JP2983673B2

JP2983673B2 - 曲率半径測定方法および装置

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Publication number: JP2983673B2
Application number: JP3069570A
Authority: JP
Inventors: 金保大川
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1991-01-11
Filing date: 1991-01-11
Publication date: 1999-11-29
Anticipated expiration: 2014-11-29
Also published as: JPH0626834A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レンズ面等の球面形状
を有する鏡面の曲率半径の測定方法および測定装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】このような測定装置としては、特開昭６
４−２８５３４号公報記載のものがある。図１４および
図１５〜１６で示される構成のものが開示、提案されて
いる。すなわち、図１４において、レーザ光源２１の光
束を拡大光学系２２で拡大したのち収束光学系２４で収
束するようになっている。被測定物２９は載物台２６に
載せてあり、この載物台２６は光学ベンチ２５において
光軸方向に移動自在に支持されている。載物台２６の移
動量は測長機３０により読み取る。記憶手段３１は収束
光学系２４の光束射出側のレンズ最後面２４ａから光束
収束点Ｐ_３までの距離Ｌ（バックフォーカス距離）を記
憶する。演算部３２は被測定物の被測定球面２９ａの移
動距離Ｓ’と前記距離Ｌを用いて数１により被測定球面
２９ａの曲率半径ｒを演算する。

【０００３】

【数１】

【０００４】ここで移動距離Ｓ′とは、図１５あるいは
図１６で示すように、被測定物２９の被測定球面２９ａ
が前記光束収束点Ｐ_３にある時の位置ＣＰ_１と、被測定
球面２９ａが収束光学系２４に近づいて収束光束が収束
前に被測定球面２９ａで反射して折りかえされ光束収束
点Ｐ_４が収束光学系２４の光束射出側のレンズ面２４ａ
にある時の位置ＣＰ_２との間の移動距離である。以上の
ことから移動距離Ｓ’とバックフォーカス距離Ｌを求
め、前記曲率半径ｒを求める式（数１）に代入すること
により、曲率半径を求めることができると記載されてい
る。なお、図１４において、３７はレンズ、２７はカメ
ラ、２８はモニターであり、光束収束点の位置を観察す
るためのものである。また、３３，３４はレンズ、３５
はハーフミラーであって拡大光学系２２を構成してお
り、２３は光束の一部を反射する平面反射板である。ま
た、３６はコーナーキューブであって、載物台２６に取
り付けられ、レーザ光源３８からの光を処理部３９に導
いて、載物台２６の移動距離を演算するようにして周知
の測長器を構成している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図１７を用いて従来技
術として記載された数１の式の欠点を説明する。なお、
従来技術の欠点の説明は、従来技術に記載された式によ
り得られる曲率半径と、本願発明により得られる真の値
（即ち真値）の曲率半径と、から両者の差を測定誤差ε
として求め、その測定誤差εが存在することによって行
うものである。図１７において、Ｏ点は収束光学系の光
束射出側のレンズ最後面の半軸上における点、Ａ点は被
測定物の被測定球面の光軸上における点、Ｏ’点は前記
収束光学系の有効射出角θ_０の射出光線と光軸とが交叉
する点、Ｃ点は前記収束光学系からの射出光線と被測定
球面との交点Ｐにおける法線と光軸とが交叉する点であ
る。有効射出角θ_０はθとｉとにより定まってθ＝θ_０
−ｉであり、θ_０とθとは一義的な関係にあって、θは
θ_０によりその角度が定まる。

【０００６】△ＰＯＣについて正弦法則を適用すること
により、数２が得られる。

【０００７】

【数２】

【０００８】余弦法則を適用することにより、数３とな
る。

【０００９】

【数３】

【００１０】△ＰＯ′Ｃについて正弦法則を適用するこ
とにより、数４となる。

【００１１】

【数４】

【００１２】余弦法則を適用することにより、数５とな
る。

【００１３】

【数５】

【００１４】また、数６よりバックフォーカス距離Ｌが
求められる。

【００１５】

【数６】

【００１６】数２から数６により、数７となる。この数
７は、曲率半径ｒの真の値（真値）となるものである。

【００１７】

【数７】

【００１８】今、数８であるから真値である数７は真値
である数９となる。

【００１９】

【数８】

【００２０】

【数９】

【００２１】真値である数９においてθ＝０の時の被検
面の曲率半径ｒの値をｒ_０とすると、即ち、収束光学系
の有効射出角θ_０を０度として光軸上での曲率半径ｒ_０
を求めると、このｒ_０は数１０から求められる。

