JP5305741B2 - 測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、被測定物の反射光と参照球面との干渉により生じる干渉縞から非接触で被測定物の形状を測定する測定方法に係り、特に、ガルウィング型の被測定物の形状を測定する測定方法に関する。

近年、カメラレンズ等の光学系に非球面レンズを採用することにより、レンズ枚数低減（コスト低減）、低収差化、レンズ群の省スペース化が進んでいる。このため、非球面形状の測定が必要不可欠となり、非球面の測定方法について、種々の方法が提案されている。

非球面形状の測定方法は、大きく２通りに分けられる。第一の測定方法は接触式の方法であり、プローブで被測定面をなぞる方法である。この方法は、形状に対する制限が少なく、非球面量が大きい被測定物や、対称性を持たないような複雑な形状も比較的容易に測定できる、という長所がある。その反面、点をなぞるため測定時間が長い、被測定物を傷つける恐れがある、という短所がある。

第二の方法は非接触式の方法であり、光を用いた干渉計測が代表的である。非接触式の方法には、光が当たる範囲は一括測定できるため比較的測定時間が短い、また、非接触のため被測定物を傷つける恐れがない、という長所がある。その反面、形状が複雑な被測定物は測定が困難、という短所がある。

非接触式方法の一例である球面干渉法では、高精度に作製された透過球面からの参照波面と被測定物を干渉させて得られる干渉縞を解析することにより、参照波面と被測定物の形状との差分を測定することができる。球面干渉法は、透過球面と被測定物の相対距離を変えることにより参照波面の曲率半径を変えることができるため、一つの透過球面で多くの被測定物を測定できるという特徴がある。

被測定物が非球面の場合、球面のときのように容易には測定できない。この点、球面干渉法を非球面に拡張したものとして、例えば特許文献１及び特許文献２がある。

特許文献１には、軸対称な設計値を持つ非球面形状の測定方法が開示されている。軸対称な非球面形状を持つ被測定物を光軸方向に走査すると、ある特定の領域に輪環状の干渉縞が現れる。この輪環状の干渉縞を複数測定し、数学的に被測定物の形状を計算することで、被測定物の形状を測定する。

特許文献２には、被測定物を複数の部分領域に分割し、それぞれの領域ごとに測定することが開示されている。測定した部分領域をつなぎ合わせて、被測定物の全体形状を測定する。以下、本明細書では、部分領域をつなぎ合わせることをスティッチングと呼ぶ。各部分領域を測定するために干渉計を用いるが、その際、被測定物を傾斜させることにより、その領域を仮想的に球面に近づけて形状の測定を行う。
米国特許第６７８１７００号 特開２００４−１２５７６８号公報

しかしながら、特許文献１、特許文献２ともに、非球面形状の被測定物を測定するものであるが、その非球面形状は、凸形状又は凹形状のいずれか一方に限定される。ガルウィング型形状（自由曲面）など凸形状と凹形状とが混在する被測定物の場合、この被測定物の全体形状を測定することができない。このような被測定物を接触式の方法で測定するのは比較的容易であるが、非接触式の方法で行うのは困難である。

そこで、本発明の例示的目的は、自由曲面を有する被測定物を非接触で測定する測定方法を提供することにある。

本発明の一側面としての測定方法は、被測定物からの被検光と参照レンズからの参照光との干渉により生じる干渉縞の測定データを用いて前記被測定物の形状を測定する測定方法であって、前記被測定物は凸面と凹面を含み、前記参照レンズの焦点位置に対して前記参照レンズ側の第一の領域に前記被測定物を配置して、前記干渉縞を測定し、前記被測定物の凸面の形状を求める第一の測定ステップと、前記参照レンズの前記焦点位置に対して前記第一の領域とは反対側の第二の領域に前記被測定物を配置して、前記干渉縞を測定し、前記被測定物の凹面の形状を求める第二の測定ステップと、前記被検光と前記参照光とを干渉させる干渉計の光軸方向に対して前記被測定物を傾かせて前記干渉縞を測定して得られた測定データを用いて、前記凹面と前記凸面の間の曲率半径の符号が反転する反転領域の形状を求めるステップと、前記第一の測定ステップで求められた前記凸面の形状、前記第二の測定ステップで求められた前記凹面の形状、および、前記反転領域の形状を用いて前記被測定物の形状を求めるステップとを有する。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。

