JPH074929A - Measuring apparatus of face shape - Google Patents

Measuring apparatus of face shape

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JPH074929A
JPH074929A JP6099829A JP9982994A JPH074929A JP H074929 A JPH074929 A JP H074929A JP 6099829 A JP6099829 A JP 6099829A JP 9982994 A JP9982994 A JP 9982994A JP H074929 A JPH074929 A JP H074929A
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廣治 鳴海
Keiji Watanabe
啓治 渡辺
Kotaro Hosaka
光太郎 保坂
Makoto Higomura
誠 肥後村
Sekinori Yamamoto
碩徳 山本
Tetsushi Nose
哲志 野瀬
Yukichi Niwa
雄吉 丹羽
Mitsutoshi Owada
光俊 大和田
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Abstract

PURPOSE:To measure a face shape quickly and precisely by providing the apparatus with a displacement-amount detection means which detects the relative displacement amount of a probe, an angle detection means which detects the angle of rotation of a rotating scanning operation and a latch means which latches detected data by the displacement-amount detection means. CONSTITUTION:A swiveling shaft 21 is constant-speed-driven at a speed V0 by the instruction of a control computer, and the edge line of an object 30 to be measured is scanned at a definite speed by an optical probe for an autofocus microscope 20. At this time, a measured swiveling angle theta0 is output, and it is input to A of a comparator 68. In addition, the output of a swiveling-angle detector 57 is input to B of the comparator 68. When the measured swiveling angle theta0 which has been set at this time coincides with the present value of the swiveling angle theta0, an A=B signal is output from the comparator 68. In addition, by the A=B signal, a focused-state signal as the output of a focused-state detector 50, a fine-adjustment slide movement amount as the output of a fine-adjustment movement-amount detector 53 and an angle of inclination as the output of an angle-of-inclination detector 51 are latched by latches 65, 66, 67, they are sent to a computer, and data on one cross section of the object 30 to be measured is acquired.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface profile measuring apparatus, and more particularly to a surface profile measuring apparatus for measuring an aspherical surface such as an aspherical lens at high speed and with high accuracy.

【0002】とりわけ、本発明は光プローブ等を被検面
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
状態に基づいて被検面の形状を測定する際に好適であ
る。
In particular, the present invention is suitable for projecting an optical probe or the like onto a surface to be measured and measuring the shape of the surface to be measured based on the state of projection of reflected light from the surface onto the detection sensor. .

【0003】[0003]

【従来技術】従来、非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向が一般に行われて
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61−1
7908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ォーカシングせ
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。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a method of measuring the surface shape of an aspherical lens or the like, an object to be measured is moved in an XY coordinate system, the surface of the object to be measured is scanned by a contact probe, and the amount of movement of the probe measures the object. The direction of finding the shape of an object is generally used. On the other hand, as a surface shape measuring method using a non-contact type probe, there are JP-A-61-1907 and JP-A-61-1.
As disclosed in Japanese Patent No. 7908, a focusing state determination optical system and a moving means for focusing the optical system on a surface to be measured of the object to be measured are provided, and the surface shape of the object to be measured is determined from the amount of movement of the moving means. There is a way to measure.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】このような装置におい
ては、被走査位置とその位置における測定結果の両方を
正確に得、これに基づいて正確な面形状を行うことが求
められている。しかしながら、特に被測定位置を正確に
することを走査駆動を正確に行うことだけに頼ることに
は限界があり、面形状測定の正確さが不十分であった。
しかしながらより正確さを期する為に、被測定位置を正
確にすべくいちいち被測定位置の位置決めを正確に行っ
た後に測定を行うのでは、手順が煩雑になって実用的で
はなかった。
In such an apparatus, it is required to accurately obtain both the position to be scanned and the measurement result at that position, and perform an accurate surface shape based on this. However, there is a limit to relying solely on accurate scan driving to make the measured position particularly accurate, and the accuracy of surface shape measurement is insufficient.
However, in order to make the measurement more accurate, it is not practical if the measurement is performed after the positioning of the measurement position is accurately performed in order to make the measurement position accurate.

【0005】本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなさ
れたもので、より迅速且つより正確に面形状測定を行え
る面形状測定装置を提供することを目的としている。
The present invention has been made in view of the above conventional problems, and an object of the present invention is to provide a surface profile measuring device capable of more rapidly and more accurately measuring a surface profile.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る面形状測定装置は、被検曲面をプロー
ブにより走査する際に被検曲面の形状に従い相対変位す
るプローブの相対変位量を検出して被検曲面の面形状を
測定する装置であって、前記プローブを被検曲面の形状
に従って相対変位させるための変位機構と、該変位機構
による前記プローブの相対変位量を検出する変位量検出
手段と、前記プローブを被検曲面に対し、被検曲面の基
準となる曲面の曲率中心を通る2つの軸を回転軸として
相対的に回転走査させる走査手段と、前記走査手段によ
る回転走査の回転角を検出する角度検出手段と、該角度
検出手段による現在の検出角度とあらかじめ設定された
設定角度とが一致した際に順次前記変位量検出手段の検
出データをラッチするラッチ手段とを有し、該ラッチ手
段からのデータに基づいて被検曲面の面形状を測定する
ことを特徴としている。
In order to achieve the above object, a surface shape measuring apparatus according to the present invention is a relative displacement of a probe which is relatively displaced according to the shape of a curved surface to be measured when the curved surface to be measured is scanned by a probe. A device for measuring the surface shape of an inspected curved surface by detecting an amount, the displacement mechanism for relatively displacing the probe according to the shape of the inspected curved surface, and detecting the relative displacement amount of the probe by the displacement mechanism. A displacement amount detecting means, a scanning means for relatively rotating and scanning the probe with respect to a curved surface to be inspected, with two axes passing through a center of curvature of a curved surface serving as a reference of the curved surface to be inspected as rotation axes, and rotation by the scanning means. The angle detection means for detecting the rotation angle of scanning and the detection data of the displacement amount detection means are sequentially latched when the current detection angle by the angle detection means and a preset setting angle match. That has a latch means is characterized by measuring the surface shape of the curved surface on the basis of the data from the latch means.