【００２２】

【数１０】

【００２３】この数１０は、数１に数８を適用した式と
同じ式である。曲率半径の真値ｒを求めることができる
数９および光軸上で曲率半径ｒ_０を求める数１０によ
り、曲率半径の真値ｒと光軸上で求められる曲率半径ｒ
_０との関係を示す数１１が演算される。

【００２４】

【数１１】

【００２５】今、光軸上での曲率半径ｒ_０の測定値が数
１０で与えられるものとすれば、真値は数９で与えられ
るから、この場合の測定誤差εは、数１１と数１０から
数１２のようになる。

【００２６】

【数１２】

【００２７】数１０で求められるｒ_０および数１２で得
られるε／ｒについて、Ｌ（バックフォーカス距離）を
５０，１５０，３００ｍｍと変え、またθを５°，１５
°，３０°と変えて図で示すと図１８のようになる。こ
の図１８より次のことが分かる。すなわち、Ｌが小さい
程に測定可能なｒ_０の範囲が小さくなり（例えばＬ＝５
０ｍｍの場合、Ｋの値が変化してもｒ_０はほぼ０となっ
ているので測定可能なｒ_０の範囲が狭くなり）、またθ
が大きい程に測定誤差も大きくなる（例えば、Ｋの値を
特定したときにはθ＝５°よりも３０°の場合には測定
誤差ε／ｒが大きくなる）。従って、測定可能なｒの範
囲を大きくするためにはＬを大きくし、誤差を小さくす
るためには収束光学系を形成するコリメータレンズの有
効射出角θ_０を小さくして角度θを小さくしなければな
らない。なお、有効射出角は、コリメータレンズから射
出されて被検面の曲率半径の測定用に供せられる有効な
光束と光軸とがなす角度である。

【００２８】一般にθを小さくするとＳ′の検出精度が
悪くなり、θを大きくすると前述のように誤差が大きく
なる。この相反する２つの現象を考え合わせると同図で
知る如く高精度な測定は期待できない。

【００２９】本発明の目的は、高精度に測定することが
できる小型軽量の曲率半径測定方法および測定装置を提
供することを目的とする。

【００３０】

【課題を解決するための手段および作用】即ち、本発明
の曲率半径の測定方法は、数２から数６により数１３を
求める。即ち、被測定物の被測定球面が、バックフォー
カス距離Ｌの地点にある位置と、この位置から移動した
被測定球面で反射されて折り返された光束がコリメータ
レンズの光束射出側のレンズ面に集光するときの位置
と、の間の移動距離Ｓ’に基づいて求める。

【００３１】

【数１３】

【００３２】そして、数１４の場合、数１３は数１５と
なる。

【００３３】

【数１４】

【００３４】

【数１５】

【００３５】ここで、光束を形成する光線の一本一本に
付き、ｘを０〜ｔａｎθまで変化させた時に得られる各
光線の光軸との交点の光軸上の位置を合成した時のＳ’
の重心値をＳｗ’とすれば（即ち、各光線の光軸との交
点の光軸上の位置がＸの値により光軸上で変わることに
伴ってＳ’の値が変わるので、この変わるＳ’の光軸上
での移動距離の重心値をＳｗ’とすれば、）Ｓｗ’は数
１６から求められることができる。

【００３６】

【数１６】

【００３７】数１５および数１６により数１７を求め、
この数１７を変形することにより数１８を求める。

【００３８】

【数１７】

【００３９】

【数１８】

【００４０】数１８において両辺を２乗して整理するこ
とにより、数１９が与えられる。

【００４１】

【数１９】

【００４２】この数１９で与えられる高次方程式を演算
することによりｒを求めることができる。なお、数１９
においてθ＝０の時のＳｗ’およびｒをそれぞれＳ’
およびｒ_０とすれば数１９の両辺を（ｒ^２＋Ｌ^２）^３で
割ることができ数２０を得る。

【００４３】

【数２０】

【００４４】この数２０が数１０に一致することは当然
である。

【００４５】以上はθ以下の（即ち、角度が０〜θまで
の）全光束を用いた場合の正確なｒを求める方法である
が、θのみの光束すなわち、極めて細いθの輪帯光束を
用いた場合の正確なｒは数７においてＳ’＝Ｓｗ’とし
た数２１により求めることができる。

