JPH07117386B2 - 曲面形状測定装置 - Google Patents
曲面形状測定装置Info
- Publication number
- JPH07117386B2 JPH07117386B2 JP1123279A JP12327989A JPH07117386B2 JP H07117386 B2 JPH07117386 B2 JP H07117386B2 JP 1123279 A JP1123279 A JP 1123279A JP 12327989 A JP12327989 A JP 12327989A JP H07117386 B2 JPH07117386 B2 JP H07117386B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- stage
- irradiation point
- rotary stage
- measurement
- data
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ＜本発明の産業上の利用分野＞ 本発明は曲面の形状を非接触で測定する曲面形状測定装
置に関する。
置に関する。
＜従来技術と解決しようとする課題＞ 例えばレンズ等のように表面にキズを付けてはいけない
物品の曲面形状を測定する場合、レーザ干渉計を用いて
非接触で行なうものが従来よりあった。
物品の曲面形状を測定する場合、レーザ干渉計を用いて
非接触で行なうものが従来よりあった。
しかしながら、レーザ干渉計を用いたこれまでの曲面形
状測定装置では、干渉を起こすためのミラーや偏光子を
多く必要とし、光源としてコヒーレントな光を出力する
He−Ne型のレーザを用いなければならず、光学系が非常
に高価で大型となり調整も非常に煩雑になるという問題
があった。
状測定装置では、干渉を起こすためのミラーや偏光子を
多く必要とし、光源としてコヒーレントな光を出力する
He−Ne型のレーザを用いなければならず、光学系が非常
に高価で大型となり調整も非常に煩雑になるという問題
があった。
このため、半導体レーザ等の小型で安価な光源からのビ
ーム光を測定面に移動照射し、その反射光の受光位置の
変化でその照射点の基準からの距離変化を求める方法が
考えられるが、このような三角測量方法は、測定する面
の傾斜が大きいと反射光が受光範囲外となって測定困難
になる。
ーム光を測定面に移動照射し、その反射光の受光位置の
変化でその照射点の基準からの距離変化を求める方法が
考えられるが、このような三角測量方法は、測定する面
の傾斜が大きいと反射光が受光範囲外となって測定困難
になる。
これを解決するためには、被測定物を、理論上で求めら
れた測定面の曲率中心を中心に回転することにより照射
点の移動を行なえば、急傾斜のない状態で距離測定を行
なうことができる。
れた測定面の曲率中心を中心に回転することにより照射
点の移動を行なえば、急傾斜のない状態で距離測定を行
なうことができる。
ところが、被測定物を回転させるための回転機構の回転
中心に対して、測定面の曲率中心を完全に一致させた状
態で被測定物を取付けることは極めて困難である。
中心に対して、測定面の曲率中心を完全に一致させた状
態で被測定物を取付けることは極めて困難である。
特にμｍ単位での測定精度が要求されるこの種の測定で
は、機械的な調整を行なってもこのズレ完全にゼロにす
ることが難がしく、その誤差が測定結果に大きな影響を
与え高精度な測定を行なえない。
は、機械的な調整を行なってもこのズレ完全にゼロにす
ることが難がしく、その誤差が測定結果に大きな影響を
与え高精度な測定を行なえない。
本発明はこの課題を解決した曲面形状測定回路を提供す
ることを目的としている。
ることを目的としている。
＜課題を解決するための手段＞ 前記課題を解決するために本発明の曲面形状測定装置
は、 基台と、 所定の回転軸をもって前記基台に回転自在に取り付けら
れ、物品をその測定面が前記回転軸の側方を向いた状態
に保持する保持機構を有し、該保持機構で保持した物品
を、前記回転軸と直交する平面に沿って回転させる回転
ステージと、 前記回転ステージの回転角度を検出する角度検出手段
と、 前記回転ステージの外側の前記基台上に配置され、該回
転ステージの回転軸に直交する方向に移動自在に形成さ
れたＸステージと、 前記Ｘステージに支持され、前記回転ステージ方向に高
ビームを出力して該回転ステージに保持された物品の測
定面に光ビームを照射し、その反射光の受光位置の変化
を検出して、所定の基準照射点から前記測定面に照射さ
れた光ビームの照射点までの距離に対応した信号を出力
する光変位センサと、 前記基台に対する前記Ｘステージの位置に対応した信号
を出力する移動検出手段と、 前記光変位センサの出力と移動検出手段の出力とから、
照射点の位置を算出する照射点位置算出手段と、 測定面の曲率半径が既知な校正原器を前記回転ステージ
に保持させた状態で、該回転ステージを回転したときに
得られる前記照射点位置算出手段の所定角度毎の出力値
と前記校正原器の測定面の理論式とに基づいて、前記Ｘ
ステージが所定位置にあるときの前記光変位センサの基
準照射点から前記回転ステージの回転中心までの距離を
校正値として求め、前記照射点位置算出手段の出力値
が、前記回転ステージの回転中心から前記光変位センサ
の照射点までの距離を表すように、前記Ｘステージが前
記所定位置にあるときの前記移動検出手段の出力値を前
記校正値にプリセットする校正手段と、 前記校正手段によって前記Ｘステージが前記所定位置に
あるときの前記移動検出手段の出力値が前記校正値にプ
リセットされた状態で、前記校正原器に代えて被測定物
を前記回転ステージに保持して該回転ステージを回転し
たときに、前記照射点位置算出手段から得られる照射点
の前記回転中心を原点とする所定角度毎の距離データ
と、前記被測定物の測定面の曲率中心と前記回転中心と
の位置ずれを見込んだ理論式とに基づいて、該位置ずれ
量を算出する測定用位置ずれ算出手段と、 前記測定用位置ずれ算出手段によって算出された位置ず
れ量により、前記所定角度毎の距離データを補正する位
置ずれ補正手段とを備えている。
は、 基台と、 所定の回転軸をもって前記基台に回転自在に取り付けら
れ、物品をその測定面が前記回転軸の側方を向いた状態
に保持する保持機構を有し、該保持機構で保持した物品
を、前記回転軸と直交する平面に沿って回転させる回転
ステージと、 前記回転ステージの回転角度を検出する角度検出手段
と、 前記回転ステージの外側の前記基台上に配置され、該回
転ステージの回転軸に直交する方向に移動自在に形成さ
れたＸステージと、 前記Ｘステージに支持され、前記回転ステージ方向に高
ビームを出力して該回転ステージに保持された物品の測
定面に光ビームを照射し、その反射光の受光位置の変化
を検出して、所定の基準照射点から前記測定面に照射さ
れた光ビームの照射点までの距離に対応した信号を出力
する光変位センサと、 前記基台に対する前記Ｘステージの位置に対応した信号
を出力する移動検出手段と、 前記光変位センサの出力と移動検出手段の出力とから、
照射点の位置を算出する照射点位置算出手段と、 測定面の曲率半径が既知な校正原器を前記回転ステージ
に保持させた状態で、該回転ステージを回転したときに
得られる前記照射点位置算出手段の所定角度毎の出力値
と前記校正原器の測定面の理論式とに基づいて、前記Ｘ
ステージが所定位置にあるときの前記光変位センサの基
準照射点から前記回転ステージの回転中心までの距離を
校正値として求め、前記照射点位置算出手段の出力値
が、前記回転ステージの回転中心から前記光変位センサ
の照射点までの距離を表すように、前記Ｘステージが前
記所定位置にあるときの前記移動検出手段の出力値を前
記校正値にプリセットする校正手段と、 前記校正手段によって前記Ｘステージが前記所定位置に
あるときの前記移動検出手段の出力値が前記校正値にプ
リセットされた状態で、前記校正原器に代えて被測定物
を前記回転ステージに保持して該回転ステージを回転し
たときに、前記照射点位置算出手段から得られる照射点
の前記回転中心を原点とする所定角度毎の距離データ
と、前記被測定物の測定面の曲率中心と前記回転中心と
の位置ずれを見込んだ理論式とに基づいて、該位置ずれ
量を算出する測定用位置ずれ算出手段と、 前記測定用位置ずれ算出手段によって算出された位置ず
れ量により、前記所定角度毎の距離データを補正する位
置ずれ補正手段とを備えている。
＜作用＞ このように構成したため、本発明の距面形状測定装置で
は、回転ステージの回転中心から被測定物の測定面に照
射される光ビームの照射点までの距離は校正値により光
変位センサと移動検出手段の出力で示されることにな
り、被測定物の曲率中心と回転中心の位置ずれは位置ず
れ補正手段によって補正されるため精密な位置合せをす
ることなしに測定が行なえる。
は、回転ステージの回転中心から被測定物の測定面に照
射される光ビームの照射点までの距離は校正値により光
変位センサと移動検出手段の出力で示されることにな
り、被測定物の曲率中心と回転中心の位置ずれは位置ず
れ補正手段によって補正されるため精密な位置合せをす
ることなしに測定が行なえる。
＜本発明の実施例＞ 以下、図面に基づいて本発明の一実施例を説明する。
第１図はレンズの曲面形状を測定するための一実施例の
曲面形状測定装置の要部の構成を示す機能ブロック図、
第２図は一実施例の曲面形状測定装置の全体構成図、第
３図は第２図の機構部の平面図である。
曲面形状測定装置の要部の構成を示す機能ブロック図、
第２図は一実施例の曲面形状測定装置の全体構成図、第
３図は第２図の機構部の平面図である。
第２および第３図においては、11は基台10上で回転自在
に載置された回転ステージであり、下方に垂設された回
転軸12とパルスモータ13とがベルト14を介して連結さ
れ、パルスモータ13の駆動により所定角度ずつ回転する
ように構成されている。
に載置された回転ステージであり、下方に垂設された回
転軸12とパルスモータ13とがベルト14を介して連結さ
れ、パルスモータ13の駆動により所定角度ずつ回転する
ように構成されている。
この回転軸12には回転ステージ11の回転角を検出するた
めのロータリエンコーダ15が直結されている。
めのロータリエンコーダ15が直結されている。
このロータリエンコーダ15は、回転ステージ11の基準点
（図示せず）が基台10の他方側の所定位置（Ｘ軸方向）
に向ったことを示す０度信号と、回転ステージ11が所定
角度回転する毎のピッチパルスとを出力する。
（図示せず）が基台10の他方側の所定位置（Ｘ軸方向）
に向ったことを示す０度信号と、回転ステージ11が所定
角度回転する毎のピッチパルスとを出力する。
回転ステージ11の上面には、手動操作により前記基準点
と回転中心とを結ぶ線に沿って移動する微調ステージ16
が取付けられている。
と回転中心とを結ぶ線に沿って移動する微調ステージ16
が取付けられている。
この微調ステージ16上には被測定物保持装置17が取付け
られている。
られている。
この被測定物保持装置17は、微調ステージ16上に固定さ
れた固定部17aと、被測定物であるレンズの外周を保持
し、その測定面が微調ステージ16の移動方向に向いた状
態で固定部17aに挿着できる保持部17bとで構成されてい
る。
れた固定部17aと、被測定物であるレンズの外周を保持
し、その測定面が微調ステージ16の移動方向に向いた状
態で固定部17aに挿着できる保持部17bとで構成されてい
る。
基台10の他方側上面には、Ｘ軸方向に沿って移動するＸ
ステージ20が設けられており、このＸステージ20の回転
ステージ11寄りの上端部には、光変位センサ21が取付ら
れている。
ステージ20が設けられており、このＸステージ20の回転
ステージ11寄りの上端部には、光変位センサ21が取付ら
れている。
この光変位センサ21は、第４図に示すように半導体レー
ザを光源とする光ビームを測定面に照射してその反射光
を受光位置の変化に応じて変位信号lpを出力する。
ザを光源とする光ビームを測定面に照射してその反射光
を受光位置の変化に応じて変位信号lpを出力する。
なお、この光変位センサ21は、変位信号が零となる基準
照射点までの距離（以下、基準距離と記す）lrに対する
照射点の変位量を変位信号lpとして出力する。
照射点までの距離（以下、基準距離と記す）lrに対する
照射点の変位量を変位信号lpとして出力する。
22はＸステージ20のＸ軸上の位置データを出力する移動
検出センサであり、出力値lxを任意の値にプリセットす
ることが可能となっている。
検出センサであり、出力値lxを任意の値にプリセットす
ることが可能となっている。
なお、このＸステージ20は、光変位センサ21からの変位
出力lpの絶対値が所定範囲を越えようとすると、オート
フォーカス回路25の働きによりＸステージ20のモータ23
が駆動され、所定範囲に入る方向に常に移動制御され
る。
出力lpの絶対値が所定範囲を越えようとすると、オート
フォーカス回路25の働きによりＸステージ20のモータ23
が駆動され、所定範囲に入る方向に常に移動制御され
る。
したがって、回転ステージ11の回転中心から光変位セン
サ21の基準距離lrの位置までの距離Ｌを知ることができ
れば、この値Ｌを移動検出センサ22にプリセットするこ
とにより、回転ステージ11の回転中心から照射点までの
距離は２つの出力値lp、lxの和で表わされることにな
る。
サ21の基準距離lrの位置までの距離Ｌを知ることができ
れば、この値Ｌを移動検出センサ22にプリセットするこ
とにより、回転ステージ11の回転中心から照射点までの
距離は２つの出力値lp、lxの和で表わされることにな
る。
なお、26はロータリエンコーダ15からの出力信号を角度
データθとして出力する角度検出手段、27はパルスモー
タ13に対する駆動パルスを出力して回転ステージ11を制
御するコントローラである。
データθとして出力する角度検出手段、27はパルスモー
タ13に対する駆動パルスを出力して回転ステージ11を制
御するコントローラである。
データ処理部30は第１図に示す機能ブロックを有してい
る。
る。
このデータ処理部30は、半径値が高精度かつ既知な円柱
または球の基準ゲージをレンズの代りに被測定物保持装
置17に装着して、Ｘ軸の校正（前述のＬのプリセット）
および回転ステージ11の偏心による測定誤差を打消すた
めの偏心補正データを得るための校正モードと、実際の
被測定物であるレンズを装着してその曲面形状を測定す
る測定モードとを有しており、測定モードでは測定面の
設計形状が球面の場合の球面測定モードと放物面で近似
される場合の非球面測定モードとを切換えられるように
構成されている。
または球の基準ゲージをレンズの代りに被測定物保持装
置17に装着して、Ｘ軸の校正（前述のＬのプリセット）
および回転ステージ11の偏心による測定誤差を打消すた
めの偏心補正データを得るための校正モードと、実際の
被測定物であるレンズを装着してその曲面形状を測定す
る測定モードとを有しており、測定モードでは測定面の
設計形状が球面の場合の球面測定モードと放物面で近似
される場合の非球面測定モードとを切換えられるように
構成されている。
第１図において、31は光変位センサ21からの出力lpと移
動検出センサ22からの出力lxとを加算し、その加算デー
タｌを出力する加算手段、32は同時に入力される加算デ
ータｌと角度データθとを１つの測定データ（li、θ
ｉ）として記憶する測定データ記憶手段である（ｉは１
からサンプイング数までの値）。
動検出センサ22からの出力lxとを加算し、その加算デー
タｌを出力する加算手段、32は同時に入力される加算デ
ータｌと角度データθとを１つの測定データ（li、θ
ｉ）として記憶する測定データ記憶手段である（ｉは１
からサンプイング数までの値）。
33は、測定モードにおいて測定データを偏心データ記憶
手段34の偏心データで補正して出力し、校正モードでは
測定データをそのまま出力する偏心補正手段である。
手段34の偏心データで補正して出力し、校正モードでは
測定データをそのまま出力する偏心補正手段である。
35は、偏心補正手段33からのデータの移動平均を求める
移動平均演算手段である。
移動平均演算手段である。
この移動平均演算は角度が連続する2N−１個の距離デー
タの平均値を算出し、この平均値をＮ番目（中央）の距
離データと置換えるとにより、データの再現性の強い部
分を抽出するようにしている。
タの平均値を算出し、この平均値をＮ番目（中央）の距
離データと置換えるとにより、データの再現性の強い部
分を抽出するようにしている。
36は、非球面測定モードにおいて移動平均データ（曲座
標データ）を次式（１）、（２）によりＸ−Ｙ座標デー
タに変換する座標変換手段であり、他のモードでは移動
平均データを曲座標データのまま出力する。
標データ）を次式（１）、（２）によりＸ−Ｙ座標デー
タに変換する座標変換手段であり、他のモードでは移動
平均データを曲座標データのまま出力する。
xi＝li・sinθｉ ……（１） yi＝−li・cosθｉ＋|1/C| ……（２） （ただし|1/C|は放物面の近軸球面の半径） 37は座標変換手段36からのデータを記憶する処理データ
記憶手段である。
記憶手段である。
38は、測定面の曲率中心と回転ステージ11の回転中心と
のずれを見込んだ測定面の理論式と、処理データ記憶手
段37に記憶されたデータとに基づいて最小自乗法と逐次
近似を用い、球面測定モードでは回転ステージ11の回転
中心に対する測定面の曲率中心のＸ−Ｙ座標データ
（ａ、ｂ）とその曲率半径Ｒを算出し、校正モードでは
校正原器の曲率中心のＸ−Ｙ座標データ（ａ、ｂ）と、
Ｘステージが所定位置にあるときの回転ステージの回転
中心から光センサ21の基準照射点までの距離Ｌとを算出
する位置ずれ算出手段である。
のずれを見込んだ測定面の理論式と、処理データ記憶手
段37に記憶されたデータとに基づいて最小自乗法と逐次
近似を用い、球面測定モードでは回転ステージ11の回転
中心に対する測定面の曲率中心のＸ−Ｙ座標データ
（ａ、ｂ）とその曲率半径Ｒを算出し、校正モードでは
校正原器の曲率中心のＸ−Ｙ座標データ（ａ、ｂ）と、
Ｘステージが所定位置にあるときの回転ステージの回転
中心から光センサ21の基準照射点までの距離Ｌとを算出
する位置ずれ算出手段である。
また非球面測定モードでは、同様の方法により放物面頂
点座標（ｐ、ｑ）、軸の傾きα、近軸曲率半径Ｒ（＝|1
/C|）および近似展開係数（Ｋ、A4、A6、……、A8、
A10）を算出する。
点座標（ｐ、ｑ）、軸の傾きα、近軸曲率半径Ｒ（＝|1
/C|）および近似展開係数（Ｋ、A4、A6、……、A8、
A10）を算出する。
39は、球面測定モードにおいて処理データ記憶手段37に
記憶された曲座標のデータ（li、θｉ）を、位置ずれ算
出手段38で算出された座標（ａ、ｂ）分だけ補正して次
式（３）、（４）に示すようにＸ−Ｙ座標に変換し、こ
の座標データ（Xi、Yi）を極座標のデータと置換える位
置ずれ補正手段である。
記憶された曲座標のデータ（li、θｉ）を、位置ずれ算
出手段38で算出された座標（ａ、ｂ）分だけ補正して次
式（３）、（４）に示すようにＸ−Ｙ座標に変換し、こ
の座標データ（Xi、Yi）を極座標のデータと置換える位
置ずれ補正手段である。
Xi＝li・sinθｉ−ａ ……（３） Yi＝−li・cosθｉ−ｂ ……（４） この位置ずれ補正手段39は、非球面測定モードでは、位
置ずれ算出手段38で算出された頂点座標（ｐ、ｑ）およ
び軸の傾きαにより次式（５）、（６）のように位置ず
れの補正を行ない、得られた座標データ（Xi、Yi）を処
理データ記憶手段37のデータ（xi、yi）と置換える。
置ずれ算出手段38で算出された頂点座標（ｐ、ｑ）およ
び軸の傾きαにより次式（５）、（６）のように位置ず
れの補正を行ない、得られた座標データ（Xi、Yi）を処
理データ記憶手段37のデータ（xi、yi）と置換える。
Xi＝（xi−ｐ）cosα＋（yi−ｑ）sinα ……（５） Yi＝−（xi−ｐ）sinα＋（yi−ｑ）cosα ……（６） 40は、校正モードにおいて処理データ記憶手段37に記憶
された変位データ（li、θｉ）と位置ずれ算出手段38か
らのａ、ｂ、Ｌとにより、極率半径Rrに対する回転ステ
ージ11の偏心データを次式（７）のように算出する偏心
データ算出手段である。
された変位データ（li、θｉ）と位置ずれ算出手段38か
らのａ、ｂ、Ｌとにより、極率半径Rrに対する回転ステ
ージ11の偏心データを次式（７）のように算出する偏心
データ算出手段である。
算出された偏心データΔliは回転ステージ11の回転角度
θｉ毎に偏心データ記憶手段34に記憶される。
θｉ毎に偏心データ記憶手段34に記憶される。
41は、処理データ記憶手段37に記憶された座標データ
（Xi、Yi）の理論曲線に対する偏差あるいは最小自乗曲
線に対する偏差を評価データとして作成して表示装置42
に表示させる評価データ作成手段であり、球面測定モー
ドではそれぞれの評価についてＸまたはθに対する偏差
で表示することが可能で、非球面測定モードではＸに対
する偏差で表示することができる。
（Xi、Yi）の理論曲線に対する偏差あるいは最小自乗曲
線に対する偏差を評価データとして作成して表示装置42
に表示させる評価データ作成手段であり、球面測定モー
ドではそれぞれの評価についてＸまたはθに対する偏差
で表示することが可能で、非球面測定モードではＸに対
する偏差で表示することができる。
＜前記実施例の動作＞ 次に前記実施例の曲面形状測定装置の測定手順および動
作について説明する。
作について説明する。
始めに第５図に示すように円柱の校正原器50を、その曲
率中心Ｐと回転ステージ11の回転中心Ｑとがほぼ一致す
るように微調ステージ16（第５図では省略）上に載置す
る。
率中心Ｐと回転ステージ11の回転中心Ｑとがほぼ一致す
るように微調ステージ16（第５図では省略）上に載置す
る。
この校正原器50の曲率半径Rrはデータ処理部30に予め設
定されているものとし、回転ステージ11をθ＝０の位置
に停止させる。
定されているものとし、回転ステージ11をθ＝０の位置
に停止させる。
このとき光変位センサ21の出力lpが、所定範囲（例えば
±0.2μｍの範囲）となる位置までＸステージ20が移動
して停止する（オートフォーカス動作）。
±0.2μｍの範囲）となる位置までＸステージ20が移動
して停止する（オートフォーカス動作）。
ここでlpの値および移動検出センサ22の出力lxを零にプ
リセットして、校正モードによる測定を開始する。
リセットして、校正モードによる測定を開始する。
回転ステージ11は、コントローラ27からの駆動によりθ
＝−90を初期測定位置にしてθ＝＋90まで所定速度で回
転する。
＝−90を初期測定位置にしてθ＝＋90まで所定速度で回
転する。
このときロータリエンコーダ15から所定角度（例えば0.
5度）毎にピッチパルスが出力され、測定データ記憶手
段32には、θ＝０時における回転ステージ11の回転中心
Ｑから照射点までの距離Ｌに対する360個の変位データl
i（＝lp＋lx）が角度毎に記憶される。
5度）毎にピッチパルスが出力され、測定データ記憶手
段32には、θ＝０時における回転ステージ11の回転中心
Ｑから照射点までの距離Ｌに対する360個の変位データl
i（＝lp＋lx）が角度毎に記憶される。
この変位データは移動平均され、処理データ記憶手段37
に記憶される。
に記憶される。
位置ずれ算出手段38はこの変位データ（li、θｉ）から
回転ステージ11の回転中心に対する校正原器50の曲率中
心の位置（ａ、ｂ）とＬとを算出する。
回転ステージ11の回転中心に対する校正原器50の曲率中
心の位置（ａ、ｂ）とＬとを算出する。
この演算は始めに中心座標が（ａ、ｂ）の球面の理論式
を極座標で表わすと次式（８）のように示され、 最小自乗法を用いて、次式（９）が最小となるＬを求め
る。
を極座標で表わすと次式（８）のように示され、 最小自乗法を用いて、次式（９）が最小となるＬを求め
る。
Ｓ＝Σ〔（Ｌ＋li）−γ（θｉ）〕２ ……（９） （９）式を近似展開すると次式（10）のように示され
る。
る。
ここでa0、b0、L0の初期値を次式（11）、（12）のよう
に仮定して、 a0＝b0＝０ ……（11） L0＝Rr ……（12） （10）式および次式（13）よりΔａ、Δｂ、ΔＬを求め
る。
に仮定して、 a0＝b0＝０ ……（11） L0＝Rr ……（12） （10）式および次式（13）よりΔａ、Δｂ、ΔＬを求め
る。
求められたΔａ、Δｂ、ΔＬが所定の基準値Ｅより大き
い場合は、次式（14）のように初期値を更新して再びΔ
ａ、Δｂ、ΔＬを求める。
い場合は、次式（14）のように初期値を更新して再びΔ
ａ、Δｂ、ΔＬを求める。
a0＝a0＋Δa,b0＝b0＋Δb,L0＝L0＋ΔＬ ……（14） 以下、Δａ、Δｂ、ΔＬが基準値Ｅより小さくなるまで
上記の逐次近似演算を繰返して行ない、基準値Ｅより小
さくなったΔａ、Δｂ、ΔＬを用いて、ａ、ｂ、Ｌを次
式（15）のように算出する。
上記の逐次近似演算を繰返して行ない、基準値Ｅより小
さくなったΔａ、Δｂ、ΔＬを用いて、ａ、ｂ、Ｌを次
式（15）のように算出する。
ａ＝a0＋Δa,b＝b0＋Δb,L＝L0＋ΔＬ ……（15） もし算出されたａ、ｂ、Ｌが例えば0.1mm以上の場合
は、近似による誤差が大きくなるので、微調ステージ16
を手動調整して中心位置を近づけ前記測定を再度行な
う。
は、近似による誤差が大きくなるので、微調ステージ16
を手動調整して中心位置を近づけ前記測定を再度行な
う。
以上のようにして算出されたＬの値を、回転ステージ11
をθ＝０の位置に戻しlp＝０にプリセットした状態で移
動検出センサ22にプリセットすれば、以後の測定でlp＋
lxの値は、回転中心Ｑから照射点位置までの距離を示す
ことになる。
をθ＝０の位置に戻しlp＝０にプリセットした状態で移
動検出センサ22にプリセットすれば、以後の測定でlp＋
lxの値は、回転中心Ｑから照射点位置までの距離を示す
ことになる。
処理データ記憶手段37に記憶された変位データ（li、θ
ｉ）と算出されたａ、ｂ、Ｌの値から、回転ステージ11
の偏心データΔliが前述の式（７）で算出され、偏心デ
ータ記憶手段34に記憶される。
ｉ）と算出されたａ、ｂ、Ｌの値から、回転ステージ11
の偏心データΔliが前述の式（７）で算出され、偏心デ
ータ記憶手段34に記憶される。
以上により校正が終了し、校正原器50の代りに被測定物
保持装置17を微調ステージ16上に取付けてレンズを装着
する。
保持装置17を微調ステージ16上に取付けてレンズを装着
する。
測定モードにおいても、回転ステージ11の動作は同様で
θ＝−90からθ＝＋90まで回転し、回転ステージ11の回
転中心Ｑから照射点まで距離データliがその回転角度θ
ｉとともに測定データとして記憶され、偏心補正（li−
Δli）されたデータは移動平均される。
θ＝−90からθ＝＋90まで回転し、回転ステージ11の回
転中心Ｑから照射点まで距離データliがその回転角度θ
ｉとともに測定データとして記憶され、偏心補正（li−
Δli）されたデータは移動平均される。
測定されるレンズの理論曲線が球面の場合は、極座標の
まま処理データ記憶手段37に記憶され、位置ずれ算出手
段38による球面測定モードの処理がなされる。
まま処理データ記憶手段37に記憶され、位置ずれ算出手
段38による球面測定モードの処理がなされる。
即ち、前述（８）で示された球面の理論式に対して今度
は次式（16）が最小となるａ、ｂ、Ｒを求めることにな
る。
は次式（16）が最小となるａ、ｂ、Ｒを求めることにな
る。
Ｓ＝Σ［li＝γ（θｉ）］２ ……（16） この式（16）を近似展開すると次式（17）となる。
Ｓ＝Σ（D1・Δａ＋D2・Δｂ＋D3・ΔＲ＋D4）２ ……
（17） ここでΔａ、Δｂ、ΔＲが最小となる条件は次式（18）
で表わされ、 a0、b0、R0の初期値を次式（19）、（20）のように仮定
して、 a0＝b0＝０ ……（19） R0＝Rm（理論値） ……（20） （18）式よりΔａ、Δｂ、ΔＲを求める。
（17） ここでΔａ、Δｂ、ΔＲが最小となる条件は次式（18）