本発明の測定方法によれば、自由曲面を有する被測定物を非接触で測定することができる。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

まず、本実施例の測定方法に用いられる干渉計について説明する。図１は、本実施例の測定方法に用いられる代表的な干渉計の構成である。

干渉計１００は、いわゆるフィゾー型干渉計である。干渉計１００は、準単色の光源Ｓを有し、光源Ｓから発せられた光は、レンズＬ１を介してピンホールＰＨに集光される。ピンホールＰＨを透過した光は発散し、ビームスプリッタＢＳを透過した後、コリメータレンズＣＬで平行光になる。

この平行光の一部は、参照球面形成レンズＴＳにおいて反射する。残りの平行光は、参照球面形成レンズＴＳを透過する。参照球面形成レンズＴＳにおける反射光は参照光となり、参照球面形成レンズＴＳにおける透過光は被検光となる。

参照球面形成レンズＴＳで反射された参照光は、ビームスプリッタＢＳで反射し、レンズＬ２を通って撮像素子Ｃへ入射する。一方、参照球面形成レンズＴＳを透過した被検光は、被測定物Ｔに入射し、反射する。なお、ＯＡは光軸であり、２０は参照球面の焦点位置である。

被測定物Ｔで反射した光は、参照球面形成レンズＴＳ、コリメータレンズＣＬを透過する。コリメータレンズＣＬを透過した光は、ビームスプリッタＢＳで反射し、レンズＬ２を通って撮像素子Ｃへ入射する。

参照球面形成レンズＴＳで反射した参照光と参照球面形成レンズＴＳを透過して被測定物Ｔで反射した被検光は、可干渉性を備えるため、撮像素子Ｃ上には干渉縞が形成される。このため、撮像素子Ｃに形成された干渉縞を解析することにより、被測定物Ｔの形状を知ることができる。

しかし、このような方法で知ることのできる被測定物Ｔの形状は、参照波面との差分である。従って、測定可能な被測定物Ｔの形状は、原則として参照波面の形状に近似したものに限られる。被測定物Ｔが非球面のような比較的複雑な形状を有する場合、その形状に近似した参照波面を形成するか、又は、観測可能な部分的な干渉縞を利用する必要がある。

参照非球面を生成する参照球面形成レンズＴＳを作製するのは困難であるため、本実施例は参照球面の一部を利用する。このとき、被測定物Ｔの位置を変えると、被測定物Ｔに入射する参照球面の曲率半径が変わる。参照球面の曲率半径と被測定物Ｔの曲率半径とが一致したとき、測定可能な低密度の干渉縞が撮像素子Ｃに形成され、その干渉縞を観測することができる。

被測定物Ｔが球面の場合、ある特定の位置に被測定物Ｔを置けば、被測定物Ｔの全面に渡って干渉縞を観測することができる。このため、被測定物Ｔが球面の場合には、その形状を比較的容易に測定することが可能である。

しかし被測定物Ｔが非球面の場合、被測定物Ｔの曲率半径は、被測定物Ｔの中心部から周辺部にかけて変化する。従って、参照球面との干渉によって低密度の干渉縞が得られるのは、被測定物Ｔのうち、参照球面と曲率半径が近い一部の領域に限られる。このため、被測定物Ｔが非球面の場合には、その形状の測定は困難となる。特に、被測定物Ｔがガルウィング型のような凸形状と凹形状を両方備える形状の場合、その形状の計測は困難を極める。

そこで、本発明の実施例では、少なくとも次の第一の測定ステップと第二の測定ステップの二ステップを有する計測方法が用いられる。第一の測定ステップは、参照球面の焦点位置に対して光源側の第一の領域に被測定物を配置して干渉縞を測定する測定ステップである。第二の測定ステップは、参照球面の焦点位置に対して第一の領域とは反対側の第二の領域に被測定物を配置して干渉縞を測定する測定ステップである。

次に、本発明の実施例１の計測方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図２は、非球面を干渉計で測定したときの干渉縞を示す図である。被測定物Ｔの形状が軸対称の非球面である場合、参照球面の曲率半径によって、干渉縞の密度が低い領域と高い領域が現れる。例えば、参照球面の焦点位置２０と被測定物Ｔとの距離が、被測定物Ｔの中心曲率半径と等しいとき、図２（ａ）に示される干渉縞が得られる。参照球面と曲率半径が近い中心付近の領域では、密度の低い干渉縞１が得られている。しかし、その他の領域では、干渉縞の密度が高いためモアレ縞になっており、正しい干渉縞が得られていない。

また、参照球面の焦点位置２０と被測定物Ｔとの距離が、被測定物Ｔの中心曲率半径とずれている場合、図２（ｂ）に示される干渉縞が得られる。被測定物Ｔが軸対称の非球面の場合、被測定物Ｔの中心からの距離によって曲率半径が異なる。このため、被測定物Ｔの曲率半径と参照球面の曲率半径とが一致する場合にのみ、密度の低い干渉縞が得られる。

図２（ｂ）においては、輪帯状の干渉縞２が得られている。これは、干渉縞２が形成されている輪帯状の領域においてのみ、被測定物Ｔの曲率半径が参照球面の曲率半径と一致していることを意味する。なお、図２（ｂ）に示される中心付近の干渉縞１は、参照球面の曲率半径に関わらず、常に得られる。

被測定物Ｔの位置を光軸方向に移動する（参照球面形成レンズＴＳと被測定物Ｔとの相対距離を変化させる）と、徐々に輪帯状の干渉縞の形状（領域）が変化する。特許文献１では、この輪帯状の干渉縞と非球面形状の関係を数式で表しており、それを利用することにより、非球面形状を得ている。

図３は、本実施例における自由曲面を有する被測定物Ｔを示す断面図である。縦軸は被測定物Ｔの高さｚ、横軸は被測定物Ｔの幅ｈを示している。

図３に示されるように、この被測定物Ｔは、凸形状の中心部と凹形状の周辺部を有する自由曲面（ガルウィング型）の非球面である。このように、被測定物Ｔが、その曲率半径の符号が反転するガルウィング型の形状（曲率半径が凸形状から凹形状へ変化する形状）である場合、この形状を従来の方法で容易に得ることはできない。

図４は、非球面の被測定物を干渉計で測定したときの、被測定物の位置と干渉縞の関係を示す模式図である。

図４に示されるように、被測定物Ｔが中心部分の形状Ｚ１を測定可能な位置Ｔ１に位置するとき、中心部分の形状Ｚ１の近似曲率半径は参照球面の曲率半径と一致する。このため、図４の右上方に示されるように、中心部分の形状Ｚ１についての干渉縞が得られる。

また、被測定物Ｔが周辺部分の形状Ｚ２を測定可能な位置Ｔ２に位置するとき、周辺部分の形状Ｚ２の近似曲率半径が参照球面の曲率半径と一致する。このため、図４の右方に示されるように、周辺部分の形状Ｚ２についての輪帯状の干渉縞が得られる。

一方、被測定物Ｔの曲率半径の符号が反転する位置付近の形状Ｚ３は極めて曲率半径が大きい（平面に近い）形状になる。従って、被測定物Ｔの曲率半径の符号が反転する位置付近の形状Ｚ３を測定可能な位置Ｔ３は、無限遠に存在することになる。このため、形状Ｚ３と同様の曲率半径を有する参照球面を得ることは困難である。その結果、曲率半径の符号が反転した位置付近の形状Ｚ３の先の形状を測定することができない。

