JPH05223541A - 形状測定法および形状測定システム - Google Patents
形状測定法および形状測定システムInfo
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- JPH05223541A JPH05223541A JP4027115A JP2711592A JPH05223541A JP H05223541 A JPH05223541 A JP H05223541A JP 4027115 A JP4027115 A JP 4027115A JP 2711592 A JP2711592 A JP 2711592A JP H05223541 A JPH05223541 A JP H05223541A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】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する。 【構成】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，Ｍ１と、測定対象物である被検
レンズ１０を第１の回転軸１８の回りに回転させる回転
手段１４と、第１の回転軸１８と被検レンズ１０の位置
関係を維持したまま回転中心９の回りに回転させる変位
手段７と、コリメ−ティングレンズＭ１を往復運動させ
る位相変更手段である圧電素子１７とを有する。
状測定システムを提供する。 【構成】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，Ｍ１と、測定対象物である被検
レンズ１０を第１の回転軸１８の回りに回転させる回転
手段１４と、第１の回転軸１８と被検レンズ１０の位置
関係を維持したまま回転中心９の回りに回転させる変位
手段７と、コリメ−ティングレンズＭ１を往復運動させ
る位相変更手段である圧電素子１７とを有する。
Description
【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。
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／１０
からλ／２０（Ｈｅ−Ｎｅレ−ザの場合、λ＝６３３ｎ
ｍ）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。
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／１０
からλ／２０（Ｈｅ−Ｎｅレ−ザの場合、λ＝６３３ｎ
ｍ）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。
すものがある。
【０００４】１つの方法は、図２，３に示すものであ
る。第１の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Ｍ２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。
る。第１の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Ｍ２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。
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。
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。
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
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（１８０
°におけるコリメ−ティングレンズＭ１の形状誤差）で
ある。
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
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（１８０
°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の誤差）を得
る。
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。
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。被検レンズ４２の形状
誤差は、ランダムであると仮定できる場合においては、
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。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。
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。被検レンズ４２の形状
誤差は、ランダムであると仮定できる場合においては、
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。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。
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。
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。
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】更に、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。
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。
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、第１の測定対象物からの反射波面と、コリメーティ
ングレンズ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、該第１の測定対象物の形状を求める形状
測定システムにおいて、該第１の測定対象物を第１の回
転軸回りに連続回転させる回転手段と、連続回転させな
がら測定して得られた表面形状デ−タから、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、該第
１の回転軸を変位させる変位手段と、該第１の測定対象
物または第２の測定対象物のいずれかを変位後の該第１
の回転軸回りに連続回転させながら測定して得られた表
面形状デ−タから、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、該コリメーティングレンズの形
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（該第２
の測定対象物を用いたときは、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該真の回転対称成分を
求めるのに用いた方）とより、該コリメーティングレン
ズの形状誤差を求める形状誤差検出手段と、該第１の測
定対象物による反射波面および該コリメーティングレン
ズによる参照波面とを干渉させた干渉稿パターンと該コ
リメーティングレンズの形状誤差とより、該第１の測定
対象物の真の表面形状を算出する第１の算出手段とを有
することとしたものである。
為、第１の測定対象物からの反射波面と、コリメーティ
