JPH07122570B2 - 面形状測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は、面形状測定装置に関し、特に非球面レンズ等
の非球面形状を高速且つ高精度に測定する面形状測定装
置に関する。

とりわけ、本発明は光プローブ等の非接触プローブを被
検面に投射して被検面からの反射光の検知センサ上への
投射状態にもとづいて被検面の形状を測定する際に好適
である。

〔従来技術〕

従来、被球面レンズ等の面形状測定方法としては、被測
定物をＸ−Ｙ座標系で移動せしめ、接触式プローブによ
り被測定物表面を走査し、プローブの移動量により被測
定物の形状を求める方法が一般に行われていた。

一方、非接触式プローブによる面形状測定法としては、
特開昭61−17907号公報，特開昭61−17908号公報に示さ
れる様に、合焦状態判別光学系と、この光学系を被測定
物の被検面にフオーカシングせしめる移動手段を設け、
この移動手段の移動量から被測定物の面形状を測定する
方法がある。

上述の接触式プローブを用い、被測定物をＸ−Ｙ座標系
で移動し走査する場合、被測定物が開角の大きいレンズ
等である時は、プローブの走査による被測定物表面の傾
き角が大きい為に測定が困難になっていた。又、測長の
ストロークを大きくとらなければならないという問題点
も生じていた。また接触式プローブで被測定物を走査し
たとき、被測定物に傷が付くという問答点があった。

光プローブ等の非接触式プローブを使用する方法は、上
述の接触式プローブを使用する方法による被測定物の損
傷を防ぐことが出来、この種の測定方法として極めて有
用である。

この種の非接触式プローブを使用した測定装置は、合焦
状態判別光学系として所謂OFF−AXISのオートフオーカ
ス方式を利用している。この方式によれば、レーザ光等
の光プローブを被検面に斜入射せしめ、被検面の位置
（光学系の焦点位置からの光軸方向のずれ量）により変
化する反射光の検知センサ上への投射位置にもとづいて
オートフオーカス信号を得ている。

しかしながら、従来の測定装置では、光プローブの被検
面上での走査方向と上述の被検面からの反射光のずれ方
向が一致していた為、被検面に光学系の光軸に対して傾
斜した箇所があると被検面の位置情報にこの傾斜角度の
情報が混入した状態で反射光が検知センサに入射するこ
とになる。

従って、精度良くオートフオーカス信号を得ることが出
来ず、結果的に被測定物体の面形状を正確に測定するこ
とが困難であった。

〔発明の概要〕

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたもので、
被検面の傾斜の影響を受けることなく、常に精度良く合
焦状態の判別を行うことが出来、正確な面形状の測定を
行うことが可能な面形状測定装置を提供することを目的
としている。

上記目的を達成する為に、本発明に係る面形状測定装置
は、被検面としての非球面レンズ面を照射光束に対して
該非球面レンズ面の曲率中心を通る軸を概略回転中心と
して相対的に回転させることにより光束走査を実行する
手段と前記非球面レンズ面からの反射光のずれより合焦
状態の判別を行なう判別手段と前記合焦状態に基づいて
非球面レンズ面の形状を測定する測定手段とを有し、前
記非球面レンズ面の径方向と前記非球面レンズ面からの
反射光の前記合焦状態に起因するずれ方向とを大略直交
させたことを特徴とする。

本発明の更なる特徴は下記実施例から明らかになるであ
ろう。

〔実施例〕

第１図は本発明に係る測定装置の一実施例を示し、球面
レンズおよび非球面レンズの形状測定装置を示す概略構
成図である。

第１図において、旋回軸受２およびエンコーダ３および
不図示の旋回モータが定磐１に固着されている。旋回軸
受２と、レンズの曲率中心と旋回軸21とを一致させる為
のＲ合せガイド６に固着された旋回軸21との間は空気静
圧軸受方式により構成される。また、定盤１に固着され
た旋回ガイド４と、Ｒ合せガイド６に固着された旋回ス
ライド５との間も空気静圧案内方式により構成される。
旋回軸21は不図示のスチールベルトによって不図示の旋
回モータに接続される。以上のより、Ｒ合せガイド６を
旋回軸21のまわりに回転させる旋回駆動機構が構成され
る。