【0007】[0007]

【実施例】図1は本発明に係る測定装置の一実施例を示
し、球面レンズ及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。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows an embodiment of a measuring apparatus according to the present invention, and is a schematic configuration diagram showing a shape measuring apparatus for spherical and aspherical lenses.

【0008】図1において、旋回軸受2及びエンコーダ
3及び不図示の旋回モータが定盤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
させるためのR合わせガイド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
により、R合わせガイド6を旋回軸21のまわりに回転
させる旋回軸駆動機構が構成される。
In FIG. 1, a slewing bearing 2, an encoder 3, and a slewing motor (not shown) are fixed to a surface plate 1.
The orbiting bearing 2 and the orbiting shaft 21 fixed to the R alignment guide 6 for matching the center of curvature of the lens with the orbiting shaft 21.
The area between and is constituted by an aerostatic bearing system. Further, the space between the swivel slide 5 fixed to the surface plate 1 is also constructed by the aerostatic pressure guide system. The swing shaft 21 is connected to a swing motor (not shown) by a steel belt (not shown). With the above, a turning shaft drive mechanism for rotating the R alignment guide 6 around the turning shaft 21 is configured.

【0009】割出軸受8及び割り出しモータ9がR合わ
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と一致する様に
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た
めの被測定物30の割出機構を構成する。
The indexing bearing 8 and the indexing motor 9 are fixed to the R-matching slide 7, and the space between the indexing bearing 8 and the indexing shaft 22 is constructed by an aerostatic bearing system. An object to be measured 30 such as an aspherical lens is fixed by a chuck indexing shaft 22 (not shown) so that its optical axis coincides with the indexing shaft 22. With the above, an indexing mechanism of the DUT 30 for rotating the DUT 30 around its optical axis is configured.

【0010】R合わせガイド6とR合わせスライド7と
の間は空気静圧案内方式で構成され、R合わせガイド6
に対して、R合わせスライド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に一致せしめるた
めのR合わせ機構を構成する。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1
2’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
子ピッチ読取装置14とにより、粗動スライド11の移
動量を測定する。
An air static pressure guide system is provided between the R alignment guide 6 and the R alignment slide 7.
On the other hand, by sliding the R matching slide 7,
An R alignment mechanism for aligning the center of curvature of the DUT 30 with the swivel axis 21 is configured. An aerostatic pressure guide system is provided between the coarse movement guide 10 and the coarse movement slide 11 fixed to the surface plate 1. The coarse movement motor 12 and the coarse movement slide 11 fixed to the coarse movement guide 10 are a screw 1 formed by a ball screw or a trapezoidal screw, which is a rotation / linear movement converting mechanism.
It is connected by 2 '. The amount of movement of the coarse movement slide 11 is measured by the coarse movement lattice scale 13 fixed to the coarse movement slide 11 and the lattice pitch reading device 14 fixed to the coarse movement guide 10.

【0011】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。
The space between the fine movement guide 15 and the fine movement slide 16 fixed to the coarse movement slide 11 is constructed by an aerostatic pressure guide system. A fine movement motor 17 composed of a linear motor is fixed to the coarse movement slide 11, and the slide portion is fixed to the fine movement slide 16 by inserting the fine movement guide 15.

【0012】オートフォーカス顕微鏡20が微動スライ
ド16に固着され、オートフォーカス顕微鏡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
着された格子ピッチ読取装置19とにより、オートフォ
ーカス顕微鏡20の移動量を測定する。更に定盤1は不
図示の除振台に固着され外部振動の影響を除去してい
る。
The autofocus microscope 20 is fixed to the fine movement slide 16, and the fine movement grating scale 18 fixed to the autofocus microscope 20 and the grating pitch reading device 19 fixed to the coarse movement slide 11 allow the autofocus microscope 20 to move. Measure the amount of movement. Further, the surface plate 1 is fixed to a vibration isolation table (not shown) to remove the influence of external vibration.

【0013】図2はオートフォーカス顕微鏡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。従ってここでは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。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing the internal configuration of the autofocus microscope 20, which is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 61-17907.
This is the same as the three-dimensional shape measuring system disclosed by the applicant of the present application in the publication. Therefore, a detailed description is omitted here, and the function of this optical system will be briefly described.

【0014】図2に示すオートフォーカス顕微鏡では、
合焦状態判別光学系42により被測定物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、オートフォーカス顕微鏡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の焦点位置をロックする様なオートフォ
ーカシング機構を備える。また、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のまわ
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。
In the autofocus microscope shown in FIG. 2,
The focus state determination optical system 42 detects the focus state of the object 30 to be measured with respect to the objective lens 41, drives the fine movement motor 17 according to the focus state, and causes the autofocus microscope 20 to move.
An automatic focusing mechanism that locks the focal position of the objective lens 41 at a point where the surface of the object to be measured 30 and the optical axis of the objective lens 41 intersect, that is, a point to be measured, is always provided by moving. At the same time, the tilt angle measuring optical system 43 measures the tilt angle of the surface of the DUT 30 at the measured point. The tilt angle at this time is measured as a tilt angle around the turning axis 21 in the turning direction indicated by an arrow (θ).

【0015】本実施例によれば、合焦状態判別光学系4
2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。この傾きは図
2の紙面内で生じており、被検面からの反射ビームのず
れ方向は紙面内に存する。
According to this embodiment, the focus state determining optical system 4 is used.
The projection of the optical probe onto the surface to be measured of the object to be measured 30 by 2 is made incident such that the central ray of the optical probe is inclined with respect to the optical axis, that is, obliquely incident to the surface to be measured. This inclination occurs within the paper surface of FIG. 2, and the direction of deviation of the reflected beam from the surface to be inspected lies within the paper surface.

【0016】一方、被測定物30は旋回軸21の回りに
旋回させられるため、光プローブは被測定物30の被検
面状を紙面と直交する方向に走査されることになる。
On the other hand, since the object 30 to be measured is swiveled around the swivel axis 21, the optical probe scans the surface of the object 30 to be measured in a direction orthogonal to the paper surface.

【0017】球面また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、被検面状の
被測定点に於いて図2に示す旋回方向と直交する方向の
傾斜角は零とみなされる。
Object under test 30 such as a spherical or aspherical lens
Has a constant shape along the circumferential direction, and the inclination angle in the direction orthogonal to the turning direction shown in FIG.

