JP5356187B2 - Method and apparatus for measuring lens ball height - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レンズの球欠高さ測定方法および装置に関する。例えば、レンズ面の球欠深さや球欠高さなどの測定に好適となるレンズの球欠高さ測定方法および装置に関する。 The present invention relates to a method and apparatus for measuring the height of a sphere of a lens. For example, the present invention relates to a method and apparatus for measuring the sphere height of a lens that is suitable for measuring the sphere depth and sphere height of a lens surface.
従来、レンズ形状の検査には種々の形状測定方法が用いられているが、球欠高さ測定では、触針子をレンズ面に接触させ、この触針子を光軸に直交する方向に移動させてレンズ面の光軸に沿う方向の形状変化を測定することによって球欠高さを測定していた。
このような従来のレンズの球欠高さ測定装置として、特許文献1には、被検レンズの球欠部に触針子を接触させ、値が最大となる位置で球欠深さを測定する球欠深さ測定器において、前記被検レンズを載置する測定台と、該測定台の下に配置され前記触針子を垂直方向に移動させて球欠深さを測定する球欠深さ測定手段と、前記測定台の上に配置され前記被検レンズを保持する被検レンズ保持手段と、該被検レンズ保持手段を互いに直交する2つの水平方向へ移動させるXYステージと、前記測定台に載置された被検レンズの像を拡大する像観察手段とを具備する球欠深さ測定器が記載されている。
Conventionally, various shape measurement methods are used for inspecting the lens shape, but in measuring the height of a sphere, the stylus is brought into contact with the lens surface, and the stylus is moved in a direction perpendicular to the optical axis. Thus, the height of the sphere is measured by measuring the shape change in the direction along the optical axis of the lens surface.
As such a conventional lens sphere notch height measuring apparatus, Patent Document 1 discloses that a stylus is brought into contact with a sphere notch portion of a lens to be examined and the sphere nose depth is measured at a position where the value is maximum. In a sphere notch depth measuring instrument, a measurement table on which the lens to be tested is mounted, and a sphere notch depth which is disposed under the measurement table and moves the stylus in a vertical direction to measure the sphere defect depth. Measuring means, test lens holding means arranged on the measurement table for holding the test lens, XY stage for moving the test lens holding means in two horizontal directions orthogonal to each other, and the measurement table Describes a sphere defect depth measuring device including image observing means for magnifying an image of a test lens placed on the lens.
しかしながら、上記のような従来のレンズの球欠高さ測定方法および装置では、特許文献1に記載の技術のように、触針子を用いた測定方法を採用しているため、触針子がレンズ面に接触することによって被検レンズのレンズ面が傷ついてしまうおそれがあるという問題がある。 However, in the conventional lens ball height measuring method and apparatus as described above, since the measuring method using the stylus is employed as in the technique described in Patent Document 1, the stylus is There is a problem that the lens surface of the lens to be examined may be damaged by contact with the lens surface.
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、被検レンズのレンズ面を傷つけることなく球欠形状を測定することができるレンズの球欠高さ測定方法および装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a method and apparatus for measuring the sphere height of a lens that can measure the shape of the sphere without damaging the lens surface of the lens to be examined. For the purpose.
上記の課題を解決するために、請求項1に記載の発明では、球欠形状を有する被検レンズ面の球欠高さを測定するレンズの球欠高さ測定方法であって、前記被検レンズ面の干渉縞画像を取得するための参照面を有し、可干渉光束を分割して該可干渉光束の一方を集光点に向かう集光光束として出射し、該集光光束による前記被検レンズ面での反射光束と前記参照面での前記可干渉光束の他方による反射光束とを干渉させる干渉計に対して、前記集光光束の光軸と同軸に配置された前記被検レンズ面を前記光軸に沿う方向に相対移動させて、前記干渉計によって取得された前記干渉縞画像を観察することにより前記集光点が前記被検レンズ面の球心位置および面頂位置に一致する際の前記光軸に沿う方向における前記被検レンズ面の相対移動位置をそれぞれ取得し、該相対移動位置の間の距離を計測することにより、前記被検レンズ面の曲率半径を測定する曲率半径測定工程と、前記集光点が前記被検レンズ面の球心位置に一致されたときの前記被検レンズ面の画像を観察して、該画像から前記被検レンズ面の球欠径を測定する球欠径測定工程と、前記曲率半径測定工程で測定された前記曲率半径と前記球欠径測定工程で測定された前記球欠径とを用いて前記被検レンズ面の球欠高さを算出する球欠高さ算出工程と、を備える方法とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 is a method of measuring a sphere defect height of a lens for measuring a sphere defect height of a lens surface having a sphere defect shape. A reference surface for acquiring an interference fringe image of the lens surface, splitting the coherent luminous flux and emitting one of the coherent luminous fluxes as a condensed luminous flux toward a condensing point; The lens surface to be tested that is arranged coaxially with the optical axis of the condensed light beam with respect to an interferometer that causes a reflected light beam on the test lens surface to interfere with a reflected light beam by the other of the coherent light beams on the reference surface Is relatively moved in the direction along the optical axis, and the interference fringe image acquired by the interferometer is observed, so that the focal point coincides with the spherical center position and the top position of the lens surface to be examined. Relative movement position of the lens surface in the direction along the optical axis And measuring the distance between the relative movement positions to measure the radius of curvature of the lens surface to be tested, and the focal point of the lens surface of the lens to be focused Observing the image of the lens surface to be tested when matched with the sphere, and measuring the sphere diameter of the lens surface to be measured from the image, and the radius of curvature measurement measured in the curvature radius measurement step And a sphere notch height calculating step of calculating a sphere notch height of the lens surface to be measured using a radius of curvature and the sphere notch diameter measured in the sphere notch diameter measuring step.
また、請求項2に記載の発明では、請求項1に記載のレンズの球欠高さ測定方法において、前記曲率半径測定工程は、前記集光点が前記被検レンズ面の球心位置に一致されたときの前記被検レンズ面の干渉縞画像を記憶し、前記球欠径測定工程は、前記曲率半径測定工程で記憶された前記干渉縞画像を前記被検レンズ面の画像として前記被検レンズ面の球欠径を測定する方法とする。 According to a second aspect of the present invention, in the method of measuring the height of a sphere of the lens according to the first aspect, the step of measuring the radius of curvature includes a step in which the converging point coincides with a spherical center position of the lens surface to be examined. The interference fringe image of the test lens surface when stored is stored, and the spherical missing diameter measurement step uses the interference fringe image stored in the curvature radius measurement step as the image of the test lens surface. A method of measuring the spherical diameter of the lens surface.
また、請求項3に記載の発明では、請求項1または2に記載のレンズの球欠高さ測定方法において、前記球欠径測定工程は、
前記被検レンズ面の画像を画像処理して、該画像の外径を求め、前記被検レンズ面の位置における寸法に換算することによって、前記球欠径を測定する方法とする。
According to a third aspect of the present invention, in the method for measuring a sphere defect height of a lens according to
An image of the test lens surface is subjected to image processing, an outer diameter of the image is obtained, and converted to a dimension at the position of the test lens surface, thereby measuring the spherical missing diameter.
また、請求項4に記載の発明では、球欠形状を有する被検レンズ面の球欠高さを測定するレンズの球欠高さ測定装置であって、前記被検レンズ面の干渉縞画像を取得するための参照面を有し、可干渉光束を分割して該可干渉光束の一方を集光点に向かう集光光束として出射し、該集光光束による前記被検レンズ面での反射光束と前記参照面での前記可干渉光束の他方による反射光束とを干渉させる干渉計と、該干渉計に対して、前記集光光束の光軸と同軸に配置された前記被検レンズ面を前記光軸に沿う方向に相対移動させる移動機構と、該移動機構による前記被検レンズ面の相対移動位置を取得し、該相対移動位置の差を算出して2位置間の移動距離を測定する移動距離測定部と、前記干渉計において前記被検レンズ面での反射光束および前記参照面での反射光束による画像を撮像する撮像部と、
該撮像部で撮像された画像を表示する表示部と、前記集光光束の光軸と同軸に配置された前記被検レンズ面を前記光軸に沿う方向に相対移動させて、前記集光点が前記被検レンズ面の球心位置および面頂位置に一致されたときの前記光軸に沿う方向における前記被検レンズ面の相対移動位置の間の距離を前記移動距離測定部によって計測することにより、前記被検レンズ面の曲率半径を測定する曲率半径測定部と、前記撮像部によって撮像された前記被検レンズ面の画像、および前記曲率半径測定部で測定された前記被検レンズ面の曲率半径から前記被検レンズ面の球欠径を測定する球欠径測定部と、前記移動距離測定部で測定された前記移動距離を前記被検レンズ面の曲率半径として、該曲率半径と前記球欠径測定部で測定された前記球欠径とを用いて前記被検レンズ面の球欠高さを算出する球欠高さ算出部と、を備える構成とする。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a lens sphere defect height measuring apparatus for measuring a sphere defect height of a test lens surface having a spherical defect shape, wherein an interference fringe image of the test lens surface is obtained. A reference surface for acquisition, which splits the coherent beam and emits one of the coherent beams as a focused beam toward the condensing point, and the reflected beam from the lens surface to be tested by the collected beam And an interferometer that causes a reflected light beam reflected by the other of the coherent light beams on the reference surface to interfere with each other, and the lens surface to be measured that is disposed coaxially with the optical axis of the condensed light beam with respect to the interferometer, A movement mechanism that relatively moves in a direction along the optical axis, and a movement that acquires a relative movement position of the lens surface to be measured by the movement mechanism, calculates a difference between the relative movement positions, and measures a movement distance between the two positions. A distance measurement unit; and a reflected light beam on the lens surface to be measured in the interferometer; and An imaging unit that captures an image of the reflected light beam on the serial reference surface,
A display unit that displays an image captured by the imaging unit, and the lens surface that is arranged coaxially with the optical axis of the condensed light beam is relatively moved in a direction along the optical axis, and the condensing point Measuring the distance between the relative movement positions of the lens surface in the direction along the optical axis when the lens is coincident with the spherical center position and the top position of the lens surface. The curvature radius measurement unit that measures the radius of curvature of the test lens surface, the image of the test lens surface imaged by the imaging unit, and the test lens surface measured by the curvature radius measurement unit A spherical notch diameter measuring unit that measures a spherical missing diameter of the lens surface to be measured from a radius of curvature, and the moving distance measured by the moving distance measuring unit as the radius of curvature of the lens surface to be measured, the curvature radius and the The above-mentioned sphere defect measured by the sphere defect diameter measuring unit Wherein a structure comprising a sagittal height calculation unit for calculating the sagittal height of the lens surface, the use and.
