JPH10221029A - 非球面形状測定装置 - Google Patents

非球面形状測定装置

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JPH10221029A
JPH10221029A JP9020306A JP2030697A JPH10221029A JP H10221029 A JPH10221029 A JP H10221029A JP 9020306 A JP9020306 A JP 9020306A JP 2030697 A JP2030697 A JP 2030697A JP H10221029 A JPH10221029 A JP H10221029A
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JP
Japan
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shape
aspherical
measuring
measured
master
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Pending
Application number
JP9020306A
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English (en)
Inventor
Hajime Ichikawa
元 市川
Shigeo Mizoroke
茂男 御菩薩池
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高精度に非球面形状を測定することができる
非球面測定装置を提供する。 【解決手段】 ヌル素子2を経由した測定ヌル波面10
が照射される一定の同一位置において被検レンズ13お
よびマスター原器12を交換可能に保持する保持装置3
を備え、被検レンズ13が保持機構3により保持されて
いるときに、参照光および被検面13aでの反射により
得た測定光の相互干渉による干渉縞から得られる被測定
面形状データと、マスター原器12が保持機構3により
保持されているときに、参照光およびマスター原器面1
2aでの反射により得た測定光の相互干渉による干渉縞
から得られるマスター原器面形状データとに基づき、被
検面13aのマスター原器面12aからの形状偏差を演
算する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ヌルレンズ等のヌ
ル素子により生成された非球面波により、非球面レンズ
の非球面形状を計測するための非球面形状測定装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】非球面で構成された非球面レンズの面形
状を高精度に干渉計測するための方法として、二波面M
ZP(マスターゾーンプレート)を用いる方法が、特開
平6−11323号公報に開示されている。
【0003】この方法では、一枚のZP(ゾーンプレー
ト)素子に、レンズの形状を計測するための非球面波を
発生させる形状測定用のパターン、および球面波を発生
させるためのアライメント用のパターンを設け、面形状
を測定するための予定測定位置での被検レンズの頂点近
傍に球面波を集光させることによって、被検面の形状測
定、および被検面の測定光軸方向の位置決めが被検レン
ズを極力動かさずに行えるという特徴を有する。
【0004】非球面の形状測定において、このような測
定光軸方向の位置決めが必要な理由は、以下の通りであ
る。例えば、断面形状が、
【数1】 Z=X2 /R/{1+(1−κX2 /R21/2 } +C04X4 +C06X6 +C08X8 +C10X10 ・・・式(1) で表される2次非球面をベースとした高次非球面形状を
有する被検面の場合、被検面の形状誤差(設計値からの
幾何学的な形状誤差、および面精度)を干渉計を用いて
測定する場合には、設計値通りの理想的なヌル波面が所
定の位置に形成されても、光は直進するために、所定の
位置から干渉計の光軸方向にある一定量だけ観測位置を
変位すれば、そのヌル波面は非球面の幾何学的な形状を
変えてしまう。具体的には、式(1)の各係数が設計値
から乖離することになる。
【0005】しかるに、被検面の方もそれと同じ量だけ
設計値から幾何学的な形状が乖離していれば、その被検
面を上述の一定量だけ変位した位置に設置することによ
り、いわゆる縞一色の干渉縞が得られてしまう。これ
は、被検面の測定光軸方向の位置情報がないと、被検面
の非球面形状を正確に測定することが原理的に不可能で
あることを示している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、被検面
の測定光軸方向の位置が正確に確定できたとしても、所
定の位置におけるヌル波面自身が設計形状から乖離して
いる場合、やはりヌル波面そのものの校正が必要になっ
てくるという問題点があった。
【0007】本発明の目的は、高精度に非球面形状を測
定することができる非球面測定装置を提供することにあ
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】一実施の形態を示す図1
〜図3に対応づけて説明すると、請求項1に記載の発明
は、被測定物13に形成された被測定面13aの非球面
形状を測定する非球面形状測定装置に適用される。そし
て、参照光および測定光の相互干渉に基づく干渉縞を形
成する干渉計本体102と、干渉計本体102から射出
される波面を被測定面13aと略等しい形状の非球面波
10に変換するためのヌル素子2と、被測定面13aと
略等しい形状の別途校正されたマスター原器面12aが
形成されたマスター原器12と、ヌル素子2を経由した
非球面波10が照射される一定の同一位置において被測
定物13およびマスター原器12を交換可能に保持する
保持装置3と、被測定物13が保持装置3により保持さ
れているときに、参照光および被測定面13aでの反射
により得た測定光の相互干渉による干渉縞から得られる
被測定面形状データと、マスター原器12が保持装置3
により保持されているときに、参照光およびマスター原
器面12aでの反射により得た測定光の相互干渉による
干渉縞から得られるマスター原器面形状データとに基づ
き、被検面13aのマスター原器面12aからの形状偏
差を演算する演算装置200とを備えることにより上述
の目的を達成する。請求項2に記載の発明は、請求項1
に記載の非球面形状測定装置において、非球面波10の
光軸方向について、保持装置3の位置を検出する位置検
出装置7をさらに備え、保持装置3は、被測定物13お
よびマスター原器12の保持位置が一定の同一位置とな
るように非球面波10の光軸方向について移動可能に保
持するものである。
【0009】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段の項では、本発明を分かり易くする
ために発明の実施の形態の図を用いたが、これにより本
発明が実施の形態に限定されるものではない。
【0010】
【発明の実施の形態】本装置では、予めその形状が校正
され、形状および重量とも被検レンズと略同一に作製さ
れたマスター原器を用いる。そして、マスター原器と被
検レンズとを同一の姿勢に保持し、このときの両者の形
状データに基づいてマスター原器のマスター原器面に対
する被検面の形状偏差を知るものである。この手法は、
球面測定において開発された手法を非球面に適用するも
のである。
【0011】−非球面形状測定装置の一実施の形態− 以下、図1〜図3を用いて本発明による非球面形状測定
装置の一実施の形態について説明する。
【0012】図1に示すように、本実施の形態の非球面
形状測定装置は干渉計100と、演算装置200と、ア
ライメント用のモニタ300とを備える。干渉計100
は光学系装置101と、干渉系本体102と、干渉計本
体102内に形成される干渉縞を撮像するための干渉縞
撮像装置(CCDカメラ)103とを備え、干渉縞撮像
装置103には演算装置200およびモニタ300がそ
れぞれ接続されている。
【0013】図2に示すように、光学系装置101は干
渉計本体102から射出された平面波が入射されるフィ
ゾーフラット1と、フィゾーフラット1を透過した光束
をヌル波面に変換するヌル素子(ヌルレンズ)2と、マ
スター原器12または被検レンズ13を支持するととも
に、干渉計100の測定光軸方向に移動させる支持機構
3とを備える。支持機構3は、例えば、マスター原器1
2あるいは被検レンズ13の外周に近く、測定の有効領
域外の外径部を3点で保持するように構成される。ま
た、偏心を極力抑えるために外径部におけるはめ合いが
高精度になされるように、その構造が考慮されるべきで
ある。支持機構3は、マスター原器12および被検レン
ズ13を精度良く所定位置に設置できるように構成され
るのが望ましい。また、後述するように、マスター原器
12と被検レンズ13との交換による荷重変動に起因し
た保持機構3の傾き等が発生する場合があり、測定の精
度に影響する。したがって、マスター原器12および被
検レンズ13が所定の光軸方向の位置に傾きなく高精度
に設置できるよう、装置全体の剛性や荷重バランスに考
慮する必要もある。なお、図2では被検レンズ13が保
持機構3に設置された状態を示す。
【0014】図2において、7は支持機構3の測定光軸
方向への変位を検出するための検出装置である。図2で
は、高精度測定のために通常良く用いられるレーザ測長
器が検出装置7として例示されている。検出装置(レー
ザ測長器)7は、測長用の周波数安定化レーザ光を発生
させるとともにビームスプリッタにより光束を参照光と
測定光とに分配し、2光束の干渉計信号を検出するため
の本体7aと、球面原器12等に取り付けられ測定光を
反射させるためのミラー7bとを備える。
【0015】アッベ誤差を緩和させるために、検出装置
7の測長光束の光軸は干渉計100の測定光軸Xと一致
されている。また、偏心を測定するために、マスター原
器12あるいは被検レンズ13の裏面(図2において上
面)からの干渉測定光を使用する場合には、干渉計10
0の測定光軸Xを対称軸として振り分けた2箇所につい
て測長を行うようにしてもよい。
【0016】図2に示すように、干渉計本体102から
射出される平面波は、フィゾーフラット1に形成された
高精度参照面1aに垂直に入射され、干渉縞を形成させ
るための一方の測定波面(反射光)を発生させる。高精
度参照面1aを透過した測定光束は、ヌルレンズ2に入
射され、所定の位置で設計形状と略等価な非球面形状と
なる測定ヌル波面10を発生させる(図3参照)。
【0017】保持機構3に取り付けられたマスター原器
12または被検レンズ13からの反射光は、他方の測定
波面となり、フィゾーフラット1の高精度参照面1aに
おいて反射された一方の測定波面とともに干渉計本体1
02に戻る。両者の測定波面は干渉計本体102内で干
渉し合い、形成された干渉縞は干渉縞撮像装置103に
より撮像され、その撮像信号は演算装置200およびモ
ニタ300に出力される。
【0018】演算装置200は、撮像装置103からの
信号を受けて、形状測定のための演算を行う。演算装置
200は、干渉計本体102内の干渉縞撮像装置103
からの画像情報を光路差データに変換し、被検面13a
の形状誤差を算出する。
【0019】以上のように構成された本実施の形態の非
球面形状測定装置を用いて、被検レンズ13の被検面1
3aの形状を測定する場合の手順の一例について、次に
述べる。
【0020】まず、所定の位置にマスター原器12がセ
ットされるように、保持機構3を調節する。この際、マ
スター原器12の反射面12aに測定ヌル波面が極力垂
