JPH10132531A - 非球面形状測定方法及び装置 - Google Patents

非球面形状測定方法及び装置

Info

Publication number
JPH10132531A
JPH10132531A JP30871996A JP30871996A JPH10132531A JP H10132531 A JPH10132531 A JP H10132531A JP 30871996 A JP30871996 A JP 30871996A JP 30871996 A JP30871996 A JP 30871996A JP H10132531 A JPH10132531 A JP H10132531A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
measured
aspherical
optical
image
shape
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.)
Granted
Application number
JP30871996A
Other languages
English (en)
Other versions
JP3495861B2 (ja
Inventor
Masaru Otsuka
勝 大塚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP30871996A priority Critical patent/JP3495861B2/ja
Publication of JPH10132531A publication Critical patent/JPH10132531A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3495861B2 publication Critical patent/JP3495861B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 非球面レンズ等を安定して量産する加工現場
において素早く直感的にワーク形状の良否を判定する。 【構成】 コヒーレント光源10からの被検光は、ヌル
レンズ16を通って被測定ワークTを反射し、参照光と
共に偏光子21を通過して干渉縞を発生する。この干渉
縞パターンは二次元画像検出装置23で検知され、参照
画像メモリ26のデータと乗算された後に、フィルタリ
ングされてテレビモニタ29に表示される。作業者はテ
レビモニタ29上で最も縞を粗く出すようにワークホル
ダ17又は参照ミラーホルダ20を微動調整して、入力
画像を参照画像の空間周波数に一致させる。このとき、
ヌルレンズ16が有する誤差をマスタワークを使って予
め評価しておき、この誤差に応じたパターンを参照画像
データに変換して参照画像メモリ26に書込んでおくこ
とにより、通常の球面検査と変らない作業で被測定ワー
クTの非球面量の判定を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、干渉計を用いて光
学部品の形状や屈折率の分布を測定する非球面形状測定
方法及び装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来から、光の干渉現象を利用して光の
波面形状を干渉縞パターンとして検知する装置としての
干渉計が、レンズやミラー等の光学部品形状を精密に測
定したり、ガラスの屈折率分布を精密に測定するために
広く工業用に使用されており、特に最近は干渉縞パター
ンを画素毎の位相情報として数値化することによって、
非常に精密な測定が可能となっている。そして、この干
渉縞パターンを位相情報として数値化する手法として、
1992年度精密工学会春季大会論文集p.371−3
72に位相シフト電子モアレ法が開示されている。
【0003】図6は位相シフト電子モアレ法解析装置の
構成図を示し、干渉縞画像を入力するCCDカメラ1の
出力は、1画面分のビデオ信号を抽出する画像入力手段
2に接続され、画像入力手段2の出力と1画面分の情報
を記憶する3つの画像メモリ3a、3b、3cのそれぞ
れの出力とは、2つの画像間の乗算を行う3つの乗算器
4a、4b、4cにそれぞれ接続され、更に画像中の空
間周波数の高いものを除去し、低いものだけを通過する
特性を有する3つのローパスフィルタ5a、5b、5c
にそれぞれ接続されている。ローパスフィルタ5a、5
bからの出力は2つの画像間の減算を行う減算器6a
に、ローパスフィルタ5b、5cの出力は減算器6bに
それぞれ接続され、2つの減算器6a、6bの出力は2
つの画像間の除算を行う除算器7に接続され、更にアー
クタンジェントを演算する非線形演算器8に接続されて
いる。
【0004】干渉計から発生した干渉縞は、参照面を傾
けることにより故意に多数の縞を発生させた上で、適当
なレンズを用いてCCDカメラ1に撮像され、画像入力
手段2により1画面分の情報が抽出される。一方、画像
メモリ3a、3b、3cにはそれぞれ予め多数の縞画像
に相当する情報が書き込まれており、この情報は各画像
メモリ3a、3b、3c毎に縞の初期位相がそれぞれπ
/4、3π/4、5π/4だけずれている。CCDカメ
ラ1で撮像した被測定画像信号は、画像メモリ3a、3
b、3cの信号とそれぞれ乗算器4a、4b、4cにお