【００４６】

【数２１】

【００４７】図１は本発明の構成を示す概念図、図２お
よび図３はその要部を示す拡大図である。図１において
１０１は点光源、１０２はビームスプリッタ、１０３は
収束光学系を形成するコリメータレンズ、１０４は被検
物で、これらは図に示すように同一光軸上に配置され
る。１０５は被検物１０４を保持するための被検物保持
部で、該被検物保持部１０５は移動ステージ１０６上を
前記光軸と平行方向に移動可能となっている。１０７は
前記被検物１０４による反射光束がビームスプリッター
１０２で反射して形成される点像位置を前記点光源１０
１の共役位置に合致させるための合焦検出部である。１
０８は前記被検物保持部１０５に保持された被検物１０
４の移動距離Ｓ’を、被検物１０４の収束点の重心値に
基づいて移動距離Ｓｗ’として測定するための測長部、
１０９はこの重心値に基づいて測定した移動距離Ｓ
ｗ’、バックフォーカス距離Ｌおよび有効射出角θ_０に
より定まる角度θ（Ｌおよびθ_０は光学構成により定ま
る定数）を、これらの値を関数とする数１９または数２
１に代入して前記被検物としての被検レンズ１０４の曲
率半径ｒを算出するための演算部、１１０は算出したｒ
を表示するための表示部である。なおここでは被検物保
持部としての載物台１０５は移動できるようにしてある
が、この代わりに点光源１０１，ビームスプリッタ１０
２，コリメータレンズ１０３および合焦検出部１０７を
１体として光軸方向に移動できるようにしても良い。こ
の場合にはこれらの移動量を測定することになる。な
お、１０３ａはコリメータレンズ１０３の被検面側の
面、１０４ａは被検物１０４の被検面である。

【００４８】作用については従来技術と同様の方法で移
動して被検物保持部１０５の重心値となる移動距離Ｓ
ｗ’（図２，図３参照）を測長部１０８にて検出し、演
算部１０９にて点光源１０１とコリメーターレンズ１０
３により定まるバックフォーカス距離Ｌおよび有効射出
角θ_０により定まる角度θと前記移動距離Ｓｗ’を、こ
れらの値を関数とする数１９または数２１に代入して被
検物１０４の被検面１０４ａの曲率半径ｒを算出し、こ
れを表示部１１０に表示する。ここでコリメータレンズ
１０３の有効射出角θ_０以下の均一な射出光束即ち、有
効射出角θ_０の角度範囲で均一な射出光束の場合は数１
９を用い、また有効射出角θ_０の極めて細い輪帯射出光
束の場合は数２１を用いるものである。

【００４９】なお点光源は一般には半導体レーザの発光
点として与えられるがＨｅ−Ｎｅレーザにレンズを付加
しても得られる。また通常の白色ランプを用いる場合に
は小さな視野絞りを付加しても得られる。また点光源１
０１と合焦検出部１０７の基準合焦点は共役関係にある
のでこれを入れ替えても何ら問題はない。

【００５０】

【実施例１】図４は本発明による実施例１を示す図であ
る。図４において１１３は本体であり、レーザダイオー
ド１１１、ハーフプリズム１１２、リレーレンズ１１
４、図５又は図６に示すような瞳４分割プリズム１１
５、テレビカメラ１１６により、図４に示すように配置
構成されている。前記プリズム１１５は、同形状の各プ
リズム要素１１５ａ〜１１５ｆ、１１５ｅ〜１１５ｈを
組み合わせて構成されている。この本体１１３は移動ス
テージ１０６上を、被検物１０４の光軸方向に進退自在
に移動できるようになっている。１１７はテレビカメラ
１１６の出力を処理するための画像計測部で演算部を内
蔵している。１１８はモニタであり１１９は載物台で高
さ方向及び光軸と直角となる水平方向に移動できるよう
になっている（図示省略）。他は図１と同様なので同一
の番号で示してある。