【0018】従って、図2に示す様に、合焦状態判別光
学系42の反射ビームのずれ方向と被測定物30の旋回
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のビー
ムとの干渉をなくすことができ、合焦状態判別光学系4
2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。
Therefore, as shown in FIG. 2, the deviation direction of the reflected beam of the focusing state determination optical system 42 and the turning direction of the object 30 to be measured are substantially orthogonal to each other, preferably 90 ± 20 °. With this configuration, it is possible to eliminate a slight deviation of the reflected beam due to the inclination of the surface to be measured of the DUT 30 and interference with the beam for measuring the inclination angle, and the focusing state determination optical system 4 can be eliminated.
2 can accurately detect the height (position) of the surface to be inspected in the optical axis direction. Therefore, the accuracy of the in-focus state determination can be significantly improved.

【0019】なお、図2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はバンドパスフィルターであり、
240はレンズであり、244は光学的センサである。
In the focusing state determination optical system 42 shown in FIG. 2, 80 is a light source, 100 is a collimator lens, 120 is a knife edge, and 140 is a knife edge.
Is a polarized beam splitter, 160 is a half mirror, 180 is a quarter-wave plate, 241 is an objective lens, 220 is a bandpass filter,
Reference numeral 240 is a lens, and 244 is an optical sensor.

【0020】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はバンドパス
フィルターであり、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。
In the tilt angle measuring optical system 43, 280 is a light source, 300 and 320 are lenses, and 340.
Is a polarized beam splitter, 360 is a bandpass filter, and 45 is an optical sensor. In this optical system 43, the half mirror 160, the quarter-wave plate 180, and the objective lens 41 are shared with the optical system 42.

【0021】図3に図1及び図2に示す測定装置の制御
系ブロック図を示す。オートフォーカス顕微鏡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に入力されて図4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
−17907号公報参照)。つまり、被測定物30の被
検面状の被測定点が図2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図4のa点となり、被
検面状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。その時、センサ44で受光される光の総量を示
す光量信号は図4下側に示す様な変化を呈する。よっ
て、図4からわかる様に、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。
FIG. 3 shows a block diagram of a control system of the measuring apparatus shown in FIGS. The output signal of the sensor 44 of the focus state determination optical system 42 installed inside the autofocus microscope 20 is input to the focus state detector 50 and processed into the focus state signal and the light amount signal shown in FIG. (JP-A-61
-17907). That is, the in-focus state signal when the measured surface-shaped measured point of the measured object 30 is at the focal position of the objective lens 41 in FIG. 2 is point a in FIG. As the objective lens 41 deviates from the focus position, the focus state signal changes linearly near point a. At that time, the light amount signal indicating the total amount of light received by the sensor 44 exhibits a change as shown in the lower side of FIG. Therefore, as can be seen from FIG. 4, the focus state detectable region is determined by the light amount level of the light received by the sensor 44 being a certain value or more.

【0022】合焦状態検出器50により生成された合焦
状態信号及び光量信号はサーボドライバ52及び制御コ
ンピュータ60に入力される。更にサーボドライバ52
の出力は微動モータ17に接続され、微動スライド1
6、オートフォーカス顕微鏡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
によりオートフォーカシングサーボ機構ループが形成さ
れる。
The focus state signal and the light amount signal generated by the focus state detector 50 are input to the servo driver 52 and the control computer 60. Further servo driver 52
Output is connected to the fine movement motor 17, and the fine movement slide 1
6, auto focus microscope 20, DUT 30, focus state detector 50, servo driver 52, fine movement motor 17
Forms an autofocusing servomechanism loop.

【0023】オートフォーカス顕微鏡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61−17907号公
報参照)。更に、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ュータ60に入力される。
The output signal of the sensor 45 of the tilt angle measuring optical system 43 installed inside the autofocus microscope 20 is input to the tilt angle detector 51 and processed as the tilt angle of the measured point in the turning direction ( See Japanese Patent Laid-Open No. 61-17907). Further, the tilt angle signal processed by the tilt angle detector 51 is input to the control computer 60.

【0024】格子ピッチ読取装置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1
6の移動量として信号処理される。更に、微動スライド
16の移動量はサーボドライバ52及び制御コンピュー
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、格子ピッチ読取装置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によりオートフォーカス顕微鏡20の位置決めサ
ーボ機構ループが形成される。
The output signal of the grating pitch reading device 19 is input to the fine movement slide movement amount detector 53 and the fine movement slide 1 is detected.
The signal is processed as a movement amount of 6. Further, the movement amount of the fine movement slide 16 is input to the servo driver 52 and the control computer 60. At this time, the fine movement slide 16, the fine movement lattice scale 18, the lattice pitch reading device 19, the fine movement slide movement amount detector 53, the servo driver 52, and the fine movement motor 17 form a positioning servo mechanism loop of the autofocus microscope 20.

【0025】制御コンピュータ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。
By a command from the control computer 60,
The coarse movement motor driver 54 is driven and the coarse movement motor 12 connected to the coarse movement motor driver 54 rotates, so that the coarse movement slide 11 connected by the screw 12 ′ moves.

【0026】粗動ガイド10に固着された格子ピッチ読
取装置14の、粗動格子スケール13の目盛を読み取っ
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
コンピュータ60に入力される。
The output signal obtained by reading the scale of the coarse movement lattice scale 13 of the lattice pitch reading device 14 fixed to the coarse movement guide 10 is input to the coarse movement slide movement amount detector 55, and the movement amount of the coarse movement slide 11 is inputted. Is processed and input to the control computer 60.

【0027】制御コンピュータ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。
By a command from the control computer 60,
The swing shaft motor driver 56 is driven, and a swing motor (not shown) connected to the swing shaft motor driver 56 rotates. At this time, the turning shaft 21 connected to the turning motor is rotated by a steel belt (not shown), and the DUT 30 is turned about the turning shaft 21.

【0028】エンコーダ3からの信号は旋回角検出器5
7に入力され、旋回軸21の回転角、つまり被測定物3
0の先覚軸21を中心とする旋回角θとして信号処理さ
れ、制御コンピュータ60に入力される。
A signal from the encoder 3 is a turning angle detector 5
7, the rotation angle of the rotary shaft 21, that is, the DUT 3
The signal is processed as a turning angle θ around the a priori axis 21 of 0 and input to the control computer 60.

