JPS6332310A - 面形状測定装置 - 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】 ａ、技術分野 本発明は、カメラなどに用いられる非球面レンズの面形
状の測定を、光ヘテロダイン法を利用して測定する装置
の改良に関するものである。

ｂ、従来技術及びその問題点 光ヘテロダイン法を利用した非球面面形状測定装置とし
ては、例えば「光学」第１２巻６号（第４５０頁〜第４
５４頁）記載のものがある。その装置の概略を第３図に
示す。

ゼーマンレーザ１より出射した偏光方向が互いに直交し
た周波数ｆ４及びｆ２の光は、ビームスプリッタ２で一
部の光が分離され、ビート周波数ｆ□−ｆ２として光検
出器３に検出される。ビームスプリッタ２を透過した光
のうち、周波数ｆ２の光は、偏光ビームスプリッタ４に
て反射鏡５に導かれ、該反射鏡５で反射した光は参照光
として光検出器６に入射する。ビームスプリッタ２を透
過したもう一方の周波数ｆ□の光は、ビームスプリッタ
９を透過し対物レンズ７にて被検物８に集光し、その被
検面で反射し再びビームスプリッタ９を透過し、偏光ビ
ームスプリッタ４を経て光検出器６に入射するが、この
時、被検物８を対物レンズ７の光軸に垂直な方向（矢印
Ｘ方向）に直進駆動系１６で移動（移動量Ｘ１）させる
と、反射光の周波数は、被検面の面形状（Ｚ方向の変化
量）に応じたドツプラーシフトにより、ｆｌからｆ、＋
Δｆとなり、前記参照光との干渉により検出器６上では
ｆニーｆ２＋Δｆのビート周波数が得られ、そのビート
周波数ｆ１−ｆ、＋Δｆと光検出器３で得られたビート
周波数ガニ−ｆ２との差Δｆを積分すれば、変位量ΔＺ
が求まる。

この時、検出器６に被検面からの反射光が確実に戻るよ
うに、反射光の一部はビームスプリッタ９により分離さ
れ、その分離された光を更にビームスプリッタ１３によ
り２つに分離し、対物レンズ７の位置サーボ及びフォー
カスサーボ信号を発生する光検出器１０及び１１に導く
。

フォーカスサーボは、被検面に入射光が常に集光するよ
うに対物レンズ７を光軸方向（Ｚ方向）に動かすもので
、公知のオートフォーカス技術、例えば反射光に円柱レ
ンズ１２にて非点収差を与え、サーボをかけるなどの方
法が用いられ、また位置サーボは、第４図に示すように
、被検面が対物レンズ７の光軸に対しα傾くと、被検面
からの反射光は入射光とｈ（ｈ＝ｆｓｉｎ２α、ｆは対
物レンズ７の焦点距離）だけ平行ずれを生ずる。このず
れ量を光検出器１０で検出し、対物レンズ７を光軸に垂
直な方向に動かしく移動量ｘ２）、反射光と入射光が重
なるようにする。

この場合、測定点の位置又は、Ｘ、　−Ｘ、で与えられ
、該位置Ｘ、即ちＸニーＸ２の移動量と前記変位量ΔＺ
とにより被検面の面形状が求まる。尚、図中の１４．１
−５は１／４λ板である。

ところが、この装置では被検物８をＸ方向に直進的に動
かしているため、深い曲率半径Ｒの凸面や凹面を測定す
る場合、反射光が対物レンズのＮＡを越え測定できない
という問題があった。また前記したように対物レンズの
光軸に対して被検面が傾いている場合には、反射光と入
射光とか一致するように、対物レンズを光軸に垂直な方
向に動かす高精度のサーボ機構が必要であり、測定時間
も多くかかった。

Ｃ０目的 本発明は、上記問題を解消するためのものであって、深
い曲率半径Ｒの凸面や凹面の両方について短時間に測定
し得る面形状測定装置を提供せんとするものである。