ングレンズ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、該第１の測定対象物の形状を求める形状
測定システムにおいて、該第１の測定対象物を第１の回
転軸回りに連続回転させる回転手段と、連続回転させな
がら測定して得られた表面形状デ−タから、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、該第
１の回転軸を変位させる変位手段と、該第１の測定対象
物または第２の測定対象物のいずれかを変位後の該第１
の回転軸回りに連続回転させながら測定して得られた表
面形状デ−タから、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、該コリメーティングレンズの形
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（該第２
の測定対象物を用いたときは、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該真の回転対称成分を
求めるのに用いた方）とより、該コリメーティングレン
ズの形状誤差を求める形状誤差検出手段と、該第１の測
定対象物による反射波面および該コリメーティングレン
ズによる参照波面とを干渉させた干渉稿パターンと該コ
リメーティングレンズの形状誤差とより、該第１の測定
対象物の真の表面形状を算出する第１の算出手段とを有
することとしたものである。
【００１９】
【作用】本発明は、以下に定義する真の回転対称成分
（ＲＳ）、非回転対称成分（ＡＳ）により、第１の測定
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、Ｈは、求める第１
の測定対象物の形状誤差の分布図を示す。第１の測定対
象物を回転させながら、第１の測定対象物上の各点での
測定値を求め、それらを平均したものがＲＳで示す真の
回転対称成分である。ＡＳで示す非回転対称成分は、Ｈ
−ＲＳで定義される。
（ＲＳ）、非回転対称成分（ＡＳ）により、第１の測定
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、Ｈは、求める第１
の測定対象物の形状誤差の分布図を示す。第１の測定対
象物を回転させながら、第１の測定対象物上の各点での
測定値を求め、それらを平均したものがＲＳで示す真の
回転対称成分である。ＡＳで示す非回転対称成分は、Ｈ
−ＲＳで定義される。
【００２０】形状誤差Ｈを求める手順は、以下の通りで
ある。
ある。
【００２１】（１）干渉縞パタ−ンＯＲを求める。これ
は、コリメ−ティングレンズの形状誤差Ｆ０、回転対称
成分ＲＳ、非回転対称成分ＡＳの和である。
は、コリメ−ティングレンズの形状誤差Ｆ０、回転対称
成分ＲＳ、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
転手段により連続回転させると同時に、位相変更手段に
より参照波面と反射波面との位相差を変化させながら測
定して表面形状デ−タを求める。これにより、フリンジ
スキャン（縞走査）でデ−タが得られる。この表面形状
デ−タから第１の測定対称物の各点に対応した形状デ−
タを求め、さらに、周方向に平均して、第１の回転対称
成分を求める。これは、コリメ−ティングレンズの形状
誤差ＯＲと回転対称成分（ＲＳ１とする）の和である。
転手段により連続回転させると同時に、位相変更手段に
より参照波面と反射波面との位相差を変化させながら測
定して表面形状デ−タを求める。これにより、フリンジ
スキャン（縞走査）でデ−タが得られる。この表面形状
デ−タから第１の測定対称物の各点に対応した形状デ−
タを求め、さらに、周方向に平均して、第１の回転対称
成分を求める。これは、コリメ−ティングレンズの形状
誤差ＯＲと回転対称成分（ＲＳ１とする）の和である。
【００２３】（３）変位手段により、第１の回転軸と第
１の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、第１の測定対象物を変位後の第１の回転軸回り
に、回転手段により連続回転させると同時に、位相変更
手段により参照波面と反射波面との位相差を変化させな
がら測定して表面形状デ−タを求める。これにより、フ
リンジスキャン（縞走査）でデ−タが得られる。この表
面形状デ−タから第１の測定対称物の各点に対応した形
状デ−タを求め、さらに、周方向に平均して第２の回転
対称成分を求める。これは、コリメ−ティングレンズの
形状誤差ＯＲと回転対称成分（ＲＳ２とする）の和であ
る。
１の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、第１の測定対象物を変位後の第１の回転軸回り
に、回転手段により連続回転させると同時に、位相変更
手段により参照波面と反射波面との位相差を変化させな
がら測定して表面形状デ−タを求める。これにより、フ
リンジスキャン（縞走査）でデ−タが得られる。この表
面形状デ−タから第１の測定対称物の各点に対応した形
状デ−タを求め、さらに、周方向に平均して第２の回転
対称成分を求める。これは、コリメ−ティングレンズの
形状誤差ＯＲと回転対称成分（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、コリメーテ
ィング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ＲＳ
２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。
の回転対称成分と第２の回転対称成分より、コリメーテ
ィング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ＲＳ
２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、コリメーティングレンズの形状誤差を求める。
（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、コリメーティングレンズの形状誤差を求める。
【００２６】（６）第１の算出手段は、（１）で求めた
干渉稿パターンと、（５）で求めたコリメーティングレ
ンズの形状誤差の差を求めて、第１の測定対象物の真の
表面形状Ｈを算出する。
干渉稿パターンと、（５）で求めたコリメーティングレ
ンズの形状誤差の差を求めて、第１の測定対象物の真の
表面形状Ｈを算出する。
【００２７】
【実施例】本発明は、以下のようにして、測定対称物の
形状誤差を求める。
形状誤差を求める。
【００２８】Ａを測定対称物の形状誤差とする。Ｄを基
準面の形状誤差とする。Ｂを１回目の平均化操作で得ら
れた測定対称物の形状誤差の平均値とする。Ｃを２回目
の平均化操作で得られた、測定対称物の形状誤差の平均
値とする。２回の平均化操作でえられるデ−タは、Ｄ＋
ＢおよびＤ＋Ｃである。両者の差から、基準面の形状誤
差を含まない（Ｄ＋Ｂ）−（Ｄ＋Ｃ）＝Ｂ−Ｃが求ま
る。そして、Ｂ，Ｃの平均値の性質を利用して、Ｂまた
はＣをＢ−Ｃから求める。その結果を２回の計測デ−タ
の一方から減ずる事によりＤを求める。さらに、平均化
操作をしないで測定をすることにより、Ａ＋Ｄを求め、
上記のＤを減算して、Ａを求める。
準面の形状誤差とする。Ｂを１回目の平均化操作で得ら
れた測定対称物の形状誤差の平均値とする。Ｃを２回目
の平均化操作で得られた、測定対称物の形状誤差の平均
値とする。２回の平均化操作でえられるデ−タは、Ｄ＋
ＢおよびＤ＋Ｃである。両者の差から、基準面の形状誤
差を含まない（Ｄ＋Ｂ）−（Ｄ＋Ｃ）＝Ｂ−Ｃが求ま
る。そして、Ｂ，Ｃの平均値の性質を利用して、Ｂまた