【0029】制御コンピュータ60からの指令により、
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。
By a command from the control computer 60,
Indexing axis motor 9 connected to indexing axis motor driver 58
Rotates. As a result, the DUT 30 rotates about the indexing shaft by a certain angle, and the cross section to be measured is indexed.

【0030】操作板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、及びオー
トフォーカシングサーボ機構とオートフォーカス顕微鏡
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、制御コンピュータ60と
接続することにより、マン・マシンインターフェイスが
行われる。
A focus state display (not shown) is displayed on the operation plate 59.
Light quantity display, tilt angle display, fine movement slide movement amount display, coarse movement slide movement amount display, swivel angle display, etc., switch for switching between autofocusing servo mechanism and autofocus microscope positioning servo mechanism, fine movement slide drive switch, Coarse slide drive switches, swivel axis drive switches, indexing axis drive switches, measurement start / stop switches, and other control switches are provided, and by connecting to the control computer 60, a man-machine interface is performed.

【0031】制御コンピュータ60はデータ処理コンピ
ュータ61と接続され、制御コンピュータ60から出力
される被測定物30の合焦状態、傾斜角及び微動スライ
ド移動量、粗動スライド移動量、旋回角の角測定データ
がデータ処理コンピュータ61に入力される。更に、デ
ータ処理コンピュータ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ュータ60に入力される。
The control computer 60 is connected to the data processing computer 61, and outputs the focus state, the tilt angle and the fine movement slide movement amount, the coarse movement slide movement amount, and the turning angle of the object to be measured 30 output from the control computer 60. The data is input to the data processing computer 61. Further, the measurement condition data for the DUT 30, such as the measurement turning range, the number of measurement points, and the turning speed, output from the data processing computer 61 is input to the control computer 60.

【0032】データ処理コンピュータ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、ディスク62、プロッタ6
3、プリンタ64等に出力される。
Each of the above-mentioned measurement data input by the data processing computer 61 is processed and converted into shape data of the surface to be measured of the object 30 to be measured, and the disk 62 and the plotter 6 are processed.
3, output to the printer 64 and the like.

【0033】次に本実施例における、非球面レンズの形
状測定法につき以下説明する。
Next, the method for measuring the shape of the aspherical lens in this embodiment will be described below.

【0034】図5は本発明の一実施例の装置における測
定方法を示すための説明図で、測定機構部と制御部とを
ブロック図の形態で示した。
FIG. 5 is an explanatory view showing the measuring method in the apparatus of one embodiment of the present invention, and shows the measuring mechanism section and the control section in the form of a block diagram.

【0035】図6の測定機構部は、図1を上から見た上
面図である。本測定装置は図5に示す様に、上述のオー
トフォ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の焦点位置をロックし、被測定
物30の曲率中心(旋回軸21)の回りに被測定物30
を旋回して、被測定物30の稜線を走査し、旋回角θ及
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。更に割出軸22の回りに被測定物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。
The measuring mechanism section of FIG. 6 is a top view of FIG. 1 seen from above. As shown in FIG. 5, this measuring device locks the focus position of the objective lens 41 to the measured point of the measured object 30 by the above-mentioned autofocusing servo mechanism, and the center of curvature of the measured object 30 (swivel axis 21). To be measured 30 around
And a ridge line of the DUT 30 are scanned to measure the cross-sectional shape of the DUT 30 by the turning angle θ and the distance r from the turning axis 21 to the measured point. Is. Furthermore, the measured object 30 is rotated around the indexing shaft 22 to perform multi-section measurement, and the surface shape of the measured object 30 is measured.

【0036】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にリセットする。また、図1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様に粗動
スライド移動量検出器55の出力をプリセットする。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となる様にキ
ャリブレーションされたことになる。
First, the fine movement guide 15 and the fine movement slide 16
The fine movement slide 16 is placed at the operating position of a proximity sensor (not shown) provided between
The output of is reset to 0. Further, the coarse movement slide 11 is placed at the operation position of the proximity sensor (not shown) provided between the coarse movement guide 10 and the coarse movement slide 11 shown in FIG. 1, and the focus position and the turning of the objective lens 41 in this state. The output of the coarse motion slide movement amount detector 55 is preset so that the distance from the shaft 21 becomes equal to the sum of the output of the fine motion slide movement amount detector 53 and the output of the coarse motion slide movement amount detector 55. That is, the calibration is performed so that the sum of the output of the fine movement slide movement amount detector 53 and the output of the coarse movement slide detector 55 becomes 0 when the focal position of the objective lens 41 coincides with the turning axis 21. Become.

【0037】次に被測定物30の軸、即ちレンズの光軸
と割出軸22が一致する様に、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。
Next, the object 30 to be measured is fixed to the indexing shaft 22 by a chuck mechanism (not shown) so that the axis of the object 30 to be measured, that is, the optical axis of the lens and the indexing axis 22 coincide with each other.

【0038】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)となる様に、粗動スラ
イド11及び微動スライド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合わせスライド7を駆動し、図4
に示されるオートフォーカス顕微鏡20の合焦状態検出
可能領域まで、オートフォーカス顕微鏡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ォーカシングサーボ
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の略焦点位置にロックされたことにな
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となる様にR合わせスライド7を微調整駆
動する。
Next, the coarse movement slide is adjusted so that the sum of the output of the fine movement slide movement amount detector 53 and the output of the coarse movement slide movement amount detector 55 becomes the radius of curvature R (design value) of the object 30 to be measured. 11 and the fine movement slide 16 are driven. At this time, the fine movement slide 16 is assumed to be driven by the positioning servo mechanism. Next, the R alignment slide 7 is driven to
The measured surface of the object 30 to be measured is brought close to the autofocus microscope 20 up to the focus state detectable region of the autofocus microscope 20 shown in FIG. In this state, the positioning servomechanism loop is switched to the autofocusing servomechanism loop. As a result, the measured point is locked at the substantially focal position of the objective lens 41. Here, the sum of the output of the fine movement slide movement amount detector 53 and the output of the coarse movement slide movement amount detector 55 is the measured object 30.
The R adjustment slide 7 is finely adjusted and driven so that the radius of curvature R becomes.