図５は、自由曲面を有する被測定物を干渉縞で測定したときの、被測定物の位置と干渉縞の関係を示す模式図である。

図４に示されるように、自由曲面を有する被測定物では、測定が困難な箇所がある。しかし、図５に示されるように、参照球面の焦点位置２０（原点）を挟んで逆方向に走査することにより、被測定物Ｔの曲率半径の符号が反転した先の形状Ｚ４を測定可能な位置Ｔ４に位置することができる。

例えば形状Ｚ１、Ｚ２のように、凸形状の曲率半径を有する部分の形状は、参照球面形成レンズＴＳと参照球面の焦点位置２０との間に位置する第一の領域３０ａにおいて測定される。一方、形状Ｚ４のように、凹形状の曲率半径を有する部分の形状は、参照球面の焦点位置２０に対して第一の領域３０ａとは反対側の第二の領域３０ｂにおいて測定される。この結果、曲率半径の符号が反転した位置付近の形状Ｚ３の先の形状Ｚ４の干渉縞を得ることができる。

被測定物Ｔの曲率半径の符号が反転する付近の形状Ｚ３は、曲率半径が大きい（平面に近い）ため、いずれにしても測定することは困難である。しかし、曲率半径の符号の反転前後の測定結果から形状Ｚ３を補完（予測）することにより、被測定物Ｔ全体の形状を測定することができる。

または、被測定物Ｔの曲率半径の符号が反転する付近の形状Ｚ３に関しては、別ステップにより被測定物Ｔの形状データを補完することもできる。例えば、光軸方向に対する被測定物Ｔの傾きを変化させて干渉縞を測定し、この測定結果を用いて形状Ｚ３を補完することによっても被測定物全体の形状を測定することができる。なお、被測定物Ｔを光軸方向に垂直な方向に移動（シフト）させた上で測定することがより望ましい。

このとき、被測定物Ｔの移動量をモニターし、各干渉縞を得たときの参照球面の曲率半径を測定しておく必要がある。また、測定前に被測定物Ｔの設計値を元に得られる干渉縞の形状を予め予測しておき、理想値との差分を測定する。

図６は、実施例１における計測方法を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ１０１において、被測定物Ｔをセットする。すなわち、物理的に被測定物Ｔを測定器（干渉計１００）にセットする。

被測定物Ｔのセットが完了すると、次に、ステップＳ１０２において、走査プランを作成する。走査プランの作成とは、被測定物Ｔの設計値を元に、輪帯状干渉縞の測定数や被測定物Ｔを動かす間隔を決定することである。以後のステップでは、ここで作成した走査プランを元に、被測定物Ｔを動かす。なお、本実施例では、被測定物ＴをセットするステップＳ１０１の後に走査プランを作成するステップＳ１０２が実行されるが、これに限定されるものではない。ステップＳ１０１とステップＳ１０２は順不同であり、走査プランの作成するステップＳ１０２を、被測定物ＴをセットするステップＳ１０１の前に実行することもできる。

ステップＳ１０３では、測定の原点出しが行われる。すなわち、被測定物Ｔの移動距離を測定する際の基準位置を決める。通常、図５に示されるように、参照球面の焦点位置２０を原点に設定することがより望ましい。このように設定すれば、原点からの移動距離がそのまま参照球面の曲率半径に相当するため、後の処理が容易になる。

ステップＳ１０４では、アライメントが行われる。アライメントとは、光軸方向に被測定物Ｔを走査しても光軸ずれが起きないように、光軸ＯＡと被測定物Ｔとの間の調整を行うことである。

ステップＳ１０５では、光軸方向における被測定物Ｔの位置調整が行われる。この位置調整は、ステップＳ１０２で作成した走査プランに従って行われる。この際、対象の輪帯干渉縞の近似曲率半径が正（凸）の場合、被測定物Ｔは、原点を基準として参照球面形成レンズＴＳが設けられている側の第一の領域３０ａに位置する。一方、輪帯干渉縞の近似曲率半径が負（凹）の場合、被測定物Ｔは原点を基準として参照球面形成レンズＴＳがない側である第二の領域３０ｂに位置する。また、原点に対する光軸方向の移動量を測定しておく。

ステップＳ１０６では、輪帯干渉縞の測定が行われる。すなわち、ステップＳ１０５で設定された位置における被測定物Ｔの干渉縞を測定する。具体的には、ステップＳ１０６では以下の第一又は第二の測定ステップが行われる。第一の測定ステップは、参照球面の焦点位置２０に対して光源側の第一の領域３０ａに被測定物Ｔを配置して、干渉縞を測定するステップである。第二の測定ステップは、参照球面の焦点位置２０に対して第一の領域３０ａとは反対側の第二の領域３０ｂに被測定物Ｔを配置して、干渉縞を測定するステップである。第一の領域３０ａ及び第二の領域３０ｂの二つの領域で測定するのは、被測定物Ｔの曲率半径の符号が反転する自由曲面を有するからである。

ステップＳ１０７では、全輪帯干渉縞を測定し終えたか否かが判断される。すなわち、ステップＳ１０２で作成した走査プランに従い、全輪帯干渉縞を測定し終えたか否かを判断する。全ての干渉縞の測定が完了していない場合、ステップＳ１０８へ進む。全ての干渉縞の測定が完了した場合、ステップＳ１０９へ進む。

ステップＳ１０８では、他の輪帯干渉縞をターゲットにする。すなわち、ステップＳ１０２で作成した走査プランに従い、未測定の輪帯干渉縞の位置情報等を取得する。そして、ステップＳ１０５に戻り、ステップＳ１０５〜Ｓ１０７を繰り返す。ステップＳ１０５〜Ｓ１０７を繰り返すことで、上記の第一の測定ステップ及び第二の測定ステップを行うことになる。

ステップＳ１０９では、曲率半径の符号が反転する領域の処理が行われる。すなわち、曲率半径の符号が反転する位置など、形状データが得られない場所における被測定物Ｔの形状を補完する。補完方法には、例えば、被測定物Ｔを光軸ＯＡに垂直な方向にシフトし、傾き調整して別途測定することで得られた結果を埋め込む方法、又は、数学的にフィッティングをかけ、未知の形状を推定する方法等がある。

このように、ステップＳ１０９は、ステップＳ１０５における第一の測定ステップ及び第二の測定ステップで干渉縞を測定することができない場合に被測定物Ｔの形状データを補完する第三の測定ステップとなる。例えば、第三の測定ステップは、光軸方向に対する被測定物Ｔの傾きを変化させて干渉縞を測定することや、光軸方向に垂直な方向に被測定物Ｔを移動させることが実行される。

ステップＳ１１０では、形状を演算により求める。すなわち、複数の輪帯形状から演算により被測定物Ｔの全体形状を計算する。

以上、本実施例によれば、曲率半径の符号が反転する自由曲面を有するガルウィング型の被測定物Ｔを非接触で測定することができる。

次に、本発明の実施例２の計測方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図３に示されるように、被測定物Ｔの形状がガルウィング型の非球面である場合、被測定物Ｔの中心部と周辺部との間で曲率半径の符号が異なる。すなわち、被測定物Ｔは自由曲面を有する。このような形状を測定する場合、曲率半径の符号が異なる参照球面が必要となるため、形状の測定は困難である。

そこで、本実施例では、被測定物Ｔを各部分領域に分けて測定し、その結果をスティッチングすることにより、非球面の被測定物Ｔの形状を測定する。

図７は、実施例２における被測定物の部分領域を示す模式図である。図７（ａ）は被測定物を影の陰影で表したものであり、図７（ｂ）はその断面形状を示す。

図７（ａ）に示されるように、被測定物Ｔは、中心領域１０及び周辺領域１１ａ〜１１ｈの９個の部分領域に分割され、その形状が測定される。部分領域の分割数は、被測定物Ｔの設計値から分割プランにより決定される。このように、部分領域の数は、被測定物Ｔの形状や大きさによって増減させることができる。

また、周辺領域１１ａ〜１１ｈの各部分領域を測定するときは、部分領域の形状と参照球面との差異が大きい。このため、被測定物Ｔを傾けて測定することにより、仮想的に部分領域を球面に近似させて測定することがより望ましい。このような測定方法により、干渉縞の密度が減り、測定が比較的容易になる。

図８は、実施例２における測定方法を示すフローチャートである。

ステップＳ２０１では、被測定物Ｔをセットする。すなわち、物理的に被測定物Ｔを測定器（干渉計１００）にセットする。

被測定物Ｔのセットが完了すると、次に、ステップＳ２０２において分割プランを作成する。すなわち、被測定物Ｔの設計値を元に、分割する部分領域の数や、各部分領域を測定する際の位置や姿勢を決定する。このように、ステップＳ２０２は、被測定物Ｔを複数の部分領域に分割する分割ステップとなる。以後、被測定物Ｔは、ステップＳ２０２で作成した分割プランに基づいて移動する。なお、ステップＳ２０１とステップＳ２０２は順不同である。

ステップＳ２０３では、測定の原点出しが行われる。すなわち、被測定物Ｔの移動距離を測定する際の基準位置を決める。図９は、実施例２における被測定物の測定位置を示す模式図である。図９に示されるように、通常、参照球面の焦点位置２０を原点に設定する。このように設定すると、原点からの移動距離がそのまま参照球面の曲率半径に相当するため、後の処理が容易になる。

ステップＳ２０４では、光軸方向の位置調整が行われる。すなわち、ステップＳ２０２で作成した分割プランに従い、被測定物Ｔの光軸方向の位置調整を行う。この際、対象の部分領域の近似曲率半径が正（凸）の場合、被測定物Ｔは、原点を基準として参照球面形成レンズＴＳが設けられている側である第一の領域３０ａに位置する。一方、近似曲率半径が負（凹）の場合、被測定物Ｔは、原点を基準として参照球面形成レンズＴＳがない側である第二の領域３０ｂに位置する。また、原点に対する光軸方向の移動量を測定しておく。

ステップＳ２０４では、ステップＳ２０２の分割ステップで分割された各部分領域について、第一の測定ステップ及び第二の測定ステップの少なくとも一つを実行する。

次に、ステップＳ２０５において、光軸と垂直方向の位置調整が行われる。すなわち、ステップＳ２０２で作成した分割プランに従い、周辺の部分領域の測定位置に合わせ、被測定物Ｔの光軸と垂直方向の位置調整を行う。また、原点に対する光軸と垂直方向の移動量を測定しておく。

ステップＳ２０６では、傾き調整が行われる。すなわち、ステップＳ２０２で作成した分割プランに従い、周辺の部分領域の形状に合わせ、被測定物Ｔの傾き調整を行う。また、原点に対する傾き調整量を測定しておく。傾き調整を行うことで干渉縞の密度が減り、測定が比較的容易になる。

図１０は、実施例２における各部分領域の干渉縞を示す図である。本図に示される干渉縞は、各部分領域の傾き調整を行うことなしに得られたものである。また、図１１は、各部分領域の傾き調整を行ったときの干渉縞を示す図である。図１０と図１１とを比較することにより、傾き調整を行った方が、周辺領域１１ａ〜１１ｈにおける干渉縞密度が減っていることがわかる。