いて画像間の乗算が行われ、この演算により空間周波数
の低い一種のモアレ縞が発生し、このモアレ縞が被測定
画像縞の曲がり具合を表している。
【0005】従って、ローパスフィルタ5a、5b、5
cにおいてキャリアである多数の縞の信号をカットする
ことにより、干渉計において参照面を傾けずに粗い干渉
縞を出した状態と等価な画像が得られる。このとき、基
準とする画像メモリ3a、3b、3cの画像中の縞の初
期位相がπ/4、3π/4、5π/4だけずれているた
めに、ローパスフィルタ5a、5b、5cを通って得ら
れる粗い干渉縞を出した状態に相当する画像も、初期位
相がπ/4、3π/4、5π/4だけずれている。
【0006】求める干渉縞の位相分布をφ(x,y) とする
と、それぞれの画像は次式のように表すことができる。
【0007】 J1(x,y) =sin{φ(x,y) +π/4} ={ sinφ(x,y) + cosφ(x,y)}/√2 …(1) J2(x,y) =sin{φ(x,y) +3π/4} ={− sin(x,y) + cosφ(x,y)}/√2 …(2) J3(x,y) =sin{φ(x,y) +5π/4} =( − sin(x,y) − cosφ(x,y)}/√2 …(3)
【0008】そして、次のように演算を行うことにより
位相分布φ(x,y) を計算することができる。
【0009】 (J1-J2) /(J2-J3) = sinφ(x,y) / cosφ(x,y) = tanφ(x,y) …(4) φ(x,y) =tan-1{(J1 −J2) / (J2−J3)} …(5)
【0010】従って、式(4) の演算を減算器6a、6b
及び除算器7で行い、式(5) の演算を非線形演算器8で
行えば、位相分布φ(x,y) が出力として得られる。この
ように、1枚の干渉縞原画像から位相分布φ(x,y) を求
めることにより、測定中の機械振動や空気の揺らぎ等に
よる影響を回避することができる。
【0011】また、非球面形状を測定する方式としてヌ
ルレンズが知られており、通常の干渉計は干渉縞が多す
ぎて解析不可能となるような大非球面量を有する被測定
物に対して、設計上非球面形状に一致する光波面を発生
する特別のレンズを使用して、被測定非球面形状のヌル
テストを行っている。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述の従
来例における電子モアレ法は、位相検出手段としては優
れているが、大きな非球面量の被測定物では、干渉縞の
空間周波数帯城が広くなり過ぎて検出不能となる領域が
できてしまったり、撮像デバイスの解像度が制限されて
細かい干渉縞が分解できず、更に画像演算の負荷が大き
く処理装置のコストが高くなるという問題点がある。ま
た、ヌルレンズは設計が非常に難しく、干渉計によるヌ
ルレンズの評価ができないために、完全なヌルレンズの
製作は極めて困難であるという問題がある。
【0013】本発明の目的は、非球面レンズ等を安定し
て量産する加工現場において、素早く直感的にワーク形
状の良否を判定する簡易な非球面形状測定方法及び装置
を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る非球面形状測定方法は、大きな非球面量
を有する被測定光学素子の形状を測定する非球面形状測
定方法において、前記被測定光学素子の非球面形状と略
一致する光波面を光学波面変換素子により発生し、多数
の干渉縞により空間的な搬送波を生ずる被測定干渉縞画
像と、前記搬送波の空間周波数と略等しい周波数を有し
かつ初期位相が異なる複数の参照画像とを演算すること
により、前記被測定干渉縞画像の位相分布を電子モアレ
法により測定し、前記光学波面変換素子が発生する光波
面と、前記被測定光学素子の非球面形状との差に相当す
る微小な形状誤差パターンを、前記電子モアレ法による
干渉縞位相解析の参照画像として書き込むことにより、
被測定光学素子の非球面形状のヌルテストを行うことを
特徴とする。
【0015】また、本発明に係る非球面形状測定装置
は、大きな非球面量を有する被測定光学素子の非球面形
状に略一致する光波面を発生する光学波面変換素子を有
し、多数の干渉縞により空間的な搬送波を生ずる被測定
干渉縞画像と、前記搬送波と略等しい周波数を有しかつ
初期位相が異なる複数の参照画像とを電子モアレ法干渉
縞位相解析により演算して、前記被測定干渉縞画像の位
相分布を測定する非球面形状測定装置において、前記電
子モアレ法干渉縞位相解析における参照画像データとし
て、前記光学波面変換素子が発生する光波面と前記被測
定光学素子の非球面形状との差に相当する微小な形状誤
差パターンを書き込む書込手段により、前記被測定光学
素子の非球面形状のヌルテストを行うことを特徴とす
る。
【0016】
【発明の実施の形態】本発明を図1〜図5に図示の実施
例に基づいて詳細に説明する。図1は第1の実施例の構
成図を示し、可干渉性の高い光源であるコヒーレント光
発振器10の前方には、光の偏光状態を任意に変換する
偏光変換手段11、ビーム径を拡大するビームエキスパ
ンダ12、光の進行方向を変化する折曲ミラー13が順
次に配列されている。折曲ミラー13の反射方向には、
光の偏光状態に応じて光を分岐する偏光ビームスプリッ
タ14、偏光状態を直線偏光と円偏光との間で可逆的に
変換する1/4波長板15、光の波面形態を所定形状に