で表わされ、 a0、b0、R0の初期値を次式（19）、（20）のように仮定
して、 a0＝b0＝０ ……（19） R0＝Rm（理論値） ……（20） （18）式よりΔａ、Δｂ、ΔＲを求める。
後の処理は前述の式（14）〜式（15）の演算処理と同様
であり説明を省略する。
であり説明を省略する。
以上のようにして算出されたａ、ｂの値および測定デー
タ（li、θｉ）は前式（３）、（４）による位置ずれ補
正がなされ、そのＸ−Ｙ座標データが処理データ記憶手
段37に記憶される。
タ（li、θｉ）は前式（３）、（４）による位置ずれ補
正がなされ、そのＸ−Ｙ座標データが処理データ記憶手
段37に記憶される。
この座標データは第６図のＦに示す曲線となるが、評価
データ作成手段40で理論曲線Ｇ（X2＋Y2＝Rm2）からの
偏差をＸ−Ｙ座標で示すように設定すると、その誤差
（Ｙ）が次式（21）で求められ、第７図のように表示さ
れる。
データ作成手段40で理論曲線Ｇ（X2＋Y2＝Rm2）からの
偏差をＸ−Ｙ座標で示すように設定すると、その誤差
（Ｙ）が次式（21）で求められ、第７図のように表示さ
れる。
また、曲座標で示すように設定すると、その偏差（Ｒ）
は次式（22）、（23）で求められ、第８図に示すように
表示される。
は次式（22）、（23）で求められ、第８図に示すように
表示される。
θｉ＝−tan-1（Xi/Yi） ……（23） また上式（21）、（22）で曲率半径の理論値Rmの代りに
位置ずれ算出手段38で得られた曲率半径Ｒを用いれば、
最小自乗曲線Ｈ（第６図参照）に対する偏差（Ｘ）、
（Ｒ）のデータが表示できる（図示せず）。
位置ずれ算出手段38で得られた曲率半径Ｒを用いれば、
最小自乗曲線Ｈ（第６図参照）に対する偏差（Ｘ）、
（Ｒ）のデータが表示できる（図示せず）。
測定者はこれらの表示を確認しながら、被測定物である
レンズの曲面形状の評価を用意に行なうことができ、例
えば第７図や第８図の表示で偏差曲線がＸ軸あるいはθ
軸に近い程測定面が設計仕様に近いことが確認できる。
レンズの曲面形状の評価を用意に行なうことができ、例
えば第７図や第８図の表示で偏差曲線がＸ軸あるいはθ
軸に近い程測定面が設計仕様に近いことが確認できる。
一方測定されたレンズの理論曲線が非球面の場合は、移
動平均されたデータがＸ−Ｙ座標のデータに変換されて
処理データが記憶手段37に記憶され（前式（１）、
（２））、位置ずれ算出手段38による非球面測定モード
の処理がなされる。
動平均されたデータがＸ−Ｙ座標のデータに変換されて
処理データが記憶手段37に記憶され（前式（１）、
（２））、位置ずれ算出手段38による非球面測定モード
の処理がなされる。
即ち、非球面の理論式は、 で近似表示されるが、その頂点座標が原点に対して
（ｐ、ｑ）だけずれ、軸がＹ軸に対してα傾いた場合の
理論式は次式（25）のように示される。
（ｐ、ｑ）だけずれ、軸がＹ軸に対してα傾いた場合の
理論式は次式（25）のように示される。
−（ｘ−ｐ）sinα＋（ｙ−ｑ）cosα ＝ｆ（（ｘ−ｐ）cosα＋（ｙ−ｑ）sinα）……（25） 最小自乗法を用いて、 Ｓ＝Σ［ｆ（（xi−ｐ）cosα＋（yi−ｑ）sinα −｛−（xi−ｐ）sinα＋（yi−ｑ）cosα｝］２ ……
（26） ここで前記同様に式（26）の右辺を近似展開し、Ｓが最
小となるようなｐ、ｑ、α、Ｃおよび近似展開係数
（Ｋ、A4〜A10）を逐次近似によって求める（式省
略）。
（26） ここで前記同様に式（26）の右辺を近似展開し、Ｓが最
小となるようなｐ、ｑ、α、Ｃおよび近似展開係数
（Ｋ、A4〜A10）を逐次近似によって求める（式省
略）。
この演算処理で求められた頂点座標（ｐ、ｑ）およびα
を用いて前式（５）、（６）に代入することによりこの
非球面の位置ずれが補正され、処理データ記憶手段37に
記憶される。
を用いて前式（５）、（６）に代入することによりこの
非球面の位置ずれが補正され、処理データ記憶手段37に
記憶される。
この座標データは第９図のＪに示す曲線となるが、前記
同様に理論曲線Ｕからの偏差（Ｙ）を表示するように設
定すると、その偏差（Ｙ）が次式（27）で求められ、第
10図に示すように表示される。
同様に理論曲線Ｕからの偏差（Ｙ）を表示するように設
定すると、その偏差（Ｙ）が次式（27）で求められ、第
10図に示すように表示される。
ただし、Cu、Ｋ、U4〜U10は理論曲線の展開係数であ
る。
る。
上式（27）でCu、ＫおよびU4〜U10の代りに、位置ずれ
算出手段38で得られたCu、Ｋおよび展開係数A4〜A10を
用いれば最小自乗曲線Ｔ（第９図参照）からの偏差
（Ｙ）が求められ、その偏差（Ｙ）は第11図のように表
示されることになり、被測定物の曲率中心と回転ステー
ジ11の回転中心ずれがあっても、その曲面形状の評価を
正確にかつ容易に行なうことができる。
算出手段38で得られたCu、Ｋおよび展開係数A4〜A10を
用いれば最小自乗曲線Ｔ（第９図参照）からの偏差
（Ｙ）が求められ、その偏差（Ｙ）は第11図のように表
示されることになり、被測定物の曲率中心と回転ステー
ジ11の回転中心ずれがあっても、その曲面形状の評価を
正確にかつ容易に行なうことができる。
＜本発明の他の実施例＞ なお、前記実施例では光変位センサ21側に突出する凸型
のレンズの曲面形状を測定する場合について説明した
