JPH05340734A - 曲率半径測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 干渉計を使用した非接触式比較測定を行い、
所謂「ダイナミック」な測定を極力「スタティック」化
する事により、高精度で簡便なレンズ曲率半径検出が可
能な測定装置の提供を目的とする。 【構成】測定対象となる被検面を有する被検レンズと、
該被検面と曲率半径が略同一で且つ既知の基準ゲージ面
を有するマスタレンズと、該被検面もしくは基準ゲージ
面に測定光を射出し、その測定光の反射光を利用した干
渉縞を得る為の、基準参照面を有した干渉計と、該被検
レンズもしくはマスタレンズを支持する為のホルダと、
該ホルダの該干渉計測定光軸方向の位置を検出する為の
位置検出機構と、該干渉縞のパワー成分を算出すると共
に該位置検出機構からの出力値を入力補正演算する為の
演算機構とを有する事を特徴とする曲率半径測定装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レンズ球面の曲率半径
等を測定する為の曲率半径測定装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】レンズ等の光学部品の曲率半径を測定す
る場合、被検レンズの被検球面をニュートンゲージのゲ
ージ面（曲率半径が既知）に重ね合わせ、一定波長の光
源下で観測されるニュートン干渉縞の本数から所定の演
算式に基づいて被検面の曲率半径を求める従来の接触式
比較測定法に代わって、近年は図５に示す様な直接、被
検面の曲率半径を求める干渉計を使用した非接触式絶対
測定法（オ−トコリメ−ション法）が用いられている。
これは、接触式測定においては避けられない疵の防止に
加え、曲率半径測定の高精度化の要請に応える為であ
る。図５に示す様に測定光の被検面による球心反射（オ
ートコリメーションの原理に基づく）の状態（２１）
と、測定光の被検面によるキャッツアイ反射の状態（２
２）との間の、被検レンズ（１）の移動距離（Ｘ）が被
検面（３）の曲率半径を与える。コリメーティングレン
ズ（２３）として、干渉計のフィゾーレンズ（２４）を
使用する事により、面精度測定も可能となる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
干渉計を用いた従来のオートコリメーション法において
は絶対測定である為、前記２種類の反射状態の相対関係
を検知する為には、被検レンズ（１）を移動させる事が
必要であった。従って、ステージ移動時の振動による被
検レンズ（１）のズレや、ステージ移動軸と測定光軸と
のズレと言った、所謂「ダイナミック」な測定に起因す
る誤差の介入が避けられなかった。更に、アライメント
時間を含めた測定時間が増大すると共に、干渉計ステー
ジの高剛性化や高精度測長システムが必要であると言う
問題点があった。

【０００４】本発明は前記従来技術の欠点に鑑みてなさ
れたもので、干渉計を使用した非接触式比較測定を行
い、所謂「ダイナミック」な測定を極力「スタティッ
ク」化する事により、高精度なレンズ曲率半径検出が可
能であり、しかも簡便な測定装置の提供を目的とする。

【０００５】

【課題を解決する為の手段】前記問題点の解決の為に、
本発明に係る曲率半径測定装置は、測定対象となる被検
面（３）を有する被検レンズ（１）と、該被検面（３）
と曲率半径が略同一で且つ既知の基準ゲージ面（４）を
有するマスタレンズ（２）と、該被検面（３）もしくは
基準ゲージ面（４）に測定光を射出しその反射光を利用
した干渉縞を得る為の基準参照面（１０）を有した干渉
計と、該被検レンズ（１）もしくはマスタレンズ（２）
を支持する為のホルダ（８）と、該ホルダ（８）の該干
渉計測定光軸方向の位置を検出する為の位置検出機構
（９）と、該干渉縞のパワー成分を算出すると共に該位
置検出機構（９）からの出力値を入力補正演算する為の
演算機構とを有する事とした。