変換するように設計製作されたヌルレンズ16、被測定
非球面ワークT、被測定非球面ワークTを保持すると共
に光軸に対して6方向の自由度で自在に調整可能なワー
クホルダ17が順次に配列されている。なお、T’はヌ
ルレンズ16により変換された光の波面形態を表す波面
の形状を示している。
【0017】偏光ビームスプリッタ14の左反射方向に
は、1/4波長板18、高精度に平面研磨された参照ミ
ラー19、この参照ミラー19を保持すると共に光軸に
対して微小に傾き調整可能な微動機構を有する参照ミラ
ーホルダ20が配置されており、偏光ビームスプリッタ
14の右反射方向には、直行する偏光成分の光を合成し
干渉させる偏光子21、被測定ワークTの像を適当な大
きさに結像する結像レンズ22、CCDカメラなどの二
次元画像検出器23が順次に配列されている。
【0018】二次元画像検出器23の出力は、1画面分
のビデオ信号を抽出する画像入力手段24、時間的平
均、空間的平均、背景ノイズの除去、カメラの感度むら
補正、不要領域のマスキング等の前処理を行う前処理手
段25に接続され、前処理手段25と予め計算又は撮影
した多数の縞を含む参照画像を記憶し適宜にビデオレー
トで読み出し可能な参照画像メモリ26との出力は、画
像間の乗算を高速で行う乗算器27に接続され、乗算器
27の出力は画像中の低周波数成分の線のみを通過する
ローパスフィルタ28を介して処理画像を表示するテレ
ビモニタ29に接続されている。
【0019】コヒーレント光源10から射出した光は、
偏光状態が円偏光又は45度近傍に偏光方位を有する直
線偏光となるように偏光変換装置11で調整された後
に、ビームエキスパンダ12により光束径が拡大され、
折り曲げミラー13により進行方向が変化して偏光ビー
ムスプリッタ14に入射する。偏光ビームスプリッタ1
4は入射した光を互いに直交する2つの直線偏光に分離
し、一方の光は偏光ビームスプリッタ14に反射されて
参照光として参照ミラー19へ向かい、他方の光は偏光
ビームスプリッタ14を透過して被検光として被測定ワ
ークTへ向う。
【0020】参照光は 1/4波長板18により偏光状態
が円偏光に変換された後に、参照ミラー19に反射さ
れ、再び 1/4波長板18の作用で偏光状態が直線偏光
に変換されて偏光ビームスプリッタ14に戻るが、この
とき直線偏光の方位が90度回転しているために、偏光
ビームスプリッタ14を直進して二次元画像検出装置2
3へ向かう。一方、被検光は 1/4波長板15により偏
光状態が円偏光に変換された後に、ヌルレンズ16によ
り非球面波面T’に変換され、被測定ワークTの表面で
反射されて再びヌルレンズ16に戻り、 1/4波長板1
5の作用により偏光状態が円偏光に変換されて偏光ビー
ムスプリッタ14に戻るが、このとき直線偏光の方位が
90度回転しているために、偏光ビームスプリッタ14
に反射されて二次元画像検出装置23に向かう。
【0021】二次元画像検出装置23に向かう参照光及
び被検光は、偏光ビームスプリッタ14を出射した直後
は偏光方位が互いに直交する光なので干渉を起こさない
が、2つの偏光方位から略45度主軸を傾けた偏光子2
1を通過することにより、偏光方位が一致して干渉を起
こす。この結果、干渉した2つの光はその光波面の位相
が一致するときは強め合い、位相差が180度のときは
弱め合うために、波面の形状に応じた干渉縞パターンが
形成され、適切な結像レンズ22により倍率と結像関係
が満足される状態で、二次元画像検出装置23の撮像面
上に投影される。
【0022】この干渉縞画像は二次元画像検出装置23
に検知され、画像入力手段24において1画面分のデジ
タルデータに変換された後に、前処理手段25で必要に
応じて時間的平均、空間的平均、背景ノイズ除去、カメ
ラ感度むら補正、不要領域マスキング等の前処理が行わ
れる。そして、前処理の完了した画像は乗算器26にお
いて、参照画像メモリ27のデータとビデオレートで対
応する画素毎に乗算が行われる。
【0023】いま、二次元画像検出装置で使われるCC
Dカメラの水平方向をx、垂直方向をyとしたときに、
x方向に高い空間周波数Vを有する参照画像を用意すれ
ば、参照画像及び入力画像の輝度信号Ir、Isはそれぞれ
次式で表すことができる。
【0024】 Ir=Asin(Vx+P)+R …(6) Is=Bsin(Wx+Q)+S …(7)
【0025】ここで、A、Bはそれぞれ参照画像、入力
画像の輝度振幅、Vx、Wxはそれぞれ参照画像、入力
画像のx方向の空間周波数、P、Qはそれぞれ参照画
像、入力画像の初期位相、R、Sはそれぞれ参照画像、
入力画像のバイアス成分である。
【0026】ここで、式(6) 、(7) を乗算器27で乗算
すると次のように計算される。
【0027】 I=Ir・Is=A・Bsin(Vx+P)・sin(Wx+Q)+A・Ssin(Vx+P )+BRsin(Wx+Q)+RS =(A・B/2)[cos{(V−X)x+P−Q} −cos{( V+W)x+P+ Q}]+A・Ssin(Vx+P)+B・Rsin(Wx+Q)+R・S …(8)
【0028】この式(8) は、V−W、V+W、V、Wの
4つの空間周波数を含む画像となり、このままでは、複
雑な縞パターンを含んでいるために直感的な理解が難し
いのでローパスフィルタ28においてフィルタリングが
行われる。
【0029】即ち、ローパスフィルタ28のカットオフ
周波数を例えば縞n本/画面に設定しておき、参照画