【0039】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
オートフォーカス顕微鏡20をプリセットすることによ
り、従来のX−Y座標系に基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。
By the method as described above, the origin of measurement is set as the center of curvature of the object to be measured 30 such as a lens, and the object to be measured 30 and the object to be measured 30 are automatically set to form an R-θ coordinate system with respect to the origin on the center of curvature. By presetting the focus microscope 20, the center of curvature of the object to be measured 30 and the swivel axis 21 can be easily provided without considering the thickness of the object to be measured 30 unlike the conventional measuring method based on the XY coordinate system. Can match.

【0040】また、オートフォーカス顕微鏡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。
Further, since the optical probe of the autofocus microscope 20 detects the unevenness of the surface to be inspected by swirling and scanning the surface to be inspected of the object to be measured 30, the stroke of the optical probe has an aspherical base curved surface (curvature radius It is only the amount of deviation from R), and the length measurement stroke can be shortened.

【0041】また、測定装置の各機構も簡便な構成で済
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。
Further, each mechanism of the measuring device has a simple structure and the moving amount of the driving mechanism is small, so that the measuring device is small.

【0042】ここで、オートフォーカス顕微鏡20の位
置決めサーボ機構ループから、オートフォーカシングサ
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の被検面状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CCD等からなるセンサ44の中心
にスポット像を結ぶ(特開昭61−17907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出来るので
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
らオートフォ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
置にロックされることになるのである。
The process of switching the positioning servo mechanism loop of the autofocus microscope 20 to the autofocusing servo mechanism loop will be described in detail. When the measured surface-shaped measured point of the measured object 30 is at the focal position of the objective lens 41, the reflected beam from the measured point is focused on the center of the sensor 44 including the CCD of the focusing state determination optical system 42. Spot images are formed (see Japanese Patent Laid-Open No. 61-17907). Therefore, by observing the video signal of the sensor 44 with an oscilloscope monitor (not shown), the measured point can be moved to the focus state detectable region. That is, the focus state detectable region is detected in the state where the video signal of the sensor 44 exists near the center of the sensor 44. In this state, the switching switch switches from the positioning servo mechanism loop to the autofocusing servo mechanism loop, so that the measured point is automatically locked at the focal position of the objective lens 41.

【0043】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
フォーカス顕微鏡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。更に
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。
Next, a swing motor (not shown) is driven to rotate the swing shaft to swing the object 30 to be measured. As a result, the optical probe by the autofocus microscope 20 becomes
The cross-sectional shape including the apex of the lens is measured by scanning the ridge line and detecting the reflected beam from the surface to be inspected. Further, the indexing shaft 22 is driven to rotate the DUT 30 about the axis,
By changing the scanning ridge line and performing the same measurement, the surface shape of the DUT 30 is measured radially.

【0044】さて、上述の様に測定中、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
ォ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、ごみ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
トフォ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、オートフォーカス顕微鏡20が被測定物30に衝突
する等、危険な事態の発生が予想される。従って、測定
中においては旋回走査により被測定点に傷、ごみ等の存
在しない状態になったとしても、そのまま測定を続行す
ることが出来ず、測定が中断してしまう。これらの異常
事態に対処する為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
オートフォ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、ごみ等を含めて何らかの影響により、
図4に示す合焦状態判別可能領域をはずれたとき、自動
的に位置決めサーボ機構ループに切替え、オートフォー
カス顕微鏡20をその位置にロックする。これにより、
オートフォーカス顕微鏡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、ごみ等を通過するときを考えると、図6に
示す様に、旋回走査により傷、ごみ等を通過する間、対
物レンズ41の焦点位置は傷、ごみ等を通過する直前の
位置bにロックされる。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、ごみ等によりオ
ートフォ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、ごみ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ォ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ため図7に示す。
Now, during the measurement as described above, or in any other case, when the fine movement slide 16 is driven by the autofocusing servomechanism loop, there are scratches, dust, etc. at the measured point and the focus state is reached. When the reflected beam from the measured point of the discrimination optical system 42 is scattered,
The amount of light incident on the objective lens 41 is extremely reduced, and the amount of light reaching the sensor 44 is reduced. Therefore, the operation of the focus state determination optical system 42 falls into an inoperable state, the autofocusing servo mechanism loop is cut, and the fine movement slide 16 cannot be controlled. Therefore, a dangerous situation such as the collision of the autofocus microscope 20 with the measured object 30 is expected. Therefore, during the measurement, even if there is no scratch or dust on the measured point due to the rotational scanning, the measurement cannot be continued and the measurement is interrupted. In order to deal with these abnormal situations, the following safety measures are taken in the device of this embodiment. That is, when the fine slide 16 is driven by the autofocusing servo mechanism loop, due to some influence including scratches, dust, etc.,
When the focus state discriminable region shown in FIG. 4 is deviated, the positioning servo mechanism loop is automatically switched to lock the autofocus microscope 20 at that position. This allows
The danger that the autofocus microscope 20 collides with the object 30 to be measured is prevented. Further, considering a case where the measured point passes through scratches, dust, etc. during measurement, as shown in FIG. 6, while passing through the scratches, dust, etc. by swivel scanning, the focus position of the objective lens 41 is scratched, dust, etc. The vehicle is locked at the position b immediately before passing through. Here, in the minute scanning range Δθ, it can be said that the displacement Δr of the measured point in the direction of the index axis 22 is minute. Therefore, even if the control of the auto-focusing servo mechanism becomes impossible due to minute scratches or dust, and the loop is switched to the positioning servo mechanism loop, the surface to be inspected will be in focus again when the scratches, dust, etc. pass by scanning. The focus position of the objective lens 41 is displaced from c to d by returning to the discriminable region and automatically returning to the autofocusing servo mechanism loop by detecting this, and the measurement is continued. The above flowchart is shown in FIG. 7 for reference.

【0045】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。
Next, the surface shape data processing method in this embodiment will be described.