割出軸受８および割出モータ９がＲ合せスライド７に固
着され、割出軸受８と割出軸22との間が空気静圧軸受方
式で構成される。非球面レンズ等の被測定物30は、その
光軸が割出軸22と一致するように不図示のチヤツク割出
軸22により固着される。以上により、被測定物30をその
光軸のまわりに回転させる為の被測定物30の割出機構を
構成する。

Ｒ合せガイド６とＲ合せスライド７との間は空気静圧案
内方式で構成され、Ｒ合せガイド６に対して、Ｒ合せス
ライド７を摺動することにより、被測定物30の曲率中心
を旋回軸21に一致せしめる為のＲ合せ機構を構成する。
定盤１に固着された粗動ガイド10と粗動スライド11との
間は、空気静圧案内方式で構成される。粗動ガイド10に
固着された粗動モータ12と粗動スライド11とは、回転直
進変換機構であるところのボールネジまたは台形ねじ等
によるねじ12′により連結される。粗動スライド11に固
着された粗動格子スケール13と粗動ガイド10に固着され
た格子ピツチ読取装置14とにより、粗動スライド11の移
動量を測定する。

粗動スライド11に固着された微動ガイド15と微動スライ
ド16との間は空気静圧案内方式で構成される。リニアモ
ータで構成される微動モータ17は粗動スライド11に固着
され、そのスライド部を微動ガイド15を嵌通させて微動
スライド16に固着する。

オートフオーカス顕微鏡20が微動スライド16に固着さ
れ、オートフオーカス顕微鏡20に固着された微動格子ス
ケール18と、粗動スライド11に固着された格子ピツチ読
取装置19とになり、オートフオーカス顕微鏡20の移動量
を測定する。さらに定盤１は不図示の徐振台に固着され
外部振動の影響を除去している。

第２図はオートフオーカス顕微鏡20の内部構成を示す概
略構成図であり、特開昭61−17907号公報で本件出願人
が開示した三次元形状測定系と同一のものである。

従って、ここで詳細な説明は省略し、この光学系の機能
を簡単に述べることにする。

第２図に示すオートフオーカス顕微鏡20では、合焦状態
判別光学系42による被測定物30の対物レンズ41に対する
合焦状態を検出し、その合焦状態により微動モータ17を
駆動し、オートフオーカス顕微鏡20を移動せしめること
により、常時、被測定物30の表面と対物レンズ41の光軸
とが交わる点、即ち被測定点に対物レンズ41の焦点位置
をロツクする様なオートフオーカシング機構を備える。
又、同時に傾斜角測定光学系43により被測定点における
被測定物30の表面の傾斜角を測定する。このときの傾斜
角は旋回軸21の回りに矢印（θ）で示される旋回方向へ
の傾斜角として測定される。

本実施例によれば、合焦状態判別光学系42による被測定
物30の被検面への光プローブの投射を、光プローブの中
心光線が光軸に対して傾く様な状態で入射、即ち被検面
へ斜入射させている。この傾きは第２図の紙面内で生じ
ており、被検面からの反射ビームの被測定点の合焦状態
に起因するずれ方向は紙面内に存する。

一方、被測定物30は旋回軸21の回りに旋回させられる
為、光プローブは被測定物30の被検面上を紙面と直交す
る方向（即ちレンズ面の径方向）に走査されることにな
る。

球面又は非球面レンズ等の被測定物30は、その周方向に
沿った形状は一定であり、被検面上の被測定点に於いて
第２図に示す旋回方向と直交する方向の傾斜角は零と見
なされる。

従って、第２図に示す様に、合焦状態判別光学系42の反
射ビームの被測定点の合焦状態に起因するずれ方向と被
測定物30の旋回方向（即ちレンズ面の径方向）とを大略
直交、望ましくは90±20゜の関係になる様に構成するこ
とにより、被測定物30の被検面の傾斜による反射ビーム
の微小なずれや傾斜角測定用ビームとの干渉を無くすこ
とが出来、合焦状態判別光学系42が被検面の光軸方向の
高さ（位置）を正確に検知し得る。従って、合焦状態判
別の精度を格段に向上させることが出来る。