像、入力画像のx方向の空間周波数Vx、Wxが縞n本
/画面以上となるように調整すれば、このローパスフィ
ルタ28の作用によってV、W、V+Wの周波数成分は
カットされ、差周波数のV−Wの信号のみがローパスフ
ィルタ28を通過することになり、テレビモニタ29で
観察される画像は次式のようになる。
【0030】 Im=(A・B/2)cos {(V‐W)x+P−Q} +R・S …(9)
【0031】以上の調整は、実際には参照画像のx方向
の空間周波数Vをローパスフィルタ28のカットオフ周
波数に応じて縞n本/画面以上にしておき、検査作業者
がテレビモニタ29上で最も縞を粗く出すように干渉計
のワークホルダ17又は参照ミラーホルダ20の微動機
構を調整して、入力画像の空間周波数Wを参照画像の空
間周波数Vに一致させることにより達成することができ
る。この操作はテレビモニタ29の映像を見ていると、
通常の干渉計で干渉縞を粗く出すようにアライメントす
る作業とほぼ同じであり、作業者は違和感なく操作する
ことができる。
【0032】図2はフィルタリング処理を行うローパス
フィルタ28のブロック回路構成図を示し、入力ビデオ
信号VIは輝度/同期分離回路28a、フィルタ回路28
b、輝度/同期合成回路28cを介してビデオ信号VOが
得られるようになっており、輝度/同期分離回路28a
からの同期信号SSが輝度/同期合成回路28cに出力さ
れている。
【0033】図3はフィルタリング処理の電気信号のタ
イムチャート図を示し、例えばNTSC規格のビデオ信
号の場合には、水平方向の走査周波数はFh=15.73
4kHz なので、n本/画面の縦縞をフィルタリングす
るためには、Fh・nのカットオフ周波数を有するローパ
スフィルタ28を使用すればよい。いま、nを50本/
画面とすれば、ローパスフィルタ28のカットオフ周波
数はFc=Fh・n=15.734×50=786.7kH
z とすればよいので、これに対して適切な電気処理回路
を構成すれば容易にフィルタリング処理を行うことがで
きる。
【0034】ただし、現実のビデオ信号VIには同期信号
SSが複合しているために、一旦輝度/同期分離回路28
aにおいて輝度信号BSと同期信号SSを分離した後に、輝
度信号BSのみにフィルタ回路28bでフィルタリングを
行って輝度信号BFとし、輝度/同期合成回路28cにお
いて再び同期信号SSと合成してビデオ信号VOとしてテレ
ビモニタ30に送る必要がある。
【0035】被測定物が球面や平面等の単純な形状であ
れば、参照画像として単純な直線縞パターンを用いて形
状の検査が可能であるが、大きな非球面量の被測定ワー
クTに対して、ヌルレンズ16で設計上ほぼ被測定ワー
クTの非球面形状に一致する非球面波を発生させるため
には、ヌルレンズ16の設計、製作を波長オーダ以下で
行うことが必要で、これは非常に困難でありかつコスト
も高くなる。一方、ヌルレンズ16が完全でないと、検
査作業者は歪んだ縞パターンを見て被測定ワークTの良
否を判断することになり、精度の高い判定は不可能であ
る。
【0036】このために、ヌルレンズ16が有する誤差
を予め評価しておき、その誤差に応じたパターンを参照
画像データに変換して参照画像メモリ27に書き込んで
おくことにより、画像演算の結果として表示されるテレ
ビモニタ29上の縞パターンが、純粋な被測定ワークT
が有する形状誤差を表現することになる。このようにし
て、検査作業者は歪みの無い直線縞パターンを理想とし
て測定される干渉縞を判定することができるので、通常
の球面、平面の検査と変わらない作業を実施して、高精
度な非球面量の判定を行うことが可能となる。
【0037】このヌルレンズ19の誤差を予め評価する
手段としては、例えば別の測定器によって高精度である
ことが保証された非球面マスタワークを本装置に搭載
し、このときヌルレンズ16を通して観測される乗算前
の画像を参照画像メモリ27に保存して、通常の測定で
使用することが考えられる。
【0038】なお、二次元画像検出手段23はCCDカ
メラだけでなく、ビジコンなどの光電撮像管、一次元C
CDの走査装置等でもよく、また画像入力手段25は各
種の撮像手段に対して信号の整合をとるインタフェース
機能を含んでいてもよく、更に参照画像メモリ28はビ
デオレートよりも遅い読出し速度の記憶手段でもよい。
【0039】また、乗算器26はモアレ縞を観測するだ
けの場合には、加算器又は減算器で置き換えて使用して
もよく、ローパスフィルタ28はコンデンサ、抵抗、演
算増幅器からなるアナログフィルタ、高速計算機による
デジタルフィルタ等を使用することもでき、カットオフ
周波数は固定でも可変でも支障はない。また、ヌルレン
ズ16は計算機ホログラム素子(CGH)等の光の回折
現象を応用して任意の光波面を発生させる特殊光学素子
でもよい。
【0040】図4は第2の実施例の構成図を示し、図1
と同じ記号は同じ部材を表している。本実施例において
は、光の波面形態をそれぞれの所定形状に変換する複数
のヌルレンズ16a、16b、・・・、16nを設計製
作し、ストッカ30にストックして必要に応じて光路中
に供給可能とされている。また、前処理手段25の出力
は測定時のモードを切換えるモード切換スイッチを有す
るビデオ分岐手段31において2系統に分割され、一方
の出力は第1の実施例と同様の処理を行うように乗算器
27、ローパスフィルタ28、テレビモニタ29に順次