請求項5に記載の発明では、請求項4に記載の発明において、前記球欠径測定部は、前記撮像部によって撮像された前記干渉縞画像を記憶する記憶部と、該記憶部に記憶された前記干渉縞画像の外径を算出し、該外径を前記曲率半径測定部で測定された前記被検レンズ面の曲率半径を用いて、前記被検レンズ面上の距離に換算することにより前記球欠径を算出する演算処理部と、を備える構成とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the fourth aspect of the present invention, the spherical missing diameter measurement unit is stored in the storage unit that stores the interference fringe image captured by the imaging unit, and the storage unit. By calculating the outer diameter of the interference fringe image and converting the outer diameter into a distance on the test lens surface using the curvature radius of the test lens surface measured by the curvature radius measurement unit. An arithmetic processing unit for calculating the spherical diameter.
また、請求項6に記載の発明では、請求項5に記載のレンズの球欠高さ測定装置において、前記演算処理部は、前記記憶部に記憶された前記干渉縞画像を画像処理して、前記干渉縞画像の外径を算出する構成とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the sphere defect height measuring device according to the fifth aspect, the arithmetic processing unit performs image processing on the interference fringe image stored in the storage unit, and The outer diameter of the interference fringe image is calculated.
本発明のレンズの球欠高さ測定方法および装置によれば、被検レンズ面を光軸に沿う方向に移動させ干渉計を用いて曲率半径を測定し、干渉計から出射される集光光束の集光点が被検レンズ面の球心位置に一致されたときの被検レンズ面の画像から被検レンズ面の球欠径を測定し、これら曲率半径と球欠径とを用いて球欠高さを算出するため、被検レンズのレンズ面を傷つけることなく球欠形状を測定することができるという効果を奏する。 According to the method and apparatus for measuring the height of a sphere of a lens according to the present invention, a focused light beam emitted from the interferometer is measured by moving the lens surface in the direction along the optical axis and measuring the radius of curvature using an interferometer. Measure the spherical diameter of the lens surface from the image of the lens surface to be measured when the focal point of the lens coincides with the position of the spherical center of the lens surface. Since the missing height is calculated, it is possible to measure the spherical missing shape without damaging the lens surface of the test lens.
以下では、本発明の実施形態に係るレンズの球欠高さ測定方法および装置について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。 Hereinafter, a method and apparatus for measuring the height of a sphere of a lens according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In all the drawings, even if the embodiments are different, the same or corresponding members are denoted by the same reference numerals, and common description is omitted.
本発明の実施形態に係るレンズの球欠高さ測定装置について説明する。
図1は、本発明の実施形態に係るレンズの球欠高さ測定装置の概略構成を示す模式的な正面図である。図2は、本発明の実施形態に係るレンズの球欠高さ測定装置の概略構成を模式的な光路とともに示すシステム構成図である。図3(a)は、被検レンズの一例を示す平面図である。図3(b)は、図3(a)におけるA−A断面図である。図4は、本発明の実施形態に係るレンズの球欠高さ測定装置の測定制御部の機能構成を示す機能ブロック図である。
A lens ball height measuring apparatus according to an embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 is a schematic front view showing a schematic configuration of a lens ball height measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a system configuration diagram showing a schematic configuration of the lens sphere height measuring device according to the embodiment of the present invention together with a schematic optical path. FIG. 3A is a plan view showing an example of a test lens. FIG.3 (b) is AA sectional drawing in Fig.3 (a). FIG. 4 is a functional block diagram showing a functional configuration of the measurement control unit of the lens ball gap height measuring device according to the embodiment of the present invention.
本実施形態の球欠高さ測定装置50は、図1、2に示すように、本実施形態のレンズの球欠高さ測定方法を用いて、球欠形状を有する被検レンズ4の被検レンズ面Sの球欠高さを測定するための装置である。
As shown in FIGS. 1 and 2, the sphere defect
まず、球欠高さ測定装置50によって球欠深さを測定する被検レンズ4について説明する。
被検レンズ4は、球欠形状を有する被検レンズ面Sを備えるレンズであれば、特に制限されず、凹レンズでも、凸レンズでもよい。以下では、一例として、図3(a)、(b)に示すような平凹レンズの場合の例で説明する。
被検レンズ4は、厚さ方向の一方の面の中心部に曲率半径Rの凹球面である第1面4aが形成され、また厚さ方向の他方の面には平面からなる第2面4bが形成されている。以下では、第1面4aの曲率中心を球心O(球心位置)と称する。
被検レンズ4の厚さ方向の外形は厚さHとされ、第1面4aが形成された厚さ方向の一方の面には、第1面4aの外周側に、第2面4bと平行な平面からなり、被検レンズ4の光軸方向の位置決めを行う取り付け面4cが形成されている。
すなわち、第1面4aは、曲率半径Rの球を取り付け面4cで切り取られた球欠形状となっており、球欠形状を有する被検レンズ面Sになっている。
本明細書では、球欠形状である第1面4aの最大外径を球欠径と称する。第1面4aの球欠径Dは、第1面4aと取り付け面4cとの交線であるレンズ面輪郭線4eの直径に等しい。
また、第1面4aの面頂Q(面頂位置)は、取り付け面4cからの球欠高さh(ただし、h<H)に位置するように設計されている。このため、第1面4aと第2面4bとのレンズ面間隔は、H−hである。
なお、球欠高さhは、第1面4aが凹面の球欠形状であることから球欠深さと言ってもよいが、本明細書では、球欠形状が凹面か凸面かに関わらず球欠高さと称する。
また、被検レンズ4のレンズ側面4dは、第1面4aの光軸と同軸に形成された直径D0の円筒面からなり、被検レンズ4の径方向の位置決めを行う基準面として用いられる。
First, the
The
The
The outer shape of the
That is, the
In the present specification, the maximum outer diameter of the
Further, the top surface Q (surface top position) of the
The sphere notch height h may be referred to as a sphere notch depth because the
The
球欠高さ測定装置50の概略構成は、図1、2に示すように、架台16、干渉計30(図2参照)、上下移動機構13(移動機構)、XY移動ステージ15、測長器14(移動距離測定部)、測定制御部8、モニタ23(表示部)、および操作部25を備える。
As shown in FIGS. 1 and 2, the schematic configuration of the sphere missing
架台16は、上方に配置された上部基台16aと、上部基台16aの下方に配置された下部基台16bと、上部基台16aおよび下部基台16bを一定間隔に保って支持する支柱部16cとを備える支持体である。
The
干渉計30は、被検レンズ面Sの干渉縞画像を取得するための参照面を有し、可干渉光束を分割してこの可干渉光束の一方を集光点に向かう集光光束として出射し、この集光光束による被検レンズ面Sでの反射光束と参照面での可干渉光束の他方による反射光束とを干渉させるものであり、本実施形態では、一例として、フィゾー干渉計を採用している。フィゾー干渉計では、参照面が可干渉光束を分割する光束分割面を兼ねている。
干渉計30の概略構成は、図2に示すように、レーザ光源1、コリメータレンズ2、ビームスプリッタ11、基準レンズ5、集光レンズ10、および撮像素子9(撮像部)を備える。これらのうち、レーザ光源1を除く各部材は、架台16の上部基台16aの中央部に貫通して固定された鉛直方向に延びる略円筒状の干渉計本体部20(図1参照)の内部において、互いに位置決めされた状態で保持されている。
すなわち、干渉計本体部20の内部には、鉛直軸に沿って下方側から上方側に、基準レンズ5、ビームスプリッタ11、集光レンズ10、および撮像素子9がこの順に配置されている。また、コリメータレンズ2は、ビームスプリッタ11の側方であって、干渉計本体部20の側面に設けられた不図示の開口部の近傍となる位置に配置されている。