【０００６】

【作用】前記干渉計を使用した非接触式比較測定法の測
定原理を図１により説明する。 １．先ず、図１（ａ）に示す様に、被検面（３）と曲率
半径が略同一で且つ既知の基準ゲージ面（４）を有する
マスタレンズ（２）を最低３点で接触するホルダ（８）
に装着し、干渉計の基準参照面（１０）と干渉させ、得
られる干渉縞が略「縞一色」となる様に被検面（３）の
アライメントを行い、縞走査によって得られるデータを
Ｒｅｆデ−タ（基準データ）とする。この時、曲率半径
が等しい球面に対する光軸方向位置の再現性が確保され
る様に、ホルダ（８）によるレンズ球面の支持が工夫さ
れている。

【０００７】２．次に、図１（ａ）に示す様に、マスタ
レンズ（２）を被検レンズ（１）に置換し、アライメン
トは動かさずに同様に縞走査を行い、被検面データを得
る。この時、所謂「Ｒｅｆ減算（Ｒｅｆデータに対する
相対測定）」を行いそのパワー補正値を算出する事によ
り、基準ゲージ面（４）に対する被検面（３）の曲率半
径差（ΔＲ）を求める。

【０００８】３．この時のΔＲの符号は以下の様にして
判断できる。例えば、図１（ｃ）の様に、凹の被検レン
ズ（１）がフィゾー面（１１）と反対側にシフトした場
合のパワー補正値を「＋」とする。そして、マスタレン
ズ（２）の基準ゲージ面（４）と被検レンズ（１）の被
検面（３）の、面の高低を図１（ｂ）の様に仮定する。
この時、図１（ａ）、図１（ｃ）に点線にて示す、フィ
ゾー面（１１）と等価な参照波面（５）と被検面（３）
との関係から、図１（ａ）における被検面（３）のパワ
ー補正値は「−」に算出される。即ち、凹の被検面
（３）の曲率半径が、マスタレンズ（２）の基準ゲージ
面（４）よりも、大きい場合に、干渉計の演算によるパ
ワー補正値が「−」となる為、面の高低の判断が可能と
なる。

【０００９】４．更に、干渉計測定光を偏向させて第１
の干渉計測定光軸と略一致した対向する第２の干渉計測
定光とし、前記ホルダ（８）に設置された光学レンズ
（１３）による、球心反射もしくはキャッツアイ反射を
実現させる事により縞走査を可能とし、同様にパワー補
正値を算出する事により、比較測定を行う際のホルダ
（８）の測定光軸方向のドリフトやズレの有無を確認
し、必要があれば補正を施している。これは、図１
（ｄ）に示す様に、例えば球心反射において、光学レン
ズ面（６）が光軸方向にΔＺだけシフトしたと仮定する
と、干渉計で観測される干渉縞本数ｈ本は、「ｈ＝ΔＺ
（１−cos θ）／（λ／２）」から算出される。一方、
ｈ本は、干渉計の演算からも、Ｐ−Ｖ値として算出され
る為、ホルダ（８）と光学レンズ面（６）の位置関係さ
え変わらない様に留意すれば、ホルダ（８）の光軸方向
位置検出が可能となる。

【００１０】前記の関係は、キャッツアイ反射において
も同様に成立する。

【００１１】

【実施例】図２は本発明の第１の実施例であって、フィ
ゾー型干渉計による非接触式比較測定を実現したもので
ある。即ち、フィゾーレンズ（２４）のフィゾー面（１
１）（基準参照面）とマスタレンズ（２）の基準ゲージ
面（４）（曲率半径が既知）もしくは被検レンズ（１）
の被検面（３）を干渉させる。そして、それぞれの干渉
状態を縞走査する事により測定する。その際、基準ゲー
ジ面（４）の測定データをＲｅｆデ−タとし、被検面
（３）をＲｅｆ減算する。そして、そのパワー補正値を
演算装置により算出し、両者の曲率半径差を求める。