尚、第２図に於いて、合焦状態判別光学系42において、
80は光源であり、100はコリメーターレンズであり、120
はナイフエッジであり、140は偏光ビームスプリツター
であり、160はハーフミラーであり、180は1/4波長板で
あり、241は対物レンズであり、220はバンドパスフイル
ターであり、240はレンズであり、244は光学的センサで
ある。

傾斜角測定光学系43において、280は光源であり、300及
び320はレンズであり、340は偏光ビームスプリツターで
あり、360はバンドバスフイルターであり、45は光学的
センサである。尚、この光学系43においてはハーフミラ
ー160、1/4波長板180及び対物レンズ41は光学系42と共
用されている。

第３図に第１図及び第２図に示す測定装置の制御系ブロ
ツク図を示す。オートフオーカス顕微鏡20の内部に設置
された合焦状態判別光学系42のセンサ44の出力信号が、
合焦状態検出器50に入力されて第４図に示す合焦状態信
号と光量信号とに処理される（特開昭61−017907号公報
参照）。つまり、被測定物30の被検面上の被測定点が第
２図における対物レンズ41の焦点位置にあるときの合焦
状態信号は第４図のａ点となり、被検面上の被測定点の
対物レンズ41の焦点位置からのずれに従い、ａ点近傍に
おいて合焦状態信号はリニアに変化する。そのとき、セ
ンサ44で受光される光の総量を示す光量信号は第４図下
側に示す様な変化を呈する。依って、第４図から解る様
に、センサ44で受光される光の光量レベルの、ある値以
上をもって合焦状態検出可能領域が決定される。

合焦状態検出器50により生成された合焦状態信号および
光量信号はサーボドライバ52および制御コンピユータ60
に入力される。さらに、サーボドライバ52の出力は微動
モータ17に接続され、微動スライド16,オートフオーカ
ス顕微鏡20,被測定物30,合焦状態検出器50,サーボドラ
イバ52,微動モータ17によりオートフオーカシングサー
ボ機構ループが形成される。

オートフオーカス顕微鏡20の内部に設置された傾斜角測
定光学系43のセンサ45の出力信号が傾斜角検出器51に入
力され、被測定点の旋回方向への傾斜角として処理され
る（特開昭61−017907号公報参照）。さらに、傾斜角検
出器51によって処理された傾斜角信号は制御コンピユー
タ60に入力される。

格子ピツチ読取装置19の出力信号は、微動スライド移動
量検出器53に入力され微動スライド16の移動量として信
号処理される。さらに、微動スライド16の移動量はサー
ボドライバ52および制御コンピユータ60に入力される。
このとき、微動スライド16,微動格子スケール18,格子ピ
ツチ読取装置19,微動スライド移動量検出器53,サーボド
ライバ52,微動モータ17によりオートフオーカス顕微鏡2
0の位置決めサーボ機構ループが形成される。

制御コンピユータ60からの指令により、粗動モータドラ
イバ54が駆動され、粗動モータドライバ54に接続された
粗動モータ12が回転することにより、ねじ12′により連
結された粗動スライド11が移動する。

粗動ガイド10に固着された格子ピツチ読取装置14の、粗
動格子スケール13の目盛を読取った出力信号は粗動スラ
イド移動量検出器55に入力され、粗動スライド11の移動
量として信号処理され制御コンピユータ60に入力され
る。

制御コンピユータ60からの指令により、旋回軸モータド
ライバ56が駆動され、旋回軸モータドライバ56に接続さ
れた不図示の旋回モータが回転する。このとき不図示の
スチールベルトにより旋回モータに接続された旋回軸21
が回転し、被測定物30が旋回軸21を中心に旋回される。

エンコーダ３からの信号は旋回角検出器57に入力され、
旋回軸21の回転角、つまり被測定物30の旋回軸21を中心
とする旋回角θとして信号処理され、制御コンピユータ
60に入力される。

制御コンピユータ60からの指令により、割出軸モータド
ライバ58が駆動され、割出軸モータドライバ58に接続さ
れた割出軸モータ９が回転する。これにより、被測定物
30が割出軸を中心に一定角度回転し、被測定断面の割出
が行われる。