【００５１】なお本体１１３に含まれるレンズの各面は
コリメータレンズ１０３の被検物側の面１０３ａ以外は
全て反射防止膜を施すことが望ましい。次にこの作用を
説明する。レーザダイオード１１１から発した発散光束
はハーフプリズム１１２を透過し、コリメータレンズ１
０３によって、該コリメータレンズ１０３から一定の距
離だけ離れた光軸上の位置に集光する。そして前述の移
動によってこの集光点を被検物１０４の被検面１０４ａ
付近に位置させることができる。この時、被検面１０４
ａからの反射光束は再びコリメータレンズ１０３を透過
しハーフプリズム１１２により一部の光束が反射し、レ
ーザダイオード１１１の発光点と共役なる点付近に再び
集光する。ここで光路中の瞳４分割プリズム１１５で光
束の傾きが４方向に分散するので、図５で示す瞳４分割
プリズム１１５の場合における前記集光点は図７にて示
すような４個の点像となり、テレビカメラ１１６の撮像
面付近に結像する。この結像状態をモニタ１１８上で観
察できる。この４個の点像を２値化処理をした後の各点
像の面積を計算しこれが全て等しくなるように載物台１
１９を移動調整する。また、この時の４個の点像の重心
座標（ｘ_１，ｙ_１）、（ｘ_２，ｙ_２）、（ｘ_３，ｙ_３）
及び（ｘ_４，ｙ_４）を画像計測部１１７で計測し、内蔵
されている演算部で（ｘ_２−ｘ_４）−（ｙ_１−ｙ_３）を
演算し、この値と比例した量を前記モニタ１１８上に前
記４個の点像と共に表示する。そして前式（ｘ_２−
ｘ_４）−（ｙ_１−ｙ_３）は合焦ずれ量と比例しているの
で、この表示値が０になるように、前述の移動を行うこ
とにより、レーザダイオード１１１の共役点に正確に結
像することができる。この状態の時に被検面１０４ａの
表面上に正確に結像していることが保証できる。

【００５２】次に、再び本体１１３を移動ステージ１０
６上で、被検レンズ１０４に近づく方向に移動すると、
前述の点像が消え、新たな点像が観察される。この状態
で、前述の（ｘ_２−ｘ_４）−（ｙ_１−ｙ_３）の表示値が
０となるように本体１１３を微動する。この状態の時に
コリメータレンズ１０３の射出側のレンズ面上に正確に
結像していることが保証できる。そして前者の状態から
後者の状態に至るまでの前記本体１１３の移動量Ｓｗ’
（本体１１３の移動方向の重心値が得られる位置の差即
ち、移動距離）を測長部１０８にて検出し、演算部１０
９でこの移動量Ｓｗ’と前記コリメータレンズにより定
まるバックフォーカス距離Ｌと前記コリメータレンズ又
は被検レンズにより定まる前記コリメータレンズの有効
射出角θ_０で定まる角度θとから、これらの値を関数と
する数１９を用いて曲率半径ｒを演算で求め、このｒの
値を表示部１１０にて表示するものである。

【００５３】本実施例固有の効果は瞳４分割プリズムを
用いることによる感度向上のために特に高精度に測定す
ることができることである。

【００５４】

【実施例２】図８は実施例２を示す図である。図８にお
いて１２０はランプ、１２１はレンズであり、これらで
照明光学系１２２を形成する。１２３はチャート、１２
４はハーフミラー、１２５は被検物チャックである。又
１２６は焦点板であり前記ハーフミラー１２４に関して
前記チャート１２３と共役な位置に配置されている。１
２７は前記焦点板１２６上に結ばれた点像を観察するた
めの接眼レンズであり、他は図１、図２と同一であるの
で同一番号を付して、その説明を省略する。被検物チャ
ック１２５は三つ爪チャック等の求心チャックが好まし
い。又、この被検物チャック１２５はコリメータレンズ
１０３とピンホール１２３ａとで定まる光軸方向に移動
自在となっている。なおチャート１２３はどのようなも
のでも良いが、一般的にはピンホールチャートや十字チ
ャートを用いるのが良い。