なお、特に図示しないが、レーザ光源1または干渉計本体部20内の光路には、測定者の操作により干渉計30からの集光光束の出射を停止するためのシャッターが設けられている。
The
As shown in FIG. 2, the schematic configuration of the
That is, in the
Although not particularly illustrated, a shutter for stopping the emission of the condensed light beam from the
レーザ光源1は、可干渉光束であるレーザ光L0を発生するための光源であり、干渉計に採用される適宜の光源を採用することができる。本実施形態では、干渉計本体部20の外部に配置されたHe−Neレーザからなるレーザ発振器を採用している。
レーザ光源1には、光ファイバ17の一端が接続され、光ファイバ17の他端から、光ファイバ17内を伝送されたレーザ光L0を発散光束として出射できるようになっている。
光ファイバ17の他端は、干渉計本体部20の側面に設けられた光ファイバコネクタ3に接続されている。
The laser light source 1 is a light source for generating the laser light L 0 that is a coherent light beam, and an appropriate light source that is employed in an interferometer can be employed. In the present embodiment, a laser oscillator composed of a He—Ne laser disposed outside the
One end of an
The other end of the
コリメータレンズ2は、光ファイバコネクタ3に接続された光ファイバ17の他端側のファイバ端面から出射されるレーザ光L0を集光して平行光束であるレーザ光L1を形成し、レーザ光L1をビームスプリッタ11に入射させるための光学素子である。
ビームスプリッタ11は、コリメータレンズ2から出射されたレーザ光L1を鉛直下方に反射するとともに、鉛直下方側から入射するレーザ光を鉛直上方に透過させる光路分岐素子である。
The
基準レンズ5は、フィゾー干渉計を構成するためのフィゾーレンズであり、ビームスプリッタ11で反射された平行光束であるレーザ光L1の一部をレーザ光L2として透過させ、干渉計本体部20の外部の集光点Pに集光させるものである。
基準レンズ5は、レーザ光L2が集光点Pに向けて出射される最終レンズ面として、集光点Pに球心が一致された高精度な球面からなる参照面5aを備える。
本実施形態では、基準レンズ5の光軸は鉛直軸に沿うように配置されている。このため、光ファイバ17の他端の端面の中心から集光点Pに至るレーザ光の光路の軸上主光線で規定される光軸Cは、集束光束であるレーザ光L2の光軸となっており、本実施形態では、ビームスプリッタ11から集光点Pまでの間で基準レンズ5の中心を通る鉛直軸に一致されている。
このためレーザ光L2は、集光点Pを通過した後、発散して鉛直下方側に向かい、被検レンズ4に照射される。本実施形態では、被検レンズ面Sの球欠径を観察するため、被検レンズ面Sの全面での干渉縞を取得できるようにしている。すなわち、光ファイバ17、コリメータレンズ2、および基準レンズ5で構成される照明光学系のNA(開口数)を、被検レンズ4の球欠径に応じた所定値に調整して、集光点Pに被検レンズ面Sの球心Oが一致するように被検レンズ面Sを位置合わせしたときに被検レンズ面Sよりも広い範囲にレーザ光L2が照射されるようにしている。
このため、被検レンズ4に照射されたレーザ光L2は第1面4aでの反射光が被検レンズ面Sでの反射光束である被検面反射光束L3として、参照面5aに再入射し、基準レンズ5によって集光されてビームスプリッタ11側に向けて出射される。
また、参照面5aで反射されるレーザ光L1は、参照面反射光束L4(参照面での可干渉光束の他方による反射光束)として光路を逆進して、ビームスプリッタ11側に出射される。
The
In the present embodiment, the optical axis of the
Thus the laser beam L 2 passes through the focal point P, directed vertically downward diverges and is irradiated to the
Therefore, as the measured surface reflection light beam L 3 in which the reflected light is a reflected light beam at the sample lens surface S of the laser beam L 2 irradiated to the
Further, the laser light L 1 reflected by the
集光レンズ10は、ビームスプリッタ11を透過して鉛直上方に進む被検面反射光束L3と参照面反射光束L4とを集光して、撮像素子9に投射するレンズである。
撮像素子9は、集光レンズ10によって投射された光束による光像を撮像し、測定制御部8に送出するものである。撮像素子9としては、例えば、CCDやCMOS素子などの撮像素子を採用することができる。
このため、被検面反射光束L3と参照面反射光束L4とによって、干渉縞画像が形成される場合には、撮像素子9によって、干渉縞画像が撮像され、測定制御部8に送出される。
The condensing
The
Therefore, when an interference fringe image is formed by the test surface reflected light beam L 3 and the reference surface reflected light beam L 4 , an interference fringe image is captured by the
このような構成の干渉計30によれば、干渉計30の下方側に被検レンズ面Sとして第1面4aを上側に向けて被検レンズ4が配置された場合、第1面4aの球心Oが集光点Pに一致する位置と、第1面4aの面頂Qが集光点Pに一致する位置との2位置において、被検面反射光束L3が第1面4aへの入射光路に沿って逆進することになる。
これらの2位置では、参照面5aで反射された参照面反射光束L4との光路差が参照面5aに対する第1面4aの球面形状の誤差のみとなるため、被検面反射光束L3と参照面反射光束L4とによる干渉縞の縞本数が最小の干渉縞画像が形成される。
According to the
At these two positions, the optical path difference from the reference surface reflected light beam L 4 reflected by the
上下移動機構13は、架台16の下部基台16bに対して下端部が鉛直方向に移動可能に支持された1軸移動機構であり、上端部にXY移動ステージ15が設けられている。
上下移動機構13の構成としては、例えば、ねじ送り機構で1軸方向に移動する1軸ステージや、リニアアクチュエータや、あるいはリニアモータなどの構成を好適に採用することができる。
上下移動機構13は、測定制御部8の制御によって駆動するようにしてもよいが、本実施形態では、一例として、上下移動機構13に接続された専用の駆動操作部(不図示)によって駆動するようにしている。
The
As the configuration of the
The
XY移動ステージ15は、被検レンズ4の光軸をレーザ光L2の光軸Cに合わせる光軸調整を行うための2軸移動ステージであり、最上面に被検レンズ4を載置して、水平面内における被検レンズ4の位置調整が行えるようになっている。
XY移動ステージ15の最上面には、被検レンズ4をその光軸に沿う方向および光軸に直交する径方向に位置決めして保持するため、適宜の保持形状(不図示)が設けられている。例えば、本実施形態では、被検レンズ4が平凹レンズであることに対応して、第2面4bを載置する載置部と、レンズ側面4dに当接して位置決めをする径方向位置決め部とが設けられている。
An appropriate holding shape (not shown) is provided on the uppermost surface of the
XY移動ステージ15の具体的な構成としては、1軸移動ステージを、互いの移動方向が直交するように組み合わせた2軸移動ステージを採用することができる。
また、XY移動ステージ15の可動範囲は、XY移動ステージ15上に載置された被検レンズ4の光軸とレーザ光L2の光軸Cとの位置ずれ量を調整できる程度の範囲で移動できればよい。
なお、本実施形態では、第1面4aの曲率半径だけでなく球欠径も測定するため、レンズ面輪郭線4eが光軸Cと直交する平面に対して傾斜していると、球欠径の測定誤差となる。このため、XY移動ステージ15の載置部は、予め光軸Cと直交するように傾き調整されている。なお、XY移動ステージ15上に傾斜ステージを介して載置部を設け、必要に応じて傾き調整が行えるようにしてもよい。
As a specific configuration of the
Further, the movable range of the
In this embodiment, in order to measure not only the radius of curvature of the
測長器14は、XY移動ステージ15上に載置された被検レンズ4と干渉計30の集光点Pとの間の光軸Cに沿う方向の距離を測定するためのものである。
本実施形態では、上下移動機構13の上端部の下部基台16bに対する鉛直方向の移動位置を測定するため、下部基台16b上に上下移動機構13と並列して設置されている。
測長器14の構成は、例えば、レーザ測長器やリニアエンコーダを用いた測長器などを好適に採用することができる。
測長器14は、測定制御部8と電気的に接続され、上下移動機構13の移動位置の情報を測定制御部8に送出できるようになっている。
The
In the present embodiment, in order to measure the vertical movement position of the upper end portion of the
As the configuration of the
The
測定制御部8は、球欠高さ測定装置50の測定動作を制御するもので、図2に示すように、撮像素子9、および測長器14に電気的に接続されている。また、測定動作を制御するための操作入力を行う操作部25と、撮像素子9で撮像された画像や操作入力を行うための操作画面を表示画面23aに表示するモニタ23とが電気的に接続されている。
測定制御部8の機能構成は、図4に示すように、画像取得部80、装置制御部81、画像処理部85、演算部82、記憶部83、および表示制御部84を備える。
The
The functional configuration of the
画像取得部80は、装置制御部81の制御によって撮像素子9から送出された映像信号を取得するものである。画像取得部80によって取得された映像信号は、必要に応じてノイズ除去、輝度補正などを施した後、映像フレームごとの2次元画像データに変換され、装置制御部81、および表示制御部84に送出される。
The
装置制御部81は、操作部25から入力された操作入力を解析して操作入力に応じて球欠高さ測定の全体制御を行うものである。
装置制御部81が行う制御としては、例えば、画像取得部80から送出された2次元画像データを記憶部83に記憶させる制御や、接続された操作部25や測長器14ら各種の情報を取得し、取得した情報を記憶部83に記憶させる制御や、記憶部83に記憶されたこれらの情報に基づいて曲率半径、球欠径、あるいは球欠高さなどを算出するため画像処理部85や演算部82による処理を開始させる制御を挙げることができる。