【0046】図5において、制御コンピュータ60の指
令により、旋回軸21は速度V0 で定速駆動され、被測
定物30の稜線がオートフォーカス顕微鏡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
ュータ60により測定旋回角θ0 が出力され、比較器6
8のAに入力される。更に旋回角検出器57の出力が比
較器68のBに入力される。ここで、制御コンピュータ
60により設定された測定旋回角θ0 と、旋回角θ0
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。更に、A=B信号により、合焦状態検出器5
0の出力である合焦状態信号と微動スライド移動両検出
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ッチ65、66、67によ
りそれぞれラッチされる。ラッチされた各データは制御
コンピュータ60を介して、データ処理コンピュータ6
1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の一断面データの取得が
行われる。これらのデータは、データ処理コンピュータ
61により処理され、一断面形状データに加工される。
In FIG. 5, the swivel shaft 21 is driven at a constant speed V 0 according to a command from the control computer 60, and the ridgeline of the object 30 to be measured is scanned at a constant speed by the optical probe of the autofocus microscope 20. At this time, the measured turning angle θ 0 is output by the control computer 60, and the comparator 6
8 is input to A. Further, the output of the turning angle detector 57 is input to B of the comparator 68. Here, when the measured turning angle θ 0 set by the control computer 60 and the present turning angle θ 0 value match, the comparator 68 outputs an A = B signal. Further, the focus state detector 5
The latches 65, 66 and 67 respectively latch the focus state signal, which is an output of 0, the fine movement slide movement amount, which is the output of the fine movement slide movement detector 53, and the inclination angle, which is the output of the inclination angle detector 51. Each latched data is sent to the data processing computer 6 via the control computer 60.
1 is transmitted. By sequentially performing this for a large number of measured turning angles, one cross-section data of the DUT 30 is acquired. These data are processed by the data processing computer 61 and processed into one cross-section shape data.

【0047】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にキャリブレーションされてい
る。また、合焦状態検出器50の出力は被測定点の対物
レンズ41の焦点からのずれ量となる。従って、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、及び粗動スライド移動量検出器55の出力の総和
は図5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。更に、被測定物
30の曲率半径をR(一般には被測定物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ックさ
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、これは図5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持つ球面
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。
Next, a method of processing measurement data into shape data will be described. As described above, in the initial state, the objective lens 41
The sum of the output of the fine movement slide movement amount detector 53 and the output of the coarse movement slide movement amount detector 55 in a state where the focus position of the position A and the turning axis 21 coincide with each other is calibrated to zero. The output of the focus state detector 50 is the amount of deviation of the measured point from the focus of the objective lens 41. Therefore, the sum of the output of the focus state detector 50, the output of the fine movement slide movement amount detector 53, and the output of the coarse movement slide movement amount detector 55 is the swivel axis 21 (center of curvature of the DUT 30) in FIG.
Is nothing but the distance r from the measured point. Further, the radius of curvature of the object to be measured 30 is R (generally r at the apex of the object to be measured 30), and data processing of δ = R−r is performed to obtain the aspherical surface amount δ. However, since the coarse slide 11 is locked by the air-down method during the measurement, the actual value of r is the sum of the output of the focus state detector 50 and the output of the fine slide movement amount detector 53. The quantity δ is calculated. At the same time, the inclination angle α of the measured point is measured as the output of the inclination angle detector 51. This is the angle α shown in FIG. 5, and the tangent line of the measured point in the turning direction is the same as the measured object 30. Is an angle formed with a tangent plane at a point intersecting the optical axis of the spherical objective lens 44 having the center of curvature of.

【0048】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及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。更にこれらはデータ処理コンピュータ61によ
り、ディスク62へのファイリングと共に、プロッタ6
3及びプリンタ64への出力によって被測定物30の表
面形状が出力され、マン・マシンインターフェイスが確
立する。
As described above, the indexing angle (rotational angle of the object 30 to be measured around the indexing shaft 22) and the turning angle θ as position information of the measured point and the aspherical surface amount δ as the measured point information. The inclination angle α constitutes surface shape data of the object 30 to be measured. Further, the data is processed by the data processing computer 61 to the disk 62 and the plotter 6
3 and the output to the printer 64, the surface shape of the DUT 30 is output and the man-machine interface is established.

【0049】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、
図1に示す装置の如く光プローブを被検面にフォーカシ
ングさせる機構が大型で、オートフォーカスサーボが追
従できない様な場合にも、常時正確に被検面の形状デー
タを得ることが出来る。
As described above, when the measurement data is converted into the surface shape data, by using both the output of the focus state detector 50 and the output of the fine movement slide movement amount detector 53,
Even when the mechanism for focusing the optical probe on the surface to be inspected as in the apparatus shown in FIG. 1 is large and the autofocus servo cannot follow it, the shape data of the surface to be inspected can always be obtained accurately.

【0050】また、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。
Further, by obtaining the inclination angle data via the inclination angle measuring system as described above, the position and inclination of the measured point on the surface to be inspected can be known, and a more detailed surface shape can be expressed.

【0051】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及び被測定物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図8、図
9、図10に示す各走査形態が可能である。尚、図8、
図9、図10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。
Now, the scanning mode of the optical probe in this measuring apparatus will be described. Since this measuring device is provided with the turning means for turning the object 30 to be measured and the indexing means for rotating the object 30 to be rotated, the scanning modes shown in FIGS. 8, 9 and 10 are possible. Is. In addition, FIG.
9 and 10 are views of the object to be measured 30 viewed from its apex side, and the center of the circle in each figure is the apex of the object to be measured 30.

【0052】図8に示す放射走査を実現する為には、上
述の様に割出軸22を駆動して、図8の断面a−a’の
方向と旋回方向とが一致する様に合わせる。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。同様に割出軸22を駆動して断面b’−bの方向と
旋回方向とが一致す様に合わせ、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。この様にし
て、角断面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。
In order to realize the radial scanning shown in FIG. 8, the indexing shaft 22 is driven as described above so that the direction of the cross section aa 'in FIG. 8 and the turning direction coincide with each other. Next, the cross section aa ′ is scanned while acquiring data for each measurement turning angle. Similarly, the indexing shaft 22 is driven so that the direction of the section b′-b and the turning direction are aligned with each other, and the section b′-b is scanned while acquiring data for each measured turning angle. In this way, the angular cross sections aa ', b'-b, cc', d'-d,
Data are acquired by scanning 8 cross sections of ee ', f'-f, gg', and h'-h. The number of sampling points at this time is 1000 points / cross section.