はＣをＢ−Ｃから求める。その結果を２回の計測デ−タ
の一方から減ずる事によりＤを求める。さらに、平均化
操作をしないで測定をすることにより、Ａ＋Ｄを求め、
上記のＤを減算して、Ａを求める。
【００２９】本実施例では、平均化操作として、測定対
象物を連続回転させながら、測定をして回転平均を求め
る。
象物を連続回転させながら、測定をして回転平均を求め
る。
【００３０】本発明では、形状誤差の測定精度を良くす
るために、さらに、フリンジスキャンを行なっている。
この時、連続回転とフリンジスキャンのための往復運動
を連動して行なうこととしたものである。
るために、さらに、フリンジスキャンを行なっている。
この時、連続回転とフリンジスキャンのための往復運動
を連動して行なうこととしたものである。
【００３１】なお、１回の回転に３０秒が必要な場合
に、例えば８分間回転させ続ければ、撮像素子（例え
ば、ＣＣＤ）の画素上を測定対象物が通過する回数は１
６回となる為、この情報をメモリで蓄積すればＳ／Ｎ比
は、４倍アップする（振動、空気のユラギ等の計測エラ
ーが１／４となる）。
に、例えば８分間回転させ続ければ、撮像素子（例え
ば、ＣＣＤ）の画素上を測定対象物が通過する回数は１
６回となる為、この情報をメモリで蓄積すればＳ／Ｎ比
は、４倍アップする（振動、空気のユラギ等の計測エラ
ーが１／４となる）。
【００３２】図１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，Ｍ１と、測定対象物であ
る被検レンズ１０を第１の回転軸１８の回りに連続回転
させる回転手段１４と、第１の回転軸１８と被検レンズ
１０の位置関係を維持したまま回転中心９の回りに回転
させる変位手段７と、コリメ−ティングレンズＭ１を往
復運動させることにより参照波面と反射波面の位相差を
変化させる位相変更手段である圧電素子１７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６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８４と、
第１の算出手段８５と、メモリ８６に格納された干渉縞
パタ−ンとを有する。処理部１５は、プログラム及びデ
−タを記憶するメモリ８６と、ＣＰＵと（図示しない）
とを有する。
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，Ｍ１と、測定対象物であ
る被検レンズ１０を第１の回転軸１８の回りに連続回転
させる回転手段１４と、第１の回転軸１８と被検レンズ
１０の位置関係を維持したまま回転中心９の回りに回転
させる変位手段７と、コリメ−ティングレンズＭ１を往
復運動させることにより参照波面と反射波面の位相差を
変化させる位相変更手段である圧電素子１７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６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８４と、
第１の算出手段８５と、メモリ８６に格納された干渉縞
パタ−ンとを有する。処理部１５は、プログラム及びデ
−タを記憶するメモリ８６と、ＣＰＵと（図示しない）
とを有する。
【００３３】ＣＰＵと、メモリ８６とは、図６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、第１の算出手段８５との機能を
実行する。
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、第１の算出手段８５との機能を
実行する。
【００３４】測定対象である被検レンズ１０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、その干渉縞パターンにより、被検レンズ１
０の形状誤差を測定するものである。
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、その干渉縞パターンにより、被検レンズ１
０の形状誤差を測定するものである。
【００３５】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Ｌ，Ｍ１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。
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Ｌ，Ｍ１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。
【００３６】一方、フィゾ−レンズＬ，Ｍ１に入射した
光のうち、１部はフィゾ−レンズＬ，Ｍ１によって適当
な球面波とされて被被検レンズ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，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。
光のうち、１部はフィゾ−レンズＬ，Ｍ１によって適当
な球面波とされて被被検レンズ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，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。
【００３７】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，Ｍ１が
作り出す球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の形状と球面波との形状のズ
レ即ち波面収差の情報を与えている。明から明の縞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。
れて被検レンズ１０の形状とフィゾ−レンズＬ，Ｍ１が
作り出す球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の形状と球面波との形状のズ
レ即ち波面収差の情報を与えている。明から明の縞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。
【００３８】従って、被検レンズ１０の形状が球面に近
い場合は、全体に互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１０
の全体形状を一括で測定できる。干渉縞を精度良く測定
するために、フリンジスキャンをしながら回転対称成分
を本発明では求めている。
い場合は、全体に互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１０
の全体形状を一括で測定できる。干渉縞を精度良く測定
するために、フリンジスキャンをしながら回転対称成分
を本発明では求めている。
【００３９】フリンジスキャンの仕方について述べる。
フリンジスキャンは、ＰＺＴ等の圧電素子により参照面
を等速で直線性良く、光軸方向にλ／２動かす。そし
て、干渉縞の位相を変化させる。一方、この干渉パター
ンを２次元ＣＣＤ上に投影結像させ、ＣＣＤの各番地で
の輝度変化をコンピュータに入力し、データ解析する事
により、λ／２以下の波面収差を検出する。ＣＣＤ上の
任意のデータポイント（画素）上の干渉縞パターンの輝
度は、可視度が１の場合、正弦波変調が生じる。圧電素
子１７の制御に関しては、回転手段１４の回転（例え
ば、パルスモ−タで駆動する）にたいして一定の時間遅
れを持たせるために、その回転の基準クロックを利用し
て、図１１に示すタイミングで制御電圧を生成し、圧電
素子１７へ出力すれば良い。
フリンジスキャンは、ＰＺＴ等の圧電素子により参照面
を等速で直線性良く、光軸方向にλ／２動かす。そし
て、干渉縞の位相を変化させる。一方、この干渉パター
ンを２次元ＣＣＤ上に投影結像させ、ＣＣＤの各番地で
の輝度変化をコンピュータに入力し、データ解析する事
により、λ／２以下の波面収差を検出する。ＣＣＤ上の
任意のデータポイント（画素）上の干渉縞パターンの輝
度は、可視度が１の場合、正弦波変調が生じる。圧電素
子１７の制御に関しては、回転手段１４の回転（例え
ば、パルスモ−タで駆動する）にたいして一定の時間遅
れを持たせるために、その回転の基準クロックを利用し
て、図１１に示すタイミングで制御電圧を生成し、圧電
素子１７へ出力すれば良い。
【００４０】フリンジスキャンとしては、例えば、図１
１の様な、フリンジスキャンを行なう。図１１の縦軸
は、圧電素子１７によるフィゾ−レンズＭ１の移動量を
示し、λ／２だけの往復運動をさせることを示す。この
時の特定のＣＣＤの出力信号の変化を図１２に示す。時
刻ｔ１から時刻ｔ８までの時間が１往復の時間である。
時刻ｔ１から時刻ｔ７が往路の時間であり、時刻ｔ７か
ら時刻ｔ８が復路の時間である。時刻ｔ２から時刻ｔ６
の間で測定を行ない、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間、およ
び時刻ｔ６から時刻ｔ８までの間は測定を行なわない。
ｘ１〜ｘ７がｔ１〜ｔ７に対応する参照面１６の位置で
ある。本実施例では、λ／２を例えば、４分割し、λ／
８ずつＣＣＤ信号を出力することとし、時刻ｔ２から時
刻ｔ６の間で測定を４回行なうこととした。その時刻が
例えば、時刻ｔ３、時刻ｔ４、時刻ｔ５、時刻ｔ６で、
それぞれの時刻におけるＣＣＤの出力信号をＢ(0)、Ｂ
(1)、Ｂ(2)、Ｂ(3)とすると、次式からＣＣＤ上の任意
のデータポイント（画素）上の干渉縞の位相差φが求ま
る。
１の様な、フリンジスキャンを行なう。図１１の縦軸
は、圧電素子１７によるフィゾ−レンズＭ１の移動量を
示し、λ／２だけの往復運動をさせることを示す。この
時の特定のＣＣＤの出力信号の変化を図１２に示す。時
刻ｔ１から時刻ｔ８までの時間が１往復の時間である。
時刻ｔ１から時刻ｔ７が往路の時間であり、時刻ｔ７か
ら時刻ｔ８が復路の時間である。時刻ｔ２から時刻ｔ６
の間で測定を行ない、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間、およ
び時刻ｔ６から時刻ｔ８までの間は測定を行なわない。
ｘ１〜ｘ７がｔ１〜ｔ７に対応する参照面１６の位置で
ある。本実施例では、λ／２を例えば、４分割し、λ／
８ずつＣＣＤ信号を出力することとし、時刻ｔ２から時
刻ｔ６の間で測定を４回行なうこととした。その時刻が
例えば、時刻ｔ３、時刻ｔ４、時刻ｔ５、時刻ｔ６で、
それぞれの時刻におけるＣＣＤの出力信号をＢ(0)、Ｂ
(1)、Ｂ(2)、Ｂ(3)とすると、次式からＣＣＤ上の任意
のデータポイント（画素）上の干渉縞の位相差φが求ま
る。
【００４１】
【数２】 φ＝tan~1{[Ｂ(0)−Ｂ(2)]／[Ｂ(1)−Ｂ(3)]} （２） 参照面を各位置に固定し、その位置ごとに回転させて測
定を行なうと時間がかかるために、本発明では、参照面
の移動と回転を同時に行なうこととしたものである。そ
のために、各回転ごとに、ＣＣＤと被検レンズ１０の対
応する位置関係をずらす。例えば、フリンジスキャンの
１回目と２回目で、１／４回転または３／４回転のずれ
があるとすれば、各々５回転、７回転を１サイクルとし
て、その間のデ−タを被検レンズ１０の各点ごとに加算
し１式から形状誤差を求めれば所望の、フリンジスキャ
ンと平均化が実現できる。図１１は、３／４回転のずれ
がある場合を示す。即ち、図１１において、被検レンズ
１０上の１点Ｐを考えると、１往復目にｘ２の位置でＣ
ＣＤのＱという画素に対応していたとすると、２往復目
には、ｘ３の位置でＣＣＤのＱに対応し、順次、ｘ４、
ｘ５の位置でＣＣＤのＱに対応していき、フリンジスキ
ャンに必要なデ−タが４往復でえられる。４往復の間
に、被検レンズ１０は、７回転することになる。
定を行なうと時間がかかるために、本発明では、参照面
の移動と回転を同時に行なうこととしたものである。そ
のために、各回転ごとに、ＣＣＤと被検レンズ１０の対
応する位置関係をずらす。例えば、フリンジスキャンの
１回目と２回目で、１／４回転または３／４回転のずれ
があるとすれば、各々５回転、７回転を１サイクルとし
て、その間のデ−タを被検レンズ１０の各点ごとに加算
し１式から形状誤差を求めれば所望の、フリンジスキャ
ンと平均化が実現できる。図１１は、３／４回転のずれ
がある場合を示す。即ち、図１１において、被検レンズ
１０上の１点Ｐを考えると、１往復目にｘ２の位置でＣ
ＣＤのＱという画素に対応していたとすると、２往復目
には、ｘ３の位置でＣＣＤのＱに対応し、順次、ｘ４、
ｘ５の位置でＣＣＤのＱに対応していき、フリンジスキ
ャンに必要なデ−タが４往復でえられる。４往復の間
に、被検レンズ１０は、７回転することになる。
【００４２】測定は以下の手順で行なわれる。
【００４３】（１）コリメ−ティングレンズ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、コリメ−ティングレ
ンズＭ１の形状誤差Ｆ０、真の回転対称成分ＲＳ、非回
転対称成分ＡＳの和である。
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、コリメ−ティングレ
ンズＭ１の形状誤差Ｆ０、真の回転対称成分ＲＳ、非回
転対称成分ＡＳの和である。
【００４４】（２）次に、回転手段１４により、被検レ
ンズ１０を第１の回転軸回りに連続回転させると同時
に、コリメーティングレンズＭ１を往復させながら測定
して得られた、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−タから１式
により、被検レンズ１０の各点での形状誤差を求め、第
１の回転対称成分を求める。これは、コリメ−ティング
レンズＭ１の形状誤差Ｆ０と回転対称成分ＲＳ１の和で
ある。
ンズ１０を第１の回転軸回りに連続回転させると同時
に、コリメーティングレンズＭ１を往復させながら測定
して得られた、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−タから１式
により、被検レンズ１０の各点での形状誤差を求め、第
１の回転対称成分を求める。これは、コリメ−ティング
レンズＭ１の形状誤差Ｆ０と回転対称成分ＲＳ１の和で
ある。
【００４５】（３）被検レンズ１０の中心軸を移動させ
る変位手段７により、被検レンズ１０の中心軸を移動さ
せる。第２の回転対称成分検出手段８２は、被検レンズ
１０を移動後の第１の回転軸回りに、連続回転させると
同時に、コリメーティングレンズＭ１を往復させながら
測定して得られた、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−タから
１式により、被検レンズ１０の各点での形状誤差を求
め、第２の回転対称成分を求める。これは、コリメ−テ
ィングレンズＭ１の形状誤差Ｆ０と回転対称成分（ＲＳ
２とする）の和である。コリメ−ティングレンズＬ，Ｍ
１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８に示す部分のみで測定される。
る変位手段７により、被検レンズ１０の中心軸を移動さ
せる。第２の回転対称成分検出手段８２は、被検レンズ
１０を移動後の第１の回転軸回りに、連続回転させると
同時に、コリメーティングレンズＭ１を往復させながら
測定して得られた、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−タから
１式により、被検レンズ１０の各点での形状誤差を求
め、第２の回転対称成分を求める。これは、コリメ−テ
ィングレンズＭ１の形状誤差Ｆ０と回転対称成分（ＲＳ
２とする）の和である。コリメ−ティングレンズＬ，Ｍ
１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８に示す部分のみで測定される。
【００４６】（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、コリメ
ーティングレンズＭ１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＋Ｆ０（コリメーティング
レンズＭ１の形状誤差），ＲＳ１Ｂ＋Ｆ０，ＲＳ２Ａ＋
Ｆ０，ＲＳ２Ｂ＋Ｆ０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、コリメーティングレン
ズＭ１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ＲＳ
２Ａ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。
第１の回転対称成分と第２の回転対称成分より、コリメ
ーティングレンズＭ１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＋Ｆ０（コリメーティング
レンズＭ１の形状誤差），ＲＳ１Ｂ＋Ｆ０，ＲＳ２Ａ＋
Ｆ０，ＲＳ２Ｂ＋Ｆ０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、コリメーティングレン
ズＭ１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ＲＳ
２Ａ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。
【００４７】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。
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。
【００４８】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を基準としたＲＳ１Ｂ，ＲＳ２Ａ，Ｒ
Ｓ２Ｂの値を求めることもできる。
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を基準としたＲＳ１Ｂ，ＲＳ２Ａ，Ｒ
Ｓ２Ｂの値を求めることもできる。
【００４９】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。
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。
【００５０】（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、コ
リメーティングレンズＭ１の形状誤差を求める。
求めた第１の回転対称成分と真の回転対称成分より、コ
リメーティングレンズＭ１の形状誤差を求める。
【００５１】（６）第１の算出手段８５は、（１）で求
めた干渉稿パターンと、（５）で求めたコリメーティン
グレンズＭ１の形状誤差の差を求めて、被検レンズの真
の表面形状Ｈを算出する。
めた干渉稿パターンと、（５）で求めたコリメーティン
グレンズＭ１の形状誤差の差を求めて、被検レンズの真
の表面形状Ｈを算出する。
【００５２】本実施例によれば、測定の短時間化が図れ
る。
る。
【００５３】次に、第２の実施例として、コリメーティ
ングレンズＭ１の形状誤差を求めないで、直接、被検レ
ンズの真の表面形状Ｈを算出する方法について述べる。
ングレンズＭ１の形状誤差を求めないで、直接、被検レ
ンズの真の表面形状Ｈを算出する方法について述べる。
【００５４】本フィゾ−型干渉計システムは、処理部８
７以外は、第１の実施例と同様の構成を有し、制御部８
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，Ｍ１と、測
定対象物である被検レンズ１０を第１の回転軸１８の回
りに回転させる回転手段１４と、第１の回転軸１８と被
検レンズ１０の位置関係を維持したまま回転中心９の回
りに回転させる変位手段７と、コリメ−ティングレンズ
Ｍ１を往復運動させることにより参照波面と反射波面の
位相差を変化させる位相変更手段である圧電素子１７と
を有する。処理部８７は、図１０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、第２の
算出手段８８と、非回転回転対称成分検出手段８９と、
メモリ８６に格納された干渉縞パタ−ンとを有する。
７以外は、第１の実施例と同様の構成を有し、制御部８
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，Ｍ１と、測
定対象物である被検レンズ１０を第１の回転軸１８の回
りに回転させる回転手段１４と、第１の回転軸１８と被
検レンズ１０の位置関係を維持したまま回転中心９の回
りに回転させる変位手段７と、コリメ−ティングレンズ
Ｍ１を往復運動させることにより参照波面と反射波面の
位相差を変化させる位相変更手段である圧電素子１７と
を有する。処理部８７は、図１０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、第２の
算出手段８８と、非回転回転対称成分検出手段８９と、
メモリ８６に格納された干渉縞パタ−ンとを有する。
【００５５】回転手段１４は、被検レンズ１０を光軸回
りに回転させる。移動手段である変位手段７は、被検レ
ンズ１０の光軸を回転中心９回りに回転させる。
りに回転させる。移動手段である変位手段７は、被検レ
ンズ１０の光軸を回転中心９回りに回転させる。
【００５６】本実施例は、被検レンズ１０の回転動作お
よびコリメーティングレンズＭ１の往復動作は第１の実
施例と同じであるが、処理部８７の構成が異なる。
よびコリメーティングレンズＭ１の往復動作は第１の実
施例と同じであるが、処理部８７の構成が異なる。
【００５７】測定は以下の手順で行なわれる。
【００５８】（１）コリメ−ティングレンズＬ，Ｍ１の
光軸と被検レンズ１０の光軸を一致させた状態で干渉縞
パタ−ンＯＲを求める。これは、コリメ−ティングレン
ズＭ１の形状誤差Ｆ０、真の回転対称成分ＲＳ、非回転
対称成分ＡＳの和である。
光軸と被検レンズ１０の光軸を一致させた状態で干渉縞
パタ−ンＯＲを求める。これは、コリメ−ティングレン
ズＭ１の形状誤差Ｆ０、真の回転対称成分ＲＳ、非回転
対称成分ＡＳの和である。
【００５９】（２）次に、回転手段１４により、被検レ
ンズ１０を第１の回転軸回りに連続回転させると同時
に、コリメーティングレンズＭ１を往復させながら測定
して得られた、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−タから１式
により、被検レンズ１０の各点での形状誤差を求め、第
１の回転対称成分を求める。これは、コリメ−ティング
レンズＭ１の形状誤差Ｆ０と回転対称成分（ＲＳ１とす
る）の和である。
ンズ１０を第１の回転軸回りに連続回転させると同時
に、コリメーティングレンズＭ１を往復させながら測定
して得られた、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−タから１式
により、被検レンズ１０の各点での形状誤差を求め、第
１の回転対称成分を求める。これは、コリメ−ティング
レンズＭ１の形状誤差Ｆ０と回転対称成分（ＲＳ１とす
る）の和である。
【００６０】（３）被検レンズ１０の中心軸を移動させ
る変位手段７により、被検レンズ１０の中心軸を移動さ
せる。第２の回転対称成分検出手段８２は、被検レンズ
１０を移動後の第１の回転軸回りに、連続回転させると
同時に、コリメーティングレンズＭ１を往復させながら
測定して得られた、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−タから
１式により、被検レンズ１０の各点での形状誤差を求
め、第２の回転対称成分を求める。これは、コリメ−テ
ィングレンズＭ１の形状誤差Ｆ０と回転対称成分（ＲＳ
２とする）の和である。コリメ−ティングレンズＬ，Ｍ
１の光軸と被検レンズ１０の光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。
る変位手段７により、被検レンズ１０の中心軸を移動さ
せる。第２の回転対称成分検出手段８２は、被検レンズ
１０を移動後の第１の回転軸回りに、連続回転させると
同時に、コリメーティングレンズＭ１を往復させながら
測定して得られた、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−タから
１式により、被検レンズ１０の各点での形状誤差を求
め、第２の回転対称成分を求める。これは、コリメ−テ
ィングレンズＭ１の形状誤差Ｆ０と回転対称成分（ＲＳ
２とする）の和である。コリメ−ティングレンズＬ，Ｍ
１の光軸と被検レンズ１０の光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。
【００６１】（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、コリメ
ーティングレンズＭ１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，ＲＳ１Ｂ，ＲＳ２Ａ，Ｒ
Ｓ２Ｂ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、コリメーティングレンズＭ１の形状誤
差は、消えて、交点Ａ，Ｂ，Ｃの値は、図９に示すよう
になる。今、ＲＳ２Ａの値を被検レンズの形状誤差の基
準値として、値を決定すると、Ｃ，Ｂ，Ａの順に形状誤
差の回転対称成分が確定する。この操作を被検レンズ１
０全体について、順次行なえば良い。
第１の回転対称成分と第２の回転対称成分より、コリメ
ーティングレンズＭ１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，ＲＳ１Ｂ，ＲＳ２Ａ，Ｒ
Ｓ２Ｂ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、コリメーティングレンズＭ１の形状誤
差は、消えて、交点Ａ，Ｂ，Ｃの値は、図９に示すよう
になる。今、ＲＳ２Ａの値を被検レンズの形状誤差の基
準値として、値を決定すると、Ｃ，Ｂ，Ａの順に形状誤
差の回転対称成分が確定する。この操作を被検レンズ１
０全体について、順次行なえば良い。
【００６２】（５）非回転回転対称成分検出手段８９
は、干渉稿パターン８６（Ｆ０，ＲＳ１，ＡＳの和であ
る）と、第１の回転対称成分（Ｆ０，ＲＳ１の和であ
る）との差より、非回転対称成分を求める。
は、干渉稿パターン８６（Ｆ０，ＲＳ１，ＡＳの和であ
る）と、第１の回転対称成分（Ｆ０，ＲＳ１の和であ
る）との差より、非回転対称成分を求める。
【００６３】（６）第２の算出手段８８は、（１）で求
めた干渉稿パターンと、（５）で求めた非回転対称成分
ＡＳの和を求めて、被検レンズの真の表面形状Ｈを算出
する。 以上のように、コリメーティングレンズのＮＡ
より小さい被検レンズの測定を行なうことができるフィ
ゾ−型干渉計システムを提供できる。また、従来技術で
ある図２、３の場合は、３点（０°、１８０°、ミラ−
設置）のみで測定を行なうため、アライメントの要求が
厳しいが、本発明の場合は、３６０°を無限に分割する
ため、各々の位置でのアライメントの要求を緩和して
も、最終的な精度は、従来技術よりも改善されるという
効果がある。
めた干渉稿パターンと、（５）で求めた非回転対称成分
ＡＳの和を求めて、被検レンズの真の表面形状Ｈを算出
する。 以上のように、コリメーティングレンズのＮＡ
より小さい被検レンズの測定を行なうことができるフィ
ゾ−型干渉計システムを提供できる。また、従来技術で
ある図２、３の場合は、３点（０°、１８０°、ミラ−
設置）のみで測定を行なうため、アライメントの要求が
厳しいが、本発明の場合は、３６０°を無限に分割する
ため、各々の位置でのアライメントの要求を緩和して
も、最終的な精度は、従来技術よりも改善されるという
効果がある。
【００６４】上記の実施例は、変位後も第１の回転軸回
りに、回転させているが、これに限られるものではな
く、第１の回転軸と異なる第２の回転軸回りに回転させ
ても可能である。この場合の実施例を図１３に示す。こ
の時も平均化操作としては、第１の回転軸１９の回りに
回転させた後、変位はさせずに、第２の回転軸回りに回
転させて、第２の回転対象成分を求めるものである。処
理部および光学系は、上記の実施例と同様である。
りに、回転させているが、これに限られるものではな
く、第１の回転軸と異なる第２の回転軸回りに回転させ
ても可能である。この場合の実施例を図１３に示す。こ
の時も平均化操作としては、第１の回転軸１９の回りに
回転させた後、変位はさせずに、第２の回転軸回りに回
転させて、第２の回転対象成分を求めるものである。処
理部および光学系は、上記の実施例と同様である。
【００６５】次に画像処理による時間蓄積の例を述べ
る。
る。
【００６６】干渉縞パターンの、画像処理による高精度
解析には種々の方法が考えられる。一例として、得られ
る画像信号の濃淡の階調から、形状誤差を求める事がで
きる。即ち、干渉縞パターンの正弦波階調の山と谷を、
映像信号の白レベル、黒レベルに対応させておき、その
間の映像信号の階調ムラをメモリに入れておけば、輝度
階調を８ｂｉｔとした時、１／５００λの分解能が得ら
れる。撮像管を使えば横方向分解能も充分得られる。こ
の場合にも同様の時間蓄積が可能となる。
解析には種々の方法が考えられる。一例として、得られ
る画像信号の濃淡の階調から、形状誤差を求める事がで
きる。即ち、干渉縞パターンの正弦波階調の山と谷を、
映像信号の白レベル、黒レベルに対応させておき、その
間の映像信号の階調ムラをメモリに入れておけば、輝度
階調を８ｂｉｔとした時、１／５００λの分解能が得ら
れる。撮像管を使えば横方向分解能も充分得られる。こ
の場合にも同様の時間蓄積が可能となる。
【００６７】以上の実施例によれば、被検レンズの中心
に穴があいていても、全く影響を受けない利点がある。
に穴があいていても、全く影響を受けない利点がある。
【００６８】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。
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。
【００６９】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。
時は、逆に横ずらし量を半径以下とする事ができる。
【００７０】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。
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。
【００７１】本実施例は、被検レンズに連続回転を与え
る回転手段は、等速回転を前提とした。しかし、回転軸
にワウフラッタがあれば、例え、被検レンズと参照波面
との間の相対的な形状誤差がｚｅｒｏであっても、その
ワウフラッタがそのまま輝度ムラ、即ち、形状誤差とな