次に、ステップＳ２０７において、対象の部分領域の干渉縞が測定される。具体的には、ステップＳ２０７では以下の第一又は第二の測定ステップが行われる。第一の測定ステップは、参照球面の焦点位置２０に対して光源側の第一の領域３０ａに被測定物Ｔを配置して、干渉縞を測定するステップである。第二の測定ステップは、参照球面の焦点位置２０に対して第一の領域３０ａとは反対側の第二の領域３０ｂに被測定物Ｔを配置して、干渉縞を測定するステップである。

ステップＳ２０８では、全部分領域の干渉縞を測定し終えたか否かが判断される。すなわち、ステップＳ２０２で作成した分割プランに従い、全部分領域の干渉縞を測定が完了したか否かを判断する。全部分領域の測定が未完了の場合、ステップＳ２０９へ進む。全部分領域の測定が完了した場合、ステップＳ２１０へ進む。

ステップＳ２０９では他の部分領域をターゲットにする。すなわち、ステップＳ２０２で作成した分割プランに従い、未測定部分領域の位置情報等を取得する。そして、ステップＳ２０４に戻り、ステップＳ２０４〜Ｓ２０８を繰り返す。ステップＳ２０４〜Ｓ２０８を繰り返すことで、上記の第一の測定ステップ及び第二の測定ステップを行うことになる。

ステップＳ２１０では、各部分領域の干渉縞をアンラップする。アンラップとは、隣り合う点に位相飛びが生じている場合に、位相をつなぎ合せて接続することである。アンラップ処理としては、一般的にはフラッドフィル法が良く用いられる。このように、ステップＳ２１０は、各部分領域の干渉縞を位相接続（アンラップ）し、各部分領域の形状を測定するアンラップステップである。

図１２は、実施例２における各部分領域の干渉縞をアンラップした図である。本図には、被測定物Ｔの各部分領域（中心領域１０及び周辺領域１１ａ〜１１ｈ）の干渉縞をアンラップした結果が示されている。

ステップＳ２１１では測定誤差の補正が行われる。すなわち、ステップＳ２１１は、各部分領域を測定する際の被測定物Ｔの移動量から誤差量を算出し、各部分領域における測定誤差を補正する補正ステップである。

ステップＳ２１２では、被測定物Ｔの形状が演算される。すなわち、ステップＳ２１２は、アンラップステップで測定された各部分領域の形状をつなぎ合わせるスティッチングステップである。

図１２に示されるように、中心領域１０及び周辺領域１１ａ〜１１ｈからなる部分領域は、その一部の領域が隣り合う部分領域と重なった重なり領域を有する。このため、被測定物Ｔの形状の演算する際には、重なり領域の誤差が最小になるように、例えば最小二乗法を用いてスティッチングが行われる。

図１３は、実施例２における各部分領域をスティッチングした結果を示す図である。図１３に示されるように、各部分領域をスティッチングすることにより、被測定物Ｔの全体形状を再現することができる。

このように、本実施例による測定方法は、被測定物Ｔの部分領域の測定位置を、参照球面形成レンズＴＳの焦点位置２０（原点）を挟んで逆方向まで拡張する。このような方法により、ガルウィング型のような曲率半径の符号が反転する形状を測定することが可能となる。すなわち、本発明の測定方法によれば、曲率半径の符号が反転する自由曲面を有する被測定物を非接触で測定することができる。

以上、本発明の実施例について具体的に説明した。ただし、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内において適宜変更することが可能である。

例えば、上記実施例では、被測定物Ｔを光軸方向に移動させることを説明したが、これに限定されるものではない。被測定物Ｔの移動に関しては、参照球面形成レンズＴＳとの相対距離が重要である。このため、被測定物Ｔを固定して参照球面形成レンズＴＳを移動させてもよい。または、参照球面形成レンズＴＳと被測定物Ｔの両方を移動させるように構成することもできる。