操作盤59には、不図示の合焦状態表示，光量表示，傾斜
角表示，微動スライド移動量表示，粗動スライド移動量
表示，旋回角表示等の各表示、およびオートフオーカシ
ングサーボ機構とオートフオーカス顕微鏡位置決めサー
ボ機構との切替えスイツチ，微動スライド駆動スイツ
チ，粗動スライド駆動スイツチ，旋回軸駆動スイツチ，
割出軸駆動スイツチ，測定開始／停止スイツチ等の各制
御スイツチを備え、制御コンピユータ60と接続すること
により、マン・マシンインターフエイスが行われる。

制御コンプユータ60はデータ処理コンピユータ61と接続
され、制御コンピユータ60から出力される被測定物30の
合焦状態，傾斜角および微動スライド移動量，粗動スラ
イド移動量，旋回角の各測定データがデータ処理コンピ
ユータ61に入力される。さらに、データ処理コンピユー
タ61から出力される測定旋回範囲，測定点数，旋回スピ
ード等被測定物30に対する測定条件データが制御コンピ
ユータ60に入力される。

データ処理コンピユータ61により入力された上述の各測
定データは、被測定物30の被検面の形状データに処理変
換され、デイスク62,プロツタ63,プリンタ64等に出力さ
れる。

次に本実施例における、非球面レンズの形状側定法につ
き以下説明する。

第５図は本発明方法の一実施例を示す為の説明図で、測
定機構部と制御部とをブロツク図の形態で示した。

第５図の測定機構部は、第１図を上から見た上面図であ
る。本測定装置は第５図に示すように、上述のオートフ
オーカシングサーボ機構により、被測定物30の被測定点
に対物レンズ41の焦点位置をロツクし、被測定物30の曲
率中心（旋回軸21）のまわりに被測定物30を旋回して、
被測定物30の稜線を走査し、旋回角θおよび旋回軸21か
ら被測定点までの距離ｒにより、被測定物30の断面形状
を測定する極座標ｒ−θ方式による測定装置である。さ
らに割出軸22のまわりに被測定物30を回転して多断面測
定を行い、被測定物30の表面形状の測定を行っている。

まず、微動ガイド15と微動スライド16との間に設けられ
た不図示の近接センサの動作位置に微動スライド16をお
き、微動スライド移動量検出器53の出力を０にリセツト
する。また、第１図に示す粗動ガイド10と粗動スライド
11との間に設けられた不図示の近接センサの動作位置に
粗動スライド11をおき、この状態での対物レンズ41の焦
点位置と旋回軸21との距離が微動スライド移動量検出器
53の出力と粗動スライド移動量検出器55の出力との和に
等しくなるように粗動スライド移動量検出器55の出力を
プリセツトする。つまり、対物レンズ41の焦点位置が旋
回軸21と一致する状態における微動スライド移動量検出
器53の出力と粗動スライド検出器55の出力との和が０と
なるようにキヤリブレーシヨンされたことになる。

次に被測定物30の軸、即ちレンズの光軸と割出軸22が一
致するように、被測定物30を不図示のチヤツク機構によ
り割出軸22に固着する。

次に微動スライド移動量検出器53の出力と、粗動スライ
ド移動量検出器55の出力との和が被測定物30の曲率半径
Ｒ（設計値）となるように、粗動スライド11および微動
スライド16を駆動する。このとき微動スライド16は位置
決めサーボ機構で駆動されているものとする。次に、Ｒ
合せスライド７を駆動し、第４図に示されるオートフオ
ーカス顕微鏡20の合焦状態検出可能領域まで、オートフ
オーカス顕微鏡20に被測定物30の被測定面を接近させ
る。この状態において、位置決めサーボ機構ループから
オートフオーカシングサーボ機構ループへの切替えを行
う。これにより、被測定点が対物レンズ41の略焦点位置
にロツクされたことになる。ここで微動スライド移動量
検出器53の出力と粗動スライド移動量検出器55の出力と
の和が被測定物30の曲率半径ＲとなるようにＲ合せスラ
イド７を微調整駆動する。