また、測長器14から取得する情報としては、上下移動機構13の位置情報を挙げることができる。この位置情報は、操作部25からの操作入力に応じたタイミングで取得できるようになっている。
また、装置制御部81は、操作部25によって操作入力を行うための操作画面や演算部82で算出された各種の算出結果などをモニタ23に表示するための表示データを生成し、表示制御部84に送出する制御も行う。
The
Examples of the control performed by the
Moreover, as information acquired from the
Further, the
画像処理部85は、装置制御部81からの制御信号に基づいて、記憶部83に記憶された2次元画像データを読み込み、例えば、撮像素子9上に投射された干渉縞画像の外径を求める画像処理を行い、求められた外径の情報を演算部82に送出するものである。
演算部82は、装置制御部81からの制御信号に基づいて、記憶部83に記憶された情報に基づいて被検レンズ面Sの曲率半径を算出するとともに、この曲率半径と、記憶部83に記憶された情報と、画像処理部85によって求められた干渉縞画像の外径とに基づいて、球欠径と球欠高さとを算出する演算を行い、これらの算出結果を装置制御部81に送出するものである。
記憶部83は、装置制御部81から送出される情報や、演算部82の演算結果などを記憶するためのものである。
表示制御部84は、画像取得部80から送出される2次元画像データと、装置制御部81から送出される表示データとを適宜切り替えたり、重ね合わせたりした後、例えば、NTSC信号などの映像信号に変換してモニタ23に送出するものである。
The
The
The
The
このような測定制御部8の装置構成は、本実施形態では、CPU、メモリ、入出力インターフェース、および外部記憶装置を備えるコンピュータを採用している。そして、上記に説明した制御機能、演算機能を、それぞれに対応したプログラムを実行することで実現している。
また、操作部25の装置構成は、例えばキーボードやマウスなどを採用することができる。
In this embodiment, a computer including a CPU, a memory, an input / output interface, and an external storage device is employed as the device configuration of the
The device configuration of the
次に、球欠高さ測定装置50を用いて行う本実施形態のレンズの球欠高さ測定方法について、球欠高さ測定装置50の動作とともに説明する。
図5は、本発明の実施形態に係るレンズの球欠高さ測定方法の工程フローを示すフローチャートである。図6(a)、(b)は、それぞれ球心位置および面頂位置をそれぞれ測定する様子を示す模式的な動作説明図である。図7(a)、(b)は、曲率半径測定工程における表示画面の様子を示す模式図である。図8(a)、(b)は、球欠径測定工程における画像処理の一例を示す模式図である。図9は、撮像素子上の長さと被検レンズ上の長さとの関係を説明するための模式的な光路図である。
Next, a method for measuring the sphere height of the lens according to the present embodiment, which is performed using the sphere
FIG. 5 is a flowchart showing a process flow of the method for measuring the height of a sphere of a lens according to an embodiment of the present invention. FIGS. 6A and 6B are schematic operation explanatory views showing how the ball center position and the surface top position are respectively measured. FIGS. 7A and 7B are schematic views showing the state of the display screen in the curvature radius measurement step. FIGS. 8A and 8B are schematic views showing an example of image processing in the ball missing diameter measuring step. FIG. 9 is a schematic optical path diagram for explaining the relationship between the length on the image sensor and the length on the lens to be examined.
本実施形態のレンズの球欠高さ測定方法は、図5に示すように、球心位置測定工程S1、面頂位置測定工程S2、曲率半径算出工程S3、球欠径測定工程S4、および球欠高さ算出工程S5を備える。 As shown in FIG. 5, the method of measuring the height of the sphere of the lens according to the present embodiment includes a sphere center position measurement step S1, a surface apex position measurement step S2, a curvature radius calculation step S3, a sphere nose diameter measurement step S4, and a sphere. A missing height calculating step S5 is provided.
球心位置測定工程S1は、干渉計30に対して、光軸Cと同軸に配置された被検レンズ面Sを光軸Cに沿う方向に相対移動させて、レーザ光L2の集光点Pが被検レンズ面Sの球心Oの位置に一致する位置関係における干渉計30と被検レンズ面Sとの相対移動位置を取得する工程である。
まず測定者は、測定準備として、XY移動ステージ15上に配置された第1面4aの球心Oが集光点Pと略同じ高さになるように、上下移動機構13の駆動操作部を操作して上下移動機構13の高さ調整を行う。本実施形態では、図6(a)に示すように、目標高さh1となる高さに調整する。
このとき、本実施形態では、目標高さh1は、測定制御部8の装置制御部81によって、第1面4a(被検レンズ面S)の曲率半径の設計値と球欠高さ測定装置50の寸法諸元とから予め算出されており、表示制御部84を介してモニタ23に表示されている。また、上下移動機構13の高さは、測長器14による測定値が逐次装置制御部81に送出され、装置制御部81により表示制御部84を介してモニタ23に表示される。
このため、測定者は、モニタ23を見ながら、測長器14の測定値が目標高さh1となるように駆動操作部を操作すればよい。
また、XY移動ステージ15は、2軸方向の位置がそれぞれ移動中立位置に設定されており、第1面4aの光軸は光軸Cとおよそ一致する位置関係になっている。
Spherical center position measurement step S1 is for the
First, as a measurement preparation, the measurer moves the drive operation unit of the
At this time, in the present embodiment, the target height h 1 is determined by the
Therefore, measuring person, while viewing the
Further, the
次に、測定者は、不図示のシャッターを開放する操作を行い、レーザ光L2が干渉計本体部20から出射される状態として、操作部25から球心位置測定工程S1を開始する操作入力を行う。
図2に示すように、レーザ光源1で発生されて光ファイバ17内を伝搬し光ファイバ17のファイバ端面から出射されたレーザ光L0は、干渉計本体部20内に入射し、コリメータレンズ2によって平行光束であるレーザ光L1として集光される。
このレーザ光L1は、ビームスプリッタ11に入射し、ビームスプリッタ11で下方に反射されて光軸C上を進み、基準レンズ5に入射し、基準レンズ5によって集光される。
レーザ光L1は、参照面5aに到達すると、参照面5aを透過して集束光束として鉛直下方に出射されるレーザ光L2と、参照面5aで反射されレーザ光L1の光路を逆進する参照面反射光束L4とに分割される。
参照面反射光束L4は平行光束として基準レンズ5の上方に出射され、光軸C上を進んで、ビームスプリッタ11、12を透過し、集光レンズ10で集光された後、撮像素子9上に到達する。
Next, the measurer performs the operation of opening the shutter (not shown), in a state where the laser beam L 2 is emitted from the interferometer
As shown in FIG. 2, the laser light L 0 generated by the laser light source 1 and propagated through the
The laser light L 1 enters the
Backward when the laser beam L 1 reaches the
The reference surface reflected light beam L 4 is emitted as a parallel light beam above the
一方、レーザ光L2は、集光点Pに集光されてから発散し、第1面4aを含む被検レンズ4の表面に照射される。そして、レーザ光L2の一部は、第1面4aにおいて被検面反射光束L3として反射され、レーザ光L2の光路を略逆進して参照面5aに再入射し、略平行光束として基準レンズ5の上方に出射される。このため、被検面反射光束L3は、参照面反射光束L4と同様に、ビームスプリッタ11、12を透過し、集光レンズ10で集光された後、撮像素子9上に到達する。
被検面反射光束L3と参照面反射光束L4とは、参照面5aと第1面4aとの間の往復光路の分だけ光路差が生じるため、参照面5aにおいて光路差に応じて干渉縞が形成される。この干渉縞画像は、撮像素子9によって撮像され、映像信号として測定制御部8の画像取得部80に送出される。
On the other hand, the laser beam L 2 diverges after being condensed at the focal point P, is irradiated onto the surface of the
Since the test surface reflected light beam L 3 and the reference surface reflected light beam L 4 have an optical path difference corresponding to the reciprocal optical path between the
一方、第1面4aの外側の取り付け面4cに照射されたレーザ光L2の反射光は基準レンズ5に再入射したとしても被検面反射光束L3および参照面反射光束L4と異なる光路を進むため、他の測定不要光と同様に撮像素子9上にはほとんど到達しない。