本実施例の測定方法に用いられる代表的な干渉計の構成を示す図である。 非球面を干渉計で測定したときの干渉縞を示す図である。 本実施例における自由曲面を有する被測定物を示す断面図である。 非球面の被測定物を干渉計で測定したときの、被測定物の位置と干渉縞の関係を示す模式図である。 自由曲面を有する被測定物を干渉縞で測定したときの、被測定物の位置と干渉縞の関係を示す模式図である。 実施例１における計測方法を示すフローチャートである。 実施例２における被測定物の部分領域を示す模式図である。 実施例２における測定方法を示すフローチャートである。 実施例２における被測定物の測定位置を示す模式図である。 実施例２における各部分領域の干渉縞を示す図である。 実施例２における各部分領域の傾き調整を行ったときの干渉縞を示す図である。 実施例２における各部分領域の干渉縞をアンラップした図である。 実施例２における各部分領域をスティッチングした結果を示す図である。

符号の説明

Ｓ 光源
Ｌ１ レンズ
Ｌ２ レンズ
ＰＨ ピンホール
ＢＳ ビームスプリッタ
ＣＬ コリメータレンズ
ＯＡ 光軸
ＴＳ 参照球面形成レンズ
Ｔ 被測定物
Ｃ 撮像素子
Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４ 形状
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４ 位置
１、２ 干渉縞
１０ 中心領域
１１ａ〜１１ｈ 周辺領域
２０ 焦点位置
３０ａ 第一の領域
３０ｂ 第二の領域
１００ 干渉計

Claims (5)

1. 被測定物からの被検光と参照レンズからの参照光との干渉により生じる干渉縞の測定データを用いて前記被測定物の形状を測定する測定方法であって、
   前記被測定物は凸面と凹面を含み、
   前記参照レンズの焦点位置に対して前記参照レンズ側の第一の領域に前記被測定物を配置して、前記干渉縞を測定し、前記被測定物の凸面の形状を求める第一の測定ステップと、
   前記参照レンズの前記焦点位置に対して前記第一の領域とは反対側の第二の領域に前記被測定物を配置して、前記干渉縞を測定し、前記被測定物の凹面の形状を求める第二の測定ステップと、
   前記被検光と前記参照光とを干渉させる干渉計の光軸方向に対して前記被測定物を傾かせて前記干渉縞を測定して得られた測定データを用いて、前記凹面と前記凸面の間の曲率半径の符号が反転する反転領域の形状を求めるステップと、
   前記第一の測定ステップで求められた前記凸面の形状、前記第二の測定ステップで求められた前記凹面の形状、および、前記反転領域の形状を用いて前記被測定物の形状を求めるステップとを有することを特徴とする測定方法。
2. 前記反転領域の形状を求めるステップにおいて、前記被検光と前記参照光とを干渉させる干渉計の前記光軸方向に垂直な方向に前記被測定物を移動させて前記干渉縞を測定して得られた測定データを用いて前記反転領域の形状を求めることを特徴とする請求項１記載の測定方法。
3. 前記被測定物を測定範囲として複数の部分領域に分割する分割ステップを有し、各部分領域について、前記第一の測定ステップ及び前記第二の測定ステップの少なくとも一つを実行することを特徴とする請求項１記載の測定方法。
4. 前記各部分領域について前記第一の測定ステップ及び前記第二の測定ステップの少なくとも一つを実行して該各部分領域の前記干渉縞を測定した後、該各部分領域の前記干渉縞をアンラップして該各部分領域の形状を測定するアンラップステップと、
   前記アンラップステップで測定された前記各部分領域の形状をつなぎ合わせるスティッチングステップと、を有することを特徴とする請求項３記載の測定方法。
5. 前記各部分領域における測定誤差を補正する補正ステップを有し、前記補正ステップで前記測定誤差を補正してから前記スティッチングステップで前記各部分領域の形状をつなぎ合わせることを特徴とする請求項４記載の測定方法。