以上述べた様な方法で、測定原点をレンズ等の被測定物
30の曲率中心とし、この曲率中心上の原点に対してＲ−
θ座標系を形成するべく被測定物30とオートフオーカス
顕微鏡20をプリセツトすることにより、従来のＸ−Ｙ座
標系にもとづく測定方式の如く被測定物30の肉厚等を考
慮することなく、被測定物30の曲率中心と旋回軸21とを
容易に一致させることが出来る。

又、オートフオーカス顕微鏡20の光プローブは、被測定
物30の被検曲面を旋回走査して被検面の凸凹を検知する
為、光プローブのストロークは非球面のベース曲面（曲
率半径Ｒ）からのずれ量分だけとなり、測長ストローク
の短縮化を図ることが出来る。

又、測定装置の各機能も簡便な構成で済み、駆動機構の
移動量も小さい為に小型の測定装置となっている。

ここで、オートフオーカス顕微鏡20の位置決めサーボ機
構ループから、オートフオーカシングサーボ機構ループ
への切替え過程について詳述する。被測定物30の被検面
上の被測定点が対物レンズ41の焦点位置にあるときは、
被測定点からの反射ビームは合焦状態判別光学系42のCC
D等から成るセンサ44の中心にスポツト像を結ぶ（特開
昭61−017907号公報参照）。従って、センサ44のビデオ
信号を不図示のオシロスコープモニタによって観察する
ことにより、合焦状態検出可能領域に被測定点を移動す
ることができるのである。つまり、センサ44のビデオ信
号がセンサ44の中心付近に存在する状態において合焦状
態検出可能領域の検出がなされたことになるのである。
この状態において切替えスイツチにより、位置決めサー
ボ機構ループからオートフオーカシングサーボ機構ルー
プへの切替えを行うことで自動的に被測定点が対物レン
ズ41の焦点位置にロツクされることになるのである。

次に不図示の旋回モータを駆動し、旋回軸を回転して被
測定物30を旋回する。これによりオートフオーカス顕微
鏡20による光プローブが被測定物30の稜線を走査し、被
検面からの反射ビームを検出することによりレンズ頂点
を含む断面形状が測定される。さらに割出軸22を駆動し
て被測定物30を軸中心に回転し、走査稜線を変えて同様
に測定することにより、被測定物30の表面形状が放射状
に測定される。

さて、上述のように測定中、あるいはその他いかなる場
合においても、微動スライド16がオートフオーカシング
サーボ機構ループにより駆動されているとき、被測定点
に傷，ゴミ等が存在して合焦状態判別光学系42の被測定
点からの反射ビームが散乱を受けると、対物レンズ41に
入射する光量が極端に減少し、センサ44に到達する光量
が減少する。従って、合焦状態判別光学系42の動作が不
能な状態に陥ることとなり、オートフオーカシングサー
ボ機構ループが切断され、微動スライド16のコントロー
ルが不能となってしまう。従って、オートフオーカス顕
微鏡20が被測定物30に衝突する等、危険な事態の発生が
予測される。従って、測定中においては旋回走査により
被測定点に傷，ゴミ等の存在しない状態になったとして
も、そのまま測定を続行することができず、測定が中断
してしまう。これらの異常事態に対処するため本実施例
の装置では以下の安全対策が講じられているのである。
つまり、微動スライド16がオートフオーカシングサーボ
機構ループにより駆動されているとき、傷，ゴミ等を含
めて何らかの影響により、第４図に示す合焦状態判別可
能領域を外れたとき、自動的に位置決めサーボ機構ルー
プに切替え、オートフオーカス顕微鏡20をその位置にロ
ツクする。これにより、オートフオーカス顕微鏡20が被
測定物30に衝突するという危険を防止しているのであ
る。また、測定中に被測定点が傷，ゴミ等を通過すると
きを考えると、第６図に示すように、旋回走査により
傷，ゴミ等を通過する間、対物レンズ41の焦点位置は
傷，ゴミ等を通過する直前の位置ｂにロツクされる。こ
こで、微小走査範囲Δθにおいては、被測定点の割出軸
22の方向への変位Δｒは微小であるといえる。従って、
微小な傷，ゴミ等によりオートフオーカシングサーボ機
構のコントロールが不能になり、位置決めサーボ機構ル
ープに切替えられたとしても、走査により傷，ゴミ等を
通過した時点で被検面は再び合焦状態判別可能領域に復
し、これを検知することにより自動的にオートフオーカ
シングサーボ機構ループに復帰することにより、対物レ
ンズ41の焦点位置はｃからｄに変位し、測定が続行され
るのである。以上のフローチャートを参考の為第７図に
示す。

