JPH0626834A - 曲率半径測定方法および装置 - Google Patents
曲率半径測定方法および装置Info
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- JPH0626834A JPH0626834A JP6957091A JP6957091A JPH0626834A JP H0626834 A JPH0626834 A JP H0626834A JP 6957091 A JP6957091 A JP 6957091A JP 6957091 A JP6957091 A JP 6957091A JP H0626834 A JPH0626834 A JP H0626834A
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- collimator lens
- lens
- curvature
- radius
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Abstract
(57)【要約】
［目的］ レンズ面等の球面形状を有する鏡面の曲率半
径を小型にて高精度に測定できる。 ［構成］ 被検物保持部１０５の移動距離Ｓｗ’を測長
部１０８にて検出する。演算部１０９にて点光源１０１
とコリメータレンズ１０３により定まるバックフォーカ
ス距離Ｌおよび射出角θと前記移動距離Ｓｗ’より被検
物１０４の被検面１０４ａの曲率半径ｒを算出する。こ
れを表示部１１０に表示しつつ被検物の曲率半径を測定
する。
径を小型にて高精度に測定できる。 ［構成］ 被検物保持部１０５の移動距離Ｓｗ’を測長
部１０８にて検出する。演算部１０９にて点光源１０１
とコリメータレンズ１０３により定まるバックフォーカ
ス距離Ｌおよび射出角θと前記移動距離Ｓｗ’より被検
物１０４の被検面１０４ａの曲率半径ｒを算出する。こ
れを表示部１１０に表示しつつ被検物の曲率半径を測定
する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、レンズ面等の球面形状
を有する鏡面の曲率半径の測定方法および測定装置に関
する。
を有する鏡面の曲率半径の測定方法および測定装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】このような測定装置としては、特開昭６
４−２８５３４号公報記載のものがある。図１４および
図１５〜１６で示される構成のものが開示、提案されて
いる。すなわち、図１４において、レーザ光源２１の光
束を拡大光学系２２で拡大したのち収束光学系２４で収
束するようになっている。被測定物２９は載物台２６に
載せてあり、この載物台２６は光学ベンチ２５において
光軸方向に移動自在に支持されている。載物台２６の移
動量は測長機３０により読み取る。記憶手段３１は収束
光学系２４の光束射出側のレンズ最後面２４ａから光束
収束点Ｐ３までの距離Ｌ（バックフォーカス距離）を記
憶する。演算部３２は被測定物の被測定球面２９ａの移
動距離Ｓ’と前記距離Ｌを用いて
４−２８５３４号公報記載のものがある。図１４および
図１５〜１６で示される構成のものが開示、提案されて
いる。すなわち、図１４において、レーザ光源２１の光
束を拡大光学系２２で拡大したのち収束光学系２４で収
束するようになっている。被測定物２９は載物台２６に
載せてあり、この載物台２６は光学ベンチ２５において
光軸方向に移動自在に支持されている。載物台２６の移
動量は測長機３０により読み取る。記憶手段３１は収束
光学系２４の光束射出側のレンズ最後面２４ａから光束
収束点Ｐ３までの距離Ｌ（バックフォーカス距離）を記
憶する。演算部３２は被測定物の被測定球面２９ａの移
動距離Ｓ’と前記距離Ｌを用いて
【０００３】
【数５】
【０００４】により被測定球面２９ａの曲率半径ｒを演
算する。ここで移動距離Ｓ′とは被測定物の被測定球面
２９ａが前記光束収束点Ｐ３にある時の位置ＣＰ１と、
被測定球面２９ａが収束光学系２４に近づいて収束光束
が収束前に被測定球面２９ａで反射して折りかえされ光
束収束点Ｐ４が収束光学系２４の光束射出側のレンズ面
２４ａにある時の位置ＣＰ２との間の移動距離である。
以上のことから移動距離Ｓ’とバックフォーカス距離Ｌ
を求め、前記曲率半径ｒを求める式に代入することによ
り、曲率半径を求めることができる。
算する。ここで移動距離Ｓ′とは被測定物の被測定球面
２９ａが前記光束収束点Ｐ３にある時の位置ＣＰ１と、
被測定球面２９ａが収束光学系２４に近づいて収束光束
が収束前に被測定球面２９ａで反射して折りかえされ光
束収束点Ｐ４が収束光学系２４の光束射出側のレンズ面
２４ａにある時の位置ＣＰ２との間の移動距離である。
以上のことから移動距離Ｓ’とバックフォーカス距離Ｌ
を求め、前記曲率半径ｒを求める式に代入することによ
り、曲率半径を求めることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】図１６を用いて従来技
術の欠点を説明する。
術の欠点を説明する。
【０００６】△ＰＯＣについて正弦法則を適用すること
により
により
【０００７】
【数６】
【０００８】余弦法則を適用することにより
【０００９】
【数７】
【００１０】△ＰＯ′Ｃについて正弦法則を適用するこ
とにより
とにより
【００１１】
【数８】
【００１２】余弦法則を適用することにより
【００１３】
【数９】
【００１４】また
【００１５】
【数１０】
【００１６】数６から数１０により
【００１７】
【数１１】
【００１８】今
【００１９】
【数１２】
【００２０】とおけば数１１は
【００２１】
【数１３】
【００２２】数１３においてθ＝０の時のｒの値をｒ０
とすれば
とすれば
【００２３】
【数１４】
【００２４】数１３および数１４により
【００２５】
【数１５】
【００２６】今、測定値が数１４で与えられるものとす
れば、真値は数１３で与えられるから、この場合の測定
誤差εは次のようになる。
れば、真値は数１３で与えられるから、この場合の測定
誤差εは次のようになる。
【００２７】
【数１６】
【００２８】数１４よび数１６を図で示すと図１８のよ
うになる。この図１８より次のことが分かる。すなわ
ち、Ｌが小さい程またθが大きい程測定可能なｒの範囲
が小さくなり測定誤差も大きくなる。従って、測定可能
なｒの範囲を大きく又、誤差を小さくするためにはＬを
大きくするか、又はコリメータレンズ有効射出角θを小
さくしなければならない。
うになる。この図１８より次のことが分かる。すなわ
ち、Ｌが小さい程またθが大きい程測定可能なｒの範囲
が小さくなり測定誤差も大きくなる。従って、測定可能
なｒの範囲を大きく又、誤差を小さくするためにはＬを
大きくするか、又はコリメータレンズ有効射出角θを小
さくしなければならない。
【００２９】一般にθを小さくするとＳ’の検出精度が
悪くなり、θを大きくすると前述のように誤差が大きく
なる。この相反する２つの現象を考え合わせると同図で
知る如く高精度な測定は期待できない。
悪くなり、θを大きくすると前述のように誤差が大きく
なる。この相反する２つの現象を考え合わせると同図で
知る如く高精度な測定は期待できない。
【００３０】本発明の目的は、高精度に測定することが
できる小型軽量の曲率半径測定方法および測定装置を提
供することを目的とする。
できる小型軽量の曲率半径測定方法および測定装置を提
供することを目的とする。
【００３１】
【課題を解決するための手段および作用】すなわち、本
発明の曲率半径の測定方法は、数６から数１０により
発明の曲率半径の測定方法は、数６から数１０により
【００３２】
【数１７】
【００３３】今
【００３４】
【数１８】
【００３５】とすれば、数１７は次のようになる。
【００３６】
【数１９】
【００３７】ここでｘを０〜ｔａｎθまで変化させ合成
した時のＳ’の重心値をＳｗ’とすれば
した時のＳ’の重心値をＳｗ’とすれば
【００３８】
【数２０】
【００３９】数１９および数２０により
【００４０】
【数２１】
【００４１】数２１を変形することにより
【００４２】
【数２２】
【００４３】数２２において両辺を２乗して整理するこ
とにより
とにより
【００４４】
【数２３】
【００４５】この数２３で与えられる高次方程式を解く
ことによりｒを求めることができる。なお、数２３にお
いてθ＝０の時のＳｗ’およびｒをそれぞれＳ’および
ｒ０とすれば数２３の両辺を（ｒ２＋Ｌ２）３で割るこ
とができ数２４を得る。
ことによりｒを求めることができる。なお、数２３にお
いてθ＝０の時のＳｗ’およびｒをそれぞれＳ’および
ｒ０とすれば数２３の両辺を（ｒ２＋Ｌ２）３で割るこ
とができ数２４を得る。
【００４６】
【数２４】
【００４７】この数２４が数１４に一致することは当然
である。
である。
【００４８】以上はθ以下の全光束を用いた場合の正確
なｒを求める方法であるがθのみの光束すなわち、極め
て細いθの輪帯光束を用いた場合の正確なｒは数１１に
おいてＳ’＝Ｓｗ’とした数２５により求めることがで
きる。
なｒを求める方法であるがθのみの光束すなわち、極め
て細いθの輪帯光束を用いた場合の正確なｒは数１１に
おいてＳ’＝Ｓｗ’とした数２５により求めることがで
きる。
【００４９】
【数２５】
【００５０】図１は本発明の構成を示す概念図、図２お
よび図３はその要部を示す拡大図である。図１において
１０１は点光源、１０２はビームスプリッタ、１０３は
コリメータレンズ、１０４は被検物で、これらは図に示
すように同一光軸上に配置される。１０５は被検物１０
４を保持するための被検物保持部で、該被検物保持部１
０５は移動ステージ１０６上を前記光軸と平行方向に移
動可能となっている。１０７は前記被検物１０４による
反射光束がビームスプリッター１０２で反射して形成さ
れる点像位置を前記点光源１０１の共役位置に合致させ
るための合焦検出部である。１０８は前記被検物保持部
１０５の移動距離Ｓ’を測定するための測長部、１０９
はこの移動距離Ｓ’、バックフォーカス距離Ｌおよび射
出角θ（Ｌおよびθは光学構成により定まる定数）を数
２３または数２５に代入して前記被検物としての被検レ
ンズ１０４の曲率半径ｒを算出するための演算部、１１
０は算出したｒを表示するための表示部である。なおこ
こでは被検物保持部としての載物台１０５は移動できる
ようにしてあるが、この代わりに点光源１０１，ビーム
スプリッタ１０２，コリメータレンズ１０３および合焦
検出部１０７を１体として光軸方向に移動できるように
しても良い。この場合にはこれらの移動量を測定するこ
とになる。
よび図３はその要部を示す拡大図である。図１において
１０１は点光源、１０２はビームスプリッタ、１０３は
コリメータレンズ、１０４は被検物で、これらは図に示
すように同一光軸上に配置される。１０５は被検物１０
４を保持するための被検物保持部で、該被検物保持部１
０５は移動ステージ１０６上を前記光軸と平行方向に移
動可能となっている。１０７は前記被検物１０４による
反射光束がビームスプリッター１０２で反射して形成さ
れる点像位置を前記点光源１０１の共役位置に合致させ
るための合焦検出部である。１０８は前記被検物保持部
１０５の移動距離Ｓ’を測定するための測長部、１０９
はこの移動距離Ｓ’、バックフォーカス距離Ｌおよび射
出角θ（Ｌおよびθは光学構成により定まる定数）を数
２３または数２５に代入して前記被検物としての被検レ
ンズ１０４の曲率半径ｒを算出するための演算部、１１
０は算出したｒを表示するための表示部である。なおこ
こでは被検物保持部としての載物台１０５は移動できる
ようにしてあるが、この代わりに点光源１０１，ビーム
スプリッタ１０２，コリメータレンズ１０３および合焦
検出部１０７を１体として光軸方向に移動できるように
しても良い。この場合にはこれらの移動量を測定するこ
とになる。
【００５１】作用については従来技術と同様の方法で被
検物保持部１０５の移動距離Ｓｗ’（図２，図３参照）
を測長部１０８にて検出し演算部１０９にて点光源１０
１とコリメーターレンズ１０３により定まるバックフォ
ーカス距離Ｌおよび射出角θと前記移動距離Ｓｗ’を数
２３または数２５に代入して被検物１０４の被検面１０
４ａの曲率半径ｒを算出し、これを表示部１１０に表示
する。ここでコリメータレンズ１０３の射出角θ以下の
均一な射出光束の場合は数２３を用い、また射出角θの
輪帯射出光束の場合は数２５を用いるものである。
検物保持部１０５の移動距離Ｓｗ’（図２，図３参照）
を測長部１０８にて検出し演算部１０９にて点光源１０
１とコリメーターレンズ１０３により定まるバックフォ
ーカス距離Ｌおよび射出角θと前記移動距離Ｓｗ’を数
２３または数２５に代入して被検物１０４の被検面１０
４ａの曲率半径ｒを算出し、これを表示部１１０に表示
する。ここでコリメータレンズ１０３の射出角θ以下の
均一な射出光束の場合は数２３を用い、また射出角θの
輪帯射出光束の場合は数２５を用いるものである。
【００５２】なお点光源は一般には半導体レーザの発光
点として与えられるがＨｅ−Ｎｅレーザにレンズを付加
しても得られる。また通常の白色ランプを用いる場合に
は小さな視野絞りを付加しても得られる。また点光源１
０１と合焦検出部１０７の基準合焦点は共役関係にある
のでこれを入れ替えても何ら問題はない。
点として与えられるがＨｅ−Ｎｅレーザにレンズを付加
しても得られる。また通常の白色ランプを用いる場合に
は小さな視野絞りを付加しても得られる。また点光源１
０１と合焦検出部１０７の基準合焦点は共役関係にある
のでこれを入れ替えても何ら問題はない。
【００５３】
【実施例１】図４は本発明による実施例１を示す図であ
る。図４において１１３は本体であり、レーザダイオー
ド１１１、ハーフプリズム１１２、リレーレンズ１１
４、図５又は図６に示すような瞳４分割プリズム１１
５、テレビカメラ１１６により、図４に示すように配置
構成されている。この本体１１３は移動ステージ１０６
上を被検物１０４の光軸方向進退自在に移動できるよう
になっている。１１７はテレビカメラ１１６の出力を処
理するための画像計測部で演算部を内蔵している。１１
８はモニタであり１１９は載物台で高さ方向及び光軸と
直角となる水平方向に移動できるようになっている（図
示省略）。他は図１と同様なので同一の番号で示してあ
る。
る。図４において１１３は本体であり、レーザダイオー
ド１１１、ハーフプリズム１１２、リレーレンズ１１
４、図５又は図６に示すような瞳４分割プリズム１１
５、テレビカメラ１１６により、図４に示すように配置
構成されている。この本体１１３は移動ステージ１０６
上を被検物１０４の光軸方向進退自在に移動できるよう
になっている。１１７はテレビカメラ１１６の出力を処
理するための画像計測部で演算部を内蔵している。１１
８はモニタであり１１９は載物台で高さ方向及び光軸と
直角となる水平方向に移動できるようになっている（図
示省略）。他は図１と同様なので同一の番号で示してあ
る。
【００５４】なお本体１１３に含まれる面はコリメータ
レンズ１０３の被検物側の面１０３ａ以外は全て反射防
