路７
は予め入力されている被測定面の設計断面形状が
タ（ｘ，ｚ）が出力されると、断面形状偏差算出回路７
は予め入力されている被測定面の設計断面形状が
【数１】
ｃ：中心曲率
Ｋ：円錐定数
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ：非球面定数
で示されるとき、被測定面の断面形状データ（ｘ，ｚ）
と（１）式との偏差を算出して近似式算出回路８に出力
する。
と（１）式との偏差を算出して近似式算出回路８に出力
する。
【００２６】図４は、断面形状偏差算出回路７で算出さ
れた偏差を示し、縦軸は設計断面形状との偏差，横軸は
ｆθレンズ１のＸ軸方向の位置であって、縦方向に引か
れた２本の破線の間を光ビームが走査するｆθレンズ１
の有効範囲としている。従って、偏差が零となる線は被
測定面の設計断面形状を示している。
れた偏差を示し、縦軸は設計断面形状との偏差，横軸は
ｆθレンズ１のＸ軸方向の位置であって、縦方向に引か
れた２本の破線の間を光ビームが走査するｆθレンズ１
の有効範囲としている。従って、偏差が零となる線は被
測定面の設計断面形状を示している。
【００２７】算出された偏差によると、被測定面は設計
断面形状に対し、両端部が凸状に盛り上がっており、中
央部が凹状に窪んでいることが示されている。
断面形状に対し、両端部が凸状に盛り上がっており、中
央部が凹状に窪んでいることが示されている。
【００２８】近似式算出回路８は、断面形状偏差算出回
路７で算出された偏差に基づいて最小自乗法による平均
化処理を行うことによって被測定面のＺ軸方向の形状誤
差を近似した ｚ＝ａ0 ＋ａ1 ｘ＋ａ2 ｘ2 ＋ａ3 ｘ3 ＋・・・＋ａ10ｘ10 −−−（２） ａ0 ａ1 ａ2 ａ3 ．．．ａ10 ：定 数 のようなべき級数による多項式によって表記する。
路７で算出された偏差に基づいて最小自乗法による平均
化処理を行うことによって被測定面のＺ軸方向の形状誤
差を近似した ｚ＝ａ0 ＋ａ1 ｘ＋ａ2 ｘ2 ＋ａ3 ｘ3 ＋・・・＋ａ10ｘ10 −−−（２） ａ0 ａ1 ａ2 ａ3 ．．．ａ10 ：定 数 のようなべき級数による多項式によって表記する。
【００２９】上記した近似式算出回路８の演算結果は２
次導関数算出回路９に出力され、２次導関数算出回路９
は被測定面の形状誤差の２次導関数を算出する。（２）
式の２次導関数は ｚ''＝２ａ2 ＋６ａ3 ｘ＋１２ａ4 ｘ2 ・・・＋９０ａ10ｘ8 −−−（３） となり、このようにして求められた２次導関数に基づい
て、２次微分値算出回路１０は２次微分値を算出する。
次導関数算出回路９に出力され、２次導関数算出回路９
は被測定面の形状誤差の２次導関数を算出する。（２）
式の２次導関数は ｚ''＝２ａ2 ＋６ａ3 ｘ＋１２ａ4 ｘ2 ・・・＋９０ａ10ｘ8 −−−（３） となり、このようにして求められた２次導関数に基づい
て、２次微分値算出回路１０は２次微分値を算出する。
【００３０】図５は、算出された偏差に基づく２次微分
値算出回路１０の算出結果を示し、縦軸は２次導関数に
基づく２次微分値，横軸はｆθレンズ１のＸ軸方向の位
置であって、縦方向に引かれた２本の破線の間を光ビー
ムが走査するｆθレンズ１の有効範囲としている。ｆθ
レンズ１の両端部では２次導関数に基づく２次微分値が
設計断面形状に対してマイナスとなり、中央部では２次
導関数に基づく２次微分値が設計断面形状に対してプラ
スとなっている。Ａ1 ，Ａ2 は２次微分値のプラス方向
及びマイナス方向に対し、光学シミュレーションに基づ
いて求めた許容値を示している。
値算出回路１０の算出結果を示し、縦軸は２次導関数に
基づく２次微分値，横軸はｆθレンズ１のＸ軸方向の位
置であって、縦方向に引かれた２本の破線の間を光ビー
ムが走査するｆθレンズ１の有効範囲としている。ｆθ
レンズ１の両端部では２次導関数に基づく２次微分値が
設計断面形状に対してマイナスとなり、中央部では２次
導関数に基づく２次微分値が設計断面形状に対してプラ
スとなっている。Ａ1 ，Ａ2 は２次微分値のプラス方向
及びマイナス方向に対し、光学シミュレーションに基づ
いて求めた許容値を示している。
【００３１】図５において、ｆθレンズ１の中央部分に
おける２次微分値は許容値Ａ2 の範囲内にあるが、両端
部の２次微分値がマイナス側の許容値Ａ1 を超えてお
り、光学装置に搭載したときに光学特性を変動させる形
状誤差を有していることがわかる。
おける２次微分値は許容値Ａ2 の範囲内にあるが、両端