が、凹型の曲面についても球面、非球面にかかわらず全
く同様に測定できることは勿論であり、レンズ以外の被
測定物についても測定可能である。
のレンズの曲面形状を測定する場合について説明した
が、凹型の曲面についても球面、非球面にかかわらず全
く同様に測定できることは勿論であり、レンズ以外の被
測定物についても測定可能である。
また、前記実施例では回転ステージ11の回転中心に対す
る被測定物の曲率中心の位置を手動で動かすための微調
ステージ16を設けていたが、被測定物の曲率中心を回転
中心に合わせやすい場合には、微調ステージ16を省略し
て、データ処理部30の位置ずれ補正だけでデータの補正
を行なうようにしても高制度な測定が可能である。
る被測定物の曲率中心の位置を手動で動かすための微調
ステージ16を設けていたが、被測定物の曲率中心を回転
中心に合わせやすい場合には、微調ステージ16を省略し
て、データ処理部30の位置ずれ補正だけでデータの補正
を行なうようにしても高制度な測定が可能である。
また、前記実施例では、Ｘステージ20をオートフォーカ
ス回路25により自動制御していたが、光変位センサ21の
測定範囲に比べて、被測定物の回転ステージ11に対する
位置ずれや球面誤差の少ない場合には、光変位センサ21
を所定位置で停止させた状態で測定を行なうこともでき
る。
ス回路25により自動制御していたが、光変位センサ21の
測定範囲に比べて、被測定物の回転ステージ11に対する
位置ずれや球面誤差の少ない場合には、光変位センサ21
を所定位置で停止させた状態で測定を行なうこともでき
る。
また、前記実施例では、位置ずれ補正されたデータを理
論曲線あるいは最小自乗曲線からの偏差データにして表
示し、曲面の評価を行なうようにしていたが、この評価
方法は任意であり、前記実施例に限定されるものではな
い。
論曲線あるいは最小自乗曲線からの偏差データにして表
示し、曲面の評価を行なうようにしていたが、この評価
方法は任意であり、前記実施例に限定されるものではな
い。
＜発明の効果＞ 本発明の曲面形状測定装置は前記説明のように、測定さ
れた所定角度毎の距離データから、回転中心に対する測
定面の位置ずれ量を算出して距離データを補正するよう
にしているため、被測定物の回転ステージに対するセッ
ティングを厳密にする必要がなく、高精度な測定を格段
に容易にかつ高速に行なうことができる。
れた所定角度毎の距離データから、回転中心に対する測
定面の位置ずれ量を算出して距離データを補正するよう
にしているため、被測定物の回転ステージに対するセッ
ティングを厳密にする必要がなく、高精度な測定を格段
に容易にかつ高速に行なうことができる。
第１図は本発明の一実施例の要部を示す機能ブロック
図、第２図は一実施例の全体構成図、第３図は、一実施
例の機構部の平面図である。 第４図は光変位センサの測定面に対する受光位置の変化
を説明する図、第５図は校正原器の測定状態を示す機構
部の概略平面図である。 第６図は球面レンズを測定して得られた曲面のデータを
Ｘ−Ｙ座標に示した図、第７図は第６図のデータを理論
回線からの偏差としてＸ−Ｙ平面に表示した図、第８図
は第６図のデータを理論曲線からの偏差としてＲ−θ平
面に表示した図である。 第９図は非球面レンズを測定して得られた曲面のデータ
をＸ−Ｙ座標に示した図、第10図は第９図のデータを理
論曲線からの偏差としてＸ−Ｙ平面に示した図、第11図
は、第９図のデータを最小自乗曲線からの偏差としてＸ
−Ｙ平面に示した図である。 11……回転ステージ、15……ロータリエンコーダ、16…
…微調ステージ、17……被測定物保持装置、20……Ｘス
テージ、21……光変位センサ、22……移動検出センサ、
25……オートフォーカス回路、26……角度検出手段、30
……データ処理部、31……加算手段、33……偏心補正手
段、34……偏心データ記憶手段、35……移動平均手段、
36……座標変換手段、38……位置ずれ算出手段、39……
位置ずれ補正手段、40……偏心データ算出手段。
図、第２図は一実施例の全体構成図、第３図は、一実施
例の機構部の平面図である。 第４図は光変位センサの測定面に対する受光位置の変化
を説明する図、第５図は校正原器の測定状態を示す機構
部の概略平面図である。 第６図は球面レンズを測定して得られた曲面のデータを
Ｘ−Ｙ座標に示した図、第７図は第６図のデータを理論
回線からの偏差としてＸ−Ｙ平面に表示した図、第８図
は第６図のデータを理論曲線からの偏差としてＲ−θ平
面に表示した図である。 第９図は非球面レンズを測定して得られた曲面のデータ
をＸ−Ｙ座標に示した図、第10図は第９図のデータを理
論曲線からの偏差としてＸ−Ｙ平面に示した図、第11図
は、第９図のデータを最小自乗曲線からの偏差としてＸ
−Ｙ平面に示した図である。 11……回転ステージ、15……ロータリエンコーダ、16…
…微調ステージ、17……被測定物保持装置、20……Ｘス
テージ、21……光変位センサ、22……移動検出センサ、
25……オートフォーカス回路、26……角度検出手段、30
……データ処理部、31……加算手段、33……偏心補正手
段、34……偏心データ記憶手段、35……移動平均手段、
36……座標変換手段、38……位置ずれ算出手段、39……