【００５５】次に、これらの構成による作用を説明す
る。照明光学系１２２によりチャート１２３が照明され
る。チャート１２３を発した光束はハーフミラー１２
４、コリメータレンズ１０３を透過し、定められた位置
に結像する。この結像位置に被測定面１０４ａを一致さ
せた時に、その反射光束は再びコリメータレンズ１０３
を透過し、ハーフミラー１２４で一部反射して焦点板１
２６上に結像する。そしてこの結像状態は接眼レンズ１
２７を通して目視で確認できるようになっているので、
これを見ながらピントが合うように被検物を被検物チャ
ック１２５ごと移動し、測長部１０８にてこの時の位置
を出力する。次に本体１１３側に被検物チャック１２５
を移動することにより再びチャート像が現れるのでこれ
を見ながらピントが合うように被検物を移動し、同じく
測長部１０８にてこの時の位置を出力する。これらの２
つの位置での出力値の差Ｓｗ’（即ち、重心値が得られ
る移動距離）を演算部１０９で演算し、同じく演算部１
０９でこのＳｗ’と前記コリメータレンズにより定まる
バックフォーカス距離Ｌと前記コリメータレンズ又は被
検レンズにより定まる前記コリメータレンズの有効射出
角θ_０で定まる角度θとから、これらの値を関数とする
数１９を用いて曲率半径ｒを演算で求め、このｒの値を
表示部１１０にて表示するものである。

【００５６】本実施例固有の効果は安価に構成できるこ
とである。

【００５７】

【実施例３】図９および図１０は実施例３を示す図であ
る。図９において１２８は輪帯絞りであり、図１０に示
す如く透明板１２８ｂに不透過膜１２８ａを蒸着して形
成してある。他は図１〜図８と同一であるので同一番号
を付してその説明を省略する。

【００５８】次に作用を説明する。レーザダイオード１
１１を発した光束はハーフプリズム１１２を通り、コリ
メータレンズ１０３を通った後、一定の位置に集光する
がこの光束は輪帯絞り１２８により輪帯光束（即ち、有
効射出角θ_０の極めて細い輪帯光束）となる。この集光
点に被検レンズ１０４の被検面１０４ａを一致させる
と、その反射光は再度コリメータレンズ１０３を通り、
ハーフプリズム１１２で一部反射され、レーザダイオー
ド１１１と共役位置に集光する。この集光位置にテレビ
カメラ１１６の受光面を配置してあるのでその集光状態
をモニタ１１８にて観察できる。このモニタ１１８を見
ながら本体１１３を移動ステージ１０６上を移動させ、
ピントが合う位置で止め、このときの本体１１３の位置
を測長部１０８にて出力する。次に、本体１１３を被検
物１０４側に移動すると再びモニタ１１８に点像が観察
されるので、これにピントが合うように移動ステージ１
０６上を移動し、ピントが合う状態で止め、この時の本
体１１３の位置を測長部１０８にて出力する。これらの
２つの出力値の差Ｓｗ’（即ち、重心値が得られる移動
距離）を演算部１０９で演算し、同じく演算部１０９で
このＳｗ’と前記コリメータレンズにより定まるバック
フォーカス距離Ｌと前記コリメータレンズ又は被検レン
ズにより定まる前記コリメータレンズの有効射出角θ_０
で定まる角度θとから、これらの値を関数とする数２１
を用いて曲率半径ｒを演算で求め、このｒの値を表示部
１１０にて表示するものである。なお輪帯絞り１２８は
大きさの異なるものを複数用意して、これを交換できる
ようにしても良い。

【００５９】本実施例固有の効果は輪帯による感度向上
のために特に高精度な測定ができることである。

【００６０】

【実施例４】図１１は実施例４を示す図である。図１１
において、１２９は第２のコリメータレンズ、１３０は
偏光プリズム、１３１は１／４λ板、１３２は被検物保
持環部１３２ａを有する移動枠であり、他は図１から図
９と同様であるので同一番号を付してその説明を省略す
る。

【００６１】次に作用を説明する。レーザダイオード１
１１から発した光束は第２のコリメータレンズで平行光
束となり偏光プリズム１３０、１／４λ板１３１を透過
後に円偏光となりコリメータレンズ１０３にて集光す
る。この集光点に被検面１０４ａを一致させると、その
反射光束は逆まわりの円偏光となり、コリメータレンズ
１０３を通り、さらに１／４λ板１３１を透過する。こ
の透過光は１／４λ板の機能によりＳ偏光となるので、
偏光プリズム１３０の反射面で全て反射する平行光束と
なる。この平行光束はリレーレンズ１１４でテレビカメ
ラ１１６上に集光する。ここで光路中の瞳４分割プリズ
ム１１５で光束の傾きが４方向に分散し、前記テレビカ
メラ１１６上には４個の点像が形成される。以下実施例
１と全く同一の作用により曲率半径の測定ができる。