部の２次微分値がマイナス側の許容値Ａ1 を超えてお
り、光学装置に搭載したときに光学特性を変動させる形
状誤差を有していることがわかる。
【００３２】図６は、ｆθレンズ１を光学装置に搭載し
たときの集光位置変動を示し、マイナスの表示値は凸レ
ンズとして機能する両端部を透過した光線が感光体表面
より前方で集光することを表しており、プラスの表示値
は凹レンズとして機能する中央部を透過した光線が感光
体表面より後方で集光することを表している。
たときの集光位置変動を示し、マイナスの表示値は凸レ
ンズとして機能する両端部を透過した光線が感光体表面
より前方で集光することを表しており、プラスの表示値
は凹レンズとして機能する中央部を透過した光線が感光
体表面より後方で集光することを表している。
【００３３】図５において、Ｂ1 ，Ｂ2 は設計集光位置
に対する許容値である。ｆθレンズ１の両端部の集光位
置が感光体表面より前方にあり、かつ、前方寄りの集光
位置の許容値Ｂ1 を超えている。図５及び図６の曲線形
状の対比から明らかなように、ｆθレンズ１の２次導関
数に基づく２次微分値と集光位置の変動に強い相関があ
ることがわかる。
に対する許容値である。ｆθレンズ１の両端部の集光位
置が感光体表面より前方にあり、かつ、前方寄りの集光
位置の許容値Ｂ1 を超えている。図５及び図６の曲線形
状の対比から明らかなように、ｆθレンズ１の２次導関
数に基づく２次微分値と集光位置の変動に強い相関があ
ることがわかる。
【００３４】従って、被測定面の断面形状データと設計
断面形状とから偏差を算出し、この偏差データに基づく
形状誤差に近似した多項式の２次導関数を求め、この２
次導関数に基づく２次微分値を算出することによってｆ
θレンズ１を光学装置へ搭載したときに生じる光学特性
を変動を検出することができる。２次導関数に基づく２
次微分値を求めることで、被測定面に存在する緩やかな
うねり成分等の形状誤差を高精度で評価することが可能
になる。これは非球面以外の光学面等であっても同様に
評価することができる。
断面形状とから偏差を算出し、この偏差データに基づく
形状誤差に近似した多項式の２次導関数を求め、この２
次導関数に基づく２次微分値を算出することによってｆ
θレンズ１を光学装置へ搭載したときに生じる光学特性
を変動を検出することができる。２次導関数に基づく２
次微分値を求めることで、被測定面に存在する緩やかな
うねり成分等の形状誤差を高精度で評価することが可能
になる。これは非球面以外の光学面等であっても同様に
評価することができる。
【００３５】図７は、本発明の第２の形態例における形
状評価装置のブロック図を示し、断面形状測定機４から
の断面形状データを演算処理する演算処理回路５には、
断面形状測定機４より入力する断面形状データと被測定
面の設計断面形状との偏差を算出する断面形状偏差算出
回路７と、断面形状偏差算出回路７で算出された偏差か
ら数値微分によって２次微分値を算出する２次微分値算
出回路１５を有する。その他の構成及び機能については
第１の形態例と同様であるので重複する説明を省略す
る。
状評価装置のブロック図を示し、断面形状測定機４から
の断面形状データを演算処理する演算処理回路５には、
断面形状測定機４より入力する断面形状データと被測定
面の設計断面形状との偏差を算出する断面形状偏差算出
回路７と、断面形状偏差算出回路７で算出された偏差か
ら数値微分によって２次微分値を算出する２次微分値算
出回路１５を有する。その他の構成及び機能については
第１の形態例と同様であるので重複する説明を省略す
る。
【００３６】図８は、第２の形態例における演算処理回
路５における演算処理のフローチャートであり、２次微
分値算出回路１５は、断面形状測定機４より入力する被
測定面の断面形状データと被測定面の設計断面形状との
偏差に基づく偏差データに対し、測定方向であるＸ軸方
向に隣接する偏差データとの関係において与えられる傾
きの変化を数値微分により２次微分値として算出する。
路５における演算処理のフローチャートであり、２次微
分値算出回路１５は、断面形状測定機４より入力する被
測定面の断面形状データと被測定面の設計断面形状との
偏差に基づく偏差データに対し、測定方向であるＸ軸方
向に隣接する偏差データとの関係において与えられる傾
きの変化を数値微分により２次微分値として算出する。
【００３７】ｆθレンズ１の被測定面にレンズ成形時の
流動樹脂の合わせ目に生じるウエルドや部分的なひけが