直に入射するよう(縞一色となる)ように、モニタ30
0を見ながら保持機構3を調整する。このときの干渉縞
データがレフデータとして演算装置200内に記憶され
る。
【0021】次に、保持機構3からマスター原器12を
取り外し、マスター原器12に代えて被検レンズ13を
保持機構3にセットする。装置全体の充分な強度が確保
され、保持機構3への取付け精度等が充分に高ければ、
充分被検レンズ13への交換時に保持機構3を移動させ
ず、そのままの状態で被検レンズ13による形状データ
の取込みを行うことができる。しかし、荷重変動等に起
因した保持機構3の位置変動を生ずる場合には、検出装
置7によりその位置をモニタしながら、保持機構3を適
正な位置まで移動調整する。これにより、被検レンズ1
3を所定の位置にセットすることができる。
【0022】被検レンズ13を適切にセットした状態
で、干渉縞データを取込み、演算装置200において、
上述のマスター原器12のマスター原器面12aのデー
タを被検面13aのデータから減算する。これにより、
被検面13aの非球面形状がマスター原器面12aから
の形状誤差として捉えられる。したがって、マスター原
器面12aの形状が正確に校正されていれば、被検面1
3aの形状が正確に測定できる。なお、マスター原器面
12aの校正は、被検面13aによる干渉計測の前後を
問わない。すなわち、予めマスター原器面12aの校正
を行っておいてもよいし、被検面13aの干渉計測後に
校正を行ってもよい。
【0023】図3における斜線部は、被検面13aの形
状データからマスター原器面12aの形状データを減算
して得た減算データを示す。このように、被検面13a
の形状がマスター原器面13aからの偏差として得られ
る。
【0024】本実施の形態では、保持機構3の位置を検
出するための検出装置7を設けているが、検出装置7を
省略してもよい。但し、要求される測定精度に応じた装
置全体の剛性や保持機構3による保持位置の精度を確保
する必要がある。
【0025】
【発明の効果】請求項1に記載の発明によれば、被検面
の非球面形状が校正されたマスター原器面からの偏差形
状として演算されるので、被検面の非球面形状が正確に
測定できる。請求項2に記載の発明によれば、保持装置
の位置を検出する位置検出装置をさらに備え、保持装置
により被測定物およびマスター原器を非球面波の光軸方
向に移動可能としたので、被測定物およびマスター原器
の位置を正確に設定できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による非球面形状測定装置の一実施の形
態を示すブロック図。
【図2】図1に示す非球面形状測定装置の光学系装置を
示す図。
【図3】被検面およびマスター原器面の形状を示す図。
【符号の説明】
2 ヌル素子 3 保持機構 7 検出装置 10 測定ヌル波面 12 マスター原器 12a マスター原器面 13 被検レンズ 13a 被検面 102 干渉計本体 200 演算装置

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被測定物に形成された被測定面の非球面
    形状を測定する非球面形状測定装置において、 参照光および測定光の相互干渉に基づく干渉縞を形成す
    る干渉計本体と、 前記干渉計本体から射出される波面を前記被測定面と略
    等しい形状の非球面波に変換するためのヌル素子と、 前記被測定面と略等しい形状の別途校正されたマスター
    原器面が形成されたマスター原器と、 前記ヌル素子を経由した前記非球面波が照射される一定
    の同一位置において前記被測定物および前記マスター原
    器を交換可能に保持する保持装置と、 前記被測定物が前記保持装置により保持されているとき
    に、前記参照光および前記被測定面での反射により得た
    測定光の相互干渉による干渉縞から得られる被測定面形
    状データと、前記マスター原器が前記保持装置により保
    持されているときに、前記参照光および前記マスター原
    器面での反射により得た測定光の相互干渉による干渉縞
    から得られるマスター原器面形状データとに基づき、前
    記被検面の前記マスター原器面からの形状偏差を演算す
    る演算装置とを備えることを特徴とする非球面形状測定
    装置。
  2. 【請求項2】 前記非球面波の光軸方向について、前記
    保持装置の位置を検出する位置検出装置をさらに備え、 前記保持装置は、前記被測定物および前記マスター原器
    の保持位置が前記一定の同一位置となるように前記非球
    面波の光軸方向について移動可能に保持するものである
    ことを特徴とする請求項1に記載の非球面形状測定装
    置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004534245A (ja) * 2001-07-09 2004-11-11 ミヒャエル キュッヘル, 非球面および波面用の走査干渉計
JP2008532010A (ja) * 2005-02-24 2008-08-14 ザイゴ コーポレイション 非球面および波面のための走査干渉計
US7619722B2 (en) 2007-08-20 2009-11-17 Canon Kabushiki Kaisha Lens replacing method and manufacturing method for alternative lens
US9297646B2 (en) 2010-12-17 2016-03-29 Canon Kabushiki Kaisha Measurement method and measurement apparatus

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