に接続されている。一方、他方の出力は測定や前処理を
行った画像を一旦記憶する入力画像メモリ32、位相解
析処理やグラフィック処理をシリアルに行う汎用のコン
ピュータ33に接続されている。更に、予め複数の参照
画像データを保存するデータ保存手段34が設けられ、
データ保存手段34の出力は参照画像メモリ26、コン
ピュータ33にそれぞれ接続されている。
【0041】発生した干渉縞画像は二次元画像検出装置
23で検知され、画像入力手段24において1画面分の
デジタルデータに変換された後に、前処理手段25にお
いて必要に応じて前処理が行われ、前処理後の画像信号
はビデオ分岐手段31においてアライメントモードと検
出モードに分岐され、ビデオ分岐手段31のa側におい
て参照面と被測定面のアライメント処理が行われる。な
お、通常の干渉計によるアライメントが干渉縞を粗く出
すことを目的としているのに対し、電子モアレ法では予
め決めておいた空間周波数Vに相当する多数の縞を出す
ことを目的としているために、特別な処理を行う必要が
あるので、アライメントモードはビデオ分岐手段31の
a側で実施する。
【0042】前処理が完了した画像は、予め選択してい
るヌルレンズ16の種類に応じてロードしておいた参照
画像メモリ26のデータと、ビデオレートで対応する画
素毎に乗算器27において乗算が行われる。
【0043】第1の実施例と同様に、参照画像、入力画
像の輝度信号Ir、Isはそれぞれ式(6) 、(7) で表され、
乗算器27で演算されて式(8) となる。ここで、ローパ
スフィルタ28のカットオフ周波数を参照画像の空間周
波数Vより稍々低い値に設定しておくと、ローパスフィ
ルタ28の作用により差周波数のV−Wの信号のみが通
過することになり、テレビモニタ29で観察される画像
は第1の実施例と同様に式(9) となる。従って、テレビ
モニタ29上で最も縞を粗く出すように干渉計を調整す
れば、入力画像の空間周波数Wを参照画像の空間周波数
Vに一致させることになり、電子モアレ法におけるアラ
イメントの目的が達成される。
【0044】この式(9) において、V−Wが0に近くな
ると、参照画像と入力画像の位相差P−Qが縞となって
現れるために、縞模様から概略の波面誤差や屈折率分布
を視覚的に認識することができる。
【0045】アライメントが完了した段階で、ビデオ分
岐手段31のb側の検出モードの処理に移り、検出モー
ドでは前処理の完了した画像が入力画像メモリ13に1
画面分だけ保存される。1画面のシャッタ速度は、通常
のCCDカメラでは1/30〜1/1,000秒程度で
あり、特殊なカメラやパルス発光レーザー光源を使用す
れば、1/1,000,000秒以下の短い時間で干渉
縞を凍結させて検出することが可能である。このように
して、測定すべき画像を瞬間的に捉えれば、後の演算処
理は演算モードで徐々に行ってもよい。
【0046】図5は演算処理のフローチャート図を示
し、演算モードは入力画像メモリ32のデータと予め用
意されたデータ保存手段34に保存してある複数の参照
画像データとの演算処理を、汎用のコンピュータ33で
処理するモードである。
【0047】先ず、ステップS1で入力画像データを入力
画像メモリ32からロードし、次にステップS2で選択し
たヌルレンズ16aに応じた第1の参照画像データD1
を、データ保存装置手段34の一部からロードする。こ
のとき、参照画像データD1にはアライメントモードで用
いた参照画像データと同じ空間周波数Vを有する縞模様
が記録されている。
【0048】参照画像データD1、入力画像メモリ32の
データの輝度信号Ir1 、Isはそれぞれ式(6) 、(7) と同
様にして次式のようになる。
【0049】 Ir1 =Asin(Vx+P1)+R …(10) Is=Bsin(Wx+Q)+S …(11)
【0050】ステップS3、S4で式(10)、(11)を画像間の
乗算及びローパスフィルタ処理を行えば、式(8) 、(9)
と同じ計算が成立するので、輝度分布画像Im1 は次のよ
うに計算される。
【0051】 Im1=(A・B/2)cos{( V−W)x+P1−Q} +R・S …(12)
【0052】x方向の空間周波数(V−W)は、アライ
メントモードにより0又は十分小さい状態に調整されて
いるので、輝度分布画像Im1 は次のようになる。
【0053】 Im1 =(A・B/2)cos(P1−Q) +R・S …(13)
【0054】そして、ステップS5でこの計算結果を一次
保存する。また、参照画像データは予め複数用意されて
おり、それぞれのデータは同じ空間周波数分布の縞パタ
ーンであるが、初期位相が少しずつずれたデータとなっ
ており、次のような一連のデータが記録されている。
【0055】 Ir1 =Asin(Vx+P1)+R Ir2 =Asin(Vx+P2)+R ・ ・ Irn =Asin(Vx+Pn)+R …(14)
【0056】従って、ステップS6、S7でそれぞれの参照
面像データと入力画像データを乗算及びローパスフィル
タ処理のループにより処理すれば、式(13)と同様の結果
が得られ、次のような輝度分布画像Im1 〜Imn となる。
【0057】 Im1 =(A・B/2)cos(P1−Q) +R・S Im2 =(A・B/2)cos(P2−Q) +R・S ・ ・ Imn =(A・B/2)cos(Pn−Q) +R・S …(15)