存在すると、偏差データの値によって与えられる傾きが
局所的に変化する。このような被測定面の形状誤差のう
ちの欠陥はスタイラス３のＸ軸方向の対する測定方向の
長さが短く、形状誤差としての断面形状データの点数が
少ない場合、形状誤差の近似化を多項式で行うと測定時
のノイズとともに除去されてしまう恐れがあることか
ら、被測定面の多項式による近似化を行わずに偏差デー
タを数値微分することで２次微分値を求める。
流動樹脂の合わせ目に生じるウエルドや部分的なひけが
存在すると、偏差データの値によって与えられる傾きが
局所的に変化する。このような被測定面の形状誤差のう
ちの欠陥はスタイラス３のＸ軸方向の対する測定方向の
長さが短く、形状誤差としての断面形状データの点数が
少ない場合、形状誤差の近似化を多項式で行うと測定時
のノイズとともに除去されてしまう恐れがあることか
ら、被測定面の多項式による近似化を行わずに偏差デー
タを数値微分することで２次微分値を求める。
【００３８】図９は、偏差データに基づく２次微分値の
算出結果を示し、Ａは数値微分に基づく２次微分値算出
回路１５で算出された偏差データの２次微分値であり、
Ｂは２次導関数に基づいて算出された２次微分値を示し
ている。図において、数値微分に基づく２次微分値ｘ1
及びｘ2 が大きくなっており、被測定面に近似多項式に
よって検出することができない局所的な変形が存在する
ことを示している。
算出結果を示し、Ａは数値微分に基づく２次微分値算出
回路１５で算出された偏差データの２次微分値であり、
Ｂは２次導関数に基づいて算出された２次微分値を示し
ている。図において、数値微分に基づく２次微分値ｘ1
及びｘ2 が大きくなっており、被測定面に近似多項式に
よって検出することができない局所的な変形が存在する
ことを示している。
【００３９】図１０は、本発明の第３の形態例における
形状評価装置のブロック図を示し、演算処理回路５は断
面形状偏差算出回路７で算出された偏差から被測定面の
形状誤差の表記式を算出する近似式算出回路８と、被測
定面の表記式から２次導関数を求める２次導関数算出回
路９と、算出された２次導関数に基づく２次微分値を求
める２次微分値算出回路１０と、断面形状偏差算出回路
７で算出された偏差から数値微分によって２次微分値を
算出する２次微分値算出回路１５と、測定モード選択部
１３から入力される測定モード信号に基づいて２次導関
数に基づく２次微分値と、数値微分に基づく２次微分値
を選択して演算処理を実行させる演算制御回路１４とを
有している。その他の構成については第１の形態例及び
第２の形態例と同様であるので重複する説明を省略す
る。
形状評価装置のブロック図を示し、演算処理回路５は断
面形状偏差算出回路７で算出された偏差から被測定面の
形状誤差の表記式を算出する近似式算出回路８と、被測
定面の表記式から２次導関数を求める２次導関数算出回
路９と、算出された２次導関数に基づく２次微分値を求
める２次微分値算出回路１０と、断面形状偏差算出回路
７で算出された偏差から数値微分によって２次微分値を
算出する２次微分値算出回路１５と、測定モード選択部
１３から入力される測定モード信号に基づいて２次導関
数に基づく２次微分値と、数値微分に基づく２次微分値
を選択して演算処理を実行させる演算制御回路１４とを
有している。その他の構成については第１の形態例及び
第２の形態例と同様であるので重複する説明を省略す
る。
【００４０】上記の構成によれば、光学特性の変動に影
響を与えるｆθレンズ１の被測定面のうねり等の形状誤
差の２次導関数に基づく２次微分値で検出する測定モー
ドと、ｆθレンズ１の被測定面の局所的な凹凸等の欠陥
を偏差データの数値微分による２次微分値で検出する測
定モードとを必要に応じて選択することが可能になる。
響を与えるｆθレンズ１の被測定面のうねり等の形状誤
差の２次導関数に基づく２次微分値で検出する測定モー
ドと、ｆθレンズ１の被測定面の局所的な凹凸等の欠陥
を偏差データの数値微分による２次微分値で検出する測
定モードとを必要に応じて選択することが可能になる。
【００４１】以上の説明ではプラスチック光学部品を形
状評価する場合について述べたが、光学部品以外にも筺
体ケース等の樹脂成形品や所定の形状精度が要求される
被測定物の形状評価方法及び形状評価装置として適用す
ることもできる。
状評価する場合について述べたが、光学部品以外にも筺
体ケース等の樹脂成形品や所定の形状精度が要求される
被測定物の形状評価方法及び形状評価装置として適用す