次に本実施例における面形状のデータ処理法について説
明する。

第５図において、制御コンピユータ60の指令により、旋
回軸21は速度Ｖ￥０で定速駆動され、被測定物30の稜線
がオートフオーカス顕微鏡20の光プローブにより一定速
度で走査される。このとき制御コンピユータ60により測
定旋回角θ_０が出力され、比較器68のＡに入力される。
さらに旋回角検出器57の出力が比較器68のＢに入力され
る。ここで、制御コンピユータ60により設定された測定
旋回角θ_０と、旋回角θ_０現在値とが一致するとき、比
較器68からＡ＝Ｂ信号が出力される。さらに、Ａ＝Ｂ信
号により、合焦状態検出器50の出力である合焦状態信号
と微動スライド移動量検出器53の出力である微動スライ
ド移動量、傾斜角検出器51の出力である傾斜角がラツチ
65,66,67によりそれぞれラツチされる。ラツチされた各
データは制御コンピユータ60を介して、データ処理コン
ピユータ61に伝送される。これを多数の測定旋回角につ
いて順次行うことにより、被測定物30の一段面データの
取得が行われる。これらのデータは、データ処理コンピ
ユータ61により処理され、一断面形状データに加工され
る。

次に測定データの形状データへの処理法について説明す
る。前述の様に初期状態で対物レンズ41の焦点位置と旋
回軸21とが一致する状態での微動スライド移動量検出器
53の出力と粗動スライド移動量検出器55の出力との和が
０にキヤリブレーシヨンされている。又、合焦状態検出
器50の出力は被測定物の対物レンズ41の焦点からのずれ
量となる。したがって、合焦状態検出器50の出力、微動
スライド移動量検出器53の出力、および粗動スライド移
動量検出器55の出力の総和は第５図における旋回軸21
（被測定物30の曲率中心）と被測定点との距離ｒにほか
ならない。さらに、被測定物30の曲率半径をＲ（一般的
には被測定物30の頂点におけるｒ）とし、δ＝Ｒ−ｒの
データ処理を行うことにより、非球面量δが求められ
る。ただし、測定中においては粗動スライド11はエアー
ダウン方式によりロツクされているので実際のｒとして
は、合焦状態検出器50の出力と微動スライド移動量検出
器53の出力との和をもって非球面量δの計算を行ってい
る。同時に傾斜角検出器51の出力として、被測定点の傾
斜角αが測定されるが、これは第５図に示す角度αであ
り、被測定点の旋回方向への接線が被測定物30と同一の
曲率中心をもつ球面の対物レンズ44の光軸と交差する点
における接平面となす角度である。

以上により、被測定点の位置情報として不図示の割出角
（被測定物30の割出軸22の回りの回転角と旋回角θおよ
び被測定点情報として非球面量δと傾斜角αにより、被
測定物30の表面形状データが構成される。さらにこれら
はデータ処理コンピユータ61により、デイスク62へのフ
アイリングとともに、プロツタ63およびプリンタ64への
出力によつて被測定物30の表面形状が出力され、マン・
マシンインターフエイスが確立する。

以上述べた様に測定データを面形状データに変換する
際、合焦状態検出器50の出力と微動スライド移動量検出
器53の出力を双方利用することにより、第１図に示す装
置の如く光プローブを被検面にフエーカツシングさせる
機構が大型で、オートフオーカスサーボが追従出ない様
な場合にも、常時精確に被検面の形状データを得ること
が出来る。

又、上述の如く傾斜角のデータを傾斜角測定系を介して
得ることにより、被検面の被測定点の位置と傾きを知る
ことが出来、更に詳しい面形状の表現を行える。

さて本測定装置における光プローブの走査形態について
説明する。本測定装置は、被測定物30を旋回させる旋回
手段および被測定物30を自転させる割出手段を備えてい
るので、その走査形態として第８図，第９図，第10図に
示す各走査形態が可能である。なお、第８図，第９図，
第10図は被測定物30をその頂点側より見た図であり、各
図の円中心が被測定物30の頂点である。

第８図に示す放射走査を実現するためには、上述のよう
に割出軸22を駆動して、第８図の断面ａ−ａ′の方向と
旋回方向とが一致するように合せる。次に測定旋回角毎
にデータを取得しながら断面ａ−ａ′を走査する。同様
に割出線22を駆動して断面ｂ′−ｂの方向と旋回方向と
が一致するように合せ、測定旋回角毎にデータを取得し
ながら断面ｂ′−ｂを走査する。このようにして、各断
面ａ−ａ′,b−ｂ′,c−ｃ′,d−ｄ′,e−ｅ′,f′−f,
g−ｇ′,h′−ｈの８断面を走査し、データを取得する
のである。このときのサンプリング点数は1000点／断面
となっている。

次に第９図に示す輪帯走査について第11図を参照しつつ
説明する。第11図の機構部分も第５図同様第１図を上方
から見た図である。旋回軸21を駆動して、割出軸22と対
物レンズ41の光軸とがなす角をｎθに合わせる。次に制
御コンピユータ60の指令により割出軸モータードライバ
58を駆動し、割出軸モーター９を定速駆動する。このと
き割出軸22に設置された不図示のロータリーエンコーダ
からの信号が割出角検出器69に入力され、割出角検出器
69の出力として割出角が出力され、比較器68の入力Ｂに
接続される。さらに制御コンピユータ60により測定割出
角が出力され、比較器68の入力Ａに接続される。このと
きＡ＝Ｂ信号、つまり測定割出角と割出角現在値とが一
致するタイミングにおいて合焦状態検出器50の出力、微
動スライド移動量検出器53の出力および傾斜角検出器51
の出力がそれぞれラツチされ、測定割出角における非球
面量δ，傾斜角αとして測定される。同様の測定を割出
角０゜から360゜について行うことにより１輪帯の測定
を完了する。さらに上述の測定を旋回角0,θ,2θ・・・
・ｎθについて行うことによりｎ本の輪帯についての測
定を完了し、被測定物30の面形状の測定が行われたこと
になる。

次に第10図に示すスパイラル走査について第12図を参照
しつつ説明する。第12図の機構部分も第５図同様第１図
を上方から見た図である。測定は被測定物30の頂点より
開始する。まず、制御コンピユータ60の指令により、割
出軸モータードライバ58と旋回軸モータードライバ56と
を駆動し、各ドライバに接続された割出軸22と旋回軸21
とをそれぞれ定速駆動する。このとき割出軸22に設置さ
れた不図示のロータリーエンコーダからの信号が割出角
検出器69に入力され、割出角検出器69の出力として割出
角が出力され、比較器68の入力Ｂに接続される。さらに
制御コンピユータ60により測定割出角が出力され、比較
器68の入力Ａに接続される。このときＡ＝Ｂ信号、つま
り測定割出角と割出角現在値とが一致するタイミングに
おいて合焦状態検出器50の出力、微動スライド移動量検
出器53の出力および傾斜角検出器51の出力がそれぞれラ
ツチされ、測定割出角における非球面量δ，傾斜角αと
して測定される。同様の測定を旋回角０゜からθまで行
うことにより被測定物30の面形状がスパイラル状に連続
して測定される。

以上示した様に、旋回手段と割出し手段を備えたことに
より、簡便な機構で被検面全体の形状を測定出来、且つ
光プルーブの走査形態を所望の形態として測定すること
が可能となる。この為、測定の高速化，自動化はもちろ
んのこと、測定形態の自由度も増え、任意の面形状デー
タを抽出することが出来る。