【0058】干渉縞の初期位相分布を計算する手法とし
てバケット法が広く知られており、これは正弦波状に変
化する信号の初期位相を3点以上の代表点データから計
算する手法であり、代表点データの位相差を適切に選択
することにより簡単な四則演算で初期位相を求めること
ができる。従って、ステップS8でバケット法に基づく位
相計算を行う。
【0059】いま各代表点のデータを次式のように表
す。
【0060】 I1=Kcos(θ+φ1 )+L I2=Kcos(θ+φ2 )+L ・ ・ In=Kcos(θ+φn )+L …(16)
【0061】ここで、Kは信号の振幅、Lは信号のオフ
セット、φn は位相差、θは求める初期位相である。
【0062】例えば、n=3、φ1 =π/4、φ2 =3
π/4、φ3 =5π/4と選べば、次式のようになる。
【0063】 I1=Kcos(θ+π/4)+L=(K/√2)( cosθ−sin θ)+L I2=Kcos(θ+3π/4)+L=(K/√2)(− cosθ− sinθ)+L I3=Kcos(θ+5π/4)+L=(K/√2)(− cosθ+ sinθ)+L …(17)
【0064】従って、 cosθ、 sinθは次式のように表
すことができる。
【0065】 cosθ=(I1−I2)/(K√2) sinθ=(I3−I4 )/(K√2) …(18)
【0066】そして、初期位相θは次式のようになる。
【0067】 θ=tan-1( sinθ/ cosθ)=tan-1{(I3−I2)/(I1−I2)} …(19)
【0068】このようにして、振幅KとオフセットLの
影響を消去することができ、初期位相θを求めることが
できる。
【0069】n=4、5、…に対応して適切な位相差φ
n を与えることにより、簡単な四則演算とtan-1 の演算
で初期位相θが計算できることが知られており、一般に
nが大きい程測定精度は高くなる。従って、式(15)で表
される本実施例の中間データからも、同様のバケット法
に基づく位相演算によって位相分布を計算することがで
きる。
【0070】また、tan-1 の演算で計算された位相分布
は±π/2の範囲しか表現できない。従って、この範囲
を超える位相分布がある場合には、本来では滑らかなは
ずのデータが不連続に見えるので、ステップS9で位相継
ぎ処理という不連続解消の処理を行う。更に、ステップ
S10 、S11 で必要に応じて立体図、等高線図、任意断面
表示等の視覚化処理、直交多項式フィット等のデータ縮
小処理を行うことによって、測定者に理解できる情報と
して表示する。
【0071】異なる設計形状の被測定非球面ワークTを
測定する場合には、ヌルレンズ16を適切なものに交換
し、それに応じた参照画像データをデータ保存手段34
からコンピュータ33及び参照画像メモリ26にロード
し、同様の手順で測定を行えばよい。
【0072】なお、本実施例においても二次元画像検出
手段23はビジコン等の光電撮像管や一次元CCDの走
査装置でもよく、またアライメントが完了した後の検出
モードでは、これらの光電変換手段で撮像されたものを
記録したビデオ装置や、銀塩カメラで撮像されたものを
スキャナ装置等で読み取って、電気信号に変換したデー
タも使用可能である。更に、ビデオ分岐手段31は分配
器ではなく、入力画像をアライメント側と検出側に切換
えるスイッチでもよく、参照画像データを保存するデー
タ保存手段34は、半導体メモリ装置、ハードディスク
装置、光磁気記憶装置、磁気テープ記録装置などが使用
可能である。
【0073】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る非球面
測定方法及び装置は、大非球面量を有する被測定物を光
学波面変換素子を用いて観測可能なレベルにまで干渉縞
の空間周波数分布範囲を下げた後に、参照画像として使
用する光学波面変換素子が有する誤差を表示する電子モ
アレ法を適用することにより、直感的に形状の良否を判
定することができ、使用する光学波面変換素子を高精度
に製作する必要がないために、安価なシステムとするこ
とができる。また、適切なデータ解析用コンピュータを
接続して、適切な演算を行うことにより、数値データと
して非球面ワークの形状誤差を表示することが可能であ
り、更に多数の非球面形状を測定する必要があるときで
も、それぞれの形状に応じた光学波面変換素子に交換し
て、それぞれの光学波面変換素子が有する誤差を予め保
存してある対応する参照画像データを呼び出すだけで測
定可能なシステムを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施例の構成図である。
【図2】ローパスフィルタのブロック回路構成図であ
る。
【図3】フィルタリング処理信号のタイムチャート図で
ある。
【図4】第2の実施例の構成図である。
【図5】2値化データ処理のフローチャート図である。
【図6】従来例のブロック回路構成図である。
【符号の説明】
10 コヒーレント光発振器 11 偏光変換手段 14 偏光ビームスプリッタ 15、18 1/4波長板 16、16a〜16n 光学波面変換素子 19 参照ミラー 21 偏光子 23 二次元画像検出手段 24 画像入力手段 25 前処理手段 26 参照画像メモリ 27 乗算器 28 ローパスフィルタ 29 テレビモニタ 31 ビデオ信号分岐手段 32 入力画像メモリ 33 コンピュータ 34 データ保存手段