【００６２】本実施例固有の効果は、被検面を下にして
置くだけで、被検物の位置決めができるので、より高精
度にして操作性の良い測定ができることである。

【００６３】

【実施例５】図１２および１３は実施例５を示す図であ
る。図１２において、１３３は虹彩絞り、１３４は移動
枠、１３５は被検物保持用アダプタで移動枠１３４に嵌
合することによりその中心軸がコリメータレンズ１０３
の光軸に一致するようになっている。１３６は移動枠１
３４を上下動するためのパルスモータ、１３７は称呼の
曲率半径（即ち、被検面１０４ａの曲率半径の設計値）
および測定のためのスタート信号を入力するための入力
部、１３８は移動枠１３４の移動条件を決定するための
演算部、１３９は虹彩絞りの絞り径をコントロールする
ための虹彩絞り制御部、１４０はパルスモータ制御部
で、入力した移動枠１３４の移動条件に従って、パルス
モータ１３６を作動したり、画像計測部１１７からの合
焦信号により内蔵するパルスカウンタをコントロールし
たり、このパルスカウンタの出力を画像計測部１１７に
出力する機能を有している。他は図１〜図１１と同様な
ので同一番号を付してその説明を省略する。

【００６４】次に作用を図１３のフローに従って説明す
る。まず、被測定面の称呼の曲率半径ｒを入力部１３７
にて入力すると、コリメータレンズ１０３による集光点
が被検面１０４ａに一致するための移動枠１３４の位置
が演算されるが、正確な被検面１０４ａの曲率半径は不
明であるので、この分の余裕を考えてこの位置から上方
及び下方に１ｍｍ程度の位置を停止位置に設定する。次
に、被検面１０４ａによる２状態の反射点像を検出する
に当たって、有効開口値が異ならない絞りの最大径を演
算し、この結果に基づいて虹彩絞り制御部１３９にて虹
彩絞り１３３を所望の大きさにセットする。このセット
によって、コリメータレンズ１０３の有効射出角θ_０が
定まり、被検物での角度θが定まる。一方、被検物１０
４を被検面１０４ａを下にして被検物保持用アダプタ１
３５の上に置く。この被検物保持用アダプタ１３５は、
被検物の大きさに応じて複数種用意しておき、そのうち
で、なるべく大きなものを使用する方が好ましい。被検
物のセットが完了したら、スタート信号を入力部１３７
により入力する。入力後の作用であるが、まず、移動枠
１３４を前述の演算結果に基づいてパルスモータ制御部
１４０で高速で位置調整する。

【００６５】次に、同じくパルスモータ制御部１４０で
移動枠１３４を低速で下降する。下降中は画像計測部１
１７により常に合焦ずれ量が検出されているが、下降に
伴って変化してゆく。そして、この合焦ずれ量の出力値
の符号が反転したら直ちにパルスモータ制御部１４０に
内蔵されているパルスカウンタをリセットする。リセッ
トしたら直ちにパルスモータ制御部１４０で移動枠１３
４を高速で下降する。次にやはり前述の設定された停止
位置の少し手前（１ｍｍ程度が良い）で低速下降とす
る。そして合焦ずれ量の検出値の符号が反転したら直ち
にパルスカウンタの値を出力する。そしてこの出力値に
より得られる重心値の移動距離Ｓｗ’と測定定数として
の前述のＬ及び設定した虹彩絞り１３３に基づく開口に
対応する前述のθより画像計測部１１７に内蔵される演
算部により、これらの値を関数とする数１９を用いて曲
率半径ｒを算出し、モニタ１１８にてこれを表示するも
のである。

【００６６】本実施例固有の効果は被検物をホルダーに
載せ、スタート信号を入れるだけで自動的に曲率半径の
高精度測定ができることである。

【００６７】

【発明の効果】本発明によれば、レンズ面等の球面形状
を有する鏡面の曲率半径を小型にて高精度に測定ができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の概念図。