ることもできる。
【００４２】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明の形状評価方
法及び装置によると、被測定面の断面形状データと被測
定面の設計断面形状との偏差を偏差データとして求め、
この偏差データに基づく形状誤差に近似した表記式の２
次導関数を求めるようにしたため、光学部品としての検
査と画像記録装置としての検査の二度手間を省くことが
できる。
法及び装置によると、被測定面の断面形状データと被測
定面の設計断面形状との偏差を偏差データとして求め、
この偏差データに基づく形状誤差に近似した表記式の２
次導関数を求めるようにしたため、光学部品としての検
査と画像記録装置としての検査の二度手間を省くことが
できる。
【００４３】また、本発明の形状評価方法及び装置によ
ると、被測定面の断面形状データと被測定面の設計断面
形状との偏差を偏差データとして求め、この偏差データ
を数値微分することによって２次微分値を求めるように
したため、光学装置に搭載したときに光学特性を変動さ
せる被測定面の局所的な変形を高い精度で検出すること
ができる。
ると、被測定面の断面形状データと被測定面の設計断面
形状との偏差を偏差データとして求め、この偏差データ
を数値微分することによって２次微分値を求めるように
したため、光学装置に搭載したときに光学特性を変動さ
せる被測定面の局所的な変形を高い精度で検出すること
ができる。
【図１】本発明の第１の形態例における形状評価装置を
示す説明図である。
示す説明図である。
【図２】本発明の一形態例における形状評価装置のブロ
ック図である。
ック図である。
【図３】本発明の第１の形態例におけるフローチャート
である。
である。
【図４】被測定面の設計断面形状と断面形状データとの
偏差を示す説明図である。
偏差を示す説明図である。
【図５】被測定面の設計断面形状と断面形状データとの
偏差に基づいて得られる２次導関数に基づく２次微分値
を示す説明図である。
偏差に基づいて得られる２次導関数に基づく２次微分値
を示す説明図である。
【図６】被測定面の設計断面形状と断面形状データとの
偏差に基づいて生じるｆθレンズ１の集光位置変動を示
す説明図である。
偏差に基づいて生じるｆθレンズ１の集光位置変動を示
す説明図である。
【図７】本発明の第２の形態例における形状評価装置の
ブロック図である。
ブロック図である。
【図８】本発明の第２の形態例におけるフローチャート
である。
である。
【図９】本発明の一形態例における第２の形状評価装置
によって求めた２次微分値を示す説明図である。
によって求めた２次微分値を示す説明図である。
【図１０】本発明の第３の形態例における形状評価装置
のブロック図である。
のブロック図である。
【図１１】従来の画像記録装置の光ビーム走査部を示す
説明図である。
説明図である。
１，ｆθレンズ
１ａ，光学面
２，薄膜状レンズ
２ａ，２ｂ，形状誤差
３，スタイラス
４，断面形状測定機
５，演算処理回路
６，ディスプレイ
７，断面形状偏差算出回路
８，近似式算出回路
９，２次導関数算出回路
１０，２次微分値算出回路
１３，測定モード選択部
１４，演算制御回路
１５，２次微分値算出回路
２０，レーザ光源
２１，ビームエキスパンダ
２２，ポリゴンミラー
２３，感光体ドラム
Claims (8)
- 【請求項１】 被測定物の被測定面の断面形状を測定
し、 前記被測定面の設計断面形状と測定された断面形状の偏
差を算出し、 前記偏差に基づいて前記被測定面の形状誤差を表す近似
式を算出し、 前記近似式の２次導関数を算出し、 前記２次導関数に基づいて前記被測定面の形状を評価す
ることを特徴とする形状評価方法。 - 【請求項２】 被測定物の被測定面の断面形状を測定
し、 前記被測定面の設計断面形状と測定された断面形状の偏
差を算出し、 前記偏差に基づく形状誤差から数値微分によって２次微
分値を算出し、 前記２次微分値に基づいて前記被測定面の形状を評価す
ることを特徴とする形状評価方法。 - 【請求項３】 被測定物の被測定面の断面形状を測定
し、 前記被測定面の設計断面形状と測定された断面形状の偏
差を算出し、 前記偏差に基づいて前記被測定面の形状誤差を表す近似
式を算出し、 前記近似式の２次導関数を算出し、 前記偏差に基づく形状誤差から数値微分によって２次微
分値を算出し、 前記被測定面の形状誤差の発生原因に応じて前記被測定
面の形状を前記２次導関数、あるいは前記２次微分値に
基づいて選択的に評価することを特徴とする形状評価方
法。 - 【請求項４】 前記被測定物は、光学部品である請求項
第１項、第２項あるいは第３項記載の形状評価方法。 - 【請求項５】 被測定面の断面形状を測定する測定手段
と、 前記被測定面の設計断面形状と前記測定手段によって測
定された測定断面形状の偏差を算出する偏差算出手段
と、 前記偏差に基づいて前記被測定面の形状誤差を表す近似
式を算出する近似式算出手段と、 前記近似式算出手段で算出された前記近似式の２次導関
数を算出する２次導関数算出手段とを有し、 前記２次導関数算出手段で算出された前記２次導関数に
基づいて前記被測定面の形状を評価することを特徴とす
る形状評価装置。 - 【請求項６】 被測定面の断面形状を測定する測定手段
と、 前記被測定面の設計断面形状と前記測定手段によって測
定された測定断面形状の偏差を算出する偏差算出手段
と、 前記偏差に基づく形状誤差から数値微分によって２次微
分値を算出する２次微分値算出手段とを有し、 前記２次微分値算出手段で算出された前記２次微分値に
基づいて前記被測定面の形状を評価することを特徴とす
る形状評価装置。 - 【請求項７】 被測定面の断面形状を測定する測定手段
と、 前記被測定面の設計断面形状と前記測定手段によって測
定された測定断面形状の偏差を算出する偏差算出手段
と、 前記偏差に基づいて前記被測定面の形状誤差を表す近似
式を算出する近似式算出手段と、 前記近似式算出手段で算出された前記近似式の２次導関
数を算出する２次導関数算出手段と、 前記偏差に基づく形状誤差から数値微分によって２次微
分値を算出する２次微分値算出手段と、 前記被測定面の形状誤差の発生原因に応じて前記２次導
関数算出手段、あるいは前記２次微分値算出手段を選択
し、前記２次導関数あるいは前記２次微分値に基づいて
前記被測定面の形状を評価する選択手段とを有すること
を特徴とする形状評価装置。 - 【請求項８】 前記被測定物は、光学部品である請求項
第５項、第６項あるいは第７項記載の形状評価装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23998695A JP3385819B2 (ja) | 1995-09-19 | 1995-09-19 | 形状評価方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23998695A JP3385819B2 (ja) | 1995-09-19 | 1995-09-19 | 形状評価方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0989713A JPH0989713A (ja) | 1997-04-04 |
| JP3385819B2 true JP3385819B2 (ja) | 2003-03-10 |
Family
ID=17052783
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23998695A Expired - Fee Related JP3385819B2 (ja) | 1995-09-19 | 1995-09-19 | 形状評価方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3385819B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4564632B2 (ja) * | 2000-07-25 | 2010-10-20 | キヤノン株式会社 | 形状評価方法および部品製造方法 |
| CN112945063B (zh) * | 2021-03-12 | 2022-06-28 | 山西阳煤化工机械（集团）有限公司 | 一种球形封头形状偏差的测量方法 |
| CN114985300B (zh) * | 2022-04-27 | 2024-03-01 | 佛山科学技术学院 | 一种瓦楞纸板生产线出口纸板分类方法及系统 |
-
1995
- 1995-09-19 JP JP23998695A patent/JP3385819B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0989713A (ja) | 1997-04-04 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |