JPH01199103A - Apparatus for measuring surface shape - Google Patents

Apparatus for measuring surface shape

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JPH01199103A
JPH01199103A JP5831187A JP5831187A JPH01199103A JP H01199103 A JPH01199103 A JP H01199103A JP 5831187 A JP5831187 A JP 5831187A JP 5831187 A JP5831187 A JP 5831187A JP H01199103 A JPH01199103 A JP H01199103A
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廣治 鳴海
Keiji Watanabe
渡辺 啓治
Kotaro Hosaka
光太郎 保坂
Makoto Higomura
肥後村 誠
Sekinori Yamamoto
山本 碩徳
Tetsushi Nose
哲志 野瀬
Yukichi Niwa
丹羽 雄吉
Mitsutoshi Owada
大和田 光俊
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Abstract

PURPOSE:To express the fine uneven shape of a surface to be inspected and to measure a surface shape with high sensitivity and high accuracy, by changing the converging position of an optical probe with respect to the surface to be inspected on the basis of a signal for judging the focus matching state of the optical probe to the surface to be inspected. CONSTITUTION:The focus matching state of an optical probe to the surface to be inspected of an object 30 to be measured is judged by the focus matching state judging optical system of an automatic focus microscope 20 and a fine adjustment motor 17 is driven according to the focus matching state thereof to move the microscope 20 and a focus position is locked to a point to be measured and the object 30 to be measured is revolved around a revolving shaft 21 to perform the scanning of the ridgeline thereof. The distance from the revolving shaft 21 to the point to be measured and an angle of inclination are calculated from the output of the focus matching state judging optical system by a focus state detector 50 and an angle-of-inclination detector 51. The cross-section shape of the object 30 to be measured is measured according to a polar coordinates system by a control computer 60 and a data processing computer 61. Further, the object 30 to be measured is rotated around an indexing shaft 22 to perform multisurface measurement and the surface thereof is measured.

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は、面形状測定装置に関し、特に非球面レンズ等
の非球面形状を高速且つ高精度に測定する面形状測定装
置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field] The present invention relates to a surface shape measuring device, and more particularly to a surface shape measuring device that measures the shape of an aspherical surface such as an aspherical lens at high speed and with high precision.

とりわけ、本発明は光プローブ等の非接触プローブを被
検面に投射して被検面からの反射光の検知センサ上への
投射状態にもとづいて被検面の形状を測定する際に好適
である。
In particular, the present invention is suitable for projecting a non-contact probe such as an optical probe onto a test surface and measuring the shape of the test surface based on the state of projection of reflected light from the test surface onto a detection sensor. be.

〔従来技術〕[Prior art]

従来、非球面レンズ等の面形状測定方法としては、被測
定物をx−y座標系で移動せしめ、接触式プローブによ
り被測定物表面を走査し、プローブの移動量により被測
定物の形状を求める方法が一般に行われていた。
Conventionally, as a method for measuring the surface shape of an aspherical lens, etc., the object to be measured is moved in an x-y coordinate system, the surface of the object to be measured is scanned with a contact probe, and the shape of the object is determined by the amount of movement of the probe. This method was commonly used.

一方、非接触式プローブによる面形状測定法としては、
特開昭61−17907号公報、特開昭61−1790
8号公報に示される様に、合焦状態判別光学系と、この
光学系を被測定物の被検面にフォーカシングせしめる移
動手段を設け、この移動手段の移動量から被測定物の面
形状を測定する方法がある。
On the other hand, as a surface shape measurement method using a non-contact probe,
JP-A-61-17907, JP-A-61-1790
As shown in Publication No. 8, a focus state determining optical system and a moving means for focusing this optical system on the surface of the object to be measured are provided, and the surface shape of the object to be measured is determined from the amount of movement of this moving means. There is a way to measure it.

上述の接触式プローブを用い、被測定物をX−Y座標系
で移動し走査する場合、被測定物が開角の大きいレンズ
等である時は、プローブの走査による被測定物表面の傾
き角が大きい為に測定が困難になっていた。又、測長の
ストロークを大きくとらなければならないという問題点
も生じていた。また接触式プローブで被測定物を走査し
たとき、籾測定物に傷が付(という問題点があった。
When using the above-mentioned contact type probe to move and scan the object to be measured in the X-Y coordinate system, if the object to be measured is a lens with a large opening angle, the inclination angle of the surface of the object to be measured due to the scanning of the probe It was difficult to measure because of its large size. Another problem has arisen in that a long stroke for length measurement must be taken. There was also the problem that when the object to be measured was scanned with a contact probe, the object to be measured was scratched.

光プローブ等の非接触式プローブを使用する方法は、上
述の接触式プローブを使用する方法による被測定物の損
傷を防ぐことが出来、この種の測定方法として極めて有
用である。
A method using a non-contact type probe such as an optical probe can prevent damage to the object to be measured caused by the above-mentioned method using a contact type probe, and is extremely useful as this type of measurement method.

しかしながら、従来の測定方式では、接触式や非接触式
等のプローブの種類に依らず、測長手段のみを使用して
被検面の形状を測定していた為、被検面の微細な凹凸に
対する形状は表現することが不可能で、高分解能な測定
装置とは云えなかった。
However, in the conventional measurement method, the shape of the test surface was measured using only the length measuring means, regardless of the type of probe such as contact type or non-contact type. It was impossible to express the shape of the object, and it could not be called a high-resolution measuring device.

又、非接触式プローブを利用する測定装置は、前述の特
開昭61−17907号公報や特開昭61−17908
号公報に示す様に、合焦状態判別光学系の移動量を測長
手段で求めて面形状を測定するのが一般的である。
Furthermore, measuring devices using non-contact probes are disclosed in the aforementioned Japanese Patent Laid-Open No. 61-17907 and Japanese Patent Laid-open No. 61-17908.
As shown in the publication, it is common to measure the surface shape by determining the amount of movement of the focusing state determining optical system using a length measuring means.

従って、測長精度は光プローブの被検面へのフォーカシ
ングの精度に依存し、微細な凹凸へのフォーカシングが
追従出来ない場合は面形状の測定精度が劣化する。
Therefore, the length measurement accuracy depends on the focusing accuracy of the optical probe on the surface to be measured, and if the focusing cannot follow minute irregularities, the measurement accuracy of the surface shape deteriorates.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであ
り、被検面の微細な凹凸の形状表現を可能とする、高分
解能且つ高精度の測定が出来る面形状測定装置を提供す
ることを目的としている。
The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide a surface shape measuring device capable of high-resolution and high-accuracy measurement, and capable of expressing the shape of fine irregularities on a surface to be inspected. It is an object.

上記目的を達成する為に、本発明に係る面形状測定装置
は、被検面に対する光プローブの合焦状態を判別する合
焦状態判別手段と該判別手段からの信号にもとづいて被
検面に対する光プローブの集束位置を変える制御手段と
前記集束位置の変化量を検出する検出手段と該検出手段
と前記判別手段とから得られる信号を利用して被検面の
形状を測定する測定手段とを有することを特徴としてい
る。
In order to achieve the above object, the surface shape measuring device according to the present invention includes a focusing state determining means for determining the focusing state of the optical probe on the test surface, and a focusing state determining means for determining the focusing state of the optical probe on the test surface. A control means for changing the focusing position of the optical probe, a detecting means for detecting the amount of change in the focusing position, and a measuring means for measuring the shape of the surface to be inspected using signals obtained from the detecting means and the discriminating means. It is characterized by having

本発明の更なる特徴は下記実施例より明らかになるであ
ろう。
Further features of the present invention will become clear from the following examples.

面レンズおよび非球面レンズの形状測定装置を示す概略
構成図である。
1 is a schematic configuration diagram showing a shape measuring device for a surface lens and an aspheric lens.

第1図において、旋回軸受2およびエンコーダ3および
不図示の旋回モータが定盤lに固着されている。旋回軸
受2と、レンズの曲率中心と旋回軸21とを一致させる
為のR合せガイド6に固着された旋回軸21との間は空
気静圧軸受方式により構成される。また、定盤lに固着
された旋回ガイド4と、R合せガイド6に固着された旋
回スライド5との間も空気静圧案内方式により構成され
る。旋回軸21は不図示のスチールベルトによって不図
示の旋回モータに接続される。以上により、R合せガイ
ド6を旋回軸21のまわりに回転させる旋回軸駆動機構
が構成される。
In FIG. 1, a swing bearing 2, an encoder 3, and a swing motor (not shown) are fixed to a surface plate l. An aerostatic bearing system is used between the pivot bearing 2 and the pivot shaft 21 fixed to the R alignment guide 6 for aligning the center of curvature of the lens with the pivot shaft 21. Furthermore, the space between the swing guide 4 fixed to the surface plate 1 and the swing slide 5 fixed to the R alignment guide 6 is also configured by an aerostatic pressure guide system. The rotating shaft 21 is connected to a rotating motor (not shown) by a steel belt (not shown). As described above, a pivot shaft drive mechanism for rotating the R alignment guide 6 around the pivot shaft 21 is configured.

割出軸受8および割出モータ9がR合せスライド7に固
着され、割出軸受8と割出軸22との間が空気静圧軸受
方式で構成される。非球面レンズ等の被測定物30は、
その光軸が割出軸22と一致するように不図示のチャッ
ク割出軸22により固着される。以上により、被測定物
30をその光軸のまわりに回転させる為の被測定物30
の割出機構を構成する。
An indexing bearing 8 and an indexing motor 9 are fixed to the R matching slide 7, and the space between the indexing bearing 8 and the indexing shaft 22 is configured by an aerostatic bearing system. The object to be measured 30 such as an aspherical lens is
It is fixed by a chuck indexing shaft 22 (not shown) so that its optical axis coincides with the indexing shaft 22. As described above, the object to be measured 30 for rotating the object to be measured 30 around its optical axis.
configuring the indexing mechanism.

R合せガイド6とR合せスライド7との間は空気静圧案
内方式で構成され、R合せガイド6に対して、R合せス
ライド7を摺動することにより、被測定物30の曲率中
心を旋回軸21に一致せしめる為のR合せ機構を構成す
る。定盤lに固着された粗動ガイド10と粗動スライド
11との間は、空気静圧案内方式で構成される。粗動ガ
イドlOに固着された粗動モータ12と粗動スライド1
.1とは1、回転直進変換機構であるところのボールネ
ジまたは台形ねじ等によるねじ12’  により連結さ
れる。粗動スライド11に固着された粗動格子スケール
13と粗動ガイド10に固着された格子ピッチ読取装置
14とにより、粗動スライド11の移動量を測定する。
The space between the R alignment guide 6 and the R alignment slide 7 is constructed using an air static pressure guide system, and by sliding the R alignment slide 7 with respect to the R alignment guide 6, the center of curvature of the object to be measured 30 can be rotated. An R alignment mechanism is configured to match the shaft 21. The space between the coarse movement guide 10 fixed to the surface plate l and the coarse movement slide 11 is constructed using an aerostatic pressure guide system. Coarse movement motor 12 and coarse movement slide 1 fixed to coarse movement guide lO
.. 1 and 1 are connected by a screw 12' such as a ball screw or a trapezoidal screw, which is a rotation-to-linear conversion mechanism. A coarse movement grating scale 13 fixed to the coarse movement slide 11 and a grating pitch reading device 14 fixed to the coarse movement guide 10 measure the amount of movement of the coarse movement slide 11 .

粗動スライド11に固着された微動ガイド15と微動ス
ライド16との間は空気静圧案内方式で構成される。リ
ニアモータで構成される微動モータ17は粗動スライド
11に固着され、そのスライド部を微動ガイド15を嵌
通させて微動スライド16に固着する。
The space between the fine movement guide 15 fixed to the coarse movement slide 11 and the fine movement slide 16 is constructed using an aerostatic pressure guide system. A fine movement motor 17 constituted by a linear motor is fixed to the coarse movement slide 11, and its slide portion is fixed to the fine movement slide 16 by fitting the fine movement guide 15 therethrough.

オートフォーカス顕微鏡20が微動スライド16に固着
され、オートフォーカス顕微鏡20に固着された微動格
子スケール18と、粗動スライド11に固着された格子
ピッチ読取装置19とにより、オートフォーカス顕微鏡
20の移動量を測定する。さらに定盤lは不図示の除振
台に固着され外部振動の影響を除去している。
The autofocus microscope 20 is fixed to the fine movement slide 16, and the amount of movement of the autofocus microscope 20 is controlled by the fine movement grating scale 18 fixed to the autofocus microscope 20 and the grating pitch reading device 19 fixed to the coarse movement slide 11. Measure. Further, the surface plate l is fixed to a vibration isolation table (not shown) to eliminate the influence of external vibrations.

第2図はオートフォーカス顕微鏡20の内部構成を示す
概略構成図であり、特開昭61−17.907号公報で
本件出願人が開示した三次元形状測定系と同一のもので
ある。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing the internal configuration of the autofocus microscope 20, which is the same as the three-dimensional shape measuring system disclosed by the applicant in Japanese Patent Application Laid-Open No. 17-907-1983.

従って、ここでは詳細な説明は省略し、この光学系の機
能を簡単に述べることにする。
Therefore, a detailed explanation will be omitted here, and the functions of this optical system will be briefly described.

第2図に示すオートフォーカス顕微鏡20では、合焦状
態判別光学系42により被測定物30の対物レンズ41
に対する合焦状態を検出し、その合焦状態により微動モ
ータ17を駆動し、オートフォーカス顕微鏡20を移動
せしめることにより、常時、被測定物30の表面と対物
レンズ41の光軸とが交わる点、即ち被測定点に対物レ
ンズ41の焦点位置をロックする様なオートフォーカシ
ング機構を備える。又、同時に傾斜角測定光学系43に
より被測定点における被測定物30の表面の傾斜角を測
定する。
In the autofocus microscope 20 shown in FIG. 2, the objective lens 41 of the object to be measured 30 is
By detecting the in-focus state of the object and driving the fine movement motor 17 according to the in-focus state to move the autofocus microscope 20, a point where the surface of the object to be measured 30 and the optical axis of the objective lens 41 intersect at all times, That is, an autofocusing mechanism is provided to lock the focal position of the objective lens 41 at the point to be measured. At the same time, the inclination angle of the surface of the object to be measured 30 at the point to be measured is measured by the inclination angle measuring optical system 43.

このときの傾斜角は旋回軸21の回りに矢印(θ)で示
される旋回方向への傾斜角として測定される。
The inclination angle at this time is measured as the inclination angle around the rotation axis 21 in the direction of rotation indicated by the arrow (θ).

本実施例によれば、合焦状態判別光学系42による被測
定物30の被検面への光プローブの投射を、光プローブ
の中心光線が光軸に対して傾く様な状態で入射、即ち被
検面へ斜入射させている。この傾きは第2図の紙面内で
生じており、被検面からの反射ビームのずれ方向は紙面
内に存する。
According to this embodiment, the optical probe is projected onto the test surface of the object to be measured 30 by the focusing state discriminating optical system 42 in such a manner that the central ray of the optical probe is inclined with respect to the optical axis. The beam is incident obliquely on the surface to be inspected. This inclination occurs within the plane of the paper in FIG. 2, and the direction of deviation of the reflected beam from the surface to be inspected lies within the plane of the paper.

一方、被測定物30は旋回軸21の回りに旋回させられ
る為、光プローブは被測定物30の被検面上を紙面と直
交する方向に走査されることになる。
On the other hand, since the object to be measured 30 is rotated around the rotation axis 21, the optical probe is scanned over the surface of the object to be measured 30 in a direction perpendicular to the plane of the paper.

球面又は非球面レンズ等の被測定物30は、その周方向
に沿った形状は一定であり、被検面上の被測定点に於い
て第2図に示す旋回方向と直交する方向の傾斜角は零と
見なされる。
The object to be measured 30, such as a spherical or aspherical lens, has a constant shape along its circumferential direction, and has an inclination angle in a direction perpendicular to the turning direction shown in FIG. 2 at the measured point on the surface to be measured. is considered to be zero.

従って、第2図に示す様に、合焦状態判別光学系42の
反射ビームのずれ方向と被測定物30の旋回方向とを大
略直交、望ましくは90±20°の関係になる様に構成
することにより、被測定物30の被検面の傾斜による反
射ビームの微小なずれや傾斜角測定用のビームとの干渉
を無(すことが出来、合焦状態判別光学系42が被検面
の光軸方向の高さ(位置)を正確に検知し得る。従って
、合焦状態判別の精度を格段に向上させることが出来る
Therefore, as shown in FIG. 2, the direction of deviation of the reflected beam of the focusing state determination optical system 42 and the direction of rotation of the object to be measured 30 are configured to be approximately perpendicular, preferably at an angle of 90±20°. By doing so, it is possible to eliminate minute shifts in the reflected beam due to the inclination of the surface to be measured of the object to be measured 30 and interference with the beam for measuring the inclination angle. The height (position) in the optical axis direction can be accurately detected. Therefore, the accuracy of focusing state determination can be significantly improved.

尚、第2図に於いて、合焦状態判別光学系42において
、80は光源であり、100はコリメーターレンズであ
り、120はナイフェツジであり、140は偏光ビーム
スプリッタ−であり、160はハーフミラ−であり、1
80はl/4波長板であり、241は対物レンズであり
、220はバンドパスフィルターであり、240はレン
ズであり、244は光学的センサである。
In FIG. 2, in the focusing state determination optical system 42, 80 is a light source, 100 is a collimator lens, 120 is a knife lens, 140 is a polarizing beam splitter, and 160 is a half mirror. - and 1
80 is a 1/4 wavelength plate, 241 is an objective lens, 220 is a band pass filter, 240 is a lens, and 244 is an optical sensor.

傾斜角測定光学系43において、280は光源であり、
300及び320はレンズであり、340は偏光ビーム
スプリッタ−であり、360はバンドパスフィルターで
あり、45は光学的センサである。尚、この光学系43
においてはハーフミラ−160S1/4波長板180及
び対物レンズ41は光学系42と共用されている。
In the tilt angle measuring optical system 43, 280 is a light source;
300 and 320 are lenses, 340 is a polarizing beam splitter, 360 is a band pass filter, and 45 is an optical sensor. Furthermore, this optical system 43
In this case, the half mirror 160S1/4 wavelength plate 180 and the objective lens 41 are shared with the optical system 42.

第3図に第1図及び第2図に示す測定装置の制御系ブロ
ック図を示す。オートフォーカス顕微鏡20の内部に設
置された合焦状態判別光学系42のセンサ44の出力信
号が、合焦状態検出器50に入力されて第4図および第
5図に示す合焦状態信号と光量信号とに処理される(特
開昭61−017907号公報参照)。つまり、被測定
物30の被検面上の被測定点が第2図における対物レン
ズ41の焦点位置にあるときの合焦状態信号は第4図の
a点となり、被検面上の被測定点の対物レンズ41の焦
点位置からのずれに従い、a点近傍において合焦状態信
号はリニアに変化する。そのとき、センサ44で受光さ
れる光の総量を示す光量信号は第5図に示す様な変化を
呈する。依って、第4図と第5図とから解る様に、セン
サ44で受光される光の光量レベルの、ある値以上をも
って合焦状態検出可能領域が決定される。。
FIG. 3 shows a control system block diagram of the measuring device shown in FIGS. 1 and 2. The output signal of the sensor 44 of the focus state determination optical system 42 installed inside the autofocus microscope 20 is input to the focus state detector 50, and the focus state signal and light amount shown in FIGS. 4 and 5 are obtained. The signal is processed into a signal (see Japanese Patent Laid-Open No. 61-017907). In other words, when the point to be measured on the surface to be measured of the object to be measured 30 is at the focal position of the objective lens 41 in FIG. 2, the in-focus state signal becomes point a in FIG. In accordance with the deviation of the point from the focal position of the objective lens 41, the focus state signal changes linearly near point a. At this time, the light amount signal indicating the total amount of light received by the sensor 44 changes as shown in FIG. Therefore, as can be seen from FIGS. 4 and 5, the in-focus state detectable region is determined when the level of the amount of light received by the sensor 44 exceeds a certain value. .

合焦状態検出器50により生成された合焦状態信号およ
び光量信号はサーボドライバ52および制御コンピュー
タ60に入力される。さらに、サーボドライバ52の出
力は微動モータ17に接続され、微動スライド16.オ
ートフォーカス顕微鏡20.被測定物309合焦合焦状
態表示0.サーボドライバ52、微動モータ17により
オートフォーカシングサーボ機構ループが形成される。
A focus state signal and a light amount signal generated by the focus state detector 50 are input to a servo driver 52 and a control computer 60. Furthermore, the output of the servo driver 52 is connected to the fine movement motor 17, and the fine movement slide 16. Autofocus microscope 20. Object to be measured 309 Focus Focus state display 0. The servo driver 52 and the fine motor 17 form an autofocusing servo mechanism loop.

オートフォーカス顕微鏡20の内部に設置された傾斜角
測定光学系43のセンサ45の出力信号が傾斜角検出器
51に入力され、被測定点の旋回方向への傾斜角として
処理される(特開昭61−017907号公報参照)。
The output signal of the sensor 45 of the tilt angle measurement optical system 43 installed inside the autofocus microscope 20 is input to the tilt angle detector 51, and is processed as the tilt angle of the point to be measured in the rotation direction (Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-017907).

さらに、傾斜角検出器51によって処理された傾斜角信
号は制御コンピュータ60に入力される。
Further, the tilt angle signal processed by the tilt angle detector 51 is input to the control computer 60.

格子ピッチ読取装置19の出力信号は、微動スライド移
動量検出器53に入力され微動スライド16の移動量と
して信号処理される。さらに、微動スライド16の移動
量はサーボドライバ52および制御コンピュータ60に
入力される。このとき、微動スライド16.微動格子ス
ケール18.格子ピッチ読取装置19.微動スライド移
動量検出器53.サーボドライバ52.微動モータ17
によりオートフォーカス顕微鏡20の位置決めサーボ機
構ループが形成される。
The output signal of the grating pitch reading device 19 is input to the fine movement slide movement amount detector 53 and is processed as a signal as the movement amount of the fine movement slide 16. Further, the amount of movement of the fine slide 16 is input to the servo driver 52 and the control computer 60. At this time, the fine movement slide 16. Microtremor grating scale 18. Grating pitch reading device 19. Fine slide movement amount detector 53. Servo driver 52. Fine movement motor 17
A positioning servomechanism loop of the autofocus microscope 20 is formed by this.

制御コンピュータ60からの指令により、粗動モータド
ライバ54が駆動され、粗動モータドライバ54に接続
された粗動モータ12が回転することにより、ねじ12
’  により連結された粗動スライド11が移動する。
The coarse motor driver 54 is driven by a command from the control computer 60, and the coarse motor 12 connected to the coarse motor driver 54 rotates, so that the screw 12 is rotated.
' The coarse slide 11 connected to each other moves.

粗動ガイドIOに固着された格子ピッチ読取装置14の
、粗動格子スケール13の目盛を読取った出力信号は粗
動スライド移動量検出器−55に入力され、粗動スライ
ド11の移動量として信号処理され制御コンピュータ6
0に入力される。
The output signal of the grating pitch reading device 14 fixed to the coarse movement guide IO, which reads the scale of the coarse movement grating scale 13, is input to the coarse movement slide movement amount detector-55, and is output as a signal as the movement amount of the coarse movement slide 11. Processed and controlled computer 6
It is input to 0.

制御コンピュータ60からの指令により、旋回軸モータ
ドライバ56が駆動され、旋回軸モータドライバ56に
接続された不図示の旋回モータが回転する。このとき不
図示のスチールベルトにより旋回モータに接続された旋
回軸21が回転し、被測定物30が旋回軸21を中心に
旋回される。
The rotation axis motor driver 56 is driven by a command from the control computer 60, and a rotation motor (not shown) connected to the rotation axis motor driver 56 rotates. At this time, a pivot shaft 21 connected to a pivot motor is rotated by a steel belt (not shown), and the object to be measured 30 is pivoted around the pivot shaft 21 .

エンコーダ3からの信号は旋回角検出器57に入力され
、旋回軸21の回転角、つまり被測定物30の旋回軸2
1を中心とする旋回角θとして信号処理され、制御コン
ピュータ60に入力される。
The signal from the encoder 3 is input to the rotation angle detector 57, and the rotation angle of the rotation axis 21, that is, the rotation axis 2 of the object to be measured 30 is detected.
The signal is processed as a turning angle θ centered at 1, and is input to the control computer 60.

制御コンピュータ60からの指令により、割出軸モータ
ドライバ58が駆動され、割出軸モータドライバ58に
接続された割出軸モータ9が回転する。
The index shaft motor driver 58 is driven by a command from the control computer 60, and the index shaft motor 9 connected to the index shaft motor driver 58 rotates.

これにより、被測定物30が割出軸を中心に一定角度回
転し、被測定断面の割出が行われる。
As a result, the object to be measured 30 is rotated by a certain angle around the indexing axis, and the cross section to be measured is indexed.

操作盤59には、不図示の合焦状態表示、光量表示、傾
斜角表示、微動スライド移動量表示、粗動スライド移動
量表示、旋回角表示等の各表示、およびオートフォーカ
シングサーボ機構とオートフォーカス顕微鏡位置決めサ
ーボ機構との切替えスイッチ、微動スライド駆動スイッ
チ、粗動スライド駆動スイッチ、旋回軸駆動スイッチ、
割出軸駆動スイッチ、測定開始/停止スイッチ等の各制
御スイッチを備え、制御コンピュータ60と接続するこ
とにより、マン・マシンインターフェイスが行われる。
The operation panel 59 includes various displays (not shown) such as a focus state display, a light amount display, a tilt angle display, a fine slide movement amount display, a coarse slide movement amount display, and a turning angle display, as well as an autofocusing servo mechanism and an autofocus. Microscope positioning servo mechanism changeover switch, fine slide drive switch, coarse slide drive switch, rotation axis drive switch,
It is equipped with control switches such as an index axis drive switch and a measurement start/stop switch, and is connected to a control computer 60 to provide a man-machine interface.

制御コンピュータ60はデータ処理コンピュータ61と
接続され、制御コンピュータ60から出力される被測定
物30の合焦状態、傾斜角および微動スライド移動量、
粗動スライド移動量、旋回角の各測定データがデータ処
理コンピュータ61に入力される。さらに、データ処理
コンピュータ61から出力される測定旋回範囲、測定点
数、旋回スピード等被測定物30に対する測定条件デー
タが制御コンピュータ60に入力される。
The control computer 60 is connected to a data processing computer 61, and outputs from the control computer 60 the focus state, inclination angle and fine slide movement amount of the object 30 to be measured,
Measurement data of the coarse slide movement amount and the turning angle are input to the data processing computer 61. Further, measurement condition data for the object to be measured 30, such as the measurement turning range, the number of measurement points, and the turning speed, outputted from the data processing computer 61 are input to the control computer 60.

データ処理コンピュータ61により入力された上述の各
測定データは、被測定物30の被検面の形状データに処
理変換され、ディスク62.プロッタ63゜プリンタ6
4等に出力される。
The above-mentioned measurement data inputted by the data processing computer 61 are processed and converted into shape data of the surface to be measured of the object to be measured 30, and the disk 62. Plotter 63゜Printer 6
It will be output as 4th grade.

次に本実施例における、非球面レンズの形状測定法につ
き以下説明する。
Next, a method for measuring the shape of an aspherical lens in this example will be explained below.

第6図は本発明方法の一実施例を示す為の説明図で、測
定機構部と制御部とをブロック図の形態で示した。
FIG. 6 is an explanatory diagram for showing one embodiment of the method of the present invention, showing the measuring mechanism section and the control section in the form of a block diagram.

第6図の測定機構部は、第1図を上から見た上面図であ
る。本測定装置は第6図に示すように、上述のオートフ
ォーカシングサーボ機構により、被測定物30の被測定
点に対物レンズ41の焦点位置をロックし、被測定物3
0の曲率中心(旋回軸21)のまわりに被測定物30を
旋回して、被測定物30の稜線を走査し、旋回角θおよ
び旋回軸21から被測定点までの距離rにより、被測定
物30の断面形状を測定する極座標r−θ方式による測
定装置である。
The measurement mechanism section in FIG. 6 is a top view of FIG. 1 viewed from above. As shown in FIG. 6, this measuring device locks the focal position of the objective lens 41 at the point to be measured on the object to be measured 30 using the above-mentioned autofocusing servo mechanism.
The object to be measured 30 is rotated around the center of curvature (rotation axis 21) of 0, the ridgeline of the object to be measured 30 is scanned, and the object to be measured is determined by the rotation angle θ and the distance r from the rotation axis 21 to the point to be measured. This is a measuring device using a polar coordinate r-θ method for measuring the cross-sectional shape of an object 30.

さらに割出軸22のまわりに被測定物30を回転して多
断面測定を行い、被測定物30の表面形状の測定を行っ
ている。
Furthermore, the object to be measured 30 is rotated around the indexing shaft 22 to perform multi-sectional measurements, and the surface shape of the object to be measured 30 is measured.

まず、微動ガイド15と微動スライド16との間に設け
られた不図示の近接センサの動作位置に微動スライド1
6をおき、微動スライド移動量検出器53の出力をOに
リセットする。また、第1図に示す粗動ガイドlOと粗
動スライド11との間に設けられた不図示の近接センサ
の動作位置に粗動スライド11をおき、この状態での対
物レンズ41の焦点位置と旋回軸21との距離が微動ス
ライド移動量検出器53の出力と粗動スライド移動量検
出器55の出力との和に等しくなるように粗動スライド
移動量検出器55の出力をプリセットする。つまり、対
物レンズ41の焦点位置が旋回軸21と一致する状態に
おける微動スライド移動量検出器53の出力と粗動スラ
イド検出器55の出力との和が0となるようにキャリブ
レーションされたことになる。
First, the fine movement slide 1 is placed in the operating position of a proximity sensor (not shown) provided between the fine movement guide 15 and the fine movement slide 16.
6, and reset the output of the fine slide movement amount detector 53 to O. Further, the coarse movement slide 11 is placed at the operating position of a proximity sensor (not shown) provided between the coarse movement guide lO and the coarse movement slide 11 shown in FIG. 1, and the focal position of the objective lens 41 in this state is The output of the coarse slide movement amount detector 55 is preset so that the distance from the rotation axis 21 is equal to the sum of the output of the fine slide movement amount detector 53 and the output of the coarse slide movement amount detector 55. In other words, it has been calibrated so that the sum of the output of the fine slide movement amount detector 53 and the output of the coarse slide detector 55 is 0 when the focal position of the objective lens 41 coincides with the rotation axis 21. Become.

次に被測定物30の軸、即ちレンズの光軸と割出軸22
が一致するように、被測定物30を不図示のチャック機
構により割出軸22に固着する。
Next, the axis of the object to be measured 30, that is, the optical axis of the lens and the indexing axis 22.
The object to be measured 30 is fixed to the indexing shaft 22 by a chuck mechanism (not shown) so that the positions coincide with each other.

次に微動スライド移動量検出器53の出力と、粗動スラ
イド移動量検出器55の出力との和が被測定物30の曲
率半径R(設計値)となるように、粗動スライド11お
よび微動スライド16を駆動する。このとき微動スライ
ド16は位置決めサーボ機構で駆動されているものとす
る。次に、R合せスライド7を駆動し、第4,5図に示
されるオートフォーカス顕微鏡20の合焦状態検出可能
領域まで、オートフォーカス顕微鏡20に被測定物30
の被測定面を接近させる。この状態において、位置決め
サーボ機構ループからオートフォーカシングサーボ機構
ループへの切替えを行う。これにより、被測定点が対物
レンズ41の略焦点位置にロックされたことになる。こ
こで微動スライド移動量検出器53の出力と粗動スライ
ド移動量検出器55の出力との和が被測定物30の曲率
半径RとなるようにR合せスライド7を微調整駆動する
Next, move the coarse slide 11 and the fine slide so that the sum of the output of the fine slide movement amount detector 53 and the output of the coarse slide movement amount detector 55 becomes the radius of curvature R (design value) of the object to be measured 30. Drive the slide 16. At this time, it is assumed that the fine movement slide 16 is being driven by a positioning servo mechanism. Next, the R alignment slide 7 is driven, and the object to be measured 30 is placed on the autofocus microscope 20 until the in-focus state of the autofocus microscope 20 can be detected as shown in FIGS. 4 and 5.
bring the surface to be measured closer together. In this state, the positioning servomechanism loop is switched to the autofocusing servomechanism loop. As a result, the point to be measured is locked to the approximate focal position of the objective lens 41. Here, the R adjusting slide 7 is driven for fine adjustment so that the sum of the output of the fine slide movement amount detector 53 and the output of the coarse slide movement amount detector 55 becomes the radius of curvature R of the object to be measured 30.

以上述べた様な方法で、測定原点をレンズ等の被測定物
30の曲率中心とし、この曲率中心上の原点に対してR
−θ座標系を形成するべく被測定物30とオートフォー
カス顕微鏡20をプリセットすることにより、従来のx
−Y座標系にもとづく測定方式の如く被測定物30の肉
厚等を考慮することなく、被測定物30の曲率中心と旋
回軸21とを容易に一致させることが出来る。
Using the method described above, the measurement origin is set as the center of curvature of the object to be measured 30 such as a lens, and R is set relative to the origin on the center of curvature.
By presetting the object to be measured 30 and the autofocus microscope 20 to form a −θ coordinate system, the conventional
The center of curvature of the object to be measured 30 and the axis of rotation 21 can be easily aligned without considering the wall thickness of the object to be measured 30 as in the measurement method based on the -Y coordinate system.

又、オートフォーカス顕微鏡20の光プローブは、被測
定物30の被検曲面を旋回走査して被検面の凸凹を検知
する為、光プローブのストロークは非球面のベース曲面
(曲率半径R)からのずれ量分だけとなり、測長ストロ
ークの短縮化を図ることが出来る。
Furthermore, since the optical probe of the autofocus microscope 20 rotates and scans the curved surface to be measured of the object to be measured 30 to detect irregularities on the surface to be measured, the stroke of the optical probe varies from the aspherical base curved surface (curvature radius R). The length measurement stroke can be shortened.

又、測定装置の各機構も簡便な構成で済み、駆動機構の
移動量も小さい為に小型の測定装置となっている。
Furthermore, each mechanism of the measuring device has a simple configuration, and the amount of movement of the drive mechanism is small, making the measuring device compact.

ここで、オートフォーカス顕微鏡20の位置決めサーボ
機構ループから、オートフォーカシングサーボ機構ルー
プへの切替え過程について詳述する。被測定物30の被
検面上の被測定点が対物レンズ41の焦点位置にあると
きは、被測定点からの反射ビームは合焦状態判別光学系
42のCCD等から成るセンサ44の中心にスポット像
を結ぶ(特開昭61−017907号公報参照)。従っ
て、センサ44のビデオ信号を不図示のオシロスコープ
モニタによって観察することにより、合焦状態検出可能
領域に被測定点を移動することができるのである。つま
り、センサ44のビデオ信号がセンサ44の中心付近に
存在する状態において合焦状態検出可能領域の検出がな
されたことになるのである。この状態において切替えス
イッチにより、位置決めサーボ機構ループからオートフ
ォーカシングサーボ機構ループへの切替えを行うことで
自動的に被測定点が対物レンズ41の焦点位置にロック
されることになるのである。
Here, the process of switching from the positioning servomechanism loop of the autofocus microscope 20 to the autofocusing servomechanism loop will be described in detail. When the point to be measured on the surface to be measured of the object to be measured 30 is at the focal point of the objective lens 41, the reflected beam from the point to be measured is centered on the sensor 44 consisting of a CCD or the like of the focusing state determination optical system 42. A spot image is formed (see Japanese Patent Laid-Open No. 61-017907). Therefore, by observing the video signal of the sensor 44 with an oscilloscope monitor (not shown), it is possible to move the point to be measured to a region where the in-focus state can be detected. In other words, the in-focus state detectable area is detected in a state where the video signal of the sensor 44 is present near the center of the sensor 44. In this state, by switching from the positioning servomechanism loop to the autofocusing servomechanism loop using the changeover switch, the point to be measured is automatically locked at the focal position of the objective lens 41.

次に不図示の旋回モータを駆動し、旋回軸を回転して被
測定物3oを旋回する。これによりオートフォーカス顕
微鏡20による光プローブが被測定物30の稜線を走査
し、被検面からの反射ビームを検出することによりレン
ズ頂点を含む断面形状が測定される。さらに割出軸22
を駆動して被測定物3゜を軸中心に回転し、走査稜線を
変えて同様に測定することにより、被測定物30の表面
形状が放射状に測定される。
Next, a turning motor (not shown) is driven to rotate the turning shaft and turn the object to be measured 3o. Thereby, the optical probe of the autofocus microscope 20 scans the ridgeline of the object to be measured 30, and the cross-sectional shape including the lens apex is measured by detecting the reflected beam from the surface to be measured. Furthermore, the indexing shaft 22
The surface shape of the object to be measured 30 is measured radially by driving the object to be measured 30 to rotate the object to be measured 3 degrees around the axis, changing the scanning ridge line, and performing the same measurement.

さて、上述のように測定中、あるいはその他いかなる場
合においても、微動スライド16がオートフォーカシン
グサーボ機構ループにより駆動されているとき、被測定
点に傷、ゴミ等が存在して合焦状態判別光学系42の被
測定点からの反射ビームが散乱を受けると、対物レンズ
41に入射する光景が極端に減少し、センサ44に到達
する光量が減少する。従って、合焦状態判別光学系42
の動作が不能な状態に陥ることとなり、オートフォーカ
シングサーボ機構ループが切断され、微動スライド16
のコントロールが不能となってしまう。従って、オート
フォーカス顕微鏡20が被測定物3oに衝突する等、危
険な事態の発生が予測される。従って、測定中において
は旋回走査により被測定点に傷、ゴミ等の存在しない状
態になったとしても、そのまま測定を続行することがで
きず、測定が中断してしまう。これらの異常事態に対処
するため本実施例の装置では以下の安全対策が講じられ
ているのである。つまり、微動スライド16がオートフ
ォーカシングサーボ機構ループにより駆動されていると
き、傷、ゴミ等を含めて何らかの影響により、第4図と
第5図に示す合焦状態判別可能領域を外れたとき、自動
的に位置決めサーボ機構ループに切替え、オートフォー
カス顕微鏡2oをその位置にロックする。これにより、
オートフォーカス顕微鏡2゜が被測定物30に衝突する
という危険を防止しているのである。また、測定中に被
測定点が傷、ゴミ等を通過するときを考えると、第7図
に示すように、旋回走査により傷、ゴミ等を通過する間
、対物レンズ41の焦点位置は傷、ゴミ等を通過する直
前の位置すにロックされる。ここで、微小走査範囲Δθ
においては、被測定点の割出軸22の方向への変位Δr
は微小であるといえる。従って、微小な傷、ゴミ等によ
りオートフォーカシングサーボ機構のコントロールが不
能になり、位置決めサーボ機構ループに切替えられたと
しても、走査により傷、ゴミ等を通過した時点で被検面
は再び合焦状態判別可能領域に復し、これを検知するこ
とにより自動的にオートフォーカシングサーボ機構ルー
プに復帰することにより、対物レンズ41の焦点位置は
Cからdに変位し、測定が続行されるのである。以上の
フローチャートを参考の為第8図に示す。
Now, during measurement as described above, or in any other case, when the fine movement slide 16 is driven by the autofocusing servo mechanism loop, there may be scratches, dust, etc. at the point to be measured, and the optical system for determining the focusing state may When the reflected beam from the measurement point 42 is scattered, the field of view incident on the objective lens 41 is extremely reduced, and the amount of light reaching the sensor 44 is reduced. Therefore, the focus state determination optical system 42
becomes inoperable, the autofocusing servo mechanism loop is cut off, and the fine movement slide 16 becomes inoperable.
control becomes impossible. Therefore, it is predicted that a dangerous situation will occur, such as the autofocus microscope 20 colliding with the object to be measured 3o. Therefore, during measurement, even if the point to be measured becomes free of scratches, dust, etc. due to rotational scanning, the measurement cannot be continued and the measurement is interrupted. In order to cope with these abnormal situations, the following safety measures are taken in the apparatus of this embodiment. In other words, when the fine movement slide 16 is driven by the autofocusing servo mechanism loop, if it deviates from the focus state determination area shown in FIGS. 4 and 5 due to some influence, including scratches or dust, the automatic automatically switches to the positioning servomechanism loop and locks the autofocus microscope 2o in that position. This results in
This prevents the autofocus microscope 2° from colliding with the object to be measured 30. Furthermore, considering the case where the point to be measured passes through scratches, dust, etc. during measurement, as shown in FIG. It is locked to the position just before passing through garbage, etc. Here, the minute scanning range Δθ
, the displacement Δr of the point to be measured in the direction of the indexing axis 22
can be said to be minute. Therefore, even if the autofocusing servo mechanism becomes uncontrollable due to minute scratches, dust, etc., and the positioning servo mechanism is switched to the positioning servo mechanism loop, the surface to be inspected will be in focus again as soon as the scan passes through the scratches, dust, etc. By detecting this and automatically returning to the autofocusing servomechanism loop, the focal position of the objective lens 41 is displaced from C to d, and measurement is continued. The above flowchart is shown in FIG. 8 for reference.

次に本実施例における面形状のデータ処理法について説
明する。
Next, a surface shape data processing method in this embodiment will be explained.

第6図において、制御コンピュータ6oの指令により、
旋回軸21は速度V¥0で定速駆動され、被測定物30
の稜線がオートフォーカス顕微鏡2oの光プローブによ
り一定速度で走査される。このとき制御コンピュータ6
0により測定旋回角θ。が出力され、比較器68のAに
入力される。さらに旋回角検出器57の出力が比較器6
8のBに入力される。
In FIG. 6, according to instructions from the control computer 6o,
The rotating shaft 21 is driven at a constant speed of V¥0, and the object to be measured 30
The ridge line is scanned at a constant speed by the optical probe of the autofocus microscope 2o. At this time, the control computer 6
The turning angle θ is measured by 0. is output and input to A of the comparator 68. Furthermore, the output of the turning angle detector 57 is detected by the comparator 6.
It is input to B of 8.

ここで、制御コンピュータ60により設定された測定旋
回角θ。と、旋回角θ。現在値とが一致するとき、比較
器68からA=B信号が出力される。さらに、A=B信
号により、合焦状態検出器50の出力である合焦状態信
号と微動スライド移動量検出器53の出力である微動ス
ライド移動量、傾斜角検出器51の出力である傾斜角が
ラッチ65.66、67によりそれぞれラッチされる。
Here, the measured turning angle θ is set by the control computer 60. and the turning angle θ. When the current value and the current value match, the comparator 68 outputs an A=B signal. Furthermore, according to the A=B signal, a focus state signal that is the output of the focus state detector 50, a fine slide movement amount that is the output of the fine slide movement amount detector 53, and a tilt angle that is the output of the tilt angle detector 51. are latched by latches 65, 66 and 67, respectively.

ラッチされた各データは制御コンピュータ60を介して
、データ処理コンピュータ61に伝送される。これを多
数の測定旋回角について順次行うことにより、被測定物
30の一断面データの取得が行われる。これらのデータ
は、データ処理コンピュータ61により処理され、−断
面形状データに加工される。
Each latched data is transmitted to the data processing computer 61 via the control computer 60. By sequentially performing this for a large number of measurement turning angles, data on one cross section of the object to be measured 30 is acquired. These data are processed by the data processing computer 61 and processed into cross-sectional shape data.

次に測定データの形状データへの処理法について説明す
る。前述の様に初期状態で対物レンズ41の焦点位置と
旋回軸21とが一致する状態での微動スライド移動量検
出器53の出力と粗動スライド移動量検出器55の出力
との和がOにキャリブレーションされている。又、合焦
状態検出器50の出力は被測定点の対物レンズ41の焦
点からのずれ量となる。したがって、合焦状態検出器5
0の出力、微動スライド移動量検出器53の出力、およ
び粗動スライド移動量検出器55の出力の総和は第6図
における旋回軸21(被測定物30の曲率中心)と被測
定点との距離rにほかならない。さらに、被測定物30
の曲率半径をR(一般的には被測定物30の頂点におけ
るr)とし、δ=R−rのデータ処理を行うことにより
、非球面量δが求められる。ただし、測定中においては
粗動スライド11はエアーダウン方式によりロックされ
ているので実際のrとしては、合焦状態検出器50の出
力と微動スライド移動量検出器53の出力との和をもっ
て非球面量δの計算を行っている。同時に傾斜角検出器
51の出力として、被測定点の傾斜角αが測定されるが
、これは第6図に示す角度αであり、被測定点の旋回方
向への接線が被測定物30と同一の曲率中心をもつ球面
の対物レンズ44の光軸と交差する点における接平面と
なす角度である。
Next, a method of processing measurement data into shape data will be explained. As mentioned above, the sum of the output of the fine slide movement amount detector 53 and the output of the coarse slide movement amount detector 55 in the initial state where the focal position of the objective lens 41 and the rotation axis 21 coincide is O. Calibrated. Further, the output of the focus state detector 50 is the amount of deviation of the point to be measured from the focus of the objective lens 41. Therefore, the focus state detector 5
0, the output of the fine slide movement amount detector 53, and the output of the coarse slide movement amount detector 55. It is nothing but the distance r. Furthermore, the object to be measured 30
The aspherical amount δ is determined by setting the radius of curvature to R (generally r at the apex of the object to be measured 30) and performing data processing of δ=R−r. However, since the coarse slide 11 is locked by the air-down method during measurement, the actual r is the sum of the output of the focus state detector 50 and the output of the fine slide movement amount detector 53. The quantity δ is being calculated. At the same time, the inclination angle α of the point to be measured is measured as the output of the inclination angle detector 51, which is the angle α shown in FIG. This is the angle formed with the tangential plane at a point intersecting the optical axis of the spherical objective lens 44 having the same center of curvature.

以上により、被測定点の位置情報として不図示の割出角
(被測定物30の割出軸22の回りの回転角と旋回角θ
および被測定点情報として非球面量δと傾斜角αにより
、被測定物30の表面形状データが構成される。さらに
これらはデータ処理コンピュータ61により、ディスク
62へのファイリングとともに、プロッタ63およびプ
リンタ64への出力によって被測定物30の表面形状が
出力され、マン・マシンインターフェイスが確立する。
As a result of the above, the position information of the point to be measured is determined by the index angle (not shown) (rotation angle and turning angle θ of the object to be measured 30 around the index axis 22).
The surface shape data of the object to be measured 30 is constituted by the aspherical amount δ and the inclination angle α as the measured point information. Further, the data processing computer 61 files these onto a disk 62 and outputs the surface shape of the object to be measured 30 to a plotter 63 and printer 64, thereby establishing a man-machine interface.

以上述べた様に測定データを面形状データに変換する際
、合焦状態検出器50の出力と微動スライド移動量検出
器53の出力を双方利用することにより、第1図に示す
装置の如く光プローブを被検面にフエーカツシングさせ
る機構が大型で、オートフォーカスサーボが追従出来な
い様な場合にも、常時精確に被検面の形状データを得る
ことが出来る。
As described above, when converting measurement data into surface shape data, by using both the output of the focus state detector 50 and the output of the fine slide movement amount detector 53, the device shown in FIG. Even in cases where the mechanism for cutting the probe onto the surface to be inspected is so large that the autofocus servo cannot follow it, it is possible to obtain accurate shape data of the surface to be inspected at all times.

又、上述の如く傾斜角のデータを傾斜角測定系を介して
得ることにより、被検面の被測定点の位置と傾きを知る
ことが出来、更に詳しい面形状の表現を行える。
Furthermore, by obtaining the inclination angle data via the inclination angle measurement system as described above, the position and inclination of the measured point on the test surface can be known, and a more detailed surface shape can be expressed.

さて本測定装置における光プローブの走査形態について
説明する。本測定装置は、被測定物30を旋回させる旋
回手段および被測定物30を自転させる割出手段を備え
ているので、その走査形態として第9図、第10図、第
11図に示す各走査形態が可能である。なお、第9図、
第10図、第11図は被測定物30をその頂点側より見
た図であり、各図の円中心が被測定物30の頂点である
Now, the scanning form of the optical probe in this measuring device will be explained. Since this measuring device is equipped with a turning means for turning the object to be measured 30 and an indexing means for rotating the object to be measured 30, each scanning shown in FIG. 9, FIG. 10, and FIG. form is possible. Furthermore, Figure 9,
10 and 11 are views of the object to be measured 30 viewed from its apex side, and the center of the circle in each figure is the apex of the object to be measured 30. FIG.

第9図に示す放射走査を実現するためには、上述のよう
に割出軸22を駆動して、第9図の断面a−a’  の
方向と旋回方向とが一致するように合せる。次に測定旋
回角毎にデータを取得しながら断面a−a’ を走査す
る。同様に割出軸22を駆動して断面b’ −bの方向
と旋回方向とが一致するように合せ、測定旋回角毎にデ
ータを取得しながら断面b’−bを走査する。このよう
にして、各断面a−a’ 、 b’ −b、 c−c’
 、 d’ −d、  e−e’ 。
In order to realize the radiation scanning shown in FIG. 9, the indexing shaft 22 is driven as described above so that the direction of the section aa' in FIG. 9 coincides with the turning direction. Next, the section a-a' is scanned while acquiring data for each measured turning angle. Similarly, the indexing shaft 22 is driven so that the direction of the cross section b'-b and the turning direction match, and the cross section b'-b is scanned while acquiring data for each measured turning angle. In this way, each cross section a-a', b'-b, c-c'
, d'-d, ee'.

f’ −f、 g−g’ 、 h’−hの8断面を走査
し、データを取得するのである。このときのサンプリン
グ点数は1000点/断面となっている。
Data is acquired by scanning eight cross sections f'-f, gg', and h'-h. The number of sampling points at this time is 1000 points/cross section.

次に第10図に示す輪帯走査について第12図を参照し
つつ説明する。第12図の機構部分も第6図同様第1図
を上方から見た図である。旋回軸21を駆動して、割出
軸22と対物レンズ41の光軸とがなす角をnθに合わ
せる。次に制御コンピュータ60の指令により割出軸モ
ータードライバ58を駆動し、割出軸モーター9を定速
駆動する。このとき割出軸22に設置された不図示のロ
ータリーエンコーダからの信号が割出角検出器69に入
力され、割出角検出器69の出力として割出角が出力さ
れ、比較器68の入力Bに接続される。さらに制御コン
ピュータ60により測定割出角が出力され、比較器68
の入力Aに接続される。このときA=B信号、つまり測
定割出角と割出用現在値とが一致するタイミングにおい
て合焦状態検出器50の出力、微動スライド移動量検出
器53の出力および傾斜角検出器51の出力がそれぞれ
ラッチされ、測定割出角における非球面量δ、傾斜角α
として測定される。同様の測定を割出角O0から360
°について行うことにより1輪帯の測定を完了する。さ
らに上述の測定を旋回角O1θ、2θ・・・・nθにつ
いて行うことによりn本の輪帯についての測定を完了し
、被測定物30の面形状の測定が行われたことになる。
Next, the annular scanning shown in FIG. 10 will be explained with reference to FIG. 12. Similar to FIG. 6, the mechanism portion in FIG. 12 is also a view of FIG. 1 viewed from above. The rotating shaft 21 is driven to align the angle between the indexing shaft 22 and the optical axis of the objective lens 41 to nθ. Next, the indexing shaft motor driver 58 is driven by a command from the control computer 60, and the indexing shaft motor 9 is driven at a constant speed. At this time, a signal from a rotary encoder (not shown) installed on the indexing shaft 22 is input to the indexing angle detector 69, and the indexing angle is output as the output of the indexing angle detector 69. Connected to B. Furthermore, the measured index angle is output by the control computer 60 and the comparator 68
is connected to input A of At this time, the A=B signal, that is, the output of the focus state detector 50, the output of the fine slide movement amount detector 53, and the output of the tilt angle detector 51 at the timing when the measured index angle and the current value for index match. are latched, respectively, and the aspherical amount δ and the inclination angle α at the measurement index angle are
It is measured as. A similar measurement is made from the index angle O0 to 360
The measurement of one annular zone is completed by performing the measurement for °. Furthermore, by performing the above-mentioned measurements for the turning angles O1θ, 2θ, .

次に第11図に示すスパイラル走査について第13図を
参照しつつ説明する。第13図の機構部分も第6図同様
第1図を上方から見た図である。測定は被測定物30の
頂点より開始する。まず、制御コンピュータ60の指令
により、割出軸モータードライバ58と旋回軸モーター
ドライバ56とを駆動し、各ドライバに接続された割出
軸22と旋回軸21とをそれぞれ定速駆動する。このと
き割出軸22に設置出力として器側出角が出力され、比
較器68の入力Bに接続される。さらに制御コンピュー
タ60により測定割出角が出力され、比較器68の入力
Aに接続される。このときA=B信号、つまり測定割出
角と割出角現在値とが一致するタイミングにおいて合焦
状態検出器50の出力、微動スライド移動量検出器53
の出力および傾斜角検出器51の出力がそれぞれラッチ
され、測定割出角における非球面量δ、傾斜角αとして
測定される。同様の測定を旋回角0°からθまで行うこ
とにより被測定物30の面形状がスパイラル状に連続し
て測定される。
Next, the spiral scanning shown in FIG. 11 will be explained with reference to FIG. 13. Similar to FIG. 6, the mechanism portion in FIG. 13 is also a view of FIG. 1 viewed from above. The measurement starts from the apex of the object 30 to be measured. First, in response to a command from the control computer 60, the indexing shaft motor driver 58 and the turning shaft motor driver 56 are driven, and the indexing shaft 22 and the turning shaft 21 connected to each driver are respectively driven at a constant speed. At this time, the instrument side exit angle is outputted to the indexing shaft 22 as an installation output, and is connected to the input B of the comparator 68. Furthermore, the measured index angle is outputted by the control computer 60 and connected to input A of the comparator 68. At this time, at the timing when the A=B signal, that is, the measured index angle and the current index angle match, the output of the focus state detector 50 and the fine slide movement amount detector 53
and the output of the inclination angle detector 51 are respectively latched and measured as the aspheric amount δ and the inclination angle α at the measured index angle. By performing similar measurements from the turning angle of 0° to θ, the surface shape of the object to be measured 30 is continuously measured in a spiral manner.

以上示した様に、旋回手段と割出し手段を備えたことに
より、簡便な機構で被検面全体の形状を測定出来、且つ
光プローブの走査形態を所望の形態として測定すること
が可能となる。この為、測定の高速化、自動化はもちろ
んのこと、測定形態の自由度も増え、任意の面形状デー
タを抽出することが出来る。
As shown above, by providing the rotating means and the indexing means, it is possible to measure the shape of the entire surface to be measured with a simple mechanism, and it is also possible to measure the scanning form of the optical probe in the desired form. . This not only speeds up and automates measurement, but also increases the degree of freedom in measurement form, making it possible to extract arbitrary surface shape data.

←ii奏嫡→→ 第14図は本発明の非球面レンズ形状測定装置の第2の
実施例を示す概略構成図である。本実施例においては、
プローブ側が旋回する点が、被測定物側が旋回する第1
図に示した第1の実施例と異なる。
←ii Kakujo→→ FIG. 14 is a schematic configuration diagram showing a second embodiment of the aspheric lens shape measuring device of the present invention. In this example,
The point at which the probe side turns is the first point at which the object to be measured turns.
This is different from the first embodiment shown in the figure.

第14図に於いて、旋回スライド5は粗動ガイド10に
固着され、R合せガイド6は定盤lに固着されている。
In FIG. 14, the swing slide 5 is fixed to a coarse movement guide 10, and the R alignment guide 6 is fixed to a surface plate l.

旋回軸21上に曲率中心をもつ被測定物30の表面に対
物レンズ41の焦点位置をロックし、旋回軸21のまわ
りにオートフォーカス顕微鏡20を含むプローブ側全体
を旋回することにより被測定物30の表面を走査して、
第1実施例と同様に被測定物30の表面形状を測定する
By locking the focal position of the objective lens 41 on the surface of the object to be measured 30 whose center of curvature is on the rotation axis 21 and rotating the entire probe side including the autofocus microscope 20 around the rotation axis 21, the object to be measured 30 is rotated. by scanning the surface of
The surface shape of the object to be measured 30 is measured in the same manner as in the first embodiment.

上記実施例においては、微動スライド16および粗動ス
ライド11の各移動量を測定する測長手段として、格子
干渉方式を用いているが、レーザー干渉方式を用いて実
現することもできる。
In the above embodiment, a grating interference method is used as the length measuring means for measuring the respective movement amounts of the fine movement slide 16 and the coarse movement slide 11, but it can also be realized using a laser interference method.

以上の示した如き実施例の非球面レンズの面形状測定装
置によれば、曲率、開角、非球面量等の測定範囲におい
て、広い領域に亘っての測定を可能とし、高精度にて微
小スポットによる非球面レンズ形状測定を高速に行うこ
とができる。同時に被測定物表面の傾斜角測定をも行い
得るので、非球面レンズ形状に関する正確な情報を短時
間のうちに、得ることができる。
According to the aspherical lens surface shape measuring device of the embodiment shown above, it is possible to measure over a wide area in the measurement range of curvature, aperture angle, aspherical surface amount, etc. Aspherical lens shape measurement using a spot can be performed at high speed. Since the inclination angle of the surface of the object to be measured can be measured at the same time, accurate information regarding the shape of the aspherical lens can be obtained in a short time.

さらに、本測定装置によれば、被測定物としてガラスレ
ンズ、プラスチックレンズ、モールド用金型等種々の材
質に対して、接触プローブ方式にみられたような傷の付
着等の考慮が不要となる。
Furthermore, according to this measurement device, there is no need to consider the possibility of scratches, etc., which is seen with the contact probe method, when measuring objects made of various materials such as glass lenses, plastic lenses, and molding dies. .

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上、本発明の係る面形状測定装置は、合焦状態判別手
段から得られる信号と被検面に対して光ビームを集束す
る時の集束位置の変化量を示す信号とを利用し、具体的
には両信号を加算することにより被検面の基準面からの
距離を算出して被検面形状を求める為、被検面の微細な
凹凸も精度良く検出可能で、より詳細な面形状データを
得ることが出来る。
As described above, the surface shape measuring device according to the present invention utilizes the signal obtained from the focusing state determining means and the signal indicating the amount of change in the focusing position when focusing the light beam on the surface to be inspected. By adding both signals, the distance of the surface to be measured from the reference surface is calculated and the shape of the surface to be tested is determined, so even minute irregularities on the surface to be tested can be detected with high accuracy, providing more detailed surface shape data. can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明に係る測定装置の一実施例を示す概略構
成図。 第2図は第1図に示すオートフォーカス顕微鏡の内部を
示す概略構成図。 第3図は第1図に示す測定装置の制御系ブロック図。 第4図は被測定点位置と合焦状態信号との関係を示す為
の説明図。 第5図は被測定点位置とセンサで受光される光量レベル
との関係を示す為の説明図。 第6図は本発明の測定方法の一実施例を示す為の説明図
。 第7図は被検面上にゴミや傷が存する場合の測定手順を
示す説明図。 第8図はオートフォーカシングサーボ機構ループと位置
決めサーボ機構ループとの切り換え方法を示すフローチ
ャート図。 第9図乃至第11図は被検面を走査する光プローブの走
査形態を示す模式図。 第12図は第10図に示す走査形態で走査する場合の測
定方法を示す為の説明図。 第13図は第11図に示す走査形態で走査する場合の測
定方法を示す為の説明図。 第14図は本発明に係る測定装置の他の実施例を示す概
略構成図。 l・・・・・・・・・・・定盤      2・・・・
・・・・・・旋回軸受3・・・・・・・・・・・エンコ
ーダ   4・・・・・・・・・・旋回ガイド5・・・
・・・・・・・・旋回スライド  6・・・・・・・・
・・R合せガイド7・・・・・・・・・・・・R合せス
ライド 8・・・・・・・・・・割出軸受9・・・・・
・・・・・・割′出軸モーター 10・・・・・・・粗
動ガイド11・・・・・・・・粗動スライド  12・
・・・・・・粗動モータ12′808.ねじ     
 13・・・・・・・微動格子スケール14・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・格子ピッチ読取装置15・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・微動ガイド16・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・微動スライド17・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・微動モーター18・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・微動格子スケール19・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・格子ピッチ読取装置20・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・オートフォーカス顕微鏡30
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・被測定物41・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・対物レンズ42・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・合焦状態判別光学系43・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・傾斜角測定光学系44、 
45・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・センサai:Aθlテよろ複利定点、耐
方向へd直立手続ネ甫正書 (方式) 平成1年2月21日
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a measuring device according to the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram showing the inside of the autofocus microscope shown in FIG. 1. FIG. 3 is a control system block diagram of the measuring device shown in FIG. 1. FIG. 4 is an explanatory diagram showing the relationship between the position of the measured point and the focus state signal. FIG. 5 is an explanatory diagram showing the relationship between the position of the measured point and the level of the amount of light received by the sensor. FIG. 6 is an explanatory diagram showing one embodiment of the measuring method of the present invention. FIG. 7 is an explanatory diagram showing the measurement procedure when dust or scratches are present on the surface to be inspected. FIG. 8 is a flowchart showing a method of switching between an autofocusing servomechanism loop and a positioning servomechanism loop. FIGS. 9 to 11 are schematic diagrams showing the scanning form of an optical probe that scans a surface to be inspected. FIG. 12 is an explanatory diagram illustrating a measurement method when scanning in the scanning form shown in FIG. 10. FIG. 13 is an explanatory diagram illustrating a measurement method when scanning in the scanning form shown in FIG. 11. FIG. 14 is a schematic configuration diagram showing another embodiment of the measuring device according to the present invention. l・・・・・・・・・・Surface plate 2・・・・
......Swivel bearing 3...Encoder 4...Swivel guide 5...
・・・・・・・・・Rotating slide 6・・・・・・・・・
...R matching guide 7...R matching slide 8...... Index bearing 9...
......Split shaft motor 10...Coarse movement guide 11...Coarse movement slide 12.
...Coarse motor 12'808. screw
13... Microtremor lattice scale 14...
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
......Grating pitch reading device 15...
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・Fine movement guide 16・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・Fine movement slide 17・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・Fine movement motor 18・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
......Microlattice scale 19...
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
......Grating pitch reading device 20...
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・Auto focus microscope 30
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・Object to be measured 41...
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
......Objective lens 42...
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
......Focus state determination optical system 43...
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・Inclination angle measurement optical system 44,
45・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・Sensor ai: Aθl te wobbling compound interest fixed point, d upright procedure in the direction of resistance (Method) February 21, 1999

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims]  被検面に対する光プローブの合焦状態を判別する合焦
状態判別手段と、該判別手段からの信号にもとづいて被
検面に対する光プローブの集束位置を変える制御手段と
、前記集束位置の変化量を検出する検出手段と、該検出
手段と前記判別手段とから得られる信号を利用して被検
面の形状を測定する測定手段とを有することを特徴とす
る面形状測定装置
A focusing state determining means for determining a focusing state of the optical probe with respect to the test surface, a control means for changing a focusing position of the optical probe with respect to the testing surface based on a signal from the determining means, and an amount of change in the focusing position. A surface shape measuring device comprising: a detecting means for detecting the detection means; and a measuring means for measuring the shape of the surface to be inspected using signals obtained from the detecting means and the discriminating means.
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