JPS6298206A - 面形状を測定する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、カメラなどに用いられるレンズ特に非球面レ
ンズ、金型等の面形状を非接触で測定する方法及び装置
に関する。

〔従来の技術〕

一般に、光を用いた干渉計４１１１は被検面と非接；）
鉦状態でその形状の測定がなされ得るという千〇　、ａ
を有するが、被検面が入射光束に対して垂直ではなく、
即ち、その法線との間に一定の傾き角を有する場合には
、反射光束は元の光路を逆行せず入射光束に対して平行
に横ずれした光束となって干渉計の方へ戻って行くため
参）１ｑ光束との間に横ず托を生じ、このため干渉縞の
可視度が低下せしめろれる。従来、かかる傾き角の影響
を解消すべく、例えば特開昭６０−９７２０５号公報に
示された如き測定器があり、第６図にその概要を示す。

図において、干渉計１より出射する被検面８への入射光
束２　（説明を簡単にするため一本とする。）は、該干
渉計１に含まれ三光束干渉計の一方の椀である参照光束
と共に他方の腕を構成する。被検面８は、実際は非球面
等の曲面であるが、平面として示されており、該平面は
被検面８上の特定の点における接平面に相当する。入射
光束２は半ス３鏡３．移動直角プリズム４．固定直角プ
リズム５６及びレンズ７を通って該レンズ７のほぼ焦点
位置に置かれた被検面８に入射する。この時、被検面８
が入射光束２に対して垂直であれば、図中、実線で示さ
れる如くその反射光は入射経路を逆行し、半透鏡３によ
って一部は透過せしめられ干渉計１に向かいそこで参照
光束と重なって干渉縞を形成すると共に、他の一部は反
射せしめられ反射光束９となって光検知器ｌＯへ入射す
る。この光検知器１０は、例えば二分割式のものが用い
られ得、反射光束９の横移動を検知することができる。

しかし、被検面８が非球面等であって入射光束２の入射
点の法線が該入射光束２に対し傾斜している場合には、
点線で示される如く、入射光束２から横ずれした光路上
を反射光束１１として逆行する。この場合、該反射光束
１１の横ずれ量は光検知器１０によって検知され、これ
を誤差信号とするスイードハソク系（図示せず）を介し
て移動直角プリズム４を矢印Ａ方向へ移動することによ
って反射光束２を被検面８の法線方向から入射せしめる
ことができる。即ち、第７図の如く、移動直角プリズム
４を実線で示す位置から点線で示す位置へ僅かに移動す
ることによって、入射光束２はこれに対応した量だけ横
ずれした光路をたどる。

かくして、入射光束２は、固定直角プリズム５゜６を経
て、レンズ７によって屈折されて被検面８に対し垂直に
入射せしめられるので、反射光束は該入射光束の光路上
を逆行し、これによって干渉計１において、反射光束は
常に参照光束と正確に一致するようになる。従って、か
かる原理に基づき移動直角プリズム４の位置を自動制御
し常に反射光束１１の光路を入射光束２の光路と一致せ
しめることによって、該反射光束１１は干渉計１内にお
いて参照光束と重なり、この結果、可視度の優れた干渉
縞が形成され干渉計測が行われる。更に、第８図のブロ
ックダイアグラムの如く、この自動制御系は光検知器１
０．信号処理回路１２゜ドライバー１３．傾き角補正駆
動部１４及び移動直角プリズム４とから構成される。反
射光束の横ずれ量は光検知器１０により検知され、更に
、信号処理回路１２及びドライバー１３を介して該横ず
れ量に対応した誤差信号が傾き角補正駆動部１４へ送出
される。移動直角プリズム４はこの傾き１＋補正駆動部
によって誤差信号が零になるようにその位置を制ｉＩｎ
される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、かかる従来の自動制御による方法におい
ては、計測装置自体の構造が複雑化し、又、その制ｔｌ
Ｄ系には測定光の一部を信号源として用いねばならない
という原理北の問題もあった。