On the other hand, the outer optical path different from the test surface reflection light beam L 3 and the reference surface reflection light beam L 4 as reflected light of mounting the laser light is irradiated to the
画像取得部80では、取得した映像信号に必要に応じてノイズ除去、輝度補正などを施した後、映像フレームごとの2次元画像データに変換し表示制御部84に送出する。そして、表示制御部84によって、モニタ23に表示するための映像信号に変換されて表示画面23aに表示される。
The
図7(a)に、表示画面23aに表示された画像の一例を示す。
撮像素子9には、実質的に被検面反射光束L3および参照面反射光束L4のみが到達するため、表示画面23aには、被検面反射光束L3および参照面反射光束L4による干渉縞画像I1が表示され、干渉縞画像I1の外側は暗部となっている。
図7(a)に二点鎖線で示す領域Fは、参照の便宜のため、干渉縞画像が表示可能な最大領域を示している。領域Fの大きさは、基準レンズ5および集光レンズ10で構成される光学系のNAで決まる。
実際には、参照面反射光束L4は領域Fの範囲に到達するため、干渉縞画像I1の外側の領域Fの範囲は、領域Fの外部に比べると相対的には明部になるが、干渉縞画像I1の高輝度部に比べると十分低輝度のため、図示では区別していない。あるいは、モニタ23のコントラストを調整して、干渉縞画像I1の外側の領域Fの範囲が暗部として表示されるようにしておいてもよい。
干渉縞画像I1の外形線4E1は、第1面4aのレンズ面輪郭線4eに対応しているため円形である。
干渉縞画像I1は、第1面4aの位置調整を行っていない状態では、球心Oが集光点Pとずれた位置にあるため、図7(a)に模式的に示すように、干渉縞本数がきわめて多くなっている。あるいは、場合によっては縞模様が判別できない画像となっている。
FIG. 7A shows an example of an image displayed on the
Since only the test surface reflected light beam L 3 and the reference surface reflected light beam L 4 reach the
A region F indicated by a two-dot chain line in FIG. 7A indicates a maximum region where an interference fringe image can be displayed for convenience of reference. The size of the region F is determined by the NA of the optical system composed of the
Actually, since the reference surface reflected light beam L 4 reaches the range of the region F, the range of the region F outside the interference fringe image I 1 is relatively bright compared to the outside of the region F. , for sufficiently low intensity than the high luminance portion of the interference fringe image I 1, not distinguished in the illustrated. Alternatively, by adjusting the contrast of the
Outline 4E 1 of the interference fringe image I 1 is circular because it corresponds to the
Interference fringe image I 1 is in a state not subjected to positional adjustment of the
一方、第1面4aを移動して、集光点Pと球心Oとが一致した状態では、参照面5aに対する被検面反射光束L3の波面のずれ量は、参照面5aと第1面4aとの形状誤差に基づくずれ量しかなくなるため、干渉縞本数が格段に低減され、例えば、図7(b)に模式的に示すような干渉縞画像I0が表示される。干渉縞画像I0の外形線4E0は、干渉縞画像I1の場合と同様に、レンズ面輪郭線4eに対応した円形である。
On the other hand, by moving the
そこで、測定者は、表示画面23aの画像を見ながら、上下移動機構13を駆動して、第1面4aを光軸Cに沿う方向に微動させ、干渉縞画像I1の縞本数が最小となる高さに調整する。このとき、XY移動ステージ15を駆動して、第1面4aを光軸Cに直交する方向に移動させて、より縞本数が少なるかどうか確認する。より縞本数が少なくなる場合、その状態で再度上下移動機構13を微動させる。これらの操作を繰り返して、表示画面23a上の干渉縞画像の縞本数を最小化する。これにより、第1面4aの球心Oが、集光点Pに一致された状態となり、図7(b)のような干渉縞画像I0が観察される。
Therefore, measuring person, while viewing the image on the
このような位置調整が終了したら、測定者は操作部25から球心位置の調整が終了したことを操作入力する。
これにより、測定制御部8の装置制御部81は、測長器14から上下移動機構13の高さの情報を取得するとともに、画像取得部80から干渉縞画像I0を取得し、それぞれを記憶部83に記憶させる。この高さを高さH1(図6(a)参照)とする。
高さH1は、集光点Pが第1面4aの球心Oの位置に一致されたときの、干渉計30に対する第1面4aの光軸Cに沿う方向の相対移動位置を下部基台16b上の基準位置から測ったものである。
以上で、球心位置測定工程S1が終了する。
When such position adjustment is completed, the measurer inputs from the
Thereby, the
The height H 1 is the focal point P of when matched to the position of the spherical center O of the
The ball center position measurement step S1 is thus completed.
次に面頂位置測定工程S2を行う。
本工程は、干渉計30に対して、光軸Cと同軸に配置された第1面4aを光軸Cに沿う方向に相対移動させて、レーザ光L2の集光点Pが第1面4aの面頂Qに一致する相対移動位置を取得する工程である。
測定者は、操作部25から面頂位置測定工程S2を開始する操作入力を行う。
次に表示画面23aを見ながら上下移動機構13の駆動操作部を操作して、面頂Qが集光点Pに近づく方向に上下移動機構13を移動させる。これにより表示画面23aには縞本数が密な画像が表示され、縞本数が判別できなくなるが、面頂Qが集光点Pに近づくと、縞本数が少ない干渉縞画像が表示される。
このとき、図6(b)に示すように、被検面反射光束L3は、集光点Pの近傍で第1面4aによって反射されるため、参照面5aに再入射して、略平行光束として基準レンズ5の上方に出射され、参照面反射光束L4と同様に、ビームスプリッタ11を透過し、集光レンズ10で集光された後、撮像素子9上に到達する。
集光点Pと面頂Qとが一致した状態は、キャッツアイ位置と呼ばれ、面頂Qで点状に集光されて反射された被検面反射光束L3の波面は参照面5aの形状からほとんどずれないため、干渉縞本数は略0の状態となる。
そこで、測定者は、球心位置測定工程S1と同様に、表示画面23aを見ながら、上下移動機構13およびXY移動ステージ15の位置を調整して縞本数を最小化する。
Next, a surface top position measurement step S2 is performed.
In this step, with respect to the
The measurer performs an operation input for starting the surface top position measurement step S2 from the
Next, the driving operation unit of the
At this time, as shown in FIG. 6 (b), the test surface reflection light beam L 3 is to be reflected by the
Once the collector and point P and a surface apex Q matches are called cat's eye position, the wavefront of the test surface reflection light beam L 3 reflected is condensed in dots in surface apex Q is the
Therefore, the measurer minimizes the number of fringes by adjusting the positions of the
この位置調整が終了したら、測定者は操作部25から面頂位置の調整が終了したことを操作入力する。これにより、測定制御部8の装置制御部81は、測長器14から上下移動機構13の高さの情報を取得し記憶部83に、球心位置測定工程S1で記憶された球心位置の高さH1と区別して記憶させる。この高さを高さH2(図6(b)参照)とする。
高さH2は、集光点Pが第1面4aの面頂Qの位置に一致されたときの、干渉計30に対する第1面4aの光軸Cに沿う方向の相対移動位置を、下部基台16b上から測ったものである。
以上で、面頂位置測定工程S2が終了する。
When this position adjustment is completed, the measurer inputs from the
The height H 2 is when the converging point P is matched to the position of the surface apex Q of the
The surface top position measuring step S2 is thus completed.
次に曲率半径算出工程S3を行う。
本工程は、記憶部83に記憶された高さH1、H2の2位置の間の光軸Cに沿う方向の距離を計測することにより、第1面4aの曲率半径Rを測定する工程である。
装置制御部81は、高さH2が記憶されたら、演算部82に制御信号を送出し、演算部82に曲率半径Rを算出させる。このため、測定制御部8は、曲率半径測定部を構成している。
演算部82は、記憶部83から、高さH1、H2を読み出し、次式(1)から曲率半径Rを算出し、装置制御部81に送出するとともに記憶部83に記憶させる。
Next, a curvature radius calculation step S3 is performed.
In this step, the radius of curvature R of the
When the height H 2 is stored, the
The
R=|H1−H2| ・・・(1) R = | H 1 −H 2 | (1)
装置制御部81は、演算部82から曲率半径Rが送出されると、記憶部83から高さH1、H2を読み出し、演算部82によって算出された曲率半径Rとともに測定結果として表示する表示データを生成し、表示制御部84に送出して、表示画面23aに表示させる。
以上で、曲率半径算出工程S3が終了する。
When the curvature radius R is sent from the
The curvature radius calculation step S3 is thus completed.
このような球心位置測定工程S1、面頂位置測定工程S2、および曲率半径算出工程S3は、干渉計30に対して、光軸Cと同軸に配置された被検レンズ面Sを光軸Cに沿う方向に相対移動させて、干渉計30によって取得された干渉縞画像を観察することにより集光点Pが被検レンズ面Sの球心Oおよび面頂Qに一致する際の光軸Cに沿う方向における被検レンズ面Sの相対移動位置を、それぞれ高さH1、H2として取得し、これら相対移動位置の間の距離を計測することにより、被検レンズ面Sの曲率半径Rを測定する曲率半径測定工程S0を構成している。
In such a spherical center position measurement step S1, surface top position measurement step S2, and curvature radius calculation step S3, the test lens surface S arranged coaxially with the optical axis C with respect to the
次に、球欠径測定工程S4を行う。
本工程は、集光点Pが被検レンズ面Sの球心Oに一致されたときの被検レンズ面Sの画像を観察して、この画像から被検レンズ面Sの球欠径Dを測定する工程である。
本実施形態では、第1面4aの画像として、球心位置測定工程S1において球心Oが集光点Pに一致したときに取得された干渉縞画像I0を用い、干渉縞画像I0の外形線4E0の直径を、レンズ面輪郭線4eの実寸法に換算することで球欠径Dを測定する。
装置制御部81は、曲率半径算出工程S3が終了すると、画像処理部85に球欠径測定を開始する制御信号を送出する。
これにより、画像処理部85は、記憶部83から干渉縞画像I0を読み出し、干渉縞画像I0の2次元画像データに対して二値化処理を施す。
二値化処理の閾値は、干渉縞画像I0の外側の領域Fの低輝度部以下の輝度で0となり、被検面反射光束L3と参照面反射光束L4との干渉により強められた高輝度部では0とならないように設定する。
これにより、図8(a)に示すような二値画像J1が得られる。ここで、見易さのため、高輝度データを黒色で示している(図8(b)も同じ)。
次に、画像処理部85は、二値画像J1にエッジ抽出処理を施すとともに、干渉縞のエッジとなる画像成分を除去する画像処理を行って、干渉縞画像I0の外形線4E0に対応する二値画像J1の外形線J2のみを抽出し、外形線J2の直径d0を算出する。
ここで、外形線J2の直径の算出方法は、適宜のアルゴリズムを採用することができる。例えば、周知の円の当て嵌めの演算処理などによって、外形線J2の近似円を算出することにより直径d0を算出することができる。なお、直径d0は、撮像素子9上の実寸法として算出する。
算出された直径d0は、画像処理部85から演算部82に送出される。
Next, a ball missing diameter measuring step S4 is performed.
In this step, an image of the test lens surface S when the condensing point P coincides with the sphere center O of the test lens surface S is observed, and the spherical missing diameter D of the test lens surface S is determined from this image. It is a process of measuring.
In the present embodiment, as the image of the
When the curvature radius calculation step S <b> 3 is completed, the
Thus, the
The threshold value for the binarization process becomes 0 at a luminance equal to or lower than the low luminance portion of the region F outside the interference fringe image I 0 , and is strengthened by the interference between the test surface reflected light beam L 3 and the reference surface reflected light beam L 4 . It is set so that it does not become 0 in the high luminance part.
Thus, the binary image J 1 as shown in FIG. 8 (a) is obtained. Here, for the sake of easy viewing, the high luminance data is shown in black (the same applies to FIG. 8B).
Next, the
Here, the method for calculating the diameter outline J 2 can adopt an appropriate algorithm. For example, the diameter d 0 can be calculated by calculating an approximate circle of the outline J 2 by a known circle fitting calculation process or the like. The diameter d 0 is calculated as an actual dimension on the
The calculated diameter d 0 is sent from the
次に、演算部82では、直径d0を第1面4aの位置におけるレンズ面輪郭線4eの実寸法に換算する。
図9に示すように、領域Fの直径dFは、曲率半径Rの球面が開口角2θFの範囲に配置されたときの反射光束LFが、撮像素子9に到達する範囲を示している。このため、平行光束である基準レンズ5と集光レンズ10の間における、反射光束LFと、被検面反射光束L3の光束径をそれぞれ径WF、W0と表すと、次式(2)〜(6)が成り立つ。
なお、反射光束LFの光束径は、本実施形態では、参照面反射光束L4の光束径に等しい。
Next, the
As shown in FIG. 9, the diameter d F of the region F indicates the range in which the reflected light beam L F reaches the
Incidentally, the beam diameter of the reflected light beam L F, in the present embodiment, equal to the beam diameter of the reference surface reflected light beam L 4.
d0/dF=W0/WF ・・・(2)
WF=2・f・tanθF ・・・(3)
W0=2・f・tanθ0 ・・・(4)
DF=2・R・sinθF ・・・(5)
D=2・R・sinθ0 ・・・(6)
d 0 / d F = W 0 / W F (2)
W F = 2 · f · tan θ F (3)
W 0 = 2 · f · tan θ 0 (4)
D F = 2 · R · sin θ F (5)
D = 2 · R · sin θ 0 (6)
ここで、Rは、曲率半径算出工程S3で算出された第1面4aの曲率半径、fは、基準レンズ5への入射光束を平行光束にする光学系(本実施形態では基準レンズ5)の焦点距離である。
上記式(2)〜(6)を用いると、式(6)は、次式(7)のように表される。
Here, R is the curvature radius of the
When the above formulas (2) to (6) are used, the formula (6) is expressed as the following formula (7).
したがって、レーザ光L2を形成する光学系のNAから決まる開口半角θFと、基準レンズ5および集光レンズ10の光学特性と撮像素子9の配置位置とで決まる領域Fの直径dFを記憶部83に予め記憶しておき、これらの値と、画像処理部85から送出された直径d0、曲率半径算出工程S3で算出された曲率半径Rの値を式(7)に代入する演算を、演算部82によって行うことで球欠径Dが算出される。
このため、記憶部83、画像処理部85、および演算部82は、球欠径測定部を構成している。また、画像処理部85および演算部82は、記憶部83に記憶された干渉縞画像I0の外径を算出し、この外径を曲率半径測定部で測定された被検レンズ面Sの曲率半径Rを用いて、被検レンズ面S上の距離に換算することにより球欠径Dを算出する演算処理部を構成している。
以上で、球欠径測定工程S4が終了する。
Therefore, the aperture half angle θ F determined by the NA of the optical system that forms the laser beam L 2 , and the diameter d F of the region F determined by the optical characteristics of the
For this reason, the memory |
Thus, the ball missing diameter measurement step S4 is completed.
次に、球欠高さ算出工程S5は、演算部82によって、曲率半径Rと球欠径Dから、三平方の定理に基づく次式(8)によって球欠高さhを算出する工程である。このため、演算部82は、球欠高さ算出部を構成している。
Next, the sphere notch height calculation step S5 is a step in which the
h=R−√{R2−(D/2)2} ・・・(8) h = R−√ {R 2 − (D / 2) 2 } (8)
算出された球欠高さhは、装置制御部81に送出される。
装置制御部81では、球欠高さhを測定結果として表示する表示データを生成し、表示制御部84に送出して、表示画面23aに表示させる。
以上で、球欠高さ算出工程S5が終了する。
The calculated ball missing height h is sent to the
In the
Thus, the ball missing height calculating step S5 is completed.
本実施形態の球欠高さ測定装置50を用いた球欠高さ測定方法によれば、被検レンズ面Sを光軸Cに沿う方向に移動させ干渉計30を用いて曲率半径Rを測定し、干渉計30から出射されるレーザ光L2の集光点Pが被検レンズ面Sの球心Oに一致されたときの被検レンズ面Sの干渉縞画像I0から被検レンズ面Sの球欠径Dを測定し、これら曲率半径Rと球欠径Dとを用いて球欠高さhを算出するため、被検レンズ4の被検レンズ面Sである第1面4aを傷つけることなく球欠形状を測定することができる。
According to the sphere notch height measuring method using the sphere nose
また、本実施形態の球欠高さ測定装置50によれば、球欠径Dを測定する画像が干渉縞画像であるため、球欠径Dを求めるために第1面4aの画像を取得するための照明光源や、レンズ面輪郭線4eの画像を撮像するための撮像手段などを追加する必要がなく、曲率半径測定と球欠深さ測定と簡素な構成で行うことができる。
Further, according to the sphere missing
[変形例]
次に、本発明の実施形態の変形例に係るレンズの球欠高さ測定装置について説明する。
図10は、本発明の実施形態の変形例に係るレンズの球欠高さ測定装置の概略構成を示す模式的なシステム構成図である。
[Modification]
Next, a description will be given of a lens notch height measuring apparatus according to a modification of the embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a schematic system configuration diagram showing a schematic configuration of a lens notch height measuring device according to a modification of the embodiment of the present invention.