ｄ１問題点の解決手段 上記目的を達成するために本発明の面形状測定装置は、
被検面に光が常に集光するようなオートフォーカス機能
を有する対物レンズに、周波数のわずかに異なる二側波
（周波数ｆ工、ｆ２）のうち一方の周波数ｆ１の光を入
射させ、被検面上に集光させ、この時、被検面に近似す
る参照球面の中心を通り且つ対物レンズの光軸に垂直な
軸まわりに回転を与え、被検面からの反射光で対物レン
ズを通過してきた光と参照鏡からの反射光である他方の
周波数ｆ２の光との干渉により発生するビート周波数の
変位量と被検面の回転角とにより、被検面面形状を測定
できるように構成したものである。

ｅ、実施例 以下第１図に示した一実施例を基に本発明の詳細な説明
する。尚、煩雑を避けるため従来例と同一部材には同一
符号を付しである。第３図に示す従来の装置と第１図に
示す本発明の装置との差異は、第１図では被検物に回転
運動を与える回転手段（１７）を有する事である。回転
手段は例えば市販のロータリーテーブルをモータ等で駆
動することを考えればよい。

はぼ、回転対称な非球面を有する被検物８を。

該非球面と近似する参照球面８′（第２−２図参照）の
中心がロータリーテーブル１７の回転軸１７′に合致す
るようにセットし１回転運動を与えた時の周波数偏移Δ
ｆ′を検出器６で検出し。

積分すれば変位量ΔＺ′が求まる。

一方、図示していない角度検出器で被検面の回転角θを
検出すれば、θ−ΔＲの値より被検面の面形状測定が可
能となる。

今、被検面が第２−１図に示すように深い曲率半径Ｒを
有する面で、測定点ａでの面の接線の勾配α８が非常に
大きく、対物レンズに光が戻らなくなる場合でも、第２
−２図に示すように近似する参照球面８′と被検面との
なす角α、は非常に小さくなる。（写真レンズ等の非球
面ではせいぜいα、≦４６） 従って、対物レンズ７には必らず光が戻り、深い曲率半
径Ｒを有する面も測定可能となり、対物レンズの位置サ
ーボ（Ｘ方向の）も行う必要がない。さらにΔＺに比べ
ΔＺ′は小さな量となるため測定精度も向上できる。

ｆ、効果 以上述べた如く本発明を用いると、深い曲率半径Ｒを有
する凸面や凹面の測定が短時間に高精度に測定し得ると
いう実用上極めて重要な利点を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す説明図、第２−１及び
第２−２図は深い曲率半径Ｒの面を測定する場合の状態
を示す図、第３図は従来の面形状測定装置を示す図、第
４図は従来の傾き角補正の原理を示す図である。 １：光源　　２，１０：ビームスプリッタ３．６，１０
，１１　：光検出器 ４．９：偏光ビームスプリッタ　　５：反射鏡７：対物
レンズ　８：被検物　１２：円柱レンズ１４．１５　：
　１／４λ板　　１６：直進駆動系１７：回転手段 特許出願人　　　旭光学工業株式会社 代表者　松本　徹 第２−２図 第４図 手続補正書（方式） ／、事件の表示 昭和６１年特許願第１７６３６０号 ｄ０発明の名称 面形状測定装置 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所　東京都板橋区前野町２丁目３６番９号名称　　（
０５２）　　旭光学工業株式会社代表者　松本機 ダ０代理人 居所　東京都板橋区前野町２丁目３６番９号乙、補正の
対象 図　　面 ７、補正の内容 別紙のとおり

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被検物を移動させ、その移動方向に垂直な方向を光軸と
   し、光束が常に被検面に集光する様なオートフォーカス
   機能を有する対物レンズにより、周波数のわずかに異な
   る二周波（周波数ｆ＿１、ｆ＿２）の光のうち一方の周
   波数（ｆ＿１）の光を前記被検面に入射させ、その被検
   面で反射し再び前記対物レンズを通過してきた光と反射
   鏡からの参照光である他方の周波数（ｆ＿２）の光との
   干渉によって発生するビート周波数の変位量と前記被検
   物の移動量とにより、被検面の形状を測定する装置にお
   いて、前記被検面を、該被検面と近似する参照球面の中
   心を通り且つ前記対物レンズの光軸の垂直な軸まわりに
   回転させる手段を備えた事を特徴とする面形状測定装置
   。