一方、傾き角補正機構としては、干渉計の参照光束と被
検面からの反射光束との間に少なくとも大まかな一敗が
確保され得る程度のもので充分であり、被検面の局所的
微細形状に正確に対応づけて制御口する必要はない。従
って、予め被検面の設計値に基づき傾き角を予測し、Ｃ
ＰＵからの指示によって傾き角の補正を行うことができ
る。本発明はかかる実情に鑑み、従来の如き自動詞？Ｉ
Ｕ系を用いず、且つ傾き角の補正が充分になされ得る面
形状の測定方法と装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段及び作用〕本発明による
面形状測定装置は、第１図に示す如く、傾き角補正駆動
部１４とＣＰＵ１５とＤＡ変換器１６とを具備している
。被検面の設計値より被検面の各測定点における入射光
束に対する傾き角を求め、これに対応する移動直角プリ
ズムの移動されるべき量を求める。次に、この移動量は
ディジタル変換されてＤＡ変換器１６へ送出され、ここ
でアナログ信号に変換された後、傾き角補正駆動部１４
へ供給されるので、該駆動部１　、ｔによって所望の補
正が行われる。従って、従来の如き自動制御系を用いず
に、しかも測定光の損失を何ら伴うことなく傾き角の補
正が達成され得る。

〔実施例〕

第２図乃至第４図は本発明による面形状測定装置の第一
の実施例を示しており、特に第２図は本測定装置の基本
的構造を示している。図中、１７はＣＰＵ１５からのデ
ィジタル信号を受けＤＡ変換器１８へ入力信号を送出す
る入カハノファ、１９は入カバソファ１７からのアナロ
グ信号を受けて移りＪ直角プリズム４を移動させるため
の：Ｔｉ、流を安定供給する出力電流安定化回路、２０
は移動直角プリズム４に固定されていて出力電流安定化
回路１９からの電流を供給されることによって磁石との
相互作用で発生された磁力により該移動直角プリズム４
を移動せしめる傾き角補正用コイルである。ここで被検
面の形状測定に際し、該被検面は入射光束に対し順次回
転駆動せしめられるが、被検面形状の設計値が既知であ
れば被検面の回転角に対応して入射光束に対する該被検
面の傾き角を予め算出することができる。この（頃き角
をβとすると移動直角プリズム４の必要移動量は％・ｆ
・ｔａｎ　βで与えられる。但し、ｒは被検面の手前に
配設されたレンズ（第６図参照）の焦点距離を表わす。

従って、被検面の回転角に対応して逐次移動直角プリズ
ム４の必要移動量としてのディジタル信号がＣＰＵ１５
から送出されると該信号に基づきＤＡ変換器１８．出力
電流安定化図８１９を介して傾き周駆動用コイルが励磁
され、この時発生する電磁力によって移動直角プリズム
４は被検面の回転角毎の傾き角に応じて移動せしめられ
、この結果、傾き角の補正が達成される。

上記の如く、本実施例においては、従来の如き自動制御
系を用いることなく、しかも簡単な回路構成によって１
￥き角の補正がなされ得、測定器自体の構造の簡略化が
回られ得る。更に、被検面からの反射光束を信号源とす
る必要がないので、測定光の損失を低減することができ
る。

尚、本実施例に用いられる直角プリズム４の代わりに第
３図の如く反射鏡２１及びレンズ２２との組み合わせ（
所謂、キヤ、ツアイ）を用いることができ、この場合、
干渉計からの入射光束２はレンズ２２によって収束され
反射＠２１で反射せしめられ、再びレンズ２２を通過し
て入射光束２と平行な光路上を進むので、移動直角プリ
ズム４と同様の効果が得られる。更に、第４図の如く、
入射光束２のレンズ２２による収束点を通り紙面に直交
する軸に対し反射鏡２Ｉを回転可能とすることにより、
該反射鏡を矢印の方向に回転せしめれば、反射鏡２１で
反射された入射光束２はレンズ２３を通過して平行光に
変換される。即ち、この場合には、反射鏡２■を回転せ
しめることにより、移動直角プリズム４を光軸に直角に
移動させるのと同様に、入射光束２を横移動せしめるこ
とができる。又、傾き角βの変化する範囲を数分割して
おき、被検面の回転角に対応する傾き角が該被検面を回
転していく過程で各分割された領域間を切り換わる値と
なる度にＣＰＵ１５から補正信号を送出するようにする
こともできず、この場合には、被検面の回転角に対応し
てＣＰＵ１５より常時ディジタル信号を送出する必要は
ない。更にまた、移動直角プリズム４の駆動源として、
傾き角補正用コイル２０の他に、電歪素子や空気圧。