止膜を施すことが望ましい。次にこの作用を説明する。
レーザダイオード１１１から発した発散光束はハーフプ
リズム１１２を透過し、コリメータレンズ１０３によっ
て、該コリメータレンズ１０３から一定の距離だけ離れ
た光軸上の位置に集光する。そして前述の移動によって
この集光点を被検物１０４の被検面１０４ａ付近に位置
させることができる。この時、被検面１０４ａからの反
射光束は再びコリメータレンズ１０３を透過しハーフプ
リズムにより一部の光束が反射し、レーザダイオード１
１１の発光点と共役なる点付近に再び集光する。ここで
光路中の瞳４分割プリズム１１５で光束の傾きが４方向
に分散するので前記集光点は図７にて示すような４個の
点像となりテレビカメラ１１６の撮像面付近に結像す
る。この結像状態をモニタ１１８上で観察できる。この
４個の点像を２値化処理をした後の各点像の面積を計算
しこれが全て等しくなるように載物台１１９を移動調整
する。また、この時の４個の点像の重心座標（ｘ１．ｙ
１）、（ｘ２．ｙ２）、（ｘ３．ｙ３）及び（ｘ４．ｙ
４）を画像計測部１１７で計測し、内蔵されている演算
部で（ｘ２−ｘ４）−（ｙ１−ｙ３）を演算し、この値
と比例した量を前記モニタ１１８上に前記４個の点像と
共に表示する。そして前式（ｘ２−ｘ４）−（ｙ１−ｙ
３）は合焦ずれ量と比例しているので、この表示値が０
になるように、前述の移動を行うことにより、レーザダ
イオード１１１の共役点に正確に結像することができ
る。この状態の時に被検面１０４ａの表面上に正確に結
像していることが保証できる。
レンズ１０３の被検物側の面１０３ａ以外は全て反射防
止膜を施すことが望ましい。次にこの作用を説明する。
レーザダイオード１１１から発した発散光束はハーフプ
リズム１１２を透過し、コリメータレンズ１０３によっ
て、該コリメータレンズ１０３から一定の距離だけ離れ
た光軸上の位置に集光する。そして前述の移動によって
この集光点を被検物１０４の被検面１０４ａ付近に位置
させることができる。この時、被検面１０４ａからの反
射光束は再びコリメータレンズ１０３を透過しハーフプ
リズムにより一部の光束が反射し、レーザダイオード１
１１の発光点と共役なる点付近に再び集光する。ここで
光路中の瞳４分割プリズム１１５で光束の傾きが４方向
に分散するので前記集光点は図７にて示すような４個の
点像となりテレビカメラ１１６の撮像面付近に結像す
る。この結像状態をモニタ１１８上で観察できる。この
４個の点像を２値化処理をした後の各点像の面積を計算
しこれが全て等しくなるように載物台１１９を移動調整
する。また、この時の４個の点像の重心座標（ｘ１．ｙ
１）、（ｘ２．ｙ２）、（ｘ３．ｙ３）及び（ｘ４．ｙ
４）を画像計測部１１７で計測し、内蔵されている演算
部で（ｘ２−ｘ４）−（ｙ１−ｙ３）を演算し、この値
と比例した量を前記モニタ１１８上に前記４個の点像と
共に表示する。そして前式（ｘ２−ｘ４）−（ｙ１−ｙ
３）は合焦ずれ量と比例しているので、この表示値が０
になるように、前述の移動を行うことにより、レーザダ
イオード１１１の共役点に正確に結像することができ
る。この状態の時に被検面１０４ａの表面上に正確に結
像していることが保証できる。
【００５５】次に、再び本体１１３を移動ステージ１０
６上で、被検レンズ１０４に近づく方向に移動すると、
前述の点像が消え、新たな点像が観察される。この状態
で、前述の（ｘ２−ｘ４）−（ｙ１−ｙ３）の表示値が
０となるように本体１１３を微動する。この状態の時に
コリメータレンズ１０３の射出側のレンズ面上に正確に
結像していることが保証できる。そして前者の状態から
後者の状態に至るまでの前記本体１１３の移動量Ｓｗ’
（本体１１３の移動方向の位置の差）を測長部１０８に
て検出し、演算部１０９でこの移動量Ｓｗ’と前記コリ
メータレンズにより定まるバックフォーカス距離Ｌと前
記コリメータレンズ又は被検レンズにより定まる前記コ
リメータレンズの有効射出角θとから数２３を用いて曲
率半径ｒを演算で求め、このｒの値を表示部１１０にて
表示するものである。
６上で、被検レンズ１０４に近づく方向に移動すると、
前述の点像が消え、新たな点像が観察される。この状態
で、前述の（ｘ２−ｘ４）−（ｙ１−ｙ３）の表示値が
０となるように本体１１３を微動する。この状態の時に
コリメータレンズ１０３の射出側のレンズ面上に正確に
結像していることが保証できる。そして前者の状態から
後者の状態に至るまでの前記本体１１３の移動量Ｓｗ’
（本体１１３の移動方向の位置の差）を測長部１０８に
て検出し、演算部１０９でこの移動量Ｓｗ’と前記コリ
メータレンズにより定まるバックフォーカス距離Ｌと前
記コリメータレンズ又は被検レンズにより定まる前記コ
リメータレンズの有効射出角θとから数２３を用いて曲
率半径ｒを演算で求め、このｒの値を表示部１１０にて
表示するものである。
【００５６】本実施例固有の効果は瞳４分割プリズムを
用いることによる感度向上のために特に高精度に測定す
ることができることである。
用いることによる感度向上のために特に高精度に測定す
ることができることである。
【００５７】
【実施例２】図８は実施例２を示す図である。図８にお
いて１２０はランプ、１２１はレンズであり、これらで
照明光学系１２２を形成する。１２３はチャート、１２
４はハーフミラー、１２５は被検物チャックである。又
１２６は焦点板であり前記ハーフミラー１２４に関して
前記チャート１２３と共役な位置に配置されている。１
２７は前記焦点板１２６上に結ばれた点像を観察するた
めの接眼レンズであり、他は図１、図２と同一であるの
で同一番号を付して、その説明を省略する。被検物チャ
ック１２５は三つ爪チャック等の求心チャックが好まし
い。又、この被検物チャック１２５はコリメータレンズ
１０３とピンホール１２３ａとで定まる光軸方向に移動
自在となっている。なおチャート１２３はどのようなも
のでも良いが、一般的にはピンホールチャートや十字チ
ャートを用いるのが良い。
いて１２０はランプ、１２１はレンズであり、これらで
照明光学系１２２を形成する。１２３はチャート、１２
４はハーフミラー、１２５は被検物チャックである。又
１２６は焦点板であり前記ハーフミラー１２４に関して
前記チャート１２３と共役な位置に配置されている。１
２７は前記焦点板１２６上に結ばれた点像を観察するた
めの接眼レンズであり、他は図１、図２と同一であるの
で同一番号を付して、その説明を省略する。被検物チャ
ック１２５は三つ爪チャック等の求心チャックが好まし
い。又、この被検物チャック１２５はコリメータレンズ
１０３とピンホール１２３ａとで定まる光軸方向に移動
自在となっている。なおチャート１２３はどのようなも
のでも良いが、一般的にはピンホールチャートや十字チ
ャートを用いるのが良い。
【００５８】次に、これらの構成による作用を説明す
る。照明光学系１２２によりチャート１２３が照明され
る。チャート１２３を発した光束はハーフミラー１２
４、コリメータレンズ１０３を透過し、定められた位置
に結像する。この結像位置に被測定面１０４ａを一致さ
せた時に、その反射光束は再びコリメータレンズ１０３
を透過し、ハーフミラー１２４で一部反射して焦点板１
２６上に結像する。そしてこの結像状態は接眼レンズ１
２７を通して目視で確認できるようになっているので、
これを見ながらピントが合うように被検物を被検物チャ
ックごと移動し、測長部１０８にてこの時の位置を出力
する。次に本体１１３側に被検物チャックを移動するこ
とにより再びチャート像が現れるのでこれを見ながらピ
ントが合うように被検物を移動し、同じく測長部１０８
にてこの時の位置を出力する。これらの２つの出力値の
差Ｓｗ’を演算部１０９で演算し、同じく演算部１０９
でこのＳｗ’と前記コリメータレンズにより定まるバッ
クフォーカス距離Ｌと前記コリメータレンズ又は被検レ
ンズにより定まる前記コリメータレンズの有効射出角θ
とから数２３を用いて曲率半径ｒを演算で求め、このｒ
の値を表示部１１０にて表示するものである。
る。照明光学系１２２によりチャート１２３が照明され
る。チャート１２３を発した光束はハーフミラー１２
４、コリメータレンズ１０３を透過し、定められた位置
に結像する。この結像位置に被測定面１０４ａを一致さ
せた時に、その反射光束は再びコリメータレンズ１０３
を透過し、ハーフミラー１２４で一部反射して焦点板１
２６上に結像する。そしてこの結像状態は接眼レンズ１
２７を通して目視で確認できるようになっているので、
これを見ながらピントが合うように被検物を被検物チャ
ックごと移動し、測長部１０８にてこの時の位置を出力
する。次に本体１１３側に被検物チャックを移動するこ
とにより再びチャート像が現れるのでこれを見ながらピ
ントが合うように被検物を移動し、同じく測長部１０８
にてこの時の位置を出力する。これらの２つの出力値の
差Ｓｗ’を演算部１０９で演算し、同じく演算部１０９
でこのＳｗ’と前記コリメータレンズにより定まるバッ
クフォーカス距離Ｌと前記コリメータレンズ又は被検レ
ンズにより定まる前記コリメータレンズの有効射出角θ
とから数２３を用いて曲率半径ｒを演算で求め、このｒ
の値を表示部１１０にて表示するものである。
【００５９】本実施例固有の効果は安価に構成できるこ
とである。
とである。
【００６０】
【実施例３】図９および図１０は実施例３を示す図であ
る。図９において１２８は輪帯絞りであり、図１０に示
す如く透明板１２８ｂに不透過膜１２８ａを蒸着して形
成してある。他は図１〜図８と同一であるので同一番号
を付してその説明を省略する°
る。図９において１２８は輪帯絞りであり、図１０に示
す如く透明板１２８ｂに不透過膜１２８ａを蒸着して形
成してある。他は図１〜図８と同一であるので同一番号
を付してその説明を省略する°
【００６１】次に作用を説明する。レーザダイオード１
１１を発した光束はハーフプリズム１１２を通り、コリ
メータレンズ１０３を通った後、一定の位置に集光する
がこの光束は輪帯絞り１２８により輪帯光束となる。こ
の集光点に被検レンズ１０４ａを一致させると、その反
射光は再度輪帯絞り１２８、コリメータレンズ１０３を
通り、ハーフプリズム１１２で一部反射され、レーザダ
イオード１１１と共役位置に集光する。この集光位置に
テレビカメラ１１６の受光面を配置してあるのでその集
光状態をモニタ１１８にて観察できる。このモニタ１１
８を見ながら本体１１３を移動ステージ１０６上を移動
させ、ピントが合う位置でとめ、このときの本体１１３
の位置を測長部１０８にて出力する。次に、本体１１３
を被検物１０４側に移動すると再びモニタ１１８に点像
が観察されるので、これにピントが合うように移動ステ
ージ１０６上を移動し、ピントが合う状態で止め、この
時の本体１１３の位置を測長部１０８にて出力する。こ
れらの２つの出力値の差Ｓｗ’を演算部１０９で演算
し、同じく演算部１０９でこのＳｗ’と前記コリメータ
レンズにより定まるバックフォーカス距離Ｌと前記コリ
メータレンズ又は被検レンズにより定まる前記コリメー
タレンズの有効射出角θとから数２５を用いて曲率半径
ｒを演算で求め、このｒの値を表示部１１０にて表示す
るものである。なお輪帯絞り１２８は大きさの異なるも
のを複数用意して、これを交換できるようにしても良
い。
１１を発した光束はハーフプリズム１１２を通り、コリ
メータレンズ１０３を通った後、一定の位置に集光する
がこの光束は輪帯絞り１２８により輪帯光束となる。こ
の集光点に被検レンズ１０４ａを一致させると、その反
射光は再度輪帯絞り１２８、コリメータレンズ１０３を
通り、ハーフプリズム１１２で一部反射され、レーザダ
イオード１１１と共役位置に集光する。この集光位置に
テレビカメラ１１６の受光面を配置してあるのでその集
光状態をモニタ１１８にて観察できる。このモニタ１１
８を見ながら本体１１３を移動ステージ１０６上を移動
させ、ピントが合う位置でとめ、このときの本体１１３
の位置を測長部１０８にて出力する。次に、本体１１３
を被検物１０４側に移動すると再びモニタ１１８に点像
が観察されるので、これにピントが合うように移動ステ
ージ１０６上を移動し、ピントが合う状態で止め、この
時の本体１１３の位置を測長部１０８にて出力する。こ
れらの２つの出力値の差Ｓｗ’を演算部１０９で演算
し、同じく演算部１０９でこのＳｗ’と前記コリメータ
レンズにより定まるバックフォーカス距離Ｌと前記コリ
メータレンズ又は被検レンズにより定まる前記コリメー
タレンズの有効射出角θとから数２５を用いて曲率半径
ｒを演算で求め、このｒの値を表示部１１０にて表示す
るものである。なお輪帯絞り１２８は大きさの異なるも
のを複数用意して、これを交換できるようにしても良
い。
【００６２】本実施例固有の効果は輪帯による感度向上
のために特に高精度な測定ができることである。
のために特に高精度な測定ができることである。
【００６３】
【実施例４】図１１は実施例４を示す図である。図１１
において、１２９は第２のコリメータレンズ、１３０は
偏光プリズム、１３１は１／４ λ板、１３２は被検物
保持環部１３２ａを有する移動枠であり、他は図１から
図９と同様であるので同一番号を付してその説明を省略
する。
において、１２９は第２のコリメータレンズ、１３０は
偏光プリズム、１３１は１／４ λ板、１３２は被検物
保持環部１３２ａを有する移動枠であり、他は図１から
図９と同様であるので同一番号を付してその説明を省略
する。
【００６４】次に作用を説明する。レーザダイオード１
１１から発した光束は第２のコリメータレンズで平行光
束となり偏光プリズム１３０、１／４ λ板１３１を透
過後に円偏光となりコリメータレンズ１０３にて集光す
る。この集光点に被検面１０４ａを一致させると、その
反射光束は逆まわりの円偏光となり、コリメータレンズ
１０３を通り、さらに１／４ λ板１３１を透過する。
この透過光は１／４λ板の機能によりＳ偏光となるの
で、偏光プリズム１３０の反射面で全て反射する平行光
束となる。この平行光束はリレーレンズ１１４でテレビ
カメラ１１６上に集光する。ここで光路中の瞳４分割プ
リズム１１５で光束の傾きが４方向に分散し、前記テレ
ビカメラ１１６上には４個の点像が形成される。以下実
施例１と全く同一の作用により曲率半径の測定ができ
る。
１１から発した光束は第２のコリメータレンズで平行光
束となり偏光プリズム１３０、１／４ λ板１３１を透
過後に円偏光となりコリメータレンズ１０３にて集光す
る。この集光点に被検面１０４ａを一致させると、その
反射光束は逆まわりの円偏光となり、コリメータレンズ
１０３を通り、さらに１／４ λ板１３１を透過する。
この透過光は１／４λ板の機能によりＳ偏光となるの
で、偏光プリズム１３０の反射面で全て反射する平行光
束となる。この平行光束はリレーレンズ１１４でテレビ
カメラ１１６上に集光する。ここで光路中の瞳４分割プ
リズム１１５で光束の傾きが４方向に分散し、前記テレ
ビカメラ１１６上には４個の点像が形成される。以下実
施例１と全く同一の作用により曲率半径の測定ができ
る。
【００６５】本実施例固有の効果は、被検面を下にして
置くだけで、被検物の位置決めができるので、より高精
度にして操作性の良い測定ができることである。
置くだけで、被検物の位置決めができるので、より高精
度にして操作性の良い測定ができることである。
【００６１】
【実施例５】図１２および１３は実施例５を示す図であ
る。図１２において、１３３は虹彩絞り、１３４は移動
枠、１３５は被検物保持用アダプタで移動枠１３４に嵌
合することによりその中心軸がコリメータレンズ１０３
の光軸に一致するようになっている。１３６は移動枠１
３４を上下動するためのパルスモータ、１３７は称呼の
曲率半径、スタート信号を入力するための入力部、１３
８は移動枠１３４の移動条件を決定するための演算部、
１３９は虹彩絞りの絞り径をコントロールするための虹
彩絞り制御部、１４０はパルスモータ制御部で、入力し
た移動枠１３４の移動条件に従って、パルスモータ１３
６を作動したり、画像計測部からの合焦信号により内蔵
するパルスカウンタをコントロールしたり、このパルス
カウンタの出力を画像計測部１１７に出力する機能を有
している。他は図１〜図１１と同様なので同一番号を付
してその説明を省略する。
る。図１２において、１３３は虹彩絞り、１３４は移動
枠、１３５は被検物保持用アダプタで移動枠１３４に嵌
合することによりその中心軸がコリメータレンズ１０３
の光軸に一致するようになっている。１３６は移動枠１
３４を上下動するためのパルスモータ、１３７は称呼の
曲率半径、スタート信号を入力するための入力部、１３
８は移動枠１３４の移動条件を決定するための演算部、
１３９は虹彩絞りの絞り径をコントロールするための虹
彩絞り制御部、１４０はパルスモータ制御部で、入力し
た移動枠１３４の移動条件に従って、パルスモータ１３
６を作動したり、画像計測部からの合焦信号により内蔵
するパルスカウンタをコントロールしたり、このパルス
カウンタの出力を画像計測部１１７に出力する機能を有
している。他は図１〜図１１と同様なので同一番号を付
してその説明を省略する。
【００６６】次に作用を図１３のフローに従って説明す
る。まず、被測定面の称呼の曲率半径を入力部１３７に
て入力すると、コリメータレンズ１０３による集光点が
被検面１０４ａに一致するための移動枠１３４の位置が
演算されるが、正確な曲率半径は不明であるので、この
分の余裕を考えてこの位置から上方及び下方に１ｍｍ程
度の位置を停止位置に設定する。次に、被検面１０４ａ
による２状態の反射点像を検出するに当たって、有効開
口値が異ならない絞りの最大径を演算し、この結果に基
づいて虹彩絞り制御部１３９にて虹彩絞り１３３を所望
の大きさにセットする。一方、被検物１０４を被検面１
０４ａを下にして被検物保持用アダプタ１３５の上に置
く、この被検物保持用アダプタ１３５は、被検物の大き
さに応じて複数種用意しておき、そのうちで、なるべく
大きなものを使用する方が好ましい。被検物のセットが
完了したら、スタート信号を入力部１３７により入力す
る。入力後の作用であるが、まず、移動枠１３４を前述
の演算結果に基づいてパルスモータ制御部１４０で高速
で位置調整する。
る。まず、被測定面の称呼の曲率半径を入力部１３７に
て入力すると、コリメータレンズ１０３による集光点が
被検面１０４ａに一致するための移動枠１３４の位置が
演算されるが、正確な曲率半径は不明であるので、この
分の余裕を考えてこの位置から上方及び下方に１ｍｍ程
度の位置を停止位置に設定する。次に、被検面１０４ａ
による２状態の反射点像を検出するに当たって、有効開
口値が異ならない絞りの最大径を演算し、この結果に基
づいて虹彩絞り制御部１３９にて虹彩絞り１３３を所望
の大きさにセットする。一方、被検物１０４を被検面１
０４ａを下にして被検物保持用アダプタ１３５の上に置
く、この被検物保持用アダプタ１３５は、被検物の大き
さに応じて複数種用意しておき、そのうちで、なるべく
大きなものを使用する方が好ましい。被検物のセットが
完了したら、スタート信号を入力部１３７により入力す
る。入力後の作用であるが、まず、移動枠１３４を前述
の演算結果に基づいてパルスモータ制御部１４０で高速
で位置調整する。
【００６７】次に、同じくパルスモータ制御部１４０で
移動枠１３７を低速で下降する。下降中は画像計測部に
より常に合焦ずれ量が検出されているが、下降に伴って
変化してゆく。そして、この合焦ずれ量の出力値の符号
が反転したら直ちにパルスモータ制御部１４０に内蔵さ
れているパルスカウンタをリセットする。リセットした
ら直ちにパルスモータ制御部１４０で移動枠１３７を高
速で下降する。次にやはり前述の設定された停止位置の
少し手前（１ｍｍ程度が良い）で低速下降とする。そし
て合焦ずれ量の検出値の符号が反転したら直ちにパルス
カウンタの値を出力する。そしてこの出力値と測定定数
としての前述のＬ及び設定した開口に対応する前述のθ
より画像計測部１１７に内蔵される演算部により数２３
を用いて曲率半径ｒを算出し、モニタ１１８にてこれを
表示するものである。
移動枠１３７を低速で下降する。下降中は画像計測部に
より常に合焦ずれ量が検出されているが、下降に伴って
変化してゆく。そして、この合焦ずれ量の出力値の符号
が反転したら直ちにパルスモータ制御部１４０に内蔵さ
れているパルスカウンタをリセットする。リセットした
ら直ちにパルスモータ制御部１４０で移動枠１３７を高
速で下降する。次にやはり前述の設定された停止位置の
少し手前（１ｍｍ程度が良い）で低速下降とする。そし
て合焦ずれ量の検出値の符号が反転したら直ちにパルス
カウンタの値を出力する。そしてこの出力値と測定定数
としての前述のＬ及び設定した開口に対応する前述のθ
より画像計測部１１７に内蔵される演算部により数２３
を用いて曲率半径ｒを算出し、モニタ１１８にてこれを
表示するものである。
【００６８】本実施例固有の効果は被検物をホルダーに
載せ、スタート信号を入れるだけで自動的に曲率半径の
高精度測定ができることである。
載せ、スタート信号を入れるだけで自動的に曲率半径の
高精度測定ができることである。
【００６９】
【発明の効果】本発明によれば、レンズ面等の球面形状
を有する鏡面の曲率半径を小型にて高精度に測定ができ
る。
を有する鏡面の曲率半径を小型にて高精度に測定ができ
る。
【図１】本発明の概念図。
【図２】同要部の拡大図。
【図３】同要部の拡大図。
【図４】本発明の実施例１を示す図。
【図５】図４における瞳４分割プリズムの説明図。
【図６】図４における瞳４分割プリズムの説明図。
【図７】図４における瞳４分割プリズムの説明図。
【図８】実施例２を示す図。
【図９】実施例３を示す図。
【図１０】図９における輪帯絞りの説明図。
【図１１】実施例４を示す図。
【図１２】実施例５を示す図。
【図１３】実施例５を示す図。
【図１４】従来の測定方法および装置を示す図。
【図１５】従来の測定方法および装置を示す図。
【図１６】従来の測定方法および装置を示す図。
【図１７】従来の測定方法および装置を示す図。
【図１８】従来の測定方法および装置を示す図。
１０３ コリメータレンズ １０４ 被検物 １０６ 移動ステージ １０８ 測長部 １０９ 演算部 １１０ 表示部 １１１ レーザダイオード １１２ ハーフプリズム １１４ リレーレンズ １１５ 瞳４分割プリズム １１６ テレビカメラ １１７ 画像計測部 １１８ モニタ １１９ 載物台 １２０ ランプ １２１ レンズ １２３ チャート １２４ ハーフミラー １２５ 被検物チャック １２６ 焦点板 １２７ 接眼レンズ １２８ 輪帯絞り １２９ 第２のコリメータレンズ １３０ 偏光プリズム １３１ １／４λ板 １３２ 移動枠 １３３ 虹彩絞り １３４ 移動枠 １３５ 被検物保持用アダプタ １３６ パルスモータ １３８ 演算部 １４０ パルスモータ制御部
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成４年３月１７日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】曲率半径測定方法および装置
【特許請求の範囲】
【数１】
【数２】
【数３】
【数４】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、レンズ面等の球面形状
を有する鏡面の曲率半径の測定方法および測定装置に関
する。
を有する鏡面の曲率半径の測定方法および測定装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】このような測定装置としては、特開昭６
４−２８５３４号公報記載のものがある。図１４および
図１５〜１６で示される構成のものが開示、提案されて
いる。すなわち、図１４において、レーザ光源２１の光
束を拡大光学系２２で拡大したのち収束光学系２４で収
束するようになっている。被測定物２９は載物台２６に
載せてあり、この載物台２６は光学ベンチ２５において
光軸方向に移動自在に支持されている。載物台２６の移
動量は測長機３０により読み取る。記憶手段３１は収束
光学系２４の光束射出側のレンズ最後面２４ａから光束
収束点Ｐ3 までの距離Ｌ（バックフォーカス距離）を記
憶する。演算部３２は被測定物の被測定球面２９ａの移
動距離Ｓ’と前記距離Ｌを用いて数５により被測定球面
２９ａの曲率半径ｒを演算する。
４−２８５３４号公報記載のものがある。図１４および
図１５〜１６で示される構成のものが開示、提案されて
いる。すなわち、図１４において、レーザ光源２１の光
束を拡大光学系２２で拡大したのち収束光学系２４で収
束するようになっている。被測定物２９は載物台２６に
載せてあり、この載物台２６は光学ベンチ２５において
光軸方向に移動自在に支持されている。載物台２６の移
動量は測長機３０により読み取る。記憶手段３１は収束
光学系２４の光束射出側のレンズ最後面２４ａから光束
収束点Ｐ3 までの距離Ｌ（バックフォーカス距離）を記
憶する。演算部３２は被測定物の被測定球面２９ａの移
動距離Ｓ’と前記距離Ｌを用いて数５により被測定球面
２９ａの曲率半径ｒを演算する。
【０００３】
【数５】
【０００４】ここで移動距離Ｓ′とは被測定物の被測定
球面２９ａが前記光束収束点Ｐ3 にある時の位置ＣＰ1
と、被測定球面２９ａが収束光学系２４に近づいて収束
光束が収束前に被測定球面２９ａで反射して折りかえさ
れ光束収束点Ｐ4 が収束光学系２４の光束射出側のレン
ズ面２４ａにある時の位置ＣＰ2 との間の移動距離であ
る。以上のことから移動距離Ｓ’とバックフォーカス距
離Ｌを求め、前記曲率半径ｒを求める式に代入すること
により、曲率半径を求めることができる。
球面２９ａが前記光束収束点Ｐ3 にある時の位置ＣＰ1
と、被測定球面２９ａが収束光学系２４に近づいて収束
光束が収束前に被測定球面２９ａで反射して折りかえさ
れ光束収束点Ｐ4 が収束光学系２４の光束射出側のレン
ズ面２４ａにある時の位置ＣＰ2 との間の移動距離であ
る。以上のことから移動距離Ｓ’とバックフォーカス距
離Ｌを求め、前記曲率半径ｒを求める式に代入すること
により、曲率半径を求めることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】図１７を用いて従来技
術の欠点を説明する。
術の欠点を説明する。
【０００６】△ＰＯＣについて正弦法則を適用すること
により、数６が得られる。
により、数６が得られる。
【０００７】
【数６】
【０００８】余弦法則を適用することにより、数７とな
る。
る。
【０００９】
【数７】
【００１０】△ＰＯ′Ｃについて正弦法則を適用するこ
とにより、数８となる。
とにより、数８となる。
【００１１】
【数８】
【００１２】余弦法則を適用することにより、数９とな
る。
る。
【００１３】
【数９】
【００１４】また、数１０よりＬが求められる。
【００１５】
【数１０】
【００１６】数６から数１０により、数１１となる。
【００１７】
【数１１】
【００１８】今、数１２であるから数１１は数１３とな
る。
る。
【００１９】
【数１２】
【００２０】
【数１３】
【００２１】数１３においてθ＝０の時のｒの値をｒ0
とすると、このｒ0 は数１４から求められる。
とすると、このｒ0 は数１４から求められる。
【００２２】
【数１４】
【００２３】数１３および数１４により、数１５が演算
される。
される。
【００２４】
【数１５】
【００２５】今、測定値が数１４で与えられるものとす
れば、真値は数１３で与えられるから、この場合の測定
誤差εは数１６のようになる。
れば、真値は数１３で与えられるから、この場合の測定
誤差εは数１６のようになる。
【００２６】
【数１６】
【００２７】数１４および数１６を図で示すと図１８の
ようになる。この図１８より次のことが分かる。すなわ
ち、Ｌが小さい程またθが大きい程測定可能なｒの範囲
が小さくなり測定誤差も大きくなる。従って、測定可能
なｒの範囲を大きく又、誤差を小さくするためにはＬを
大きくするか、又はコリメータレンズの有効射出角θを
小さくしなければならない。
ようになる。この図１８より次のことが分かる。すなわ
ち、Ｌが小さい程またθが大きい程測定可能なｒの範囲
が小さくなり測定誤差も大きくなる。従って、測定可能
なｒの範囲を大きく又、誤差を小さくするためにはＬを
大きくするか、又はコリメータレンズの有効射出角θを
小さくしなければならない。
【００２８】一般にθを小さくするとＳ′の検出精度が
悪くなり、θを大きくすると前述のように誤差が大きく
なる。この相反する２つの現象を考え合わせると同図で
知る如く高精度な測定は期待できない。
悪くなり、θを大きくすると前述のように誤差が大きく
なる。この相反する２つの現象を考え合わせると同図で
知る如く高精度な測定は期待できない。
【００２９】本発明の目的は、高精度に測定することが
できる小型軽量の曲率半径測定方法および測定装置を提
供することを目的とする。
できる小型軽量の曲率半径測定方法および測定装置を提
供することを目的とする。
【００３０】
【課題を解決するための手段および作用】すなわち、本
発明の曲率半径の測定方法は、数６から数１０により数
１７を求める。
発明の曲率半径の測定方法は、数６から数１０により数
１７を求める。
【００３１】
【数１７】
【００３２】そして、数１８の場合、数１７は数１９と
なる。
なる。
【００３３】
【数１８】
【００３４】
【数１９】
【００３５】ここでｘを０〜tan θまで変化させ合成し
た時のＳ’の重心値をＳw'とすればＳw'は数２０から求
められることができる。
た時のＳ’の重心値をＳw'とすればＳw'は数２０から求
められることができる。
【００３６】
【数２０】
【００３７】数１９および数２０により数２１を求め、
この数２１を変形することにより数２２を求める。
この数２１を変形することにより数２２を求める。
【００３８】
【数２１】
【００３９】
【数２２】
【００４０】数２２において両辺を２乗して整理するこ
とにより、数２３が与えられる。
とにより、数２３が与えられる。
【００４１】
【数２３】
【００４２】この数２３で与えられる高次方程式を解く
ことによりｒを求めることができる。なお、数２３にお
いてθ＝０の時のＳw'およびｒをそれぞれＳ' およびｒ
0 とすれば数２３の両辺を（ｒ2 ＋Ｌ2 ）3 で割ること
ができ数２４を得る。
ことによりｒを求めることができる。なお、数２３にお
いてθ＝０の時のＳw'およびｒをそれぞれＳ' およびｒ
0 とすれば数２３の両辺を（ｒ2 ＋Ｌ2 ）3 で割ること
ができ数２４を得る。
【００４３】
【数２４】
【００４４】この数２４が数１４に一致することは当然
である。
である。
【００４５】以上はθ以下の全光束を用いた場合の正確
なｒを求める方法であるがθのみの光束すなわち、極め
て細いθの輪帯光束を用いた場合の正確なｒは数１１に
おいてＳ’＝Ｓw'とした数２５により求めることができ
る。
なｒを求める方法であるがθのみの光束すなわち、極め
て細いθの輪帯光束を用いた場合の正確なｒは数１１に
おいてＳ’＝Ｓw'とした数２５により求めることができ
る。
【００４６】
【数２５】
【００４７】図１は本発明の構成を示す概念図、図２お
よび図３はその要部を示す拡大図である。図１において
１０１は点光源、１０２はビームスプリッタ、１０３は
コリメータレンズ、１０４は被検物で、これらは図に示
すように同一光軸上に配置される。１０５は被検物１０
４を保持するための被検物保持部で、該被検物保持部１
０５は移動ステージ１０６上を前記光軸と平行方向に移
動可能となっている。１０７は前記被検物１０４による
反射光束がビームスプリッター１０２で反射して形成さ
れる点像位置を前記点光源１０１の共役位置に合致させ
るための合焦検出部である。１０８は前記被検物保持部
１０５の移動距離Ｓ’を測定するための測長部、１０９
はこの移動距離Ｓ’、バックフォーカス距離Ｌおよび射
出角θ（Ｌおよびθは光学構成により定まる定数）を数
２３または数２５に代入して前記被検物としての被検レ
ンズ１０４の曲率半径ｒを算出するための演算部、１１
０は算出したｒを表示するための表示部である。なおこ
こでは被検物保持部としての載物台１０５は移動できる
ようにしてあるが、この代わりに点光源１０１，ビーム
スプリッタ１０２，コリメータレンズ１０３および合焦
検出部１０７を１体として光軸方向に移動できるように
しても良い。この場合にはこれらの移動量を測定するこ
とになる。
よび図３はその要部を示す拡大図である。図１において
１０１は点光源、１０２はビームスプリッタ、１０３は
コリメータレンズ、１０４は被検物で、これらは図に示
すように同一光軸上に配置される。１０５は被検物１０
４を保持するための被検物保持部で、該被検物保持部１
０５は移動ステージ１０６上を前記光軸と平行方向に移
動可能となっている。１０７は前記被検物１０４による
反射光束がビームスプリッター１０２で反射して形成さ
れる点像位置を前記点光源１０１の共役位置に合致させ
るための合焦検出部である。１０８は前記被検物保持部
１０５の移動距離Ｓ’を測定するための測長部、１０９
はこの移動距離Ｓ’、バックフォーカス距離Ｌおよび射
出角θ（Ｌおよびθは光学構成により定まる定数）を数
２３または数２５に代入して前記被検物としての被検レ
ンズ１０４の曲率半径ｒを算出するための演算部、１１
０は算出したｒを表示するための表示部である。なおこ
こでは被検物保持部としての載物台１０５は移動できる
ようにしてあるが、この代わりに点光源１０１，ビーム
スプリッタ１０２，コリメータレンズ１０３および合焦
検出部１０７を１体として光軸方向に移動できるように
しても良い。この場合にはこれらの移動量を測定するこ
とになる。
【００４８】作用については従来技術と同様の方法で被
検物保持部１０５の移動距離Ｓw'（図２，図３参照）を
測長部１０８にて検出し演算部１０９にて点光源１０１
とコリメーターレンズ１０３により定まるバックフォー
カス距離Ｌおよび射出角θと前記移動距離Ｓw'を数２３
または数２５に代入して被検物１０４の被検面１０４ａ
の曲率半径ｒを算出し、これを表示部１１０に表示す
る。ここでコリメータレンズ１０３の射出角θ以下の均
一な射出光束の場合は数２３を用い、また射出角θの輪
帯射出光束の場合は数２５を用いるものである。
検物保持部１０５の移動距離Ｓw'（図２，図３参照）を
測長部１０８にて検出し演算部１０９にて点光源１０１
とコリメーターレンズ１０３により定まるバックフォー
カス距離Ｌおよび射出角θと前記移動距離Ｓw'を数２３
または数２５に代入して被検物１０４の被検面１０４ａ
の曲率半径ｒを算出し、これを表示部１１０に表示す
る。ここでコリメータレンズ１０３の射出角θ以下の均
一な射出光束の場合は数２３を用い、また射出角θの輪
帯射出光束の場合は数２５を用いるものである。
【００４９】なお点光源は一般には半導体レーザの発光
点として与えられるがＨｅ−Ｎｅレーザにレンズを付加
しても得られる。また通常の白色ランプを用いる場合に
は小さな視野絞りを付加しても得られる。また点光源１
０１と合焦検出部１０７の基準合焦点は共役関係にある
のでこれを入れ替えても何ら問題はない。
点として与えられるがＨｅ−Ｎｅレーザにレンズを付加
しても得られる。また通常の白色ランプを用いる場合に
は小さな視野絞りを付加しても得られる。また点光源１
０１と合焦検出部１０７の基準合焦点は共役関係にある
のでこれを入れ替えても何ら問題はない。
【００５０】
【実施例１】図４は本発明による実施例１を示す図であ
る。図４において１１３は本体であり、レーザダイオー
ド１１１、ハーフプリズム１１２、リレーレンズ１１
４、図５又は図６に示すような瞳４分割プリズム１１
５、テレビカメラ１１６により、図４に示すように配置
構成されている。この本体１１３は移動ステージ１０６
上を被検物１０４の光軸方向進退自在に移動できるよう
になっている。１１７はテレビカメラ１１６の出力を処
理するための画像計測部で演算部を内蔵している。１１
８はモニタであり１１９は載物台で高さ方向及び光軸と
直角となる水平方向に移動できるようになっている（図
示省略）。他は図１と同様なので同一の番号で示してあ
る。
る。図４において１１３は本体であり、レーザダイオー
ド１１１、ハーフプリズム１１２、リレーレンズ１１
４、図５又は図６に示すような瞳４分割プリズム１１
５、テレビカメラ１１６により、図４に示すように配置
構成されている。この本体１１３は移動ステージ１０６
上を被検物１０４の光軸方向進退自在に移動できるよう
になっている。１１７はテレビカメラ１１６の出力を処
理するための画像計測部で演算部を内蔵している。１１
８はモニタであり１１９は載物台で高さ方向及び光軸と
直角となる水平方向に移動できるようになっている（図
示省略）。他は図１と同様なので同一の番号で示してあ
る。
【００５１】なお本体１１３に含まれる面はコリメータ
レンズ１０３の被検物側の面１０３ａ以外は全て反射防
止膜を施すことが望ましい。次にこの作用を説明する。
レーザダイオード１１１から発した発散光束はハーフプ
リズム１１２を透過し、コリメータレンズ１０３によっ
て、該コリメータレンズ１０３から一定の距離だけ離れ
た光軸上の位置に集光する。そして前述の移動によって
この集光点を被検物１０４の被検面１０４ａ付近に位置
させることができる。この時、被検面１０４ａからの反
射光束は再びコリメータレンズ１０３を透過しハーフプ
リズムにより一部の光束が反射し、レーザダイオード１
１１の発光点と共役なる点付近に再び集光する。ここで
光路中の瞳４分割プリズム１１５で光束の傾きが４方向
に分散するので前記集光点は図７にて示すような４個の
点像となりテレビカメラ１１６の撮像面付近に結像す
る。この結像状態をモニタ１１８上で観察できる。この
４個の点像を２値化処理をした後の各点像の面積を計算
しこれが全て等しくなるように載物台１１９を移動調整
する。また、この時の４個の点像の重心座標（x1 , y
1 ）、（x2 ,y2）、（x3 ,y3）及び（x4 ,y4）を画像計
測部１１７で計測し、内蔵されている演算部で（ｘ2 −
x4）−（y1−y3）を演算し、この値と比例した量を前記
モニタ１１８上に前記４個の点像と共に表示する。そし
て前式（ｘ2 −x4）−（y1−y3）は合焦ずれ量と比例し
ているので、この表示値が０になるように、前述の移動
を行うことにより、レーザダイオード１１１の共役点に
正確に結像することができる。この状態の時に被検面１
０４ａの表面上に正確に結像していることが保証でき
る。
レンズ１０３の被検物側の面１０３ａ以外は全て反射防
止膜を施すことが望ましい。次にこの作用を説明する。
レーザダイオード１１１から発した発散光束はハーフプ
リズム１１２を透過し、コリメータレンズ１０３によっ
て、該コリメータレンズ１０３から一定の距離だけ離れ
た光軸上の位置に集光する。そして前述の移動によって
この集光点を被検物１０４の被検面１０４ａ付近に位置
させることができる。この時、被検面１０４ａからの反
射光束は再びコリメータレンズ１０３を透過しハーフプ
リズムにより一部の光束が反射し、レーザダイオード１
１１の発光点と共役なる点付近に再び集光する。ここで
光路中の瞳４分割プリズム１１５で光束の傾きが４方向
に分散するので前記集光点は図７にて示すような４個の
点像となりテレビカメラ１１６の撮像面付近に結像す
る。この結像状態をモニタ１１８上で観察できる。この
４個の点像を２値化処理をした後の各点像の面積を計算
しこれが全て等しくなるように載物台１１９を移動調整
する。また、この時の４個の点像の重心座標（x1 , y
1 ）、（x2 ,y2）、（x3 ,y3）及び（x4 ,y4）を画像計
測部１１７で計測し、内蔵されている演算部で（ｘ2 −
x4）−（y1−y3）を演算し、この値と比例した量を前記
モニタ１１８上に前記４個の点像と共に表示する。そし
て前式（ｘ2 −x4）−（y1−y3）は合焦ずれ量と比例し
ているので、この表示値が０になるように、前述の移動
を行うことにより、レーザダイオード１１１の共役点に
正確に結像することができる。この状態の時に被検面１
０４ａの表面上に正確に結像していることが保証でき
る。
【００５２】次に、再び本体１１３を移動ステージ１０
６上で、被検レンズ１０４に近づく方向に移動すると、
前述の点像が消え、新たな点像が観察される。この状態
で、前述の（ｘ2 −x4）−（y1−y3）の表示値が０とな
るように本体１１３を微動する。この状態の時にコリメ
ータレンズ１０３の射出側のレンズ面上に正確に結像し
ていることが保証できる。そして前者の状態から後者の
状態に至るまでの前記本体１１３の移動量Ｓw'（本体１
１３の移動方向の位置の差）を測長部１０８にて検出
し、演算部１０９でこの移動量Ｓw'と前記コリメータレ
ンズにより定まるバックフォーカス距離Ｌと前記コリメ
ータレンズ又は被検レンズにより定まる前記コリメータ
レンズの有効射出角θとから数２３を用いて曲率半径ｒ
を演算で求め、このｒの値を表示部１１０にて表示する
ものである。
６上で、被検レンズ１０４に近づく方向に移動すると、
前述の点像が消え、新たな点像が観察される。この状態
で、前述の（ｘ2 −x4）−（y1−y3）の表示値が０とな
るように本体１１３を微動する。この状態の時にコリメ
ータレンズ１０３の射出側のレンズ面上に正確に結像し
ていることが保証できる。そして前者の状態から後者の
状態に至るまでの前記本体１１３の移動量Ｓw'（本体１
１３の移動方向の位置の差）を測長部１０８にて検出
し、演算部１０９でこの移動量Ｓw'と前記コリメータレ
ンズにより定まるバックフォーカス距離Ｌと前記コリメ
ータレンズ又は被検レンズにより定まる前記コリメータ
レンズの有効射出角θとから数２３を用いて曲率半径ｒ
を演算で求め、このｒの値を表示部１１０にて表示する
ものである。
【００５３】本実施例固有の効果は瞳４分割プリズムを
用いることによる感度向上のために特に高精度に測定す
ることができることである。
用いることによる感度向上のために特に高精度に測定す
ることができることである。
【００５４】
【実施例２】図８は実施例２を示す図である。図８にお
いて１２０はランプ、１２１はレンズであり、これらで
照明光学系１２２を形成する。１２３はチャート、１２
４はハーフミラー、１２５は被検物チャックである。又
１２６は焦点板であり前記ハーフミラー１２４に関して
前記チャート１２３と共役な位置に配置されている。１
２７は前記焦点板１２６上に結ばれた点像を観察するた
めの接眼レンズであり、他は図１、図２と同一であるの
で同一番号を付して、その説明を省略する。被検物チャ
ック１２５は三つ爪チャック等の求心チャックが好まし
い。又、この被検物チャック１２５はコリメータレンズ
１０３とピンホール１２３ａとで定まる光軸方向に移動
自在となっている。なおチャート１２３はどのようなも
のでも良いが、一般的にはピンホールチャートや十字チ
ャートを用いるのが良い。
いて１２０はランプ、１２１はレンズであり、これらで
照明光学系１２２を形成する。１２３はチャート、１２
４はハーフミラー、１２５は被検物チャックである。又
１２６は焦点板であり前記ハーフミラー１２４に関して
前記チャート１２３と共役な位置に配置されている。１
２７は前記焦点板１２６上に結ばれた点像を観察するた
めの接眼レンズであり、他は図１、図２と同一であるの
で同一番号を付して、その説明を省略する。被検物チャ
ック１２５は三つ爪チャック等の求心チャックが好まし
い。又、この被検物チャック１２５はコリメータレンズ
１０３とピンホール１２３ａとで定まる光軸方向に移動
自在となっている。なおチャート１２３はどのようなも
のでも良いが、一般的にはピンホールチャートや十字チ
ャートを用いるのが良い。
【００５５】次に、これらの構成による作用を説明す
る。照明光学系１２２によりチャート１２３が照明され
る。チャート１２３を発した光束はハーフミラー１２
４、コリメータレンズ１０３を透過し、定められた位置
に結像する。この結像位置に被測定面１０４ａを一致さ
せた時に、その反射光束は再びコリメータレンズ１０３
を透過し、ハーフミラー１２４で一部反射して焦点板１
２６上に結像する。そしてこの結像状態は接眼レンズ１
２７を通して目視で確認できるようになっているので、
これを見ながらピントが合うように被検物を被検物チャ
ックごと移動し、測長部１０８にてこの時の位置を出力
する。次に本体１１３側に被検物チャックを移動するこ
とにより再びチャート像が現れるのでこれを見ながらピ
ントが合うように被検物を移動し、同じく測長部１０８
にてこの時の位置を出力する。これらの２つの出力値の
差Ｓw'を演算部１０９で演算し、同じく演算部１０９で
このＳw'と前記コリメータレンズにより定まるバックフ
ォーカス距離Ｌと前記コリメータレンズ又は被検レンズ
により定まる前記コリメータレンズの有効射出角θとか
ら数２３を用いて曲率半径ｒを演算で求め、このｒの値
を表示部１１０にて表示するものである。
る。照明光学系１２２によりチャート１２３が照明され
る。チャート１２３を発した光束はハーフミラー１２
４、コリメータレンズ１０３を透過し、定められた位置
に結像する。この結像位置に被測定面１０４ａを一致さ
せた時に、その反射光束は再びコリメータレンズ１０３
を透過し、ハーフミラー１２４で一部反射して焦点板１
２６上に結像する。そしてこの結像状態は接眼レンズ１
２７を通して目視で確認できるようになっているので、
これを見ながらピントが合うように被検物を被検物チャ
ックごと移動し、測長部１０８にてこの時の位置を出力
する。次に本体１１３側に被検物チャックを移動するこ
とにより再びチャート像が現れるのでこれを見ながらピ
ントが合うように被検物を移動し、同じく測長部１０８
にてこの時の位置を出力する。これらの２つの出力値の
差Ｓw'を演算部１０９で演算し、同じく演算部１０９で
このＳw'と前記コリメータレンズにより定まるバックフ
ォーカス距離Ｌと前記コリメータレンズ又は被検レンズ
により定まる前記コリメータレンズの有効射出角θとか
ら数２３を用いて曲率半径ｒを演算で求め、このｒの値
を表示部１１０にて表示するものである。
【００５６】本実施例固有の効果は安価に構成できるこ
とである。
とである。
【００５７】
【実施例３】図９および図１０は実施例３を示す図であ
る。図９において１２８は輪帯絞りであり、図１０に示
す如く透明板１２８ｂに不透過膜１２８ａを蒸着して形
成してある。他は図１〜図８と同一であるので同一番号
を付してその説明を省略する。
る。図９において１２８は輪帯絞りであり、図１０に示
す如く透明板１２８ｂに不透過膜１２８ａを蒸着して形
成してある。他は図１〜図８と同一であるので同一番号
を付してその説明を省略する。
【００５８】次に作用を説明する。レーザダイオード１
１１を発した光束はハーフプリズム１１２を通り、コリ
メータレンズ１０３を通った後、一定の位置に集光する
がこの光束は輪帯絞り１２８により輪帯光束となる。こ
の集光点に被検レンズ１０４ａを一致させると、その反
射光は再度輪帯絞り１２８、コリメータレンズ１０３を
通り、ハーフプリズム１１２で一部反射され、レーザダ
イオード１１１と共役位置に集光する。この集光位置に
テレビカメラ１１６の受光面を配置してあるのでその集
光状態をモニタ１１８にて観察できる。このモニタ１１
８を見ながら本体１１３を移動ステージ１０６上を移動
させ、ピントが合う位置でとめ、このときの本体１１３
の位置を測長部１０８にて出力する。次に、本体１１３
を被検物１０４側に移動すると再びモニタ１１８に点像
が観察されるので、これにピントが合うように移動ステ
ージ１０６上を移動し、ピントが合う状態で止め、この
時の本体１１３の位置を測長部１０８にて出力する。こ
れらの２つの出力値の差Ｓw'を演算部１０９で演算し、
同じく演算部１０９でこのＳw'と前記コリメータレンズ
により定まるバックフォーカス距離Ｌと前記コリメータ
レンズ又は被検レンズにより定まる前記コリメータレン
ズの有効射出角θとから数２５を用いて曲率半径ｒを演
算で求め、このｒの値を表示部１１０にて表示するもの
である。なお輪帯絞り１２８は大きさの異なるものを複
数用意して、これを交換できるようにしても良い。
１１を発した光束はハーフプリズム１１２を通り、コリ
メータレンズ１０３を通った後、一定の位置に集光する
がこの光束は輪帯絞り１２８により輪帯光束となる。こ
の集光点に被検レンズ１０４ａを一致させると、その反
射光は再度輪帯絞り１２８、コリメータレンズ１０３を
通り、ハーフプリズム１１２で一部反射され、レーザダ
イオード１１１と共役位置に集光する。この集光位置に
テレビカメラ１１６の受光面を配置してあるのでその集
光状態をモニタ１１８にて観察できる。このモニタ１１
８を見ながら本体１１３を移動ステージ１０６上を移動
させ、ピントが合う位置でとめ、このときの本体１１３
の位置を測長部１０８にて出力する。次に、本体１１３
を被検物１０４側に移動すると再びモニタ１１８に点像
が観察されるので、これにピントが合うように移動ステ
ージ１０６上を移動し、ピントが合う状態で止め、この
時の本体１１３の位置を測長部１０８にて出力する。こ
れらの２つの出力値の差Ｓw'を演算部１０９で演算し、
同じく演算部１０９でこのＳw'と前記コリメータレンズ
により定まるバックフォーカス距離Ｌと前記コリメータ
レンズ又は被検レンズにより定まる前記コリメータレン
ズの有効射出角θとから数２５を用いて曲率半径ｒを演
算で求め、このｒの値を表示部１１０にて表示するもの
である。なお輪帯絞り１２８は大きさの異なるものを複
数用意して、これを交換できるようにしても良い。
【００５９】本実施例固有の効果は輪帯による感度向上
のために特に高精度な測定ができることである。
のために特に高精度な測定ができることである。
【００６０】
【実施例４】図１１は実施例４を示す図である。図１１
において、１２９は第２のコリメータレンズ、１３０は
偏光プリズム、１３１は1/4 λ板、１３２は被検物保持
環部１３２ａを有する移動枠であり、他は図１から図９
と同様であるので同一番号を付してその説明を省略す
る。
において、１２９は第２のコリメータレンズ、１３０は
偏光プリズム、１３１は1/4 λ板、１３２は被検物保持
環部１３２ａを有する移動枠であり、他は図１から図９
と同様であるので同一番号を付してその説明を省略す
る。
【００６１】次に作用を説明する。レーザダイオード１
１１から発した光束は第２のコリメータレンズで平行光
束となり偏光プリズム１３０、1/4 λ板１３１を透過後
に円偏光となりコリメータレンズ１０３にて集光する。
この集光点に被検面１０４ａを一致させると、その反射
光束は逆まわりの円偏光となり、コリメータレンズ１０
３を通り、さらに1/4 λ板１３１を透過する。この透過
光は1/4 λ板の機能によりＳ偏光となるので、偏光プリ
ズム１３０の反射面で全て反射する平行光束となる。こ
の平行光束はリレーレンズ１１４でテレビカメラ１１６
上に集光する。ここで光路中の瞳４分割プリズム１１５
で光束の傾きが４方向に分散し、前記テレビカメラ１１
６上には４個の点像が形成される。以下実施例１と全く
同一の作用により曲率半径の測定ができる。
１１から発した光束は第２のコリメータレンズで平行光
束となり偏光プリズム１３０、1/4 λ板１３１を透過後
に円偏光となりコリメータレンズ１０３にて集光する。
この集光点に被検面１０４ａを一致させると、その反射
光束は逆まわりの円偏光となり、コリメータレンズ１０
３を通り、さらに1/4 λ板１３１を透過する。この透過
光は1/4 λ板の機能によりＳ偏光となるので、偏光プリ
ズム１３０の反射面で全て反射する平行光束となる。こ
の平行光束はリレーレンズ１１４でテレビカメラ１１６
上に集光する。ここで光路中の瞳４分割プリズム１１５
で光束の傾きが４方向に分散し、前記テレビカメラ１１
６上には４個の点像が形成される。以下実施例１と全く
同一の作用により曲率半径の測定ができる。
【００６２】本実施例固有の効果は、被検面を下にして
置くだけで、被検物の位置決めができるので、より高精
度にして操作性の良い測定ができることである。
置くだけで、被検物の位置決めができるので、より高精
度にして操作性の良い測定ができることである。
【００６３】
【実施例５】図１２および１３は実施例５を示す図であ
る。図１２において、１３３は虹彩絞り、１３４は移動
枠、１３５は被検物保持用アダプタで移動枠１３４に嵌
合することによりその中心軸がコリメータレンズ１０３
の光軸に一致するようになっている。１３６は移動枠１
３４を上下動するためのパルスモータ、１３７は称呼の
曲率半径、スタート信号を入力するための入力部、１３
８は移動枠１３４の移動条件を決定するための演算部、
１３９は虹彩絞りの絞り径をコントロールするための虹
彩絞り制御部、１４０はパルスモータ制御部で、入力し
た移動枠１３４の移動条件に従って、パルスモータ１３
６を作動したり、画像計測部からの合焦信号により内蔵
するパルスカウンタをコントロールしたり、このパルス
カウンタの出力を画像計測部１１７に出力する機能を有
している。他は図１〜図１１と同様なので同一番号を付
してその説明を省略する。
る。図１２において、１３３は虹彩絞り、１３４は移動
枠、１３５は被検物保持用アダプタで移動枠１３４に嵌
合することによりその中心軸がコリメータレンズ１０３
の光軸に一致するようになっている。１３６は移動枠１
３４を上下動するためのパルスモータ、１３７は称呼の
曲率半径、スタート信号を入力するための入力部、１３
８は移動枠１３４の移動条件を決定するための演算部、
１３９は虹彩絞りの絞り径をコントロールするための虹
彩絞り制御部、１４０はパルスモータ制御部で、入力し
た移動枠１３４の移動条件に従って、パルスモータ１３
６を作動したり、画像計測部からの合焦信号により内蔵
するパルスカウンタをコントロールしたり、このパルス
カウンタの出力を画像計測部１１７に出力する機能を有
している。他は図１〜図１１と同様なので同一番号を付
してその説明を省略する。
【００６４】次に作用を図１３のフローに従って説明す
る。まず、被測定面の称呼の曲率半径を入力部１３７に
て入力すると、コリメータレンズ１０３による集光点が
被検面１０４ａに一致するための移動枠１３４の位置が
演算されるが、正確な曲率半径は不明であるので、この
分の余裕を考えてこの位置から上方及び下方に１mm程度
の位置を停止位置に設定する。次に、被検面１０４ａに
よる２状態の反射点像を検出するに当たって、有効開口
値が異ならない絞りの最大径を演算し、この結果に基づ
いて虹彩絞り制御部１３９にて虹彩絞り１３３を所望の
大きさにセットする。一方、被検物１０４を被検面１０
４ａを下にして被検物保持用アダプタ１３５の上に置
く。この被検物保持用アダプタ１３５は、被検物の大き
さに応じて複数種用意しておき、そのうちで、なるべく
大きなものを使用する方が好ましい。被検物のセットが
完了したら、スタート信号を入力部１３７により入力す
る。入力後の作用であるが、まず、移動枠１３４を前述
の演算結果に基づいてパルスモータ制御部１４０で高速
で位置調整する。
る。まず、被測定面の称呼の曲率半径を入力部１３７に
て入力すると、コリメータレンズ１０３による集光点が
被検面１０４ａに一致するための移動枠１３４の位置が
演算されるが、正確な曲率半径は不明であるので、この
分の余裕を考えてこの位置から上方及び下方に１mm程度
の位置を停止位置に設定する。次に、被検面１０４ａに
よる２状態の反射点像を検出するに当たって、有効開口
値が異ならない絞りの最大径を演算し、この結果に基づ
いて虹彩絞り制御部１３９にて虹彩絞り１３３を所望の
大きさにセットする。一方、被検物１０４を被検面１０
４ａを下にして被検物保持用アダプタ１３５の上に置
く。この被検物保持用アダプタ１３５は、被検物の大き
さに応じて複数種用意しておき、そのうちで、なるべく
大きなものを使用する方が好ましい。被検物のセットが
完了したら、スタート信号を入力部１３７により入力す
る。入力後の作用であるが、まず、移動枠１３４を前述
の演算結果に基づいてパルスモータ制御部１４０で高速
で位置調整する。
【００６５】次に、同じくパルスモータ制御部１４０で
移動枠１３７を低速で下降する。下降中は画像計測部に
より常に合焦ずれ量が検出されているが、下降に伴って
変化してゆく。そして、この合焦ずれ量の出力値の符号
が反転したら直ちにパルスモータ制御部１４０に内蔵さ
れているパルスカウンタをリセットする。リセットした
ら直ちにパルスモータ制御部１４０で移動枠１３７を高
速で下降する。次にやはり前述の設定された停止位置の
少し手前（１mm程度が良い）で低速下降とする。そして
合焦ずれ量の検出値の符号が反転したら直ちにパルスカ
ウンタの値を出力する。そしてこの出力値と測定定数と
しての前述のＬ及び設定した開口に対応する前述のθよ
り画像計測部１１７に内蔵される演算部により数２３を
用いて曲率半径ｒを算出し、モニタ１１８にてこれを表
示するものである。
移動枠１３７を低速で下降する。下降中は画像計測部に
より常に合焦ずれ量が検出されているが、下降に伴って
変化してゆく。そして、この合焦ずれ量の出力値の符号
が反転したら直ちにパルスモータ制御部１４０に内蔵さ
れているパルスカウンタをリセットする。リセットした
ら直ちにパルスモータ制御部１４０で移動枠１３７を高
速で下降する。次にやはり前述の設定された停止位置の
少し手前（１mm程度が良い）で低速下降とする。そして
合焦ずれ量の検出値の符号が反転したら直ちにパルスカ
ウンタの値を出力する。そしてこの出力値と測定定数と
しての前述のＬ及び設定した開口に対応する前述のθよ
り画像計測部１１７に内蔵される演算部により数２３を
用いて曲率半径ｒを算出し、モニタ１１８にてこれを表
示するものである。
【００６６】本実施例固有の効果は被検物をホルダーに
載せ、スタート信号を入れるだけで自動的に曲率半径の
高精度測定ができることである。
載せ、スタート信号を入れるだけで自動的に曲率半径の
高精度測定ができることである。
【００６７】
【発明の効果】本発明によれば、レンズ面等の球面形状
を有する鏡面の曲率半径を小型にて高精度に測定ができ
る。
を有する鏡面の曲率半径を小型にて高精度に測定ができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の概念図。
【図２】同要部の拡大図。
【図３】同要部の拡大図。
【図４】本発明の実施例１を示す図。
【図５】図４における瞳４分割プリズムの説明図。
【図６】図４における瞳４分割プリズムの説明図。
【図７】図４における瞳４分割プリズムの説明図。
【図８】実施例２を示す図。
【図９】実施例３を示す図。
【図１０】図９における輪帯絞りの説明図。
【図１１】実施例４を示す図。
【図１２】実施例５を示す図。
【図１３】実施例５を示す図。
【図１４】従来の測定方法および装置を示す図。
【図１５】従来の測定方法および装置を示す図。
【図１６】従来の測定方法および装置を示す図。
【図１７】従来の測定方法および装置を示す図。
【図１８】従来の測定方法および装置を示す図。
【符号の説明】 １０３ コリメータレンズ １０４ 被検物 １０６ 移動ステージ １０８ 測長部 １０９ 演算部 １１０ 表示部 １１１ レーザダイオード １１２ ハーフプリズム １１４ リレーレンズ １１５ 瞳４分割プリズム １１６ テレビカメラ １１７ 画像計測部 １１８ モニタ １１９ 載物台 １２０ ランプ １２１ レンズ １２３ チャート １２４ ハーフミラー １２５ 被検物チャック １２６ 焦点板 １２７ 接眼レンズ １２８ 輪帯絞り １２９ 第２のコリメータレンズ １３０ 偏光プリズム １３１ １／４λ板 １３２ 移動枠 １３３ 虹彩絞り １３４ 移動枠 １３５ 被検物保持用アダプタ １３６ パルスモータ １３８ 演算部 １４０ パルスモータ制御部 ─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年８月１９日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】曲率半径測定方法および装置
【特許請求の範囲】
【数１】
【数２】
【数３】
【数４】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、レンズ面等の球面形状
を有する鏡面の曲率半径の測定方法および測定装置に関
する。
を有する鏡面の曲率半径の測定方法および測定装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】このような測定装置としては、特開昭６
４−２８５３４号公報記載のものがある。図１４および
図１５〜１６で示される構成のものが開示、提案されて
いる。すなわち、図１４において、レーザ光源２１の光
束を拡大光学系２２で拡大したのち収束光学系２４で収
束するようになっている。被測定物２９は載物台２６に
載せてあり、この載物台２６は光学ベンチ２５において
光軸方向に移動自在に支持されている。載物台２６の移
動量は測長機３０により読み取る。記憶手段３１は収束
光学系２４の光束射出側のレンズ最後面２４ａから光束
収束点Ｐ３までの距離Ｌ（バックフォーカス距離）を記
憶する。演算部３２は被測定物の被測定球面２９ａの移
動距離Ｓ’と前記距離Ｌを用いて数５により被測定球面
２９ａの曲率半径ｒを演算する。
４−２８５３４号公報記載のものがある。図１４および
図１５〜１６で示される構成のものが開示、提案されて
いる。すなわち、図１４において、レーザ光源２１の光
束を拡大光学系２２で拡大したのち収束光学系２４で収
束するようになっている。被測定物２９は載物台２６に
載せてあり、この載物台２６は光学ベンチ２５において
光軸方向に移動自在に支持されている。載物台２６の移
動量は測長機３０により読み取る。記憶手段３１は収束
光学系２４の光束射出側のレンズ最後面２４ａから光束
収束点Ｐ３までの距離Ｌ（バックフォーカス距離）を記
憶する。演算部３２は被測定物の被測定球面２９ａの移
動距離Ｓ’と前記距離Ｌを用いて数５により被測定球面
２９ａの曲率半径ｒを演算する。
【０００３】
【数５】
【０００４】ここで移動距離Ｓ′とは被測定物の被測定
球面２９ａが前記光束収束点Ｐ３にある時の位置ＣＰ１
と、被測定球面２９ａが収束光学系２４に近づいて収束
光束が収束前に被測定球面２９ａで反射して折りかえさ
れ光束収束点Ｐ４が収束光学系２４の光束射出側のレン
ズ面２４ａにある時の位置ＣＰ２との間の移動距離であ
る。以上のことから移動距離Ｓ’とバックフォーカス距
離Ｌを求め、前記曲率半径ｒを求める式に代入すること
により、曲率半径を求めることができる。
球面２９ａが前記光束収束点Ｐ３にある時の位置ＣＰ１
と、被測定球面２９ａが収束光学系２４に近づいて収束
光束が収束前に被測定球面２９ａで反射して折りかえさ
れ光束収束点Ｐ４が収束光学系２４の光束射出側のレン
ズ面２４ａにある時の位置ＣＰ２との間の移動距離であ
る。以上のことから移動距離Ｓ’とバックフォーカス距
離Ｌを求め、前記曲率半径ｒを求める式に代入すること
により、曲率半径を求めることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】図１７を用いて従来技
術の欠点を説明する。
術の欠点を説明する。
【０００６】△ＰＯＣについて正弦法則を適用すること
により、数６が得られる。
により、数６が得られる。
【０００７】
【数６】
【０００８】余弦法則を適用することにより、数７とな
る。
る。
【０００９】
【数７】
【００１０】△ＰＯ′Ｃについて正弦法則を適用するこ
とにより、数８となる。
とにより、数８となる。
【００１１】
【数８】
【００１２】余弦法則を適用することにより、数９とな
る。
る。
【００１３】
【数９】
【００１４】また、数１０よりＬが求められる。
【００１５】
【数１０】
【００１６】数６から数１０により、数１１となる。
【００１７】
【数１１】
【００１８】今、数１２であるから数１１は数１３とな
る。
る。
【００１９】
【数１２】
【００２０】
【数１３】
【００２１】数１３においてθ＝０の時のｒの値をｒ０
とすると、このｒ０は数１４から求められる。
とすると、このｒ０は数１４から求められる。
【００２２】
【数１４】
【００２３】数１３および数１４により、数１５が演算
される。
される。
【００２４】
【数１５】
【００２５】今、測定値が数１４で与えられるものとす
れば、真値は数１３で与えられるから、この場合の測定
誤差εは数１６のようになる。
れば、真値は数１３で与えられるから、この場合の測定
誤差εは数１６のようになる。
【００２６】
【数１６】
【００２７】数１４および数１６を図で示すと図１８の
ようになる。この図１８より次のことが分かる。すなわ
ち、Ｌが小さい程またθが大きい程測定可能なｒの範囲
が小さくなり測定誤差も大きくなる。従って、測定可能
なｒの範囲を大きく又、誤差を小さくするためにはＬを
大きくするか、又はコリメータレンズの有効射出角θを
小さくしなければならない。
ようになる。この図１８より次のことが分かる。すなわ
ち、Ｌが小さい程またθが大きい程測定可能なｒの範囲
が小さくなり測定誤差も大きくなる。従って、測定可能
なｒの範囲を大きく又、誤差を小さくするためにはＬを
大きくするか、又はコリメータレンズの有効射出角θを
小さくしなければならない。
【００２８】一般にθを小さくするとＳ′の検出精度が
悪くなり、θを大きくすると前述のように誤差が大きく
なる。この相反する２つの現象を考え合わせると同図で
知る如く高精度な測定は期待できない。
悪くなり、θを大きくすると前述のように誤差が大きく
なる。この相反する２つの現象を考え合わせると同図で
知る如く高精度な測定は期待できない。
【００２９】本発明の目的は、高精度に測定することが
できる小型軽量の曲率半径測定方法および測定装置を提
供することを目的とする。
できる小型軽量の曲率半径測定方法および測定装置を提
供することを目的とする。
【００３０】
【課題を解決するための手段および作用】すなわち、本
発明の曲率半径の測定方法は、数６から数１０により数
１７を求める。
発明の曲率半径の測定方法は、数６から数１０により数
１７を求める。
【００３１】
【数１７】
【００３２】そして、数１８の場合、数１７は数１９と
なる。
なる。
【００３３】
【数１８】
【００３４】
【数１９】
【００３５】ここでｘを０〜ｔａｎθまたで変化させ合
成した時のＳ’の重心値をＳｗ’とすればＳｗ’は数２
０から求められることができる。
成した時のＳ’の重心値をＳｗ’とすればＳｗ’は数２
０から求められることができる。
【００３６】
【数２０】
【００３７】数１９および数２０により数２１を求め、
この数２１を変形することにより数２２を求める。
この数２１を変形することにより数２２を求める。
【００３８】
【数２１】
【００３９】
【数２２】
【００４０】数２２において両辺を２乗して整理するこ
とにより、数２３が与えられる。
とにより、数２３が与えられる。
【００４１】
【数２３】
【００４２】この数２３で与えられる高次方程式を解く
ことによりｒを求めることができる。なお、数２３にお
いてθ＝０の時のＳｗ’およびｒをそれぞれＳ’およひ
ｒ０とすれば数２３の両辺を（ｒ２＋Ｌ２）３で割るこ
とができ数２４を得る。
ことによりｒを求めることができる。なお、数２３にお
いてθ＝０の時のＳｗ’およびｒをそれぞれＳ’およひ
ｒ０とすれば数２３の両辺を（ｒ２＋Ｌ２）３で割るこ
とができ数２４を得る。
【００４３】
【数２４】
【００４４】この数２４が数１４に一致することは当然
である。
である。
【００４５】以上はθ以下の全光束を用いた場合の正確
なｒを求める方法であるがθのみの光束すなわち、極め
て細いθの輪帯光束を用いた場合の正確なｒは数１１に
おいてＳ’＝Ｓｗ’とした数２５により求めることがで
きる。
なｒを求める方法であるがθのみの光束すなわち、極め
て細いθの輪帯光束を用いた場合の正確なｒは数１１に
おいてＳ’＝Ｓｗ’とした数２５により求めることがで
きる。
【００４６】
【数２５】
【００４７】図１は本発明の構成を示す概念図、図２お
よび図３はその要部を示す拡大図である。図１において
１０１は点光源、１０２はビームスプリッタ、１０３は
コリメータレンズ、１０４は被検物で、これらは図に示
すように同一光軸上に配置される。１０５は被検物１０
４を保持するための被検物保持部で、該被検物保持部１
０５は移動ステージ１０６上を前記光軸と平行方向に移
動可能となっている。１０７は前記被検物１０４による
反射光束がビームスプリッター１０２で反射して形成さ
れる点像位置を前記点光源１０１の共役位置に合致させ
るための合焦検出部である。１０８は前記被検物保持部
１０５の移動距離Ｓ’を測定するための測長部、１０９
はこの移動距離Ｓ’、バックフォーカス距離Ｌおよび射
出角θ（Ｌおよびθは光学構成により定まる定数）を数
２３または数２５に代入して前記被検物としての被検レ
ンズ１０４の曲率半径ｒを算出するための演算部、１１
０は算出したｒを表示するための表示部である。なおこ
こでは被検物保持部としての載物台１０５は移動できる
ようにしてあるが、この代わりに点光源１０１，ビーム
スプリッタ１０２，コリメータレンズ１０３および合焦
検出部１０７を１体として光軸方向に移動できるように
しても良い。この場合にはこれらの移動量を測定するこ
とになる。
よび図３はその要部を示す拡大図である。図１において
１０１は点光源、１０２はビームスプリッタ、１０３は
コリメータレンズ、１０４は被検物で、これらは図に示
すように同一光軸上に配置される。１０５は被検物１０
４を保持するための被検物保持部で、該被検物保持部１
０５は移動ステージ１０６上を前記光軸と平行方向に移
動可能となっている。１０７は前記被検物１０４による
反射光束がビームスプリッター１０２で反射して形成さ
れる点像位置を前記点光源１０１の共役位置に合致させ
るための合焦検出部である。１０８は前記被検物保持部
１０５の移動距離Ｓ’を測定するための測長部、１０９
はこの移動距離Ｓ’、バックフォーカス距離Ｌおよび射
出角θ（Ｌおよびθは光学構成により定まる定数）を数
２３または数２５に代入して前記被検物としての被検レ
ンズ１０４の曲率半径ｒを算出するための演算部、１１
０は算出したｒを表示するための表示部である。なおこ
こでは被検物保持部としての載物台１０５は移動できる
ようにしてあるが、この代わりに点光源１０１，ビーム
スプリッタ１０２，コリメータレンズ１０３および合焦
検出部１０７を１体として光軸方向に移動できるように
しても良い。この場合にはこれらの移動量を測定するこ
とになる。
【００４８】作用については従来技術と同様の方法で被
検物保持部１０５の移動距離Ｓｗ’（図２，図３参照）
を測長部１０８にて検出し演算部１０９にて点光源１０
１とコリメーターレンズ１０３により定まるバックフォ
ーカス距離Ｌおよび射出角θと前記移動距離Ｓｗ’を数
２３または数２５に代入して被検物１０４の被検面１０
４ａの曲率半径ｒを算出し、これを表示部１１０に表示
する。ここでコリメータレンズ１０３の射出角θ以下の
均一な射出光束の場合は数２３を用い、また射出角θの
輪帯射出光束の場合は数２５を用いるものである。
検物保持部１０５の移動距離Ｓｗ’（図２，図３参照）
を測長部１０８にて検出し演算部１０９にて点光源１０
１とコリメーターレンズ１０３により定まるバックフォ
ーカス距離Ｌおよび射出角θと前記移動距離Ｓｗ’を数
２３または数２５に代入して被検物１０４の被検面１０
４ａの曲率半径ｒを算出し、これを表示部１１０に表示
する。ここでコリメータレンズ１０３の射出角θ以下の
均一な射出光束の場合は数２３を用い、また射出角θの
輪帯射出光束の場合は数２５を用いるものである。
【００４９】なお点光源は一般には半導体レーザの発光
点として与えられるがＨｅ−Ｎｅレーザにレンズを付加
しても得られる。また通常の白色ランプを用いる場合に
は小さな視野絞りを付加しても得られる。また点光源１
０１と合焦検出部１０７の基準合焦点は共役関係にある
のでこれを入れ替えても何ら問題はない。
点として与えられるがＨｅ−Ｎｅレーザにレンズを付加
しても得られる。また通常の白色ランプを用いる場合に
は小さな視野絞りを付加しても得られる。また点光源１
０１と合焦検出部１０７の基準合焦点は共役関係にある
のでこれを入れ替えても何ら問題はない。
【００５０】
【実施例１】図４は本発明による実施例１を示す図であ
る。図４において１１３は本体であり、レーザダイオー
ド１１１、ハーフプリズム１１２、リレーレンズ１１
４、図５又は図６に示すような瞳４分割プリズム１１
５、テレビカメラ１１６により、図４に示すように配置
構成されている。この本体１１３は移動ステージ１０６
上を被検物１０４の光軸方向進退自在に移動できるよう
になっている。１１７はテレビカメラ１１６の出力を処
理するための画像計測部で演算部を内蔵している。１１
８はモニタであり１１９は載物台で高さ方向及び光軸と
直角となる水平方向に移動できるようになっている（図
示省略）。他は図１と同様なので同一の番号で示してあ
る。
る。図４において１１３は本体であり、レーザダイオー
ド１１１、ハーフプリズム１１２、リレーレンズ１１
４、図５又は図６に示すような瞳４分割プリズム１１
５、テレビカメラ１１６により、図４に示すように配置
構成されている。この本体１１３は移動ステージ１０６
上を被検物１０４の光軸方向進退自在に移動できるよう
になっている。１１７はテレビカメラ１１６の出力を処
理するための画像計測部で演算部を内蔵している。１１
８はモニタであり１１９は載物台で高さ方向及び光軸と
直角となる水平方向に移動できるようになっている（図
示省略）。他は図１と同様なので同一の番号で示してあ
る。
【００５１】なお本体１１３に含まれる面はコリメータ
レンズ１０３の被検物側の面１０３ａ以外は全て反射防
止膜を施すことが望ましい。次にこの作用を説明する。
レーザダイオード１１１から発した発散光束はハーフプ
リズム１１２を透過し、コリメータレンズ１０３によっ
て、該コリメータレンズ１０３から一定の距離だけ離れ
た光軸上の位置に集光する。そして前述の移動によって
この集光点を被検物１０４の被検面１０４ａ付近に位置
させることができる。この時、被検面１０４ａからの反
射光束は再びコリメータレンズ１０３を透過しハーフプ
リズムにより一部の光束が反射し、レーザダイオード１
１１の発光点と共役なる点付近に再び集光する。ここで
光路中の瞳４分割プリズム１１５で光束の傾きが４方向
に分散するので前記集光点は図７にて示すような４個の
点像となりテレビカメラ１１６の撮像面付近に結像す
る。この結像状態をモニタ１１８上で観察できる。この
４個の点像を２値化処理をした後の各点像の面積を計算
しこれが全て等しくなるように載物台１１９を移動調整
する。また、この時の４個の点像の重心座標（ｘ１，ｙ
１）、（ｘ２，ｙ２）、（ｘ３，ｙ３）及び（ｘ４，ｙ
４）を画像計測部１１７で計測し、内蔵されている演算
部で（ｘ２−ｘ４）−（ｙ１−ｙ３）を演算し、この値
と比例した量を前記モニタ１１８上に前記４個の点像と
共に表示する。そして前式（ｘ２−ｘ４）−（ｙ１−ｙ
３）は合焦ずれ量と比例しているので、この表示値が０
になるように、前述の移動を行うことにより、レーザダ
イオード１１１の共役点に正確に結像することができ
る。この状態の時に被検面１０４ａの表面上に正確に結
像していることが保証できる。
レンズ１０３の被検物側の面１０３ａ以外は全て反射防
止膜を施すことが望ましい。次にこの作用を説明する。
レーザダイオード１１１から発した発散光束はハーフプ
リズム１１２を透過し、コリメータレンズ１０３によっ
て、該コリメータレンズ１０３から一定の距離だけ離れ
た光軸上の位置に集光する。そして前述の移動によって
この集光点を被検物１０４の被検面１０４ａ付近に位置
させることができる。この時、被検面１０４ａからの反
射光束は再びコリメータレンズ１０３を透過しハーフプ
リズムにより一部の光束が反射し、レーザダイオード１
１１の発光点と共役なる点付近に再び集光する。ここで
光路中の瞳４分割プリズム１１５で光束の傾きが４方向
に分散するので前記集光点は図７にて示すような４個の
点像となりテレビカメラ１１６の撮像面付近に結像す
る。この結像状態をモニタ１１８上で観察できる。この
４個の点像を２値化処理をした後の各点像の面積を計算
しこれが全て等しくなるように載物台１１９を移動調整
する。また、この時の４個の点像の重心座標（ｘ１，ｙ
１）、（ｘ２，ｙ２）、（ｘ３，ｙ３）及び（ｘ４，ｙ
４）を画像計測部１１７で計測し、内蔵されている演算
部で（ｘ２−ｘ４）−（ｙ１−ｙ３）を演算し、この値
と比例した量を前記モニタ１１８上に前記４個の点像と
共に表示する。そして前式（ｘ２−ｘ４）−（ｙ１−ｙ
３）は合焦ずれ量と比例しているので、この表示値が０
になるように、前述の移動を行うことにより、レーザダ
イオード１１１の共役点に正確に結像することができ
る。この状態の時に被検面１０４ａの表面上に正確に結
像していることが保証できる。
【００５２】次に、再び本体１１３を移動ステージ１０
６上で、被検レンズ１０４に近づく方向に移動すると、
前述の点像が消え、新たな点像が観察される。この状態
で、前述の（ｘ２−ｘ４）−（ｙ１−ｙ３）の表示値が
０となるように本体１１３を微動する。この状態の時に
コリメータレンズ１０３の射出側のレンズ面上に正確に
結像していることが保証できる。そして前者の状態から
後者の状態に至るまでの前記本体１１３の移動量Ｓｗ’
（本体１１３の移動方向の位置の差）を測長部１０８に
て検出し、演算部１０９でこの移動量Ｓｗ’と前記コリ
メニタレンズにより定まるバックフォーカス距離Ｌと前
記コリメータレンズ又は被検レンズにより定まる前記コ
リメータレンズの有効射出角θとから数２３を用いて曲
率半径ｒを演算で求め、このｒの値を表示部１１０にて
表示するものである。
６上で、被検レンズ１０４に近づく方向に移動すると、
前述の点像が消え、新たな点像が観察される。この状態
で、前述の（ｘ２−ｘ４）−（ｙ１−ｙ３）の表示値が
０となるように本体１１３を微動する。この状態の時に
コリメータレンズ１０３の射出側のレンズ面上に正確に
結像していることが保証できる。そして前者の状態から
後者の状態に至るまでの前記本体１１３の移動量Ｓｗ’
（本体１１３の移動方向の位置の差）を測長部１０８に
て検出し、演算部１０９でこの移動量Ｓｗ’と前記コリ
メニタレンズにより定まるバックフォーカス距離Ｌと前
記コリメータレンズ又は被検レンズにより定まる前記コ
リメータレンズの有効射出角θとから数２３を用いて曲
率半径ｒを演算で求め、このｒの値を表示部１１０にて
表示するものである。
【００５３】本実施例固有の効果は瞳４分割プリズムを
用いることによる感度向上のために特に高精度に測定す
ることができることである。
用いることによる感度向上のために特に高精度に測定す
ることができることである。
【００５４】
【実施例２】図８は実施例２を示す図である。図８にお
いて１２０はランプ、１２１はレンズであり、これらで
照明光学系１２２を形成する。１２３はチャート、１２
４はハーフミラー、１２５は被検物チャックである。又
１２６は焦点板であり前記ハーフミラー１２４に関して
前記チャート１２３と共役な位置に配置されている。１
２７は前記焦点板１２６上に結ばれた点像を観察するた
めの接眼レンズであり、他は図１、図２と同一であるの
で同一番号を付して、その説明を省略する。被検物チャ
ック１２５は三つ爪チャック等の求心チャックが好まし
い。又、この被検物チャック１２５はコリメータレンズ
１０３とピンホール１２３ａとで定まる光軸方向に移動
自在となっている。なおチャート１２３はどのようなも
のでも良いが、一般的にはピンホールチャートや十字チ
ャートを用いるのが良い。
いて１２０はランプ、１２１はレンズであり、これらで
照明光学系１２２を形成する。１２３はチャート、１２
４はハーフミラー、１２５は被検物チャックである。又
１２６は焦点板であり前記ハーフミラー１２４に関して
前記チャート１２３と共役な位置に配置されている。１
２７は前記焦点板１２６上に結ばれた点像を観察するた
めの接眼レンズであり、他は図１、図２と同一であるの
で同一番号を付して、その説明を省略する。被検物チャ
ック１２５は三つ爪チャック等の求心チャックが好まし
い。又、この被検物チャック１２５はコリメータレンズ
１０３とピンホール１２３ａとで定まる光軸方向に移動
自在となっている。なおチャート１２３はどのようなも
のでも良いが、一般的にはピンホールチャートや十字チ
ャートを用いるのが良い。
【００５５】次に、これらの構成による作用を説明す
る。照明光学系１２２によりチャート１２３が照明され
る。チャート１２３を発した光束はハーフミラー１２
４、コリメータレンズ１０３を透過し、定められた位置
に結像する。この結像位置に被測定面１０４ａを一致さ
せた時に、その反射光束は再びコリメータレンズ１０３
を透過し、ハーフミラー１２４で一部反射して焦点板１
２６上に結像する。そしてこの結像状態は接眼レンズ１
２７を通して目視で確認できるようになっているので、
これを見ながらピントが合うように被検物を被検物チャ
ックごと移動し、測長部１０８にてこの時の位置を出力
する。次に本体１１３側に被検物チャックを移動するこ
とにより再びチャート像が現れるのでこれを見ながらピ
ントが合うように被検物を移動し、同じく測長部１０８
にてこの時の位置を出力する。これらの２つの出力値の
差Ｓｗ’を演算部１０９で演算し、同じく演算部１０９
でこのＳｗ’と前記コリメータレンズにより定まるバッ
クフォーカス距離Ｌと前記コリメータレンズ又は被検レ
ンズにより定まる前記コリメータレンズの有効射出角θ
とから数２３を用いて曲率半径ｒを演算で求め、このｒ
の値を表示部１１０にて表示するものである。
る。照明光学系１２２によりチャート１２３が照明され
る。チャート１２３を発した光束はハーフミラー１２
４、コリメータレンズ１０３を透過し、定められた位置
に結像する。この結像位置に被測定面１０４ａを一致さ
せた時に、その反射光束は再びコリメータレンズ１０３
を透過し、ハーフミラー１２４で一部反射して焦点板１
２６上に結像する。そしてこの結像状態は接眼レンズ１
２７を通して目視で確認できるようになっているので、
これを見ながらピントが合うように被検物を被検物チャ
ックごと移動し、測長部１０８にてこの時の位置を出力
する。次に本体１１３側に被検物チャックを移動するこ
とにより再びチャート像が現れるのでこれを見ながらピ
ントが合うように被検物を移動し、同じく測長部１０８
にてこの時の位置を出力する。これらの２つの出力値の
差Ｓｗ’を演算部１０９で演算し、同じく演算部１０９
でこのＳｗ’と前記コリメータレンズにより定まるバッ
クフォーカス距離Ｌと前記コリメータレンズ又は被検レ
ンズにより定まる前記コリメータレンズの有効射出角θ
とから数２３を用いて曲率半径ｒを演算で求め、このｒ
の値を表示部１１０にて表示するものである。
【００５６】本実施例固有の効果は安価に構成できるこ
とである。
とである。
【００５７】
【実施例３】図９および図１０は実施例３を示す図であ
る。図９において１２８は輪帯絞りであり、図１０に示
す如く透明板１２８ｂに不透過膜１２８ａを蒸着して形
成してある。他は図１〜図８と同一であるので同一番号
を付してその説明を省略する。
る。図９において１２８は輪帯絞りであり、図１０に示
す如く透明板１２８ｂに不透過膜１２８ａを蒸着して形
成してある。他は図１〜図８と同一であるので同一番号
を付してその説明を省略する。
【００５８】次に作用を説明する。レーザダイオード１
１１を発した光束はハーフプリズム１１２を通り、コリ
メータレンズ１０３を通った後、一定の位置に集光する
がこの光束は輪帯絞り１２８により輪帯光束となる。こ
の集光点に被検レンズ１０４ａを一致させると、その反
射光は再度輪帯絞り１２８、コリメータレンズ１０３を
通り、ハーフプリズム１１２で一部反射され、レーザダ
イオード１１１と共役位置に集光する。この集光位置に
テレビカメラ１１６の受光面を配置してあるのでその集
光状態をモニタ１１８にて観察できる。このモニタ１１
８を見ながら本体１１３を移動ステージ１０６上を移動
させ、ピントが合う位置でとめ、このときの本体１１３
の位置を測長部１０８にて出力する。次に、本体１１３
を被検物１０４側に移動すると再びモニタ１１８に点像
が観察されるので、これにピントが合うように移動ステ
ージ１０６上を移動し、ピントが合う状態で止め、この
時の本体１１３の位置を測長部１０８にて出力する。こ
れらの２つの出力値の差Ｓｗ’を演算部１０９で演算
し、同じく演算部１０９でこのＳｗ’と前記コリメータ
レンズにより定まるバックフォーカス距離Ｌと前記コリ
メータレンズ又は被検レンズにより定まる前記コリメー
タレンズの有効射出角θとから数２５を用いて曲率半径
ｒを演算で求め、このｒの値を表示部１１０にて表示す
るものである。なお輪帯絞り１２８は大きさの異なるも
のを複数用意して、これを交換できるようにしても良
い。
１１を発した光束はハーフプリズム１１２を通り、コリ
メータレンズ１０３を通った後、一定の位置に集光する
がこの光束は輪帯絞り１２８により輪帯光束となる。こ
の集光点に被検レンズ１０４ａを一致させると、その反
射光は再度輪帯絞り１２８、コリメータレンズ１０３を
通り、ハーフプリズム１１２で一部反射され、レーザダ
イオード１１１と共役位置に集光する。この集光位置に
テレビカメラ１１６の受光面を配置してあるのでその集
光状態をモニタ１１８にて観察できる。このモニタ１１
８を見ながら本体１１３を移動ステージ１０６上を移動
させ、ピントが合う位置でとめ、このときの本体１１３
の位置を測長部１０８にて出力する。次に、本体１１３
を被検物１０４側に移動すると再びモニタ１１８に点像
が観察されるので、これにピントが合うように移動ステ
ージ１０６上を移動し、ピントが合う状態で止め、この
時の本体１１３の位置を測長部１０８にて出力する。こ
れらの２つの出力値の差Ｓｗ’を演算部１０９で演算
し、同じく演算部１０９でこのＳｗ’と前記コリメータ
レンズにより定まるバックフォーカス距離Ｌと前記コリ
メータレンズ又は被検レンズにより定まる前記コリメー
タレンズの有効射出角θとから数２５を用いて曲率半径
ｒを演算で求め、このｒの値を表示部１１０にて表示す
るものである。なお輪帯絞り１２８は大きさの異なるも
のを複数用意して、これを交換できるようにしても良
い。
【００５９】本実施例固有の効果は輪帯による感度向上
のために特に高精度な測定ができることである。
のために特に高精度な測定ができることである。
【００６０】
【実施例４】図１１は実施例４を示す図である。図１１
において、１２９は第２のコリメータレンズ、１３０は
偏光プリズム、１３１は１／４λ板、１３２は被検物保
持環部１３２ａを有する移動枠であり、他は図１から図
９と同様であるので同一番号を付してその説明を省略す
る。
において、１２９は第２のコリメータレンズ、１３０は
偏光プリズム、１３１は１／４λ板、１３２は被検物保
持環部１３２ａを有する移動枠であり、他は図１から図
９と同様であるので同一番号を付してその説明を省略す
る。
【００６１】次に作用を説明する。レーザダイオード１
１１から発した光束は第２のコリメータレンズで平行光
束となり偏光プリズム１３０、１／４λ板１３１を透過
後に円偏光となりコリメータレンズ１０３にて集光す
る。この集光点に被検面１０４ａを一致させると、その
反射光束は逆まわりの円偏光となり、コリメータレンズ
１０３を通り、さらに１／４λ板１３１を透過する。こ
の透過光は１／４λ板の機能によりＳ偏光となるので、
偏光プリズム１３０の反射面で全て反射する平行光束と
なる。この平行光束はリレーレンズ１１４でテレビカメ
ラ１１６上に集光する。ここで光路中の瞳４分割プリズ
ム１１５で光束の傾きが４方向に分散し、前記テレビカ
メラ１１６上には４個の点像が形成される。以下実施例
１と全く同一の作用により曲率半径の測定ができる。
１１から発した光束は第２のコリメータレンズで平行光
束となり偏光プリズム１３０、１／４λ板１３１を透過
後に円偏光となりコリメータレンズ１０３にて集光す
る。この集光点に被検面１０４ａを一致させると、その
反射光束は逆まわりの円偏光となり、コリメータレンズ
１０３を通り、さらに１／４λ板１３１を透過する。こ
の透過光は１／４λ板の機能によりＳ偏光となるので、
偏光プリズム１３０の反射面で全て反射する平行光束と
なる。この平行光束はリレーレンズ１１４でテレビカメ
ラ１１６上に集光する。ここで光路中の瞳４分割プリズ
ム１１５で光束の傾きが４方向に分散し、前記テレビカ
メラ１１６上には４個の点像が形成される。以下実施例
１と全く同一の作用により曲率半径の測定ができる。
【００６２】本実施例固有の効果は、被検面を下にして
置くだけで、被検物の位置決めができるので、より高精
度にして操作性の良い測定ができることである。
置くだけで、被検物の位置決めができるので、より高精
度にして操作性の良い測定ができることである。
【００６３】
【実施例５】図１２および１３は実施例５を示す図であ
る。図１２において、１３３は虹彩絞り、１３４は移動
枠、１３５は被検物保持用アダプタで移動枠１３４に嵌
合することによりその中心軸がコリメータレンズ１０３
の光軸に一致するようになっている。１３６は移動枠１
３４を上下動するためのパルスモータ、１３７は称呼の
曲率半径、スタート信号を入力するための入力部、１３
８は移動枠１３４の移動条件を決定するための演算部、
１３９は虹彩絞りの絞り径をコントロールするための虹
彩絞り制御部、１４０はパルスモータ制御部で、入力し
た移動枠１３４の移動条件に従って、パルスモータ１３
６を作動したり、画像計測部からの合焦信号により内蔵
するパルスカウンタをコントロールしたり、このパルス
カウンタの出力を画像計測部１１７に出力する機能を有
している。他は図１〜図１１と同様なので同一番号を付
してその説明を省略する。
る。図１２において、１３３は虹彩絞り、１３４は移動
枠、１３５は被検物保持用アダプタで移動枠１３４に嵌
合することによりその中心軸がコリメータレンズ１０３
の光軸に一致するようになっている。１３６は移動枠１
３４を上下動するためのパルスモータ、１３７は称呼の
曲率半径、スタート信号を入力するための入力部、１３
８は移動枠１３４の移動条件を決定するための演算部、
１３９は虹彩絞りの絞り径をコントロールするための虹