【図２】同要部の拡大図。

【図３】同要部の拡大図。

【図４】本発明の実施例１を示す図。

【図５】図４における瞳４分割プリズムの説明図。

【図６】図４における瞳４分割プリズムの説明図。

【図７】図４における瞳４分割プリズムの説明図。

【図８】実施例２を示す図。

【図９】実施例３を示す図。

【図１０】図９における輪帯絞りの説明図。

【図１１】実施例４を示す図。

【図１２】実施例５を示す図。

【図１３】実施例５を示す図。

【図１４】従来の測定方法および装置を示す図。

【図１５】従来の測定方法および装置を示す図。

【図１６】従来の測定方法および装置を示す図。

【図１７】従来の測定方法と本願発明の測定方法の概念
を説明する図。

【図１８】従来の測定方法と本願発明の測定方法の差か
ら、従来技術の測定誤差を説明する図。

【符号の説明】

１０３コリメータレンズ１０４被検物１０６移動ステージ１０８測長部１０９演算部１１０表示部１１１レーザダイオード１１２ハーフプリズム１１４リレーレンズ１１５瞳４分割プリズム１１６テレビカメラ１１７画像計測部１１８モニタ１１９載物台１２０ランプ１２１レンズ１２３チャート１２４ハーフミラー１２５被検物チャック１２６焦点板１２７接眼レンズ１２８輪帯絞り１２９第２のコリメータレンズ１３０偏光プリズム１３１１／４λ板１３２移動枠１３３虹彩絞り１３４移動枠１３５被検物保持用アダプタ１３６パルスモータ１３８演算部１４０パルスモータ制御部

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光源からの光束を収束光学系により集光
して被検物の被検面に導き、被検面を光軸にそって移動
するか、もしくは前記光源と前記収束光学系を光軸にそ
って移動して、被検面が前記光束の集光する集光点にく
るようにし、また、被検面と収束光学系との距離を変化させることに
より前記光束を前記被検面で反射させて折り返して反射
光束の集光点が収束光学系の光束射出側のレンズ面にく
るようにし、前述の被検面が、前記光束を形成する各光線の光軸との
交点の重心位置から、前述の反射光束を形成する各光線
の光軸との交点の重心位置が光束射出側のレンズ面にな
るまでの前記収束光学系または被検物の移動距離Ｓｗ’
を求め、前記移動距離Ｓｗ’と、前記収束光学系の光束射出側の
レンズ面から集光点までの距離と、前記収束光学系の被
検面側の有効射出角とにより前記被検物の被検面の曲率
半径を演算することを特徴とする曲率半径測定方法。
【請求項２】前記移動距離Ｓｗ’を求めるときの重心
位置は、前記被検面で反射させた反射光束を複数の点像
に分散した後、この反射光束の点像の面積および重心座
標を演算し、演算値に差がないようにして求めることを
特徴とする請求項１記載の曲率半径測定方法。
【請求項３】前記光源からの光束を収束光学系により
集光して被検物の被検面に導く際に輪帯絞りを介して導
くことを特徴とする請求項１記載の曲率半径測定方法。
【請求項４】光源と、光源からの光束を集光する収束
光学系と、前記収束光学系で集光した光束の集光位置に被検物の被
検面が位置するように被検物と収束光学系とを相対移動
する保持構造部と、前記被検面で反射させた反射光束を導くビームスプリッ
タを介してこの反射光束の合焦状態を検出する合焦検出
部と、前記被検物と収束光学系との相対移動により、前記収束
光学系で集光した光束を形成する各光線の光軸との交点
の重心位置と、前記重心位置よりも移動した位置で前記
光束を被検面により反射させて折り返してこの反射光束
を形成する各光線の光軸との交点の重心位置になったと
きまでの、２重心位置における移動距離Ｓｗ’を測長す
る測長部と、前記測長部により得られる移動距離Ｓｗ’と、前記光源
と収束光学系により得られるバックフォーカス距離と、
前記収束光学系の被検面側の有効射出角とに基づいて前
記被検面の曲率半径を演算する演算部と、を有することを特徴とする曲率半径測定装置。
【請求項５】前記合焦検出部は前記ビームスプリッタ
で導かれた反射光束を複数に分散する瞳分割プリズムを
有し、この合焦検出部の後方側には前記瞳分割プリズム
で分散されて形成された前記光束の点像の面積および重
心座標を演算する画像計測部を有することを特徴とする
請求項４記載の曲率半径測定装置。
【請求項６】前記光源と前記被検物の被検面との間
に、輪帯絞りを有することを特徴とする請求項４記載の
曲率半径測定装置。