本変形例の球欠高さ測定装置51は、図10に示すように、干渉計本体部20内に、上記実施形態のフィゾー干渉計である干渉計30に代えて、トワイマングリーン干渉計である干渉計40を備えるものである。なお、図10は概略構成を示す模式図のため、光ファイバ17、架台16等の図示は省略している。
As shown in FIG. 10, a sphere defect
干渉計40は、上記実施形態の干渉計30と同様に、コリメータレンズ2、集光レンズ10、および撮像素子9を備え、ビームスプリッタ11、基準レンズ5に代えてビームスプリッタ34、参照球面ミラー36を備え、集光レンズ33、35、シャッター37を追加したものである。また、測定制御部8に代えて測定制御部8Aを備える。
ここで、コリメータレンズ2から出射されるレーザ光L1の光軸上には、ビームスプリッタ34、集光レンズ35、参照球面ミラー36がこの順に配置されている。
The
Here, on the optical axis of the laser beam L 1 emitted from the
ビームスプリッタ34は、コリメータレンズ2から出射されたレーザ光L1の一部をレーザ光L12として鉛直下方に反射するとともに、レーザ光L1の他を透過させて集光レンズ35に向かうレーザ光L10として分割する光路分岐素子である。また、ビームスプリッタ34は、鉛直下方側から入射するレーザ光を鉛直上方に透過させ、レーザ光L10の光路を逆進するレーザ光を鉛直上方に反射するようになっている。
The
集光レンズ35は、レーザ光L10を集光させた後、発散光束として参照球面ミラー36に入射させるレンズである。
参照球面ミラー36は、トワイマングリーン干渉計を構成するための高精度の球面ミラー面からなる参照面36aを備えるもので、集光レンズ35の集光点P’に曲率中心O’が一致するように配置されている。このため、参照面36aで反射されるレーザ光L10は、参照面反射光束L11(参照面での可干渉光束の他方による反射光束)として光路を逆進して、集光レンズ35に再入射し平行光束とされて、ビームスプリッタ34側に出射される。
Condensing
The reference
また、ビームスプリッタ34と集光レンズ35との間には、レーザ光L10の光路に進退して、レーザ光L10の遮光または通過させるシャッター37が設けられている。
シャッター37は、手動で進退を切り換えられるようになっていてもよいが、本変形例では、測定制御部8Aを介した制御によって進退駆動を行う適宜のアクチュエータを備えている。
Further, between the
The
集光レンズ33は、ビームスプリッタ34によって反射され、光軸Cに沿って鉛直下方に進むレーザ光L12を、干渉計本体部20の外部の上記実施形態と同様の集光点Pに集光させるレンズである。
集光レンズ33のNAは、被検レンズ4の被検レンズ面Sの大きさや曲率半径に応じて、基準レンズ5のNAと同様にして設定される。
The condensing
The NA of the
測定制御部8Aは、シャッター37に電気的に接続され、上記実施形態の測定制御部8の機能構成に加えて、装置制御部81がシャッター37の開閉を制御する機能を追加されたものである。
The
このような構成によれば、シャッター37を開放した状態では、干渉計40によって第1面4aの球心Oを集光点Pに略一致させた状態で、干渉縞画像を形成することができる。
すなわち、レーザ光源1から出射されたレーザ光L0は、干渉計本体部20内に入射し、コリメータレンズ2によって平行光束であるレーザ光L1として集光される。
このレーザ光L1は、ビームスプリッタ34に入射し、その一部は、レーザ光L12として、ビームスプリッタ34で下方に反射されて光軸C上を進み、集光レンズ33に入射し、集光レンズ33によって集光点Pに集光される。
一方、レーザ光L1の他は、レーザ光L10として、ビームスプリッタ34を透過して直進し、集光レンズ35に入射し、集光レンズ35によって集光点P’に集光された後、発散光束として参照球面ミラー36の参照面36aに入射する。
レーザ光L10は、参照面5aで反射されると、参照面反射光束L4として、レーザ光L10の光路を逆進し、集光レンズ35によって集光されて平行光束となってビームスプリッタ34に到達する。そして一部がビームスプリッタ34で反射されて集光レンズ10で集光された後、撮像素子9上に到達する。
According to such a configuration, in a state where the
That is, the laser light L 0 emitted from the laser light source 1 enters the interferometer
The laser beam L 1 is incident on the
On the other hand, in addition to the laser beam L 1 , the laser beam L 10 passes through the
The laser beam L 10, once reflected by the
一方、レーザ光L12は、集光点Pに集光されてから発散し、第1面4aを含む被検レンズ4の表面に照射される。そして、レーザ光L12の一部は、第1面4aで被検面反射光束L3として反射され、レーザ光L12の光路を略逆進して、集光点Pの近傍に集光されて集光レンズ33に再入射し、略平行光束として上方に出射されて、ビームスプリッタ34に到達する。そして一部がビームスプリッタ34を透過して集光レンズ10で集光された後、撮像素子9上に到達する。
これにより、ビームスプリッタ34では、参照面反射光束L4と被検面反射光束L3との間の光路差に応じて干渉縞が形成される。この干渉縞画像は、撮像素子9によって撮像され、映像信号として測定制御部8Aの画像取得部80に送出される。
一方、第1面4aの外側の取り付け面4cに照射されたレーザ光L12の反射光は集光レンズ33に再入射したとしても被検面反射光束L3とは異なる光路を進むため、他の測定不要光と同様に撮像素子9上にはほとんど到達しない。
On the other hand, the laser beam L 12 diverges after being condensed at the focal point P, is irradiated onto the surface of the
Thus, the
Meanwhile, since travel different optical paths also the test surface reflection light beam L 3 as a reflected light of laser light L 12 emitted to the outside of the mounting
また、第1面4aの面頂Qを集光点Pに略一致させた状態では、上記実施形態と同様に干渉計40によって、縞本数が略0の干渉縞画像を形成することができる。
す
Further, in a state where the surface top Q of the
You
このように、干渉計40によれば、干渉計30と同様に、第1面4aの干渉縞画像を取得することができるため、上記実施形態と同様にして、球心位置測定工程S1、面頂位置測定工程S2、曲率半径算出工程S3を行うことができる。また、球欠径測定工程S4、球欠高さ算出工程S5もまったく同様にして行うことができる。
したがって、球欠高さ測定装置51は、上記実施形態の球欠高さ測定方法を行うための球欠高さ測定装置50の変形例になっている。
Thus, according to the
Accordingly, the ball notch
また、本変形例は、上記実施形態の球欠高さ測定方法の変形例として、上記実施形態と異なる方法により球欠高さ測定を行うこともできる。
すなわち、本変形例の球欠高さ測定装置51は、シャッター37を備えているため、シャッター37をレーザ光L10の光路上に進出させることによって、ビームスプリッタ34に参照面反射光束L4が入射しないようにすることができる。
この場合、撮像素子9には、被検面反射光束L3のみが到達するため、撮像素子9からは干渉縞が形成されていない直径d0の円形の画像が取得される。
したがって、球心位置測定工程S1において、球欠径測定工程S4で球欠径を測定するための画像として、干渉縞画像I0ではなく、シャッター37を一旦閉じることで、被検面反射光束L3による干渉縞のない円形画像を取得することができる。取得された円形画像は干渉縞画像I0と同様に記憶部83に記憶する。
このようにすれば、球欠径測定工程S4では、干渉縞のない円形画像の外径を求めるだけでよいため、干渉縞画像の縞画像の部分を除去する処理を行う必要がなくなる。したがって、より簡素な画像処理によって、球欠径Dを求めることができる。
Moreover, this modification can also measure a sphere defect height by the method different from the said embodiment as a modification of the sphere defect height measuring method of the said embodiment.
That is, sagittal
In this case, since only the test surface reflected light beam L 3 reaches the
Therefore, in the spherical center position measuring step S1, the test surface reflected light beam L is temporarily closed by closing the
In this way, in the sphere missing diameter measurement step S4, it is only necessary to obtain the outer diameter of the circular image without interference fringes, so that it is not necessary to perform processing for removing the fringe image portion of the interference fringe images. Therefore, the spherical missing diameter D can be obtained by simpler image processing.
なお、上記の説明では、球欠径測定工程S4において円の当て嵌めによって球欠径Dを算出する場合の例で説明したが、算出方法はこれに限定されるものではない。
例えば、撮像素子9の画素配列の縦方向および横方向の輝度値をそれぞれ合計したグラフの幅から縦方向および横方向の径を求めて平均するなどの処理をしてもよい。
In the above description, the example in which the sphere missing diameter D is calculated by fitting a circle in the sphere missing diameter measuring step S4 has been described. However, the calculation method is not limited to this.