【００１２】干渉計の移動ステージには、マスタレンズ
（２）もしくは被検レンズ（１）を支持する為のホルダ
（８）が１個設けられている。これは、複数のホルダを
設けた場合、曲率半径が等しい球面に対する光軸方向位
置の再現性を確保するのに、多大の労力を必要とする為
である。即ち、ホルダが１個の場合は、「ホルダに起因
した、曲率半径が等しい球面に対する光軸方向位置の再
現性誤差」を抑えてさえ置けば、ホルダ自身の光軸方向
位置をモニタする事により、容易に曲率半径が等しい球
面に対する光軸方向位置の再現性を確保する事が可能と
なる。例えば、同一の球面を再セッティングした際に、
モニタしていたホルダ（８）の光軸方向位置が変化して
いれば、その間にホルダ（８）が移動した事になる。こ
の場合、縞走査のデータからもホルダ（８）の移動の判
断が可能であるが、基準ゲージ面（４）と被検面（３）
との曲率半径が異なる場合には、モニタに頼らざるを得
ない。実際に同一の球面レンズをＯｆｆ／Ｏｎすれば、
ステージの剛性の有無に係わらず、ホルダ（８）の光軸
方向位置ズレが生じてしまう。即ち、この場合に要求さ
れるステージ性能としては、剛性よりも荷重のＯｆｆ／
Ｏｎ時の位置再現性と言える。

【００１３】なお、この荷重のＯｆｆ／Ｏｎ時のホルダ
位置再現性は、被検面（３）のＮＡに依存して必要な感
度が異なる。即ち、被検面（３）のＮＡが小さい場合に
は、この位置再現性は全く問題無い一方、被検面（３）
のＮＡが大きい場合には、極端にクリティカルとなって
くる。逆にこれは、干渉計を利用したステージの位置検
出光学系を設計した場合に、ステージに装着される集光
レンズのＮＡを大きく採る必要がある事を示唆してい
る。

【００１４】ホルダ（８）自身の光軸方向位置をモニタ
する手法としては、干渉計とは別個にモニタ光学系を設
ける事が考えられる。即ち、従来の干渉計による曲率半
径測定法と同様の、レーザ測長器とコーナキューブの組
合せによるものである。しかし、本発明における比較測
定法においては、「スタティック」な測定で済ます事を
目的としている為、従来のモニタ方法は本発明の趣旨に
反する。そこで本発明においては、前記干渉計測定光を
途中から、切り換え式で偏向させ、第１の干渉計測定光
軸と略一致した対向する第２の干渉計測定光とし、前記
ホルダ（８）に設置された光学レンズ（１３）によるキ
ャッツアイ反射を実現させる事により縞走査を可能と
し、球面測定の場合と同様にパワー補正値を算出する事
により、比較測定を行う際のホルダ（８）の測定光軸方
向のドリフトやズレの有無を確認する事とした。この場
合、キャッツアイ反射での縞走査である為、充分な感度
をもたらすＮＡを有した第２のフィゾーレンズ（２５）
を用意する必要がある。また、ホルダ（８）に設置する
光学レンズ（１３）の曲率半径は充分小さい方が高感度
となる。この光学レンズ（１３）は、ホルダ部の所謂
「Ｖ／フラット／コーン」の受け部に対して先端が球面
でインターフェイスされる３本足の付いた金物（１４）
で保持されており、干渉計光軸と同芯に設置されてい
る。

【００１５】このモニタによって検出されるホルダ
（８）の光軸方向位置ズレ量は、前記パワー補正値から
算出されるΔＲに対して補正される。なお、キャッツア
イ反射に対するパワー補正値は、球心反射におけるパワ
ー補正値からのΔＺ算出式と同じ式を用いて、光軸方向
位置ズレ量に変換される。図３は本発明の第１の実施例
の変形例であり、第２のフィゾーレンズ（２５）のフィ
ゾー面（１２）の、第１のフィゾーレンズ（２４）のフ
ィゾー面（１１）に対する位置ズレの確認を容易にした
構成となっている。即ち、第１のフィゾーレンズ（２
４）の結像点（１５）と第２のフィゾーレンズ（２５）
の結像点（１６）を合致させる事により、両フィゾーレ
ンズのフィゾー面同士が干渉状態になっている。従っ
て、各レンズ設置前後にこの干渉状態を縞走査する事に
より、第２のフィゾーレンズ（２５）の光軸方向位置ズ
レを要所要所でチェックする事が可能となる。