【0053】次に図9に示す輪帯走査について図11を
参照しつつ説明する。図11の機構部分も図5同様図1
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。次に制御コンピュータ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。更に制御コンピ
ュータ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の出力及び傾斜角検出器51の出力がそれぞれラッ
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。更に上
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。
Next, the annular scanning shown in FIG. 9 will be described with reference to FIG. The mechanical portion of FIG. 11 is similar to that of FIG.
It is the figure which looked at from above. The turning shaft 21 is driven to match the angle formed by the indexing shaft 22 and the optical axis of the objective lens 41 with nθ. Next, the indexing shaft motor driver 58 is driven by a command from the control computer 60 to drive the indexing shaft motor 9 at a constant speed. At this time, a signal from a rotary encoder (not shown) installed on the indexing shaft 22 is input to the indexing angle detector 69, the indexing angle is output as the output of the indexing angle detector 69, and the input to the comparator 68. Connected to B. Further, the measurement indexing angle is output by the control computer 60 and connected to the input A of the comparator 68. At this time, the A = B signal, that is, the output of the in-focus state detector 50, the output of the fine movement slide movement amount detector 53, and the output of the tilt angle detector 51 at the timing when the measured indexed angle and the indexed angle present value match. Are respectively latched and measured as the aspherical surface amount δ and the inclination angle α at the measurement indexing angle. The same measurement is performed for indexing angles of 0 ° to 360 ° to complete the measurement of one ring zone. Further, by performing the above-described measurement for the turning angles 0, θ, 2θ, ..., Nθ, the measurement for n ring zones is completed, and the surface shape of the DUT 30 is measured.

【0054】次に図10に示すスパイラル走査について
図12を参照しつつ説明する。図12の機構部分も図5
同様図1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、制御コンピュータ60の指
令により、割出軸モータドライバ58と旋回軸モータド
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。この時割
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。更に制御コンピュータ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の出力及び傾斜角
検出器51の出力がそれぞれラッチされ、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3
0の面形状がスパイラル状に連続して測定される。
Next, the spiral scanning shown in FIG. 10 will be described with reference to FIG. The mechanical portion of FIG. 12 is also shown in FIG.
Similarly, it is the figure which looked at FIG. 1 from the upper part. The measurement is the DUT 30
Start from the top of. First, according to a command from the control computer 60, the indexing axis motor driver 58 and the turning axis motor driver 56 are driven, and the indexing axis 22 and the turning axis 21 connected to each driver are driven at a constant speed. At this time, a signal from a rotary encoder (not shown) installed on the indexing shaft 22 is input to the indexing angle detector 69, the indexing angle is output as the output of the indexing angle detector 69, and the input to the comparator 68. Connected to B. Further, the measurement indexing angle is output by the control computer 60 and connected to the input A of the comparator 68.
At this time, the A = B signal, that is, the output of the in-focus state detector 50, the output of the fine movement slide movement amount detector 53, and the output of the tilt angle detector 51 at the timing when the measured indexed angle and the indexed angle present value match. Are respectively latched and measured as the aspherical surface amount δ and the inclination angle α at the measurement indexing angle. By performing the same measurement from the turning angle 0 ° to θ, the measured object 3
The surface shape of 0 is continuously measured in a spiral shape.

【0055】以上示した様に、旋回手段と割出手段を備
えたことにより、簡便な機構で被検面前帯の形状を測定
でき、且つ光プロ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。
As described above, by providing the turning means and the indexing means, the shape of the front zone of the surface to be inspected can be measured with a simple mechanism, and the scanning form of the optical probe can be measured as a desired form. It will be possible. Therefore, not only the measurement speed is increased and the measurement is automated, the degree of freedom of the measurement form is increased, and arbitrary surface shape data can be extracted.

【0056】図13は本発明の非球面レンズ形状測定装
置の第2の実施例を示す概略構成図である。本実施例に
於いては、プローブ側が旋回する点が、被測定物が旋回
する図1に示した第1の実施例と異なる。図13におい
て、旋回スライド5は粗動ガイド10に固着され、R合
わせガイド6は定盤1に固着されている。旋回軸21上
に曲率中心を持つ被測定物30の表面に対物レンズ41
の焦点位置をロックし、旋回軸21のまわりにオートフ
ォーカス顕微鏡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。
FIG. 13 is a schematic block diagram showing a second embodiment of the aspherical lens shape measuring apparatus of the present invention. This embodiment is different from the first embodiment shown in FIG. 1 in which the object to be measured is swung in that the probe side swivels. In FIG. 13, the swivel slide 5 is fixed to the coarse movement guide 10, and the R alignment guide 6 is fixed to the surface plate 1. The objective lens 41 is provided on the surface of the DUT 30 having the center of curvature on the turning axis 21.
The focus position of the object to be measured is locked, and the entire probe side including the autofocus microscope 20 is swiveled around the swivel axis 21 to scan the surface of the object to be measured 30, and the object to be measured 30 is scanned as in the first embodiment. Measure the surface shape.

【0057】上記実施例の於いては、微動スライド16
及び粗動スライド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。
In the above embodiment, the fine movement slide 16
The grating interference method is used as the length measuring means for measuring each movement amount of the coarse movement slide 11 and the coarse movement slide 11, but a laser interference method can also be used.

【0058】以上に示したごと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、広い領域にわた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出来る。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出来る。
According to the surface shape measuring apparatus for the aspherical lens of the embodiment as described above, it is possible to measure in a wide range in a measuring range of curvature, opening angle, aspherical amount, etc., and with high accuracy. Aspherical lens shape measurement with a minute spot can be performed at high speed. At the same time, since the inclination angle of the surface of the object to be measured can be measured, accurate information on the shape of the aspherical lens can be obtained in a short time.

【0059】更に、本測定装置によれば、被測定物とし
てガラスレンズ、プラスチックレンズ、モールド様金型
等種々の材質に対して、接触プローブ方式に見られた様
な傷の付着等の考慮が不要となる。
Furthermore, according to the present measuring apparatus, it is possible to consider the adhesion of scratches as seen in the contact probe system to various materials such as glass lenses, plastic lenses, and mold-like molds as objects to be measured. It becomes unnecessary.