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 大きな非球面量を有する被測定光学素子
    の形状を測定する非球面形状測定方法において、前記被
    測定光学素子の非球面形状と略一致する光波面を光学波
    面変換素子により発生し、多数の干渉縞により空間的な
    搬送波を生ずる被測定干渉縞画像と、前記搬送波の空間
    周波数と略等しい周波数を有しかつ初期位相が異なる複
    数の参照画像とを演算することにより、前記被測定干渉
    縞画像の位相分布を電子モアレ法により測定し、前記光
    学波面変換素子が発生する光波面と、前記被測定光学素
    子の非球面形状との差に相当する微小な形状誤差パター
    ンを、前記電子モアレ法による干渉縞位相解析の参照画
    像として書き込むことにより、被測定光学素子の非球面
    形状のヌルテストを行うことを特徴とする非球面形状測
    定方法。
  2. 【請求項2】 前記光学波面変換素子は1個以上の球面
    レンズを組み合わせた構成のヌルレンズとした請求項1
    に記載の非球面形状測定方法。
  3. 【請求項3】 前記光学波面変換素子は計算機ホログラ
    ム素子とした請求項1に記載の非球面形状測定方法。
  4. 【請求項4】 大きな非球面量を有する被測定光学素子
    の非球面形状に略一致する光波面を発生する光学波面変
    換素子を有し、多数の干渉縞により空間的な搬送波を生
    ずる被測定干渉縞画像と、前記搬送波と略等しい周波数
    を有しかつ初期位相が異なる複数の参照画像とを電子モ
    アレ法干渉縞位相解析により演算して、前記被測定干渉
    縞画像の位相分布を測定する非球面形状測定装置におい
    て、前記電子モアレ法干渉縞位相解析における参照画像
    データとして、前記光学波面変換素子が発生する光波面
    と前記被測定光学素子の非球面形状との差に相当する微
    小な形状誤差パターンを書き込む書込手段により、前記
    被測定光学素子の非球面形状のヌルテストを行うことを
    特徴とする非球面形状測定装置。
  5. 【請求項5】 前記光学波面変換素子は1個以上の球面
    レンズを組み合わせた構成のヌルレンズとした請求項4
    に記載の非球面形状測定装置。
  6. 【請求項6】 前記光学波面変換素子は計算機ホログラ
    ム素子とした請求項4に記載の非球面形状測定装置。
JP30871996A 1996-11-05 1996-11-05 非球面形状測定方法及び装置 Expired - Fee Related JP3495861B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP30871996A JP3495861B2 (ja) 1996-11-05 1996-11-05 非球面形状測定方法及び装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP30871996A JP3495861B2 (ja) 1996-11-05 1996-11-05 非球面形状測定方法及び装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH10132531A true JPH10132531A (ja) 1998-05-22
JP3495861B2 JP3495861B2 (ja) 2004-02-09

