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技術 測定方法

出願人 キヤノン株式会社
発明者 大島裕貴山添賢治
出願日 2008年5月29日 (12年5ヶ月経過) 出願番号 2008-140559
公開日 2009年12月10日 (10年11ヶ月経過) 公開番号 2009-288051
状態 特許登録済
技術分野 光学的手段による測長装置
主要キーワード 近似曲率半径 位相接続 アンラップ処理 アンラップ 原点出し 中心曲率半径 測定部分 測定数
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2009年12月10日)のものです。
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図面 (14)

課題

曲率半径の符号が反転する自由曲面を備えた被測定物を非接触で測定可能測定方法を提供する。

解決手段

本発明の測定方法は、自由曲面を有する被測定物Tの反射光参照球面との干渉により生じる干渉縞から被測定物Tの形状を測定する測定方法であって、参照球面の焦点位置20に対して光源側の第一の領域30aに被測定物Tを配置して、干渉縞を測定する第一の測定ステップと、参照球面の焦点位置20に対して第一の領域とは反対側の第二の領域30bに被測定物Tを配置して、干渉縞を測定する第二の測定ステップとを有する。

概要

背景

近年、カメラレンズ等の光学系に非球面レンズを採用することにより、レンズ枚数低減(コスト低減)、低収差化、レンズ群省スペース化が進んでいる。このため、非球面形状の測定が必要不可欠となり、非球面の測定方法について、種々の方法が提案されている。

非球面形状の測定方法は、大きく2通りに分けられる。第一の測定方法は接触式の方法であり、プローブで被測定面をなぞる方法である。この方法は、形状に対する制限が少なく、非球面量が大きい被測定物や、対称性を持たないような複雑な形状も比較的容易に測定できる、という長所がある。その反面、点をなぞるため測定時間が長い、被測定物を傷つける恐れがある、という短所がある。

第二の方法は非接触式の方法であり、光を用いた干渉計測が代表的である。非接触式の方法には、光が当たる範囲は一括測定できるため比較的測定時間が短い、また、非接触のため被測定物を傷つける恐れがない、という長所がある。その反面、形状が複雑な被測定物は測定が困難、という短所がある。

非接触式方法の一例である球面干渉法では、高精度に作製された透過球面からの参照波面と被測定物を干渉させて得られる干渉縞解析することにより、参照波面と被測定物の形状との差分を測定することができる。球面干渉法は、透過球面と被測定物の相対距離を変えることにより参照波面の曲率半径を変えることができるため、一つの透過球面で多くの被測定物を測定できるという特徴がある。

被測定物が非球面の場合、球面のときのように容易には測定できない。この点、球面干渉法を非球面に拡張したものとして、例えば特許文献1及び特許文献2がある。

特許文献1には、軸対称設計値を持つ非球面形状の測定方法が開示されている。軸対称な非球面形状を持つ被測定物を光軸方向に走査すると、ある特定の領域に輪環状の干渉縞が現れる。この輪環状の干渉縞を複数測定し、数学的に被測定物の形状を計算することで、被測定物の形状を測定する。

特許文献2には、被測定物を複数の部分領域に分割し、それぞれの領域ごとに測定することが開示されている。測定した部分領域をつなぎ合わせて、被測定物の全体形状を測定する。以下、本明細書では、部分領域をつなぎ合わせることをスティッチングと呼ぶ。各部分領域を測定するために干渉計を用いるが、その際、被測定物を傾斜させることにより、その領域を仮想的に球面に近づけて形状の測定を行う。
米国特許第6781700号
特開2004−125768号公報

概要

曲率半径の符号が反転する自由曲面を備えた被測定物を非接触で測定可能な測定方法を提供する。 本発明の測定方法は、自由曲面を有する被測定物Tの反射光参照球面との干渉により生じる干渉縞から被測定物Tの形状を測定する測定方法であって、参照球面の焦点位置20に対して光源側の第一の領域30aに被測定物Tを配置して、干渉縞を測定する第一の測定ステップと、参照球面の焦点位置20に対して第一の領域とは反対側の第二の領域30bに被測定物Tを配置して、干渉縞を測定する第二の測定ステップとを有する。

目的

そこで、本発明の例示的目的は、自由曲面を有する被測定物を非接触で測定する測定方法を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

被測定物反射光参照球面との干渉により生じる干渉縞から該被測定物の形状を測定する測定方法であって、前記参照球面の焦点位置に対して光源側の第一の領域に前記被測定物を配置して、前記干渉縞を測定する第一の測定ステップと、前記参照球面の前記焦点位置に対して前記第一の領域とは反対側の第二の領域に前記被測定物を配置して、前記干渉縞を測定する第二の測定ステップと、を有することを特徴とする測定方法。

請求項2

前記測定方法は、前記第一の測定ステップ及び前記第二の測定ステップで前記干渉縞を測定することができない場合に前記被測定物の形状データを補完する第三の測定ステップを有することを特徴とする請求項1記載の測定方法。

請求項3

前記第三の測定ステップは、光軸方向に対する前記被測定物の傾きを変化させて前記干渉縞を測定することを特徴とする請求項2記載の測定方法。

請求項4

前記第三の測定ステップは、前記光軸方向に垂直な方向に前記被測定物を移動させることを特徴とする請求項2又は3記載の測定方法。

請求項5

前記測定方法は、前記被測定物を複数の部分領域に分割する分割ステップを有し、前記分割ステップで分割された各部分領域について、前記第一の測定ステップ及び前記第二の測定ステップの少なくとも一つを実行することを特徴とする請求項1記載の測定方法。

請求項6

前記測定方法は、前記各部分領域について前記第一の測定ステップ及び前記第二の測定ステップの少なくとも一つを実行して該各部分領域の前記干渉縞を測定した後、該各部分領域の前記干渉縞をアンラップして該各部分領域の形状を測定するアンラップステップと、前記アンラップステップで測定された前記各部分領域の形状をつなぎ合わせるスティッチングステップと、を有することを特徴とする請求項5記載の測定方法。

請求項7

前記測定方法は、前記各部分領域における測定誤差補正する補正ステップを有し、前記補正ステップで前記測定誤差を補正してから前記スティッチングステップで前記各部分領域の形状をつなぎ合わせることを特徴とする請求項6記載の測定方法。

請求項8

前記各部分領域は、少なくとも一つの他の部分領域と重なり領域を有し、前記補正ステップで該重なり領域の誤差を小さくしてから、前記スティッチングステップで前記各部分領域の形状をつなぎ合わせることを特徴とする請求項7記載の測定方法。

請求項9

前記測定方法は、最小二乗法を用いて前記重なり領域の誤差を小さくすることを特徴とする請求項8記載の測定方法。

請求項10

前記測定方法は、曲率半径の符号が反転する自由曲面を有する前記被測定物を測定することを特徴とする請求項1乃至9のいずれか一に記載の測定方法。

技術分野

0001

本発明は、被測定物反射光参照球面との干渉により生じる干渉縞から非接触で被測定物の形状を測定する測定方法係り、特に、ガルウィング型の被測定物の形状を測定する測定方法に関する。

背景技術

0002

近年、カメラレンズ等の光学系に非球面レンズを採用することにより、レンズ枚数低減(コスト低減)、低収差化、レンズ群省スペース化が進んでいる。このため、非球面形状の測定が必要不可欠となり、非球面の測定方法について、種々の方法が提案されている。

0003

非球面形状の測定方法は、大きく2通りに分けられる。第一の測定方法は接触式の方法であり、プローブで被測定面をなぞる方法である。この方法は、形状に対する制限が少なく、非球面量が大きい被測定物や、対称性を持たないような複雑な形状も比較的容易に測定できる、という長所がある。その反面、点をなぞるため測定時間が長い、被測定物を傷つける恐れがある、という短所がある。

0004

第二の方法は非接触式の方法であり、光を用いた干渉計測が代表的である。非接触式の方法には、光が当たる範囲は一括測定できるため比較的測定時間が短い、また、非接触のため被測定物を傷つける恐れがない、という長所がある。その反面、形状が複雑な被測定物は測定が困難、という短所がある。

0005

非接触式方法の一例である球面干渉法では、高精度に作製された透過球面からの参照波面と被測定物を干渉させて得られる干渉縞を解析することにより、参照波面と被測定物の形状との差分を測定することができる。球面干渉法は、透過球面と被測定物の相対距離を変えることにより参照波面の曲率半径を変えることができるため、一つの透過球面で多くの被測定物を測定できるという特徴がある。

0006

被測定物が非球面の場合、球面のときのように容易には測定できない。この点、球面干渉法を非球面に拡張したものとして、例えば特許文献1及び特許文献2がある。

0007

特許文献1には、軸対称設計値を持つ非球面形状の測定方法が開示されている。軸対称な非球面形状を持つ被測定物を光軸方向に走査すると、ある特定の領域に輪環状の干渉縞が現れる。この輪環状の干渉縞を複数測定し、数学的に被測定物の形状を計算することで、被測定物の形状を測定する。

0008

特許文献2には、被測定物を複数の部分領域に分割し、それぞれの領域ごとに測定することが開示されている。測定した部分領域をつなぎ合わせて、被測定物の全体形状を測定する。以下、本明細書では、部分領域をつなぎ合わせることをスティッチングと呼ぶ。各部分領域を測定するために干渉計を用いるが、その際、被測定物を傾斜させることにより、その領域を仮想的に球面に近づけて形状の測定を行う。
米国特許第6781700号
特開2004−125768号公報

発明が解決しようとする課題

0009

しかしながら、特許文献1、特許文献2ともに、非球面形状の被測定物を測定するものであるが、その非球面形状は、凸形状又は凹形状のいずれか一方に限定される。ガルウィング型形状(自由曲面)など凸形状と凹形状とが混在する被測定物の場合、この被測定物の全体形状を測定することができない。このような被測定物を接触式の方法で測定するのは比較的容易であるが、非接触式の方法で行うのは困難である。

0010

そこで、本発明の例示的目的は、自由曲面を有する被測定物を非接触で測定する測定方法を提供することにある。

課題を解決するための手段

0011

本発明の一側面としての測定方法は、被測定物の反射光と参照球面との干渉により生じる干渉縞から該被測定物の形状を測定する測定方法であって、前記参照球面の焦点位置に対して光源側の第一の領域に前記被測定物を配置して、前記干渉縞を測定する第一の測定ステップと、前記参照球面の前記焦点位置に対して前記第一の領域とは反対側の第二の領域に前記被測定物を配置して、前記干渉縞を測定する第二の測定ステップとを有する。

0012

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。

発明の効果

0013

本発明の測定方法によれば、自由曲面を有する被測定物を非接触で測定することができる。

発明を実施するための最良の形態

0014

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

0015

まず、本実施例の測定方法に用いられる干渉計について説明する。図1は、本実施例の測定方法に用いられる代表的な干渉計の構成である。

0016

干渉計100は、いわゆるフィゾー型干渉計である。干渉計100は、準単色の光源Sを有し、光源Sから発せられた光は、レンズL1を介してピンホールPHに集光される。ピンホールPHを透過した光は発散し、ビームスプリッタBSを透過した後、コリメータレンズCLで平行光になる。

0017

この平行光の一部は、参照球面形成レンズTSにおいて反射する。残りの平行光は、参照球面形成レンズTSを透過する。参照球面形成レンズTSにおける反射光は参照光となり、参照球面形成レンズTSにおける透過光は被検光となる。

0018

参照球面形成レンズTSで反射された参照光は、ビームスプリッタBSで反射し、レンズL2を通って撮像素子Cへ入射する。一方、参照球面形成レンズTSを透過した被検光は、被測定物Tに入射し、反射する。なお、OAは光軸であり、20は参照球面の焦点位置である。

0019

被測定物Tで反射した光は、参照球面形成レンズTS、コリメータレンズCLを透過する。コリメータレンズCLを透過した光は、ビームスプリッタBSで反射し、レンズL2を通って撮像素子Cへ入射する。

0020

参照球面形成レンズTSで反射した参照光と参照球面形成レンズTSを透過して被測定物Tで反射した被検光は、可干渉性を備えるため、撮像素子C上には干渉縞が形成される。このため、撮像素子Cに形成された干渉縞を解析することにより、被測定物Tの形状を知ることができる。

0021

しかし、このような方法で知ることのできる被測定物Tの形状は、参照波面との差分である。従って、測定可能な被測定物Tの形状は、原則として参照波面の形状に近似したものに限られる。被測定物Tが非球面のような比較的複雑な形状を有する場合、その形状に近似した参照波面を形成するか、又は、観測可能な部分的な干渉縞を利用する必要がある。

0022

参照非球面を生成する参照球面形成レンズTSを作製するのは困難であるため、本実施例は参照球面の一部を利用する。このとき、被測定物Tの位置を変えると、被測定物Tに入射する参照球面の曲率半径が変わる。参照球面の曲率半径と被測定物Tの曲率半径とが一致したとき、測定可能な低密度の干渉縞が撮像素子Cに形成され、その干渉縞を観測することができる。

0023

被測定物Tが球面の場合、ある特定の位置に被測定物Tを置けば、被測定物Tの全面に渡って干渉縞を観測することができる。このため、被測定物Tが球面の場合には、その形状を比較的容易に測定することが可能である。

0024

しかし被測定物Tが非球面の場合、被測定物Tの曲率半径は、被測定物Tの中心部から周辺部にかけて変化する。従って、参照球面との干渉によって低密度の干渉縞が得られるのは、被測定物Tのうち、参照球面と曲率半径が近い一部の領域に限られる。このため、被測定物Tが非球面の場合には、その形状の測定は困難となる。特に、被測定物Tがガルウィング型のような凸形状と凹形状を両方備える形状の場合、その形状の計測は困難を極める。

0025

そこで、本発明の実施例では、少なくとも次の第一の測定ステップと第二の測定ステップの二ステップを有する計測方法が用いられる。第一の測定ステップは、参照球面の焦点位置に対して光源側の第一の領域に被測定物を配置して干渉縞を測定する測定ステップである。第二の測定ステップは、参照球面の焦点位置に対して第一の領域とは反対側の第二の領域に被測定物を配置して干渉縞を測定する測定ステップである。

0026

次に、本発明の実施例1の計測方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。

0027

図2は、非球面を干渉計で測定したときの干渉縞を示す図である。被測定物Tの形状が軸対称の非球面である場合、参照球面の曲率半径によって、干渉縞の密度が低い領域と高い領域が現れる。例えば、参照球面の焦点位置20と被測定物Tとの距離が、被測定物Tの中心曲率半径と等しいとき、図2(a)に示される干渉縞が得られる。参照球面と曲率半径が近い中心付近の領域では、密度の低い干渉縞1が得られている。しかし、その他の領域では、干渉縞の密度が高いためモアレ縞になっており、正しい干渉縞が得られていない。

0028

また、参照球面の焦点位置20と被測定物Tとの距離が、被測定物Tの中心曲率半径とずれている場合、図2(b)に示される干渉縞が得られる。被測定物Tが軸対称の非球面の場合、被測定物Tの中心からの距離によって曲率半径が異なる。このため、被測定物Tの曲率半径と参照球面の曲率半径とが一致する場合にのみ、密度の低い干渉縞が得られる。

0029

図2(b)においては、輪帯状の干渉縞2が得られている。これは、干渉縞2が形成されている輪帯状の領域においてのみ、被測定物Tの曲率半径が参照球面の曲率半径と一致していることを意味する。なお、図2(b)に示される中心付近の干渉縞1は、参照球面の曲率半径に関わらず、常に得られる。

0030

被測定物Tの位置を光軸方向に移動する(参照球面形成レンズTSと被測定物Tとの相対距離を変化させる)と、徐々に輪帯状の干渉縞の形状(領域)が変化する。特許文献1では、この輪帯状の干渉縞と非球面形状の関係を数式で表しており、それを利用することにより、非球面形状を得ている。

0031

図3は、本実施例における自由曲面を有する被測定物Tを示す断面図である。縦軸は被測定物Tの高さz、横軸は被測定物Tの幅hを示している。

0032

図3に示されるように、この被測定物Tは、凸形状の中心部と凹形状の周辺部を有する自由曲面(ガルウィング型)の非球面である。このように、被測定物Tが、その曲率半径の符号が反転するガルウィング型の形状(曲率半径が凸形状から凹形状へ変化する形状)である場合、この形状を従来の方法で容易に得ることはできない。

0033

図4は、非球面の被測定物を干渉計で測定したときの、被測定物の位置と干渉縞の関係を示す模式図である。

0034

図4に示されるように、被測定物Tが中心部分の形状Z1を測定可能な位置T1に位置するとき、中心部分の形状Z1の近似曲率半径は参照球面の曲率半径と一致する。このため、図4の右上方に示されるように、中心部分の形状Z1についての干渉縞が得られる。

0035

また、被測定物Tが周辺部分の形状Z2を測定可能な位置T2に位置するとき、周辺部分の形状Z2の近似曲率半径が参照球面の曲率半径と一致する。このため、図4右方に示されるように、周辺部分の形状Z2についての輪帯状の干渉縞が得られる。

0036

一方、被測定物Tの曲率半径の符号が反転する位置付近の形状Z3は極めて曲率半径が大きい(平面に近い)形状になる。従って、被測定物Tの曲率半径の符号が反転する位置付近の形状Z3を測定可能な位置T3は、無限遠に存在することになる。このため、形状Z3と同様の曲率半径を有する参照球面を得ることは困難である。その結果、曲率半径の符号が反転した位置付近の形状Z3の先の形状を測定することができない。

0037

図5は、自由曲面を有する被測定物を干渉縞で測定したときの、被測定物の位置と干渉縞の関係を示す模式図である。

0038

図4に示されるように、自由曲面を有する被測定物では、測定が困難な箇所がある。しかし、図5に示されるように、参照球面の焦点位置20(原点)を挟んで逆方向に走査することにより、被測定物Tの曲率半径の符号が反転した先の形状Z4を測定可能な位置T4に位置することができる。

0039

例えば形状Z1、Z2のように、凸形状の曲率半径を有する部分の形状は、参照球面形成レンズTSと参照球面の焦点位置20との間に位置する第一の領域30aにおいて測定される。一方、形状Z4のように、凹形状の曲率半径を有する部分の形状は、参照球面の焦点位置20に対して第一の領域30aとは反対側の第二の領域30bにおいて測定される。この結果、曲率半径の符号が反転した位置付近の形状Z3の先の形状Z4の干渉縞を得ることができる。

0040

被測定物Tの曲率半径の符号が反転する付近の形状Z3は、曲率半径が大きい(平面に近い)ため、いずれにしても測定することは困難である。しかし、曲率半径の符号の反転前後の測定結果から形状Z3を補完予測)することにより、被測定物T全体の形状を測定することができる。

0041

または、被測定物Tの曲率半径の符号が反転する付近の形状Z3に関しては、別ステップにより被測定物Tの形状データを補完することもできる。例えば、光軸方向に対する被測定物Tの傾きを変化させて干渉縞を測定し、この測定結果を用いて形状Z3を補完することによっても被測定物全体の形状を測定することができる。なお、被測定物Tを光軸方向に垂直な方向に移動(シフト)させた上で測定することがより望ましい。

0042

このとき、被測定物Tの移動量をモニターし、各干渉縞を得たときの参照球面の曲率半径を測定しておく必要がある。また、測定前に被測定物Tの設計値を元に得られる干渉縞の形状を予め予測しておき、理想値との差分を測定する。

0043

図6は、実施例1における計測方法を示すフローチャートである。

0044

まず、ステップS101において、被測定物Tをセットする。すなわち、物理的に被測定物Tを測定器(干渉計100)にセットする。

0045

被測定物Tのセットが完了すると、次に、ステップS102において、走査プランを作成する。走査プランの作成とは、被測定物Tの設計値を元に、輪帯状干渉縞の測定数や被測定物Tを動かす間隔を決定することである。以後のステップでは、ここで作成した走査プランを元に、被測定物Tを動かす。なお、本実施例では、被測定物TをセットするステップS101の後に走査プランを作成するステップS102が実行されるが、これに限定されるものではない。ステップS101とステップS102は順不同であり、走査プランの作成するステップS102を、被測定物TをセットするステップS101の前に実行することもできる。

0046

ステップS103では、測定の原点出しが行われる。すなわち、被測定物Tの移動距離を測定する際の基準位置を決める。通常、図5に示されるように、参照球面の焦点位置20を原点に設定することがより望ましい。このように設定すれば、原点からの移動距離がそのまま参照球面の曲率半径に相当するため、後の処理が容易になる。

0047

ステップS104では、アライメントが行われる。アライメントとは、光軸方向に被測定物Tを走査しても光軸ずれが起きないように、光軸OAと被測定物Tとの間の調整を行うことである。

0048

ステップS105では、光軸方向における被測定物Tの位置調整が行われる。この位置調整は、ステップS102で作成した走査プランに従って行われる。この際、対象の輪帯干渉縞の近似曲率半径が正(凸)の場合、被測定物Tは、原点を基準として参照球面形成レンズTSが設けられている側の第一の領域30aに位置する。一方、輪帯干渉縞の近似曲率半径が負(凹)の場合、被測定物Tは原点を基準として参照球面形成レンズTSがない側である第二の領域30bに位置する。また、原点に対する光軸方向の移動量を測定しておく。

0049

ステップS106では、輪帯干渉縞の測定が行われる。すなわち、ステップS105で設定された位置における被測定物Tの干渉縞を測定する。具体的には、ステップS106では以下の第一又は第二の測定ステップが行われる。第一の測定ステップは、参照球面の焦点位置20に対して光源側の第一の領域30aに被測定物Tを配置して、干渉縞を測定するステップである。第二の測定ステップは、参照球面の焦点位置20に対して第一の領域30aとは反対側の第二の領域30bに被測定物Tを配置して、干渉縞を測定するステップである。第一の領域30a及び第二の領域30bの二つの領域で測定するのは、被測定物Tの曲率半径の符号が反転する自由曲面を有するからである。

0050

ステップS107では、全輪帯干渉縞を測定し終えたか否かが判断される。すなわち、ステップS102で作成した走査プランに従い、全輪帯干渉縞を測定し終えたか否かを判断する。全ての干渉縞の測定が完了していない場合、ステップS108へ進む。全ての干渉縞の測定が完了した場合、ステップS109へ進む。

0051

ステップS108では、他の輪帯干渉縞をターゲットにする。すなわち、ステップS102で作成した走査プランに従い、未測定の輪帯干渉縞の位置情報等を取得する。そして、ステップS105に戻り、ステップS105〜S107を繰り返す。ステップS105〜S107を繰り返すことで、上記の第一の測定ステップ及び第二の測定ステップを行うことになる。

0052

ステップS109では、曲率半径の符号が反転する領域の処理が行われる。すなわち、曲率半径の符号が反転する位置など、形状データが得られない場所における被測定物Tの形状を補完する。補完方法には、例えば、被測定物Tを光軸OAに垂直な方向にシフトし、傾き調整して別途測定することで得られた結果を埋め込む方法、又は、数学的にフィッティングをかけ、未知の形状を推定する方法等がある。

0053

このように、ステップS109は、ステップS105における第一の測定ステップ及び第二の測定ステップで干渉縞を測定することができない場合に被測定物Tの形状データを補完する第三の測定ステップとなる。例えば、第三の測定ステップは、光軸方向に対する被測定物Tの傾きを変化させて干渉縞を測定することや、光軸方向に垂直な方向に被測定物Tを移動させることが実行される。

0054

ステップS110では、形状を演算により求める。すなわち、複数の輪帯形状から演算により被測定物Tの全体形状を計算する。

0055

以上、本実施例によれば、曲率半径の符号が反転する自由曲面を有するガルウィング型の被測定物Tを非接触で測定することができる。

0056

次に、本発明の実施例2の計測方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。

0057

図3に示されるように、被測定物Tの形状がガルウィング型の非球面である場合、被測定物Tの中心部と周辺部との間で曲率半径の符号が異なる。すなわち、被測定物Tは自由曲面を有する。このような形状を測定する場合、曲率半径の符号が異なる参照球面が必要となるため、形状の測定は困難である。

0058

そこで、本実施例では、被測定物Tを各部分領域に分けて測定し、その結果をスティッチングすることにより、非球面の被測定物Tの形状を測定する。

0059

図7は、実施例2における被測定物の部分領域を示す模式図である。図7(a)は被測定物を影の陰影で表したものであり、図7(b)はその断面形状を示す。

0060

図7(a)に示されるように、被測定物Tは、中心領域10及び周辺領域11a〜11hの9個の部分領域に分割され、その形状が測定される。部分領域の分割数は、被測定物Tの設計値から分割プランにより決定される。このように、部分領域の数は、被測定物Tの形状や大きさによって増減させることができる。

0061

また、周辺領域11a〜11hの各部分領域を測定するときは、部分領域の形状と参照球面との差異が大きい。このため、被測定物Tを傾けて測定することにより、仮想的に部分領域を球面に近似させて測定することがより望ましい。このような測定方法により、干渉縞の密度が減り、測定が比較的容易になる。

0062

図8は、実施例2における測定方法を示すフローチャートである。

0063

ステップS201では、被測定物Tをセットする。すなわち、物理的に被測定物Tを測定器(干渉計100)にセットする。

0064

被測定物Tのセットが完了すると、次に、ステップS202において分割プランを作成する。すなわち、被測定物Tの設計値を元に、分割する部分領域の数や、各部分領域を測定する際の位置や姿勢を決定する。このように、ステップS202は、被測定物Tを複数の部分領域に分割する分割ステップとなる。以後、被測定物Tは、ステップS202で作成した分割プランに基づいて移動する。なお、ステップS201とステップS202は順不同である。

0065

ステップS203では、測定の原点出しが行われる。すなわち、被測定物Tの移動距離を測定する際の基準位置を決める。図9は、実施例2における被測定物の測定位置を示す模式図である。図9に示されるように、通常、参照球面の焦点位置20を原点に設定する。このように設定すると、原点からの移動距離がそのまま参照球面の曲率半径に相当するため、後の処理が容易になる。

0066

ステップS204では、光軸方向の位置調整が行われる。すなわち、ステップS202で作成した分割プランに従い、被測定物Tの光軸方向の位置調整を行う。この際、対象の部分領域の近似曲率半径が正(凸)の場合、被測定物Tは、原点を基準として参照球面形成レンズTSが設けられている側である第一の領域30aに位置する。一方、近似曲率半径が負(凹)の場合、被測定物Tは、原点を基準として参照球面形成レンズTSがない側である第二の領域30bに位置する。また、原点に対する光軸方向の移動量を測定しておく。

0067

ステップS204では、ステップS202の分割ステップで分割された各部分領域について、第一の測定ステップ及び第二の測定ステップの少なくとも一つを実行する。

0068

次に、ステップS205において、光軸と垂直方向の位置調整が行われる。すなわち、ステップS202で作成した分割プランに従い、周辺の部分領域の測定位置に合わせ、被測定物Tの光軸と垂直方向の位置調整を行う。また、原点に対する光軸と垂直方向の移動量を測定しておく。

0069

ステップS206では、傾き調整が行われる。すなわち、ステップS202で作成した分割プランに従い、周辺の部分領域の形状に合わせ、被測定物Tの傾き調整を行う。また、原点に対する傾き調整量を測定しておく。傾き調整を行うことで干渉縞の密度が減り、測定が比較的容易になる。

0070

図10は、実施例2における各部分領域の干渉縞を示す図である。本図に示される干渉縞は、各部分領域の傾き調整を行うことなしに得られたものである。また、図11は、各部分領域の傾き調整を行ったときの干渉縞を示す図である。図10図11とを比較することにより、傾き調整を行った方が、周辺領域11a〜11hにおける干渉縞密度が減っていることがわかる。

0071

次に、ステップS207において、対象の部分領域の干渉縞が測定される。具体的には、ステップS207では以下の第一又は第二の測定ステップが行われる。第一の測定ステップは、参照球面の焦点位置20に対して光源側の第一の領域30aに被測定物Tを配置して、干渉縞を測定するステップである。第二の測定ステップは、参照球面の焦点位置20に対して第一の領域30aとは反対側の第二の領域30bに被測定物Tを配置して、干渉縞を測定するステップである。

0072

ステップS208では、全部分領域の干渉縞を測定し終えたか否かが判断される。すなわち、ステップS202で作成した分割プランに従い、全部分領域の干渉縞を測定が完了したか否かを判断する。全部分領域の測定が未完了の場合、ステップS209へ進む。全部分領域の測定が完了した場合、ステップS210へ進む。

0073

ステップS209では他の部分領域をターゲットにする。すなわち、ステップS202で作成した分割プランに従い、未測定部分領域の位置情報等を取得する。そして、ステップS204に戻り、ステップS204〜S208を繰り返す。ステップS204〜S208を繰り返すことで、上記の第一の測定ステップ及び第二の測定ステップを行うことになる。

0074

ステップS210では、各部分領域の干渉縞をアンラップする。アンラップとは、隣り合う点に位相飛びが生じている場合に、位相をつなぎ合せて接続することである。アンラップ処理としては、一般的にはフラッドフィル法が良く用いられる。このように、ステップS210は、各部分領域の干渉縞を位相接続(アンラップ)し、各部分領域の形状を測定するアンラップステップである。

0075

図12は、実施例2における各部分領域の干渉縞をアンラップした図である。本図には、被測定物Tの各部分領域(中心領域10及び周辺領域11a〜11h)の干渉縞をアンラップした結果が示されている。

0076

ステップS211では測定誤差補正が行われる。すなわち、ステップS211は、各部分領域を測定する際の被測定物Tの移動量から誤差量を算出し、各部分領域における測定誤差を補正する補正ステップである。

0077

ステップS212では、被測定物Tの形状が演算される。すなわち、ステップS212は、アンラップステップで測定された各部分領域の形状をつなぎ合わせるスティッチングステップである。

0078

図12に示されるように、中心領域10及び周辺領域11a〜11hからなる部分領域は、その一部の領域が隣り合う部分領域と重なった重なり領域を有する。このため、被測定物Tの形状の演算する際には、重なり領域の誤差が最小になるように、例えば最小二乗法を用いてスティッチングが行われる。

0079

図13は、実施例2における各部分領域をスティッチングした結果を示す図である。図13に示されるように、各部分領域をスティッチングすることにより、被測定物Tの全体形状を再現することができる。

0080

このように、本実施例による測定方法は、被測定物Tの部分領域の測定位置を、参照球面形成レンズTSの焦点位置20(原点)を挟んで逆方向まで拡張する。このような方法により、ガルウィング型のような曲率半径の符号が反転する形状を測定することが可能となる。すなわち、本発明の測定方法によれば、曲率半径の符号が反転する自由曲面を有する被測定物を非接触で測定することができる。

0081

以上、本発明の実施例について具体的に説明した。ただし、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内において適宜変更することが可能である。

0082

例えば、上記実施例では、被測定物Tを光軸方向に移動させることを説明したが、これに限定されるものではない。被測定物Tの移動に関しては、参照球面形成レンズTSとの相対距離が重要である。このため、被測定物Tを固定して参照球面形成レンズTSを移動させてもよい。または、参照球面形成レンズTSと被測定物Tの両方を移動させるように構成することもできる。

図面の簡単な説明

0083

本実施例の測定方法に用いられる代表的な干渉計の構成を示す図である。
非球面を干渉計で測定したときの干渉縞を示す図である。
本実施例における自由曲面を有する被測定物を示す断面図である。
非球面の被測定物を干渉計で測定したときの、被測定物の位置と干渉縞の関係を示す模式図である。
自由曲面を有する被測定物を干渉縞で測定したときの、被測定物の位置と干渉縞の関係を示す模式図である。
実施例1における計測方法を示すフローチャートである。
実施例2における被測定物の部分領域を示す模式図である。
実施例2における測定方法を示すフローチャートである。
実施例2における被測定物の測定位置を示す模式図である。
実施例2における各部分領域の干渉縞を示す図である。
実施例2における各部分領域の傾き調整を行ったときの干渉縞を示す図である。
実施例2における各部分領域の干渉縞をアンラップした図である。
実施例2における各部分領域をスティッチングした結果を示す図である。

符号の説明

0084

S光源
L1レンズ
L2 レンズ
PHピンホール
BSビームスプリッタ
CLコリメータレンズ
OA光軸
TS参照球面形成レンズ
T被測定物
C撮像素子
Z1、Z2、Z3、Z4 形状
T1、T2、T3、T4 位置
1、2干渉縞
10中心領域
11a〜11h周辺領域
20焦点位置
30a 第一の領域
30b 第二の領域
100 干渉計

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