【００１６】図４は本発明の第２の実施例であり、マス
タレンズ（２）の基準ゲージ面（４）（曲率半径が既
知）もしくは被検レンズ（１）の被検面（３）によるキ
ャッツアイ（頂点）反射を利用して、フィゾーレンズ
（２４）のフィゾー面（１１）（基準参照面）自身によ
る干渉状態を縞走査する事により、基準ゲージ面（４）
もしくは被検面（３）の光軸方向位置を測定する。即
ち、その時のパワー補正値を演算装置により算出し、両
者の差から両面の所謂「サグ量」を求め、曲率半径差に
変換する。なお、ホルダ（８）及びホルダの位置モニタ
光学系を含め、構成要件としては第１の実施例と全く同
じで良く、測定法が異なるだけである。また、モニタ光
学系としては、図４の様に球心反射を利用しても良い。

【００１７】本第２実施例の利点としては、前記のモニ
タ光学系と同様にキャッツアイ反射を利用して被検面
（３）の位置検出をしている為、被検面（３）の曲率半
径の大小を問わず、同一のフィゾーレンズ（２４）で測
定が可能となる上に、使用するフィゾーレンズのＮＡの
選択に留意さえして置けば、小型のフィゾーレンズでも
全く問題が無い。更に、フィゾー面（１１）と被検面
（３）の距離を算出する必要が無い。また、キャッツア
イ反射を利用している為に、被検面（３）のアライメン
トが容易に行える。

【００１８】

【発明の効果】以上の様に本発明に係る曲率半径測定装
置によれば、測定対象となる被検面（３）の曲率半径を
非接触で且つ「スタティック」に比較測定している為、
高精度なレンズ曲率半径検出が可能となる。また、第２
の干渉計測定光を利用してホルダ（８）の光軸方向位置
ズレをモニタする事により、簡便に、ホルダ（８）の位
置ズレ誤差を除去する事が可能となる。

【００１９】更に、中心厚が既知である被検レンズ
（１）が測定対象である場合には、ホルダ（８）に光学
レンズ（１３）を設置する事無く、直接被検レンズ
（１）からのキャッツアイ反射を利用するする事が可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】は本発明装置の原理を示す説明図である。

【図２】は本発明の第１実施例における装置の概略構成
図である。

【図３】は本発明の第１実施例の変形例における装置の
概略構成図である。

【図４】は本発明の第２実施例における装置の概略構成
図である。

【図５】は従来技術における測定方法の説明図である。

【符号の説明】

１・・・被検レンズ ２・・・マスタレンズ ３・・・被検面 ４・・・基準ゲージ面 ５・・・参照波面 ６・・・光学レンズ面 ７・・・原器 ８・・・ホルダ ９・・・ホルダ位置検出機構 １０・・基準参照面 １１・・フィゾー面（第１フィゾーレンズ） １２・・フィゾー面（第２フィゾーレンズ） １３・・光学レンズ １４・・３本足の金物（「Ｖ／フラット／コーン）」の
受け部に先端が球面でインターフェイス） １５・・第１フィゾーレンズの結像点 １６・・第２フィゾーレンズの結像点 ２１・・測定光の被検面による球心反射の状態 ２２・・測定光の被検面によるキャッツアイ反射の状態 ２３・・コリメーティングレンズ ２４・・第１フィゾーレンズ ２５・・第２フィゾーレンズ Ｘ・・・被検レンズの移動距離

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】測定対象となる被検面を有する被検レンズ
   と、該被検面と曲率半径が略同一で且つ既知の基準ゲー
   ジ面を有するマスタレンズと、該被検面もしくは基準ゲ
   ージ面に測定光を射出し、その測定光の反射光を利用し
   た干渉縞を得る為の、基準参照面を有した干渉計と、該
   被検レンズもしくはマスタレンズを支持する為のホルダ
   と、該ホルダの該干渉計測定光軸方向の位置を検出する
   為の位置検出機構と、該干渉縞のパワー成分を算出する
   と共に該位置検出機構からの出力値を入力補正演算する
   為の演算機構とを有する事を特徴とする曲率半径測定装
   置。
2. 【請求項２】前記位置検出機構が、前記干渉計測定光軸
   と略一致する様に設定された第２の干渉計測定光と、前
   記ホルダに設けられた該第２の干渉計測定光を反射する
   為の光学レンズとから構成される事を特徴とする請求項
   １記載の曲率半径測定装置。