JPS63223515A - 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】 〔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。

とりわけ、本発明は光プローブ等の非接触プローブを被
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
投射状態にもとづいて被検面の形状を測定する際に好適
である。

〔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法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６１−１７９０
８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。

上述の接触式プローブを用い、被測定物をＸ−Ｙ座標系
で移動し走査する場合、被測定物が開角の大きいレンズ
等である時は、プローブの走査による被測定物表面の傾
き角が大きい為に測定が困難になっていた。又、測長の
ストロークを大きくとらなければならないという問題点
も生じていた。また接触式プローブで被測定物を走査し
たとき、被測定物に傷が付くという問題点があった。

光プローブ等の非接触式プローブを使用する方法は、上
述の接触式プローブを使用する方法による被測定物の損
傷を防ぐことが出来、この種の測定方法として極めて有
用である。

しかしながら、非接触式或いは接触式に限らず、従来の
測定装置では前述の如く測長のストロークが大きいとい
う欠点と共に、被測定物を測定台に取付ける際に被測定
物の肉厚を考慮した面倒なセツティングを行う必要があ
った。この為に、測定時間が全体として長くかかり、高
速測定を行うことは困難であった。

〔発明の概要〕

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであ
り、測長ストロークが短くて済み、且つ高速測定が可能
な面形状測定装置を提供することを目的としている。

又、本発明は高精度に面形状データを得ることが出来る
面形状測定装置を提供することを更なる目的としている
。

上記目的を達成する為に、本発明に係る面形状測定装置
は、被測定物を支持する支持部材と前記被測定物の被検
曲面に沿ってプローブを旋回走査する為の旋回手段と前
記プローブ又は被測定物の旋回角θを計測する手段と前
記プローブの被検曲面に対するγ方向への相対位置の変
化量を検出する手段とを有し、前記被検曲面の曲率中心
を座標原点とする極座標系γ−θによってスケールを設
定し、前記被検曲面の面形状を測定することを特徴とし
ている。

本発明の更なる特徴は下記実施例より明らかになるであ
ろう。

面レンズおよ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。

第１図において、旋回軸受２およびエンコーダ３および
不図示の旋回モータが定盤ｌ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
為のＲ合せガイド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ｌに固着
された旋回ガイド４と、Ｒ合せガイド６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。

割出軸受８および割出モータ９がＲ合せスライド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と一致するように不図示のチャッ
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為の被測定物３０
の割出機構を構成する。

Ｒ合せガイド６とＲ合せスライド７との間は空気静圧案
内方式で構成され、Ｒ合せガイド６に対して、Ｒ合せス
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合せ機構を構成
する。定盤ｌに固着された粗動ガイドｌＯ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１２’　　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１
３と粗動ガイドｌＯに固着された格子ピッチ読取装置１
４とにより、粗動スライド１１の移動量を測定する。

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。

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。さらに定盤ｌ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。

第２図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。

第２図に示すオートフォーカス顕微鏡２０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の回りに矢印
（θ）で示される旋回方向への傾斜角として測定される
。

本実施例によれば、合焦状態判別光学系４２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。この傾きは第２図の紙面内で
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。

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の被検面上を紙面と
直交する方向に走査されることになる。

球面又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、被検面上の被測定点に於い
て第２図に示す旋回方向と直交する方向の傾斜角は零と
見なされる。

従って、第２図に示す様に、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
渉を無くすことが出来、合焦状態判別光学系４２が被検
面の光軸方向の高さく位置）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。

尚、第２図に於いて、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はナイフェツジであり、１４０は偏光ビーム
スプリッタ−であり、１６０はノ１−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。

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
スプリッタ−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−１６０、ｌ／４波長板ｔＳＯ及
び対物レンズ４１は光学系４２と共用されている。

第３図に第１図および第２図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に入力されて第４図および
第５図に示す合焦状態信号と光量信号とに処理される（
特開昭６１−０１７９０７号公報参照）。つまり、被測
定物３０の被検面上の被測定点が第２図における対物レ
ンズ４１の焦点位置にあるときの合焦状態信号は第４図
のａ点となり、被検面上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。そのとき、センサ４４で受光
される光の総量を示す光量信号は第５図に示す様な変化
を呈する。依って、第４図と第５図とから解るように、
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。

合焦状態検出器５０により生成された合焦状態信号およ
び光量信号はサーボドライバ５２および制御コンピュー
タ６０に入力される。さらに、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１６．オ
ートフォーカス顕微鏡２０．被測定物３０９合焦合焦状
態信号０．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。

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６１−０１７９０７号公報参照）。

さらに、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。

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１６の移動量と
して信号処理される。さらに、微動スライド１６の移動
量はサーボドライバ５２およ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。

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。

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。

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。

エンコーダ３からの信号は旋回角検出器５７に入力され
、旋回軸２１の回転角、つまり被測定物３０の旋回軸２
１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。

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が駆動され、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。

操作盤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、およびオートフォーカ
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ッチ、微動スライド駆動スイッ
チ、粗動スライド駆動スイッチ、旋回軸駆動スイッチ、
割出軸駆動スイッチ、測定開始／停止スイッチ等の各制
御スイッチを備え、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。

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、傾斜角および微動スライド移動量、
粗動スライド移動量、旋回角の各測定データがデータ処
理コンピュータ６１に入力される。さらに、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。

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６３゜プリンタ６
４等に出力される。

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。

第６図は本発明方法の一実施例を示す為の説明図で、測
定機構部と制御部とをブロック図の形態で示した。

第６図の測定機構部は、第１図を上から見た上面図であ
る。本測定装置は第６図に示すように、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３
０の曲率中心（旋回軸２１）のまわりに被測定物３０を
旋回して、被測定物３０の稜線を走査し、旋回角θおよ
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。

さらに割出軸２２のまわりに被測定物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。

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１
６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、第１図に示す粗動ガイド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ように粗動スライド
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となるよう
にキャリブレーションされたことになる。

次に被測定物３０の軸、即ちレンズの光軸と割出軸２２
が一致するように、被測定物３０を不図示のチャック機
構により割出軸２２に固着する。

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）となるように、粗動スライド１１お
よび微動スライド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合せスライド７を駆動し、第４．５図に示
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となるようにＲ合せスライド７を微調整駆動する
。

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座標系にもと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。

又、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。

又、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。

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
検面上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等から成るセンサ４４の中心にスポット像
を結ぶ（特開昭６１−０１７９０７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できるのである。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
イッチにより、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。

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。さらに割出軸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。

さて、上述のように測定中、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、ゴミ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測される。従って、測定中において
は旋回走査により被測定点に傷、ゴミ等の存在しない状
態になったとしても、そのまま測定を続行することがで
きず、測定が中断してしまう。これらの異常事態に対処
するため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、ゴミ等を含めて何らかの影響により、第４図と
第５図に示す合焦状態判別可能領域を外れたとき、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、ゴミ等を通過するときを考えると、第７図
に示すように、旋回走査により傷、ゴミ等を通過する間
、対物レンズ４１の焦点位置は傷、ゴミ等を通過する直
前の位１ｂ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、ゴミ等によ
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、ゴミ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為第８図に示す。

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。

第６図において、制御コンピュータ６０の指令により、
旋回軸２１は速度Ｖ￥Ｏ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６
０により測定旋回角θ。が出力され、比較器６８のＡに
入力される。さらに旋回角検出器５７の出力が比較器６
８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θ。と、旋回角θ。現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。さらに、Ａ＝Ｂ信
号により、合焦状態検出器５０の出力である合焦状態信
号と微動スライド移動量検出器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６１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、−断
面形状データに加工される。

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Ｏにキャリブレーションされている。又、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。したがって、合焦状態検出器５
０の出力、微動スライド移動量検出器５３の出力、およ
び粗動スライド移動量検出器５５の出力の総和は第６図
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。さらに、被測定物３０
の曲率半径をＲ（一般的には被測定物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
、これは第６図に示す角度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もつ球面
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。

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
およ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。さらに
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ともに、プロッタ６３およびプ
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。

以上述べたよう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、第１図に示
す装置の如（光プローブを被検面にフエーカツシングさ
せる機構が大型で、オートフォーカスサーボが追従出来
ない様な場合にも、常時精確に被検面の形状データを得
ることが出来る。

又、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。

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
回手段および被測定物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第９図、第１Ｏ図、第
１１図に示す各走査形態が可能である。なお、第９図、
第１Ｏ図、第１１図は被測定物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
。

第９図に示す放射走査を実現するためには、上述のよう
に割出軸２２を駆動して、第９図の断面ａ−ａ’　　の
方向と旋回方向とが一致するように合せる。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るように合せ、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。このよう
にして、各断面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。

次に第１Ｏ図に示す輪帯走査について第１２図を参照し
つつ説明する。第１２図の機構部分も第６図同様第１図
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。さらに制御コン
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
定割出角と割出用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の出力および傾斜角検出器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δｌ）］斜角
αとして測定される。同様の測定を割出角Ｏ０から３６
０°について行うことにより１輪帯の測定を完了する。

さらに上述の測定を旋回角Ｏ１θ、２θｎθ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。

次に第１１図に示すスパイラル走査について第１３図を
参照しつつ説明する。第１３図の機構部分も第６図同様
第１図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、割出軸モータードライバ５８と旋回軸モーター
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。このと
き割出軸２２に設置出力として盤側出角が出力され、比
較器６８の入力Ｂに接続される。さらに制御コンピュー
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
の出力および傾斜角検出器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３０の面形状がスパイラル状に連続し
て測定される。

以上示した様に、旋回手段と割出し手段を備えたことに
より、簡便な機構で被検面全体の形状を測定出来、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。

七を升士瀧士は 第１４図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。本実施例においては、
プローブ側が旋回する点が、被測定物側が旋回する第１
図に示した第１の実施例と異なる。

第１４図に於いて、旋回スライド５は粗動ガイドｌＯに
固着され、Ｒ合せガイド６は定盤ｌに固着されている。

旋回軸２１上に曲率中心をもつ被測定物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
。

上記実施例においては、微動スライド１６および粗動ス
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。

以上の示した如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、広い領域に亘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
とができる。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できる。

さらに、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、モールド用金型等”種々の
材質に対して、接触プローブ方式にみられたような傷の
付着等の考慮が不要となる。

〔発明の効果〕

以上、本発明によれば、被検曲面の曲率中心を座標原点
とする極座標系γ−θによりスケールを設定し、プロー
ブを前記被検曲面に沿って旋回走査させ、前記スケール
にもとづいて被検曲面の面形状を測定することにより、
レンズ等の開角が大きい被測定物を測定する時にも測長
ストロークが短くて済み、装置の小型化、簡便化が図れ
る。また、精度の高い形状データを得ることも可能であ
る。

更に、被測定物をセツティングする時にその肉厚を考慮
する必要が無く、迅速な測定が行い得る。

また、プローブとして光プローブを用いれば、被検面を
傷付けることな（、高速測定を行うことも出来る。

また、光プローブ方式に於いて、合焦状態判別光学系に
加えて傾斜角測定光学系を設けることにより、更に高精
度に面形状を測定することが出来る。

従って、非球面レンズ等の面形状測定に極めて有効であ
り、高速且つ高精度にこの種の光学素子の形状測定を行
える測定装置を提供出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る測定装置の一実施例を示す概略構
成図。 第２図は第１図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。 第３図は第１図に示す測定装置の制御系ブロック図。 第４図は被測定点位置と合焦状態信号との関係を示す為
の説明図。 第５図は被測定点位置と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。 第６図は本発明の測定方法の一実施例を示す為の説明図
。 第７図は被検面上にゴミや傷が存する場合の測定手順を
示す説明図。 第８図は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り換え方法を示すフローチ
ャート図。 第９図乃至第１１図は被検面を走査する光プローブの走
査形態を示す模式図。 第１２図は第１０図に示す走査形態で走査する場合の測
定方法を示す為の説明図。 第１３図は第１１図に示す走査形態で走査する場合の測
定方法を示す為の説明図。 第１４図は本発明に係る測定装置の他の実施例を示す概
略構成図。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定物を支持する支持部材と前記被測定物の被
   検曲面に沿ってプローブを旋回走査する為の旋回手段と
   前記プローブ又は被測定物の旋回角θを計測する手段と
   前記プローブの被検曲面に対するγ方向への相対位置の
   変化量を検出する手段とを有し、前記被検曲面の曲率中
   心を座標原点とする極座標系γ−θによってスケールを
   設定し、前記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。
2. （２）前記プローブが光プローブより成り、前記検出手
   段が光プローブの被検面への合焦状態を判別する合焦状
   態判別手段を有することを特徴とする特許請求の範囲第
   （１）項記載の面形状測定装置。