【0060】[0060]

【発明の効果】以上示した様な本発明によれば、角度検
出手段による現在の検出角度とあらかじめ設定された設
定角度とが一致した際に順次変位量検出手段の検出デー
タをラッチし、このデータに基づいて被検曲面の面形状
を測定するので、いちいち被測定位置を厳密に位置決め
した後で測定を開始する様な煩雑な手順なく迅速に、正
確な被測定位置における測定結果を得ることができ、よ
り迅速で正確な面形状測定を行うことが可能になった。
According to the present invention as described above, the detection data of the displacement amount detecting means are sequentially latched when the current detected angle by the angle detecting means and the preset setting angle coincide with each other. Since the surface shape of the curved surface to be measured is measured based on the data, it is possible to quickly and accurately obtain the measurement result at the measured position without the complicated procedure of positioning the measured position exactly and then starting the measurement. It has become possible to measure the surface shape more quickly and accurately.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る測定装置の一実施例を示す概略構
成図。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a measuring apparatus according to the present invention.

【図2】図1に示すオートフォーカス顕微鏡の内部を示
す概略構成図。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing the inside of the autofocus microscope shown in FIG.

【図3】図1に示す測定装置の制御系ブロック図。FIG. 3 is a block diagram of a control system of the measuring device shown in FIG.

【図4】被測定位置の合焦状態信号、及びセンサで受光
される光量レベルとの関係を示す為の説明図。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a relationship between a focus state signal at a measured position and a light amount level received by a sensor.

【図5】本発明の1実施例における測定方法を示す為の
説明図。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a measuring method in one example of the present invention.

【図6】被検出面上にごみや傷が存在する場合の測定手
順を示す説明図。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a measurement procedure when dust or scratches are present on the surface to be detected.

【図7】オートフォーカシングサーボ機構ループと位置
決めサーボ機構ループとの切替え方法を示すフローチャ
ート図。
FIG. 7 is a flowchart showing a method of switching between an auto focusing servo mechanism loop and a positioning servo mechanism loop.

【図8】被検面を走査する光プローブの一走査形態を示
す模式図。
FIG. 8 is a schematic diagram showing one scanning mode of an optical probe that scans a surface to be inspected.

【図9】被検面を走査する光プローブの一走査形態を示
す模式図。
FIG. 9 is a schematic diagram showing one scanning mode of an optical probe that scans a surface to be inspected.

【図10】被検面を走査する光プローブの一走査形態を
示す模式図。
FIG. 10 is a schematic diagram showing one scanning form of an optical probe for scanning the surface to be inspected.

【図11】図9に示す走査形態で走査する場合の走査方
法を示す為の説明図。
11 is an explanatory diagram showing a scanning method in the case of scanning in the scanning mode shown in FIG.

【図12】図10に示す走査形態で走査する場合の走査
方法を示す為の説明図。
12 is an explanatory diagram showing a scanning method in the case of scanning in the scanning mode shown in FIG.

【図13】本発明に係る測定装置の他の実施例を示す概
略構成図。
FIG. 13 is a schematic configuration diagram showing another embodiment of the measuring apparatus according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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合わせガイド 7 R合わせスライド 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 格子ピッチ読取装置 15 微動ガイド 16 微動スライド 17 駆動モーター 18 微動格子スケール 19 格子ピッチ読取装置 20 オートフォーカス顕微鏡 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 1 surface plate 2 slewing bearing 3 encoder 4 slewing guide 5 slewing slide 6 R alignment guide 7 R alignment slide 8 indexing bearing 9 indexing shaft motor 10 coarse movement guide 11 coarse movement slide 12 coarse movement motor 12 'screw 13 fine movement lattice scale 14 Lattice pitch reading device 15 Fine movement guide 16 Fine movement slide 17 Drive motor 18 Fine movement lattice scale 19 Lattice pitch reading device 20 Autofocus microscope 30 Object to be measured 41 Objective lens 42 Focusing state determination optical system 43 Tilt angle measuring optical system 44, 45 Sensor

───────────────────────────────────────────────────── 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 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Makoto Higomura 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (72) Inventor Hatsunori Yamamoto 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo In Canon Inc. (72) Inventor Satoshi Nose 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (72) Inventor Yukichi Niwa 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (72) Inventor Mitsutoshi Owada 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被検曲面をプローブにより走査する際に
被検曲面の形状に従い相対変位するプローブの相対変位
量を検出して被検曲面の面形状を測定する装置であっ
て、前記プローブを被検曲面の形状に従って相対変位さ
せるための変位機構と、該変位機構による前記プローブ
の相対変位量を検出する変位量検出手段と、前記プロー
ブを被検曲面に対し、被検曲面の基準となる曲面の曲率
中心を通る2つの軸を回転軸として相対的に回転走査さ
せる走査手段と、前記走査手段による回転走査の回転角
を検出する角度検出手段と、該角度検出手段による現在
の検出角度とあらかじめ設定された設定角度とが一致し
た際に順次前記変位量検出手段の検出データをラッチす
るラッチ手段とを有し、該ラッチ手段からのデータに基
づいて被検曲面の面形状を測定することを特徴とする面
形状測定装置。
1. An apparatus for measuring the surface shape of a test curved surface by detecting the relative displacement amount of the probe, which is relatively displaced according to the shape of the test curved surface when the test curved surface is scanned by the probe. A displacement mechanism for performing relative displacement according to the shape of the curved surface to be measured, a displacement amount detecting means for detecting a relative displacement amount of the probe by the displacement mechanism, and a reference for the curved surface to be measured with respect to the curved surface to be measured. A scanning unit that relatively rotationally scans two axes passing through the center of curvature of the curved surface as a rotation axis, an angle detection unit that detects a rotation angle of the rotational scanning by the scanning unit, and a current detection angle by the angle detection unit. Latching means for sequentially latching the detection data of the displacement amount detecting means when the preset set angle matches, and the surface shape of the curved surface to be measured based on the data from the latching means. A surface shape measuring device characterized by measuring a shape.
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