第13図は本発明の非球面レンズ形状測定装置の第２の実
施例に示す概略構成図である。本実施例においては、プ
ローブ側が旋回する点が、被測定物側が旋回する第１図
に示した第１の実施例と異なる。第13図に於いて、旋回
スライド５は粗動ガイド10に固着され、Ｒ合せガイド６
は定盤１に固着されている。旋回軸21上に曲率中心をも
つ被測定物30の表面に対物レンズ41の焦点位置をロツク
し、旋回軸21のまわりにオートフオーカス顕微鏡20を含
むプローブ側全体を旋回することにより被測定物30の表
面を走査して、第１実施例と同様に被測定物30の表面形
状を測定する。

上記実施例においては、微動スライド16および粗動スラ
イド11の各移動量を測定する測長手段として、格子干渉
方式を用いているが、レーザー干渉方式を用いて実現す
ることもできる。

以上の示した如き実施例の非球面レンズの面形状測定装
置によれば、曲率，開角，非球面量等の測定範囲におい
て、広い領域に亘っての測定を可能とし、高精度にて微
小スポットによる非球面レンズ形状測定を高速に行うこ
とができる。同時に被測定物表面の傾斜角測定をも行い
得るので、非球面レンズ形状に関する正確な情報を短時
間のうちに得ることができる。

さらに、本測定装置によれば、被測定物としてガラスレ
ンズ，プラスチツクレンズ，モールド用全型等種々の材
質に対して、接触プローブ方式にみられたような傷の付
着等の考慮が不要となる。

〔発明の効果〕

以上、本発明にかかる面形状測定装置によれば、周方向
には傾斜が存在しない非球面レンズ面の径方向と非球面
レンズ面からの反射光の合焦状態に起因するずれ方向と
を大略直交させたことにより、精度よく合焦判別ができ
てレンズ面の面形状を正確に測定できる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明に係る測定装置の一実施例を示す概略構
成図。 第２図は第１図に示すオートフオーカス顕微鏡の内部を
示す概略構成図。 第３図は第１図に示す測定装置の制御系ブロツク図。 第４図は被測定点位置と合焦状態信号、およびセンサで
受光される光量ベルトとの関係を示す為の説明図。 第５図は本発明の測定方法の１実施例を示すための説明
図。 第６図は被検出面上にゴミや傷が存在する場合の測定手
順を示す説明図。 第７図はオートフォーカシングサーボ機構ルーブと位置
決めサーボ機構ループとの切り換え方法を示すフローチ
ャート図。 第８図乃至第10図は被検面を走査する光プローブの走査
形態を示す模式図。 第11図は第９図に示す走査形態で走査する場合の測定方
法を示すための説明図。 第12図は第10図に示す走査形態で走査する場合の測定方
法を示すための説明図。 第13図は本発明に係る測定装置の他の実施例を示す概略
構成図。 １……定盤、２……旋回軸受 ３……エンコーダ、４……旋回ガイド ５……旋回スライド、６……Ｒ合せガイド ７……Ｒ合せスライド、８……割出軸受 ９……割出軸モーター、10……粗動ガイド 11……粗動スライド、12……粗動モータ 12′……ねじ、13……微動格子スケール 14……格子ピツチ読取装置 15……微動ガイド 16……移動スライド 17……微動モーター 18……微動格子スケール 19……格子ピツチ読取装置 20……オートフオーカス顕微鏡 30……被測定物 41……対物レンズ 42……合焦状態判別光学系 43……傾斜角測定光学系 44,45……センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 肥後村 誠 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 山本 碩徳 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 野瀬 哲志 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 丹羽 雄吉 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 大和田 光俊 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−17907（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−76711（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−108904（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被検面としての非球面レンズ面を照射光束
   に対して該非球面レンズ面の曲率中心を通る軸を概略回
   転中心として相対的に回転させることにより光束走査を
   実行する手段と前記非球面レンズ面からの反射光のずれ
   より合焦状態の判別を行なう判別手段と前記合焦状態に
   基づいて非球面レンズ面の形状を測定する測定手段とを
   有し、前記非球面レンズ面の径方向と前記非球面レンズ
   面からの反射光の前記合焦状態に起因するずれ方向とを
   大略直交させたことを特徴とする面形状測定装置。