For example, the vertical and horizontal diameters may be obtained from the width of the graph obtained by summing the vertical and horizontal luminance values of the pixel array of the
また、上記の説明では、球欠径Dの測定は、画像処理で行う場合の例で説明したが、例えば、干渉縞画像を測定者が表示画面23a上で観察し、表示画面23a上の位置を示す画像計測用のカーソル線などを表示し、操作部25を通して測定者がカーソル線を移動させて、干渉縞画像I0上の計測位置を指定し、このような指定入力に基づいて演算部82が球欠径Dを算出するようにしてもよい。
In the above description, the measurement of the spherical missing diameter D has been described with an example in the case of performing image processing. However, for example, the measurer observes the interference fringe image on the
また、上記の説明では、球欠径測定に用いる被検レンズ面の画像は、球心位置測定工程S1において演算部82に記憶された画像を用いる場合の例で説明したが、球心位置測定工程S1では画像を記憶せず、上下移動機構13の高さH1のみを記憶しておき、曲率半径測定工程が終了した後に、上下移動機構13を高さH1の位置に移動して改めて、被検レンズ面Sの画像を取得し、この画像を用いて球欠径測定を行ってもよい。
このようにすれば、画像処理によることなく球欠径を測定する場合、例えば、画像をモニタ23で観察し、画像計測用のカーソル線を表示画面23aに表示し、カーソル線の位置を読み取って球欠径を測定するような場合に、記憶部83の記憶スペースを低減することができる。
In the above description, the image of the lens surface to be measured used for the measurement of the spherical missing diameter is described as an example in the case of using the image stored in the
In this way, when measuring the sphere diameter without using image processing, for example, the image is observed on the
また、上記の実施形態、変形例に説明したすべての構成要素は、本発明の技術的思想の範囲で適宜組み合わせを代えたり、削除したりして実施することができる。 In addition, all the components described in the above embodiments and modifications can be implemented by appropriately changing or deleting combinations within the scope of the technical idea of the present invention.
4 被検レンズ
4E0 外形線
4a 第1面
4e レンズ面輪郭線
5 基準レンズ
5a 参照面
8、8A 測定制御部(曲率半径測定部)
9 撮像素子(撮像部)
13 上下移動機構(移動機構)
14 測長器(移動距離測定部)
23 モニタ(表示部)
23a 表示画面
25 操作部
30、40 干渉計
50 球欠高さ測定装置
80 画像取得部
81 装置制御部
82 演算部(演算処理部、球欠高さ算出部)
83 記憶部
84 表示制御部
85 画像処理部(演算処理部)
C 光軸
D 球欠径
F 領域
O 球心
P 集光点
Q 面頂
R 曲率半径
S 被検レンズ面
I0、I1 干渉縞画像
L0、L1、L2、L10、L11、L12 レーザ光(可干渉光束)
L3 被検面反射光束(被検レンズ面での反射光束)
L4 参照面反射光束(参照面での可干渉光束の他方による反射光束)
S0 曲率半径測定工程
S1 球心位置測定工程
S2 面頂位置測定工程
S3 曲率半径算出工程
S4 球欠径測定工程
S5 球欠高さ算出工程
4 Test lens 4E 0 Outline
9 Image sensor (imaging part)
13 Vertical movement mechanism (movement mechanism)
14 Length measuring device (travel distance measuring unit)
23 Monitor (display unit)
83
C optical axis D sphere missing diameter F region O sphere center P condensing point Q surface apex R radius of curvature S test lens surface I 0 , I 1 interference fringe images L 0 , L 1 , L 2 , L 10 , L 11 , L 12 laser beam (coherent light beam)
L 3 test surface reflection light beam (reflected light beam at the sample lens surface)
L 4 reference surface reflection light beam (the other by the reflected light beam of the coherent light beam at the reference plane)
S0 Curvature radius measurement step S1 Sphere center position measurement step S2 Surface apex position measurement step S3 Curvature radius calculation step S4 Sphere missing diameter measurement step S5 Sphere notch height calculation step
Claims (6)
前記被検レンズ面の干渉縞画像を取得するための参照面を有し、可干渉光束を分割して該可干渉光束の一方を集光点に向かう集光光束として出射し、該集光光束による前記被検レンズ面での反射光束と前記参照面での前記可干渉光束の他方による反射光束とを干渉させる干渉計に対して、前記集光光束の光軸と同軸に配置された前記被検レンズ面を前記光軸に沿う方向に相対移動させて、前記干渉計によって取得された前記干渉縞画像を観察することにより前記集光点が前記被検レンズ面の球心位置および面頂位置に一致する際の前記光軸に沿う方向における前記被検レンズ面の相対移動位置をそれぞれ取得し、該相対移動位置の間の距離を計測することにより、前記被検レンズ面の曲率半径を測定する曲率半径測定工程と、
前記集光点が前記被検レンズ面の球心位置に一致されたときの前記被検レンズ面の画像を観察して、該画像から前記被検レンズ面の球欠径を測定する球欠径測定工程と、
前記曲率半径測定工程で測定された前記曲率半径と前記球欠径測定工程で測定された前記球欠径とを用いて前記被検レンズ面の球欠高さを算出する球欠高さ算出工程と、
を備えることを特徴とするレンズの球欠高さ測定方法。 A method for measuring the height of a sphere of a lens for measuring the height of a sphere on a lens surface to be tested having a sphere shape,
A reference surface for acquiring an interference fringe image of the surface of the lens to be tested, splitting the coherent luminous flux and emitting one of the coherent luminous fluxes as a condensed luminous flux toward a condensing point; The interferometer that interferes the reflected light beam on the lens surface to be detected and the reflected light beam on the reference surface by the other of the coherent light beam is arranged on the object to be arranged coaxially with the optical axis of the condensed light beam. Relative movement of the test lens surface in the direction along the optical axis and observing the interference fringe image acquired by the interferometer make the condensing point the spherical center position and the surface top position of the test lens surface. To obtain the relative movement position of the test lens surface in the direction along the optical axis when it coincides with each other, and measure the radius of curvature of the test lens surface by measuring the distance between the relative movement positions A radius of curvature measurement process,
Observing an image of the test lens surface when the condensing point is coincident with the spherical center position of the test lens surface, and measuring the spherical diameter of the test lens surface from the image Measuring process;
A sphere notch height calculating step for calculating a sphere nose height of the lens surface to be measured using the radius of curvature measured in the radius of curvature measurement step and the sphere nose diameter measured in the sphere nose diameter measuring step. When,
A method for measuring the height of a sphere of a lens, comprising:
前記集光点が前記被検レンズ面の球心位置に一致されたときの前記被検レンズ面の干渉縞画像を記憶し、
前記球欠径測定工程は、
前記曲率半径測定工程で記憶された前記干渉縞画像を前記被検レンズ面の画像として前記被検レンズ面の球欠径を測定することを特徴とする請求項1に記載のレンズの球欠高さ測定方法。 The curvature radius measuring step includes
Storing an interference fringe image of the test lens surface when the focal point is matched with the spherical center position of the test lens surface;
The spherical missing diameter measuring step includes
2. The sphere missing height of the lens according to claim 1, wherein the sphere missing diameter of the lens surface is measured using the interference fringe image stored in the curvature radius measuring step as an image of the lens surface to be examined. Measuring method.
前記被検レンズ面の画像を画像処理して、該画像の外径を求め、前記被検レンズ面の位置における寸法に換算することによって、前記球欠径を測定することを特徴とする請求項1または2に記載のレンズの球欠高さ測定方法。 The spherical missing diameter measuring step includes
The spherical diameter is measured by performing image processing on an image of the test lens surface, obtaining an outer diameter of the image, and converting the image to a size at a position of the test lens surface. 3. A method for measuring the height of a sphere of a lens according to 1 or 2.
前記被検レンズ面の干渉縞画像を取得するための参照面を有し、可干渉光束を分割して該可干渉光束の一方を集光点に向かう集光光束として出射し、該集光光束による前記被検レンズ面での反射光束と前記参照面での前記可干渉光束の他方による反射光束とを干渉させる干渉計と、
該干渉計に対して、前記集光光束の光軸と同軸に配置された前記被検レンズ面を前記光軸に沿う方向に相対移動させる移動機構と、
該移動機構による前記被検レンズ面の相対移動位置を取得し、該相対移動位置の差を算出して2位置間の移動距離を測定する移動距離測定部と、
前記干渉計において前記被検レンズ面での反射光束および前記参照面での反射光束による画像を撮像する撮像部と、
該撮像部で撮像された画像を表示する表示部と、
前記集光光束の光軸と同軸に配置された前記被検レンズ面を前記光軸に沿う方向に相対移動させて、前記集光点が前記被検レンズ面の球心位置および面頂位置に一致されたときの前記光軸に沿う方向における前記被検レンズ面の相対移動位置の間の距離を前記移動距離測定部によって計測することにより、前記被検レンズ面の曲率半径を測定する曲率半径測定部と、
前記撮像部によって撮像された前記被検レンズ面の画像、および前記曲率半径測定部で測定された前記被検レンズ面の曲率半径から前記被検レンズ面の球欠径を測定する球欠径測定部と、
前記移動距離測定部で測定された前記移動距離を前記被検レンズ面の曲率半径として、該曲率半径と前記球欠径測定部で測定された前記球欠径とを用いて前記被検レンズ面の球欠高さを算