位置ずれ補正手段、40……偏心データ算出手段。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−223515（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−75904（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−168410（ＪＰ，Ｕ)
Claims (1)
- 【請求項１】基台と、 所定の回転軸をもって前記基台に回転自在に取り付けら
れ、物品をその測定面が前記回転軸の側方を向いた状態
に保持する保持機構を有し、該保持機構で保持した物品
を、前記回転軸と直交する平面に沿って回転させる回転
ステージと、 前記回転ステージの回転角度を検出する角度検出手段
と、 前記回転ステージの外側の前記基台上に配置され、該回
転ステージの回転軸に直交する方向に移動自在に形成さ
れたＸステージと、 前記Ｘステージに支持され、前記回転ステージ方向に光
ビームを出力して該回転ステージに保持された物品の測
定面に光ビームを照射し、その反射光の受光位置の変化
を検出して、所定の基準照射点から前記測定面に照射さ
れた光ビームの照射点までの距離に対応した信号を出力
する光変位センサと、 前記基台に対する前記Ｘステージの位置に対応した信号
を出力する移動検出手段と、 前記光変位センサの出力と移動検出手段の出力とから、
照射点の位置を算出する照射点位置算出手段と、 測定面の曲率半径が既知な校正原器を前記回転ステージ
に保持させた状態で、該回転ステージを回転したときに
得られる前記照射点位置算出手段の所定角度毎の出力値
と、前記校正原器の測定面の理論式とに基づいて、前記
Ｘステージが所定位置にあるときの前記光変位センサの
基準照射点から前記回転ステージの回転中心までの距離
を校正値として求め、前記照射点位置算出手段の出力値
が、前記回転ステージの回転中心から前記光変位センサ
の照射点までの距離を表すように、前記Ｘステージが前
記所定位置にあるときの前記移動検出手段の出力値を前
記校正値にプリセットする校正手段と、 前記校正手段によって前記Ｘステージが前記所定位置に
あるときの前記移動検出手段の出力値が前記校正値にプ
リセットされた状態で、前記校正原器に代えて被測定物
を前記回転ステージに保持して該回転ステージを回転し
たときに、前記照射点位置算出手段から得られる照射点
の前記回転中心を原点とする所定角度毎の距離データ
と、前記被測定物の曲率中心との位置ずれを見込んだ理
論式とに基づいて、該位置ずれ量を算出する測定用位置
ずれ算出手段と、 前記測定用位置ずれ算出手段によって算出された位置ず
れ量により、前記所定角度毎の距離データを補正する位
置ずれ補正手段とを備えた曲面形状測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1123279A JPH07117386B2 (ja) | 1989-05-17 | 1989-05-17 | 曲面形状測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1123279A JPH07117386B2 (ja) | 1989-05-17 | 1989-05-17 | 曲面形状測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02302607A JPH02302607A (ja) | 1990-12-14 |
| JPH07117386B2 true JPH07117386B2 (ja) | 1995-12-18 |
Family
ID=14856636
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1123279A Expired - Lifetime JPH07117386B2 (ja) | 1989-05-17 | 1989-05-17 | 曲面形状測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07117386B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102147238B (zh) * | 2011-03-04 | 2012-06-20 | 常州工学院 | 凸轮轮廓检测装置 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62168410U (ja) * | 1986-03-26 | 1987-10-26 | ||
| JPS63223515A (ja) * | 1987-03-13 | 1988-09-19 | Canon Inc | 面形状測定装置 |
| JPH0619251B2 (ja) * | 1987-09-17 | 1994-03-16 | 日本碍子株式会社 | 多数の円筒面により構成された物品の外形状測定方法 |
-
1989
- 1989-05-17 JP JP1123279A patent/JPH07117386B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02302607A (ja) | 1990-12-14 |
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