彩絞り制御部、１４０はパルスモータ制御部で、入力し
た移動枠１３４の移動条件に従って、パルスモータ１３
６を作動したり、画像計測部からの合焦信号により内蔵
するパルスカウンタをコントロールしたり、このパルス
カウンタの出力を画像計測部１１７に出力する機能を有
している。他は図１〜図１１と同様なので同一番号を付
してその説明を省略する。
【００６４】次に作用を図１３のフローに従って説明す
る。まず、被測定面の称呼の曲率半径を入力部１３７に
て入力すると、コリメータレンズ１０３による集光点が
被検面１０４ａに一致するための移動枠１３４の位置が
演算されるが、正確な曲率半径は不明であるので、この
分の余裕を考えてこの位置から上方及び下方に１ｍｍ程
度の位置を停止位置に設定する。次に、被検面１０４ａ
による２状態の反射点像を検出するに当たって、有効開
口値が異ならない絞りの最大径を演算し、この結果に基
づいて虹彩絞り制御部１３９にて虹彩絞り１３３を所望
の大きさにセットする。一方、被検物１０４を被検面１
０４ａを下にして被検物保持用アダプタ１３５の上に置
く。この被検物保持用アダプタ１３５は、被検物の大き
さに応じて複数種用意しておき、そのうちで、なるべく
大きなものを使用する方が好ましい。被検物のセットが
完了したら、スタート信号を入力部１３７により入力す
る。入力後の作用であるが、まず、移動枠１３４を前述
の演算結果に基づいてパルスモータ制御部１４０で高速
で位置調整する。
る。まず、被測定面の称呼の曲率半径を入力部１３７に
て入力すると、コリメータレンズ１０３による集光点が
被検面１０４ａに一致するための移動枠１３４の位置が
演算されるが、正確な曲率半径は不明であるので、この
分の余裕を考えてこの位置から上方及び下方に１ｍｍ程
度の位置を停止位置に設定する。次に、被検面１０４ａ
による２状態の反射点像を検出するに当たって、有効開
口値が異ならない絞りの最大径を演算し、この結果に基
づいて虹彩絞り制御部１３９にて虹彩絞り１３３を所望
の大きさにセットする。一方、被検物１０４を被検面１
０４ａを下にして被検物保持用アダプタ１３５の上に置
く。この被検物保持用アダプタ１３５は、被検物の大き
さに応じて複数種用意しておき、そのうちで、なるべく
大きなものを使用する方が好ましい。被検物のセットが
完了したら、スタート信号を入力部１３７により入力す
る。入力後の作用であるが、まず、移動枠１３４を前述
の演算結果に基づいてパルスモータ制御部１４０で高速
で位置調整する。
【００６５】次に、同じくパルスモータ制御部１４０で
移動枠１３７を低速で下降する。下降中は画像計測部に
より常に合焦ずれ量が検出されているが、下降に伴って
変化してゆく。そして、この合焦ずれ量の出力値の符号
が反転したら直ちにパルスモータ制御部１４０に内蔵さ
れているパルスカウンタをリセットする。リセットした
ら直ちにパルスモータ制御部１４０で移動枠１３７を高
速で下降する。次にやはり前述の設定された停止位置の
少し手前（１ｍｍ程度が良い）で低速下降とする。そし
て合焦ずれ量の検出値の符号が反転したら直ちにパルス
カウンタの値を出力する。そしてこの出力値と測定定数
としての前述のＬ及び設定した開口に対応する前述のθ
より画像計測部１１７に内蔵される演算部により数２３
を用いて曲率半径ｒを算出し、モニタ１１８にてこれを
表示するものである。
移動枠１３７を低速で下降する。下降中は画像計測部に
より常に合焦ずれ量が検出されているが、下降に伴って
変化してゆく。そして、この合焦ずれ量の出力値の符号
が反転したら直ちにパルスモータ制御部１４０に内蔵さ
れているパルスカウンタをリセットする。リセットした
ら直ちにパルスモータ制御部１４０で移動枠１３７を高
速で下降する。次にやはり前述の設定された停止位置の
少し手前（１ｍｍ程度が良い）で低速下降とする。そし
て合焦ずれ量の検出値の符号が反転したら直ちにパルス
カウンタの値を出力する。そしてこの出力値と測定定数
としての前述のＬ及び設定した開口に対応する前述のθ
より画像計測部１１７に内蔵される演算部により数２３
を用いて曲率半径ｒを算出し、モニタ１１８にてこれを
表示するものである。
【００６６】本実施例固有の効果は被検物をホルダーに
載せ、スタート信号を入れるだけで自動的に曲率半径の
高精度測定ができることである。
載せ、スタート信号を入れるだけで自動的に曲率半径の
高精度測定ができることである。
【００６７】
【発明の効果】本発明によれば、レンズ面等の球面形状
を有する鏡面の曲率半径を小型にて高精度に測定ができ
る。
を有する鏡面の曲率半径を小型にて高精度に測定ができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の概念図。
【図２】同要部の拡大図。
【図３】同要部の拡大図。
【図４】本発明の実施例１を示す図。
【図５】図４における瞳４分割プリズムの説明図。
【図６】図４における瞳４分割プリズムの説明図。
【図７】図４における瞳４分割プリズムの説明図。
【図８】実施例２を示す図。
【図９】実施例３を示す図。
【図１０】図９における輪帯絞りの説明図。
【図１１】実施例４を示す図。
【図１２】実施例５を示す図。
【図１３】実施例５を示す図。
【図１４】従来の測定方法および装置を示す図。
【図１５】従来の測定方法および装置を示す図。
【図１６】従来の測定方法および装置を示す図。
【図１７】従来の測定方法および装置を示す図。
【図１８】従来の測定方法および装置を示す図。
【符号の説明】 １０３ コリメータレンズ １０４ 被検物 １０６ 移動ステージ １０８ 測長部 １０９ 演算部 １１０ 表示部 １１１ レーザダイオード １１２ ハーフプリズム １１４ リレーレンズ １１５ 瞳４分割プリズム １１６ テレビカメラ １１７ 画像計測部 １１８ モニタ １１９ 載物台 １２０ ランプ １２１ レンズ １２３ チャート １２４ ハーフミラー １２５ 被検物チャック １２６ 焦点板 １２７ 接眼レンズ １２８ 輪帯絞り １２９ 第２のコリメータレンズ １３０ 偏光プリズム １３１ １／４λ板 １３２ 移動枠 １３３ 虹彩絞り １３４ 移動枠 １３５ 被検物保持用アダプタ １３６ パルスモータ １３８ 演算部 １４０ パルスモータ制御部
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１２
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１２】
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１７
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１７】
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１８
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１８】
Claims (4)
- 【請求項１】 光源からの光束をコリメータレンズによ
り集光して被検物の被検面に導き、被検面を光軸にそっ
て移動するか、もしくは前記点光源と前記コリメータレ
ンズを光軸にそって移動して、被検面が前記集光点にく
るようにし、また、被検面とコリメータレンズとの距離
を近づけて光束を集光する前に、被検面で反射して折り
かえして光束の集光点がコリメータレンズの光束射出側
のレンズ面にくるようにし、前述の被検面が光束の集光
点にきたときの状態から前述の光束の集光点が光束射出
側のレンズ面にきたときの状態までコリメータレンズま
たは被検面の移動距離Ｓｗ’およびコリメータレンズの
光束射出側のレンズ面から集光点までの距離Ｌおよび前
記レンズ面からの射出角θを数１ 【数１】 に代入して得られる高次方程式を解くことにより曲率半
径ｒを求める曲率半径測定方法。 - 【請求項２】 光源からの光束をコリメータレンズおよ
び輪帯絞りにより輪帯光束となし、この輪帯光束を集光
して被検物の被検面に導き、被検面を光軸にそって移動
するか、もしくは前記点光源と前記コリメータレンズを
光軸にそって移動して被検面が前記集光点にくるように
し、また被測定面とコリメータレンズとの距離を近づけ
て光束を集光する前に被検面で反射して折り返して光束
の集光点がコリメータレンズの光束射出側のレンズ面に
くるようにし、前述の被検面が光束の集光点にきたとき
の状態から前述の光束の集光点が光束射出側のレンズ面
にきたときの状態まで、コリメータレンズまたは被検面
の移動距離Ｓｗ’およびコリメータレンズの光束射出側
のレンズ面から集光点までの距離Ｌおよび前記レンズ面
からの射出角θを数２ 【数２】 に代入して得られる方程式を解くことにより曲率半径ｒ
を求める曲率半径測定方法。 - 【請求項３】 光源，ビームスプリッター，コリメータ
ーレンズ，合焦検出部，被検物心出し保持構造部，移動
ステージ，測長部および表示部から成る曲率半径測定装
置において、前記測長部により得られた請求項１記載の
移動距離Ｓｗ’と前記点光源と前記コリメータレンズに
より定まるバックフォーカス距離Ｌと前記コリメーター
レンズの有効射出角θとを数３ 【数３】 に代入して得られる高次方程式を解くことにより前記被
検物心出し保持構造部で保持された被検物の被検面の曲
率半径ｒを求めるための演算部を有することを特徴とす
る曲率半径測定装置。 - 【請求項４】 光源，ビームスプリッター，コリメータ
レンズ，合焦検出部，被検物心出し保持構造部，移動ス
テージ，測長部および表示部から成る曲率半径測定装置
において、コリメータレンズから輪帯射出光束を得るた
めの輪帯絞りと前記測長部により得られた請求項２記載
の移動距離Ｓｗ’と前記点光源と前記コリメータレンズ
により定まるバックフォーカス距離Ｌと前記コリメータ
レンズの射出角θとを数４ 【数４】 に代入して得られる方程式を解くことにより前記被検物
心出し保持構造部で保持された被検物の被検面の曲率半
径ｒとを求めるための演算部とを有することを特徴とす
る曲率半径測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3069570A JP2983673B2 (ja) | 1991-01-11 | 1991-01-11 | 曲率半径測定方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3069570A JP2983673B2 (ja) | 1991-01-11 | 1991-01-11 | 曲率半径測定方法および装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0626834A true JPH0626834A (ja) | 1994-02-04 |
| JP2983673B2 JP2983673B2 (ja) | 1999-11-29 |
Family
ID=13406578
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3069570A Expired - Fee Related JP2983673B2 (ja) | 1991-01-11 | 1991-01-11 | 曲率半径測定方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2983673B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5565378A (en) * | 1992-02-17 | 1996-10-15 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Process of passivating a semiconductor device bonding pad by immersion in O2 or O3 solution |
| JP2012208012A (ja) * | 2011-03-30 | 2012-10-25 | Canon Inc | 面形状計測装置および面形状計測方法 |
| CN103471524A (zh) * | 2013-09-27 | 2013-12-25 | 北京理工大学 | 共焦抛物面顶点曲率半径测量方法 |
| CN103471525A (zh) * | 2013-09-27 | 2013-12-25 | 北京理工大学 | 差动共焦抛物面顶点曲率半径测量方法 |
| CN103673927A (zh) * | 2013-11-11 | 2014-03-26 | 北京理工大学 | 反射腔式差动共焦超大曲率半径测量方法 |
| CN103673926A (zh) * | 2013-11-11 | 2014-03-26 | 北京理工大学 | 反射腔式共焦超大曲率半径测量方法 |
| CN105806531A (zh) * | 2016-03-14 | 2016-07-27 | 上海大学 | 柔性透明基底上薄膜残余应力的测量仪 |
-
1991
- 1991-01-11 JP JP3069570A patent/JP2983673B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5565378A (en) * | 1992-02-17 | 1996-10-15 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Process of passivating a semiconductor device bonding pad by immersion in O2 or O3 solution |
| JP2012208012A (ja) * | 2011-03-30 | 2012-10-25 | Canon Inc | 面形状計測装置および面形状計測方法 |
| CN103471524A (zh) * | 2013-09-27 | 2013-12-25 | 北京理工大学 | 共焦抛物面顶点曲率半径测量方法 |
| CN103471525A (zh) * | 2013-09-27 | 2013-12-25 | 北京理工大学 | 差动共焦抛物面顶点曲率半径测量方法 |
| CN103673927A (zh) * | 2013-11-11 | 2014-03-26 | 北京理工大学 | 反射腔式差动共焦超大曲率半径测量方法 |
| CN103673926A (zh) * | 2013-11-11 | 2014-03-26 | 北京理工大学 | 反射腔式共焦超大曲率半径测量方法 |
| CN105806531A (zh) * | 2016-03-14 | 2016-07-27 | 上海大学 | 柔性透明基底上薄膜残余应力的测量仪 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2983673B2 (ja) | 1999-11-29 |
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