形状記憶金属を用いた心的伸縮等の種々の駆動方法を利
用して移動直角プリズム４を移動せしめるようにするこ
ともできる。

第５図は本測定装置の第二実施例をブロックダイアダラ
ムで示した図である。２４は被検面からの反射光束に基
づき該被検面における実際の各測定点の傾き角に対応す
る反射光束の横ずれ量を検知し、これをＡＤ変換器２５
を介しディジタル信号化してＣＰ［ＪＩ５へ送出せしめ
る光検知部である。本実施例では、この光検知部２４か
らの信号を一旦ＣＰＵ１５を介して傾き角補正駆動部１
４へ送出するオープンルームの系が構成されている。

従って、被検面の設計値に基づく傾き角で移動直角プリ
ズムの移動量を決定するのではなく、傾き角に対応する
実際の横ずれ量を測定するので、傾き角の補正は適切且
つ確実になされ得る９但し、この場合、被検面からの反
射光束の一部が信号源として用いられている。

尚、本実施例における光検知部２４として二次元の撮像
素子を用いることによって、被検面の傾き角を相互に直
交する二方向に関し二次元的に補正することができ、測
定装置の性能はより向上され得る。

更に上記各実施例において、高精度の面形状測定の場合
、測定系自身の系統誤差、例えば、回転駆動系の誤差又
は光路の移動に伴う光路長の変化による誤差等を補正す
る必要があるが、これらが予め測定等により既知であれ
ば、ＣＰＩＪを介して傾き角の補正と同時にかかる系統
誤差の補正もなされ得る。

〔発明の効果〕

上述のように本発明によれば、装置の構造の簡略化が図
られ得ると共に、確実な測定がなされ得、高精度の面形
状測定が可能になると言う利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る補正機構の基本的構成を示すブロ
ックダイアグラム、第２図は該補正機構の第一の実施例
による回路構成を示す図、第２図及び第３図は第一の実
施例に適用されるキャノツアイの構造図、第５図は第二
の実施例のブロックダイアグラム、第６図乃至第８図は
従来の測定器の構造及び原理について示す全体概略図及
びブロックダイアグラムである。 １・・・・干渉計、２・・・・入射光束、３・・・・半
透鏡、４・・・・移動直角プリズム、５．６．・・・固
定直角プリズム、８・・・・被検面、１０・・・・光検
知器、１４・・・・（頃き角補正駆動部、１５・１．・
ＣＰＵ、１６゜１８・・・・ＤＡ変換器、１９・・・・
出力電流安定化回路、２０・・・・傾き角補正用コイル
、２４０１１．光検知部。 ｉ？ジ≧−一 １１図 ＋５　　　　　　　　１６　　　　　　　１４第２図 第３図 第４図 第５図 １５　　　　　　　　　　　　Ｉｔ）　　　　　　　　
　　１４オフ　図 ］０　　　　　　　］２　　　　　　　］Ｊ　　　　　
　　１４手続補正書（方式ン 昭和６１年　２月２７日

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被検面の傾き角を入射光束の一部によって検出す
   るか又は予め算出し、該傾き角に対応して入射光束の光
   路を横移動させることにより被検面の法線方向と上記入
   射光束の光路とを一致せしめ、該入射光束の反射光束と
   参照光束とにより形成される干渉縞に基づき面形状を測
   定する方法。
2. （２）干渉計の一方の腕に設けられた傾き角補正光学系
   と、これを駆動せしめる駆動部と、ＤＡ変換器を介して
   該駆動部へディジタル化された駆動制御信号を送出する
   ＣＰＵとを具備した面形状測定装置。