ってＣＣＤに時間蓄積されてしまう。従って、逆に、こ
のワウフラッタを検出し、ＣＣＤの出力信号に、１回転
毎に補正をかけてメモリに落とし込んで行けば、補正が
可能である。
る回転手段は、等速回転を前提とした。しかし、回転軸
にワウフラッタがあれば、例え、被検レンズと参照波面
との間の相対的な形状誤差がｚｅｒｏであっても、その
ワウフラッタがそのまま輝度ムラ、即ち、形状誤差とな
ってＣＣＤに時間蓄積されてしまう。従って、逆に、こ
のワウフラッタを検出し、ＣＣＤの出力信号に、１回転
毎に補正をかけてメモリに落とし込んで行けば、補正が
可能である。
【００７２】本実施例は、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。マイケルソン干渉計
およびトワイマングリ−ン干渉計の場合、球面のとき
は、本実施例と同様に操作を行なえば良い。平面の場合
は、第１の回転軸としては、平面に垂直な軸を取れば良
い。そして、これを平行に移動させて、第２の回転対称
成分を求めれば良い。
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。マイケルソン干渉計
およびトワイマングリ−ン干渉計の場合、球面のとき
は、本実施例と同様に操作を行なえば良い。平面の場合
は、第１の回転軸としては、平面に垂直な軸を取れば良
い。そして、これを平行に移動させて、第２の回転対称
成分を求めれば良い。
【００７３】以上の実施例は、連続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、連続回転の代わりに連続揺動させてももと
めることもできる。
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、連続回転の代わりに連続揺動させてももと
めることもできる。
【００７４】
【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。
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１】本発明に係わるフィゾ−型干渉計システムのブ
ロック図。
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】本発明に係る制御部のブロック図。
【図７】本発明に係る形状測定法の説明図。
【図８】本発明に係る形状測定法の説明図。
【図９】本発明に係る形状測定法の説明図。
【図１０】本発明に係わる制御部のブロック図。
【図１１】本発明に係る形状測定法の説明図。
【図１２】本発明に係る形状測定法の説明図。
【図１３】本発明に係る第２の実施例であるフィゾ−型
干渉計システムのブロック図。
干渉計システムのブロック図。
８…制御部、１…レ−ザ光源、２…撮像素子、３…半透
鏡、７…変位手段、１０…被検レンズ、１４…回転手
段、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、８５…第１の算出手段、
Ｌ，Ｍ１…コリメ−ティングレンズ（フィゾ−レン
ズ）。
鏡、７…変位手段、１０…被検レンズ、１４…回転手
段、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、８５…第１の算出手段、
Ｌ，Ｍ１…コリメ−ティングレンズ（フィゾ−レン
ズ）。
Claims (6)
- 【請求項１】第１の測定対象物からの反射波面と、コリ
メーティングレンズ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、該第１の測定対象物の形状を求
める形状測定法であって、 該第１の測定対象物を第１の回転軸回りに連続回転させ
ながら測定して得られた表面形状デ−タから、第１の回
転対称成分を求めること、 該第１の回転軸を変位させること、 該第１の測定対象物または第２の測定対象物のいずれか
を変位後の該第１の回転軸回りに連続回転させながら測
定して得られた表面形状デ−タから、第２の回転対称成
分を求めること、 該第１の回転対称成分と該第２の回転対称成分より、該
コリメーティング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
こと、 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（該第２の測
定対象物を用いたときは、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該真の回転対称成分を求め
るのに用いた方）とより、該コリメーティングレンズの
形状誤差を求めること、 該第１の測定対象物による反射波面および該コリメーテ
ィングレンズによる参照波面とを干渉させた干渉稿パタ
ーンと、該コリメーティングレンズの形状誤差より、該
第１の測定対象物の真の表面形状を算出することよりな
ることを特徴とする形状測定法。 - 【請求項２】請求項１記載の形状測定法において、 前記第１の測定対象物は、球面であり、 前記第１の回転軸は、前記第１の測定対象物の曲率中心
を通ることを特徴とする形状測定法。 - 【請求項３】第１の測定対象物からの反射波面と、コリ
メーティングレンズ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、該第１の測定対象物の形状を求
める形状測定法であって、 該第１の測定対象物を第１の回転軸回りに連続回転させ
ながら測定して得られた表面形状デ−タから、第１の回
転対称成分を求めること、 該第１の測定対象物または第２の測定対象物のいずれか
を第２の回転軸回りに連続回転させながら測定して得ら
れた表面形状デ−タから、第２の回転対称成分を求める
こと、 該第１の回転対称成分と該第２の回転対称成分より、該
コリメーティング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
こと、 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（該第２の測
定対象物を用いたときは、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該真の回転対称成分を求め
るのに用いた方）とより、該コリメーティングレンズの
形状誤差を求めること、 該第１の測定対象物による反射波面および該コリメーテ
ィングレンズによる参照波面とを干渉させた干渉稿パタ
ーンと、該コリメーティングレンズの形状誤差より、該
第１の測定対象物の真の表面形状を算出することよりな
ることを特徴とする形状測定法。 - 【請求項４】第１の測定対象物からの反射波面と、コリ
メーティングレンズ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、該第１の測定対象物の形状を求
める形状測定システムであって、 該第１の測定対象物を第１の回転軸回りに連続回転させ
る回転手段と、 連続回転させながら測定して得られた表面形状デ−タか
ら、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、 該第１の回転軸を変位させる変位手段と、 該第１の測定対象物または第２の測定対象物のいずれか
を変位後の該第１の回転軸回りに連続回転させながら測
定して得られた表面形状デ−タから、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
コリメーティング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（該第２の測
定対象物を用いたときは、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該真の回転対称成分を求め
るのに用いた方）とより、該コリメーティングレンズの
形状誤差を求める形状誤差検出手段と、 該第１の測定対象物による反射波面および該コリメーテ
ィングレンズによる参照波面とを干渉させた干渉稿パタ
ーンと該コリメーティングレンズの形状誤差とより、該
第１の測定対象物の真の表面形状を算出する第１の算出
手段とを有することを特徴とする形状測定システム。 - 【請求項５】第１の測定対象物からの反射波面と、コリ
メーティングレンズ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、該第１の測定対象物の形状を求
める形状測定法であって、 該第１の測定対象物を第１の回転軸回りに連続回転させ
ながら測定して得られた表面形状デ−タから、第１の回
転対称成分を求めること、 該第１の回転軸を変位させること、 該第１の測定対象物または第２の測定対象物のいずれか
を変位後の該第１の回転軸回りに連続回転させながら測
定して得られた表面形状デ−タから、第２の回転対称成
分を求めること、 該第１の回転対称成分と該第２の回転対称成分より、該
コリメーティング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（該第
２の測定対象物を用いたときは、該第１の回転対称成分
について）求めること、 該第１の測定対象物による反射波面と該コリメーティン
グレンズによる参照波面とを干渉させた干渉稿パターン
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（該第２の測定対象物を用いたと
きは、該第１の回転対称成分）とより、非回転対称成分
を求めること、 該非回転対称成分と該真の回転対称成分より、該第１の
測定対象物の真の表面形状を算出することよりなること
を特徴とする形状測定法。 - 【請求項６】第１の測定対象物からの反射波面と、コリ
メーティングレンズ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、該第１の測定対象物の形状を求
める形状測定システムであって、 該第１の測定対象物を第１の回転軸回りに、連続回転さ
せる回転手段と、 連続回転させながら測定して得られた表面形状デ−タか
ら、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、 該第１の回転軸を変位させる変位手段と、 該第１の測定対象物または第２の測定対象物のいずれか
を変位後の該第１の回転軸回りに連続回転させながら測
定して得られた表面形状デ−タから、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
コリメーティング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（該第
２の測定対象物を用いたときは、該第１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、 該第１の測定対象物による反射波面と該コリメーティン
グレンズによる参照波面とを干渉させた干渉稿パターン
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（該第２の測定対象物を用いたと
きは、該第１の回転対称成分）とより、非回転対称成分
を求める非回転対称成分検出手段と、 該非回転対称成分と該真の回転対称成分より、該第１の
測定対象物の真の表面形状を算出する第２の算出手段と
を有することを特徴とする形状測定システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4027115A JPH05223541A (ja) | 1992-02-14 | 1992-02-14 | 形状測定法および形状測定システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4027115A JPH05223541A (ja) | 1992-02-14 | 1992-02-14 | 形状測定法および形状測定システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05223541A true JPH05223541A (ja) | 1993-08-31 |
Family
ID=12212073
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4027115A Pending JPH05223541A (ja) | 1992-02-14 | 1992-02-14 | 形状測定法および形状測定システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05223541A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009192369A (ja) * | 2008-02-14 | 2009-08-27 | Olympus Corp | 形状測定方法 |
| JP2010008345A (ja) * | 2008-06-30 | 2010-01-14 | Olympus Corp | 形状測定装置及び形状測定方法 |
| JP2010060304A (ja) * | 2008-09-01 | 2010-03-18 | Olympus Corp | 形状測定方法 |
| JP2011179877A (ja) * | 2010-02-26 | 2011-09-15 | Olympus Corp | 形状測定方法及び形状測定装置 |
| JP2013057688A (ja) * | 2012-12-25 | 2013-03-28 | Olympus Corp | 形状測定方法及び形状測定装置 |
| CN109579736A (zh) * | 2018-12-14 | 2019-04-05 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 精密工件的圆柱度非接触式测量装置及方法 |
-
1992
- 1992-02-14 JP JP4027115A patent/JPH05223541A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009192369A (ja) * | 2008-02-14 | 2009-08-27 | Olympus Corp | 形状測定方法 |
| JP2010008345A (ja) * | 2008-06-30 | 2010-01-14 | Olympus Corp | 形状測定装置及び形状測定方法 |
| JP2010060304A (ja) * | 2008-09-01 | 2010-03-18 | Olympus Corp | 形状測定方法 |
| JP2011179877A (ja) * | 2010-02-26 | 2011-09-15 | Olympus Corp | 形状測定方法及び形状測定装置 |
| JP2013057688A (ja) * | 2012-12-25 | 2013-03-28 | Olympus Corp | 形状測定方法及び形状測定装置 |
| CN109579736A (zh) * | 2018-12-14 | 2019-04-05 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 精密工件的圆柱度非接触式测量装置及方法 |
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