Family

ID=17984466

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP30871996A Expired - Fee Related JP3495861B2 (ja) 1996-11-05 1996-11-05 非球面形状測定方法及び装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3495861B2 (ja)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002081924A (ja) * 2000-07-05 2002-03-22 Ckd Corp 三次元計測装置
CN105423948A (zh) * 2015-12-14 2016-03-23 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 采用变形镜的拼接干涉检测非球面面形的装置及方法
CN105627945A (zh) * 2015-12-21 2016-06-01 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 非球面元件中心与外圆中心偏离量的测量装置及测量方法
JP2018205430A (ja) * 2017-05-31 2018-12-27 国立研究開発法人産業技術総合研究所 位相シフトデジタルホログラフィ装置及びそのプログラム
CN109737892A (zh) * 2019-01-08 2019-05-10 北京卫星环境工程研究所 基于区域定位拟合算法的数字莫尔移相干涉面形测量方法
CN111023973A (zh) * 2019-12-30 2020-04-17 长光卫星技术有限公司 一种离轴非球面反射镜的参数检测方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102589472B (zh) * 2012-03-15 2014-05-07 浙江大学 在球面面形干涉检测中高精度消除调整误差的方法
JP6135127B2 (ja) * 2012-12-28 2017-05-31 株式会社ニコン 光学系、および面形状測定装置

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002081924A (ja) * 2000-07-05 2002-03-22 Ckd Corp 三次元計測装置
CN105423948A (zh) * 2015-12-14 2016-03-23 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 采用变形镜的拼接干涉检测非球面面形的装置及方法
CN105627945A (zh) * 2015-12-21 2016-06-01 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 非球面元件中心与外圆中心偏离量的测量装置及测量方法
JP2018205430A (ja) * 2017-05-31 2018-12-27 国立研究開発法人産業技術総合研究所 位相シフトデジタルホログラフィ装置及びそのプログラム
CN109737892A (zh) * 2019-01-08 2019-05-10 北京卫星环境工程研究所 基于区域定位拟合算法的数字莫尔移相干涉面形测量方法
CN111023973A (zh) * 2019-12-30 2020-04-17 长光卫星技术有限公司 一种离轴非球面反射镜的参数检测方法
CN111023973B (zh) * 2019-12-30 2021-06-08 长光卫星技术有限公司 一种离轴非球面反射镜的参数检测方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP3495861B2 (ja) 2004-02-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4869593A (en) Interferometric surface profiler
US4948253A (en) Interferometric surface profiler for spherical surfaces
KR101899026B1 (ko) 단일 생성 위상 천이 기법을 이용한 디지털 홀로그래픽 복원 장치 및 방법
JP6628103B2 (ja) デジタルホログラフィ記録装置、デジタルホログラフィ再生装置、デジタルホログラフィ記録方法、およびデジタルホログラフィ再生方法
JP7233536B2 (ja) 各々入力光フィールドの入力位相及び/又は入力振幅を測定する方法、干渉計及び信号処理装置
EP0088890B1 (en) Electron holography microscope
WO2004025568A2 (en) System and method for detecting differences between complex images
JP2941228B2 (ja) 粒子測定装置及びその校正方法
JP3495861B2 (ja) 非球面形状測定方法及び装置
FR2707018A1 (ja)
CN115541602B (zh) 产品缺陷检测方法
JP2538435B2 (ja) 縞位相分布解析方法および縞位相分布解析装置
JP2821685B2 (ja) 2次元情報取得装置
JP3228458B2 (ja) 光学的3次元計測装置
JPH11194011A (ja) 干渉装置
JPH11337321A (ja) 位相シフト干渉縞の同時計測方法及び装置
JP3495854B2 (ja) 位相分布測定方法及びそれを用いた位相シフト電子モアレ装置
JP2020153992A (ja) 白色干渉計による形状測定装置
JPH1114322A (ja) 電子モアレ測定方法及びそれを用いた測定装置
JPH1096603A (ja) 干渉計測装置
JP3325078B2 (ja) 非接触三次元形状計測装置
CN115655154B (zh) 一种高分辨率相位测量偏折术动态缺陷检测装置及方法
JP3478685B2 (ja) 位相分布測定方法およびそれを用いた位相分布測定装置
JPH0587541A (ja) 2次元情報測定装置
JP3610244B2 (ja) モアレ測定方法及びそれを用いたモアレ測定装置

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081121

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Year of fee payment: 5

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081121

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Year of fee payment: 6

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091121

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101121

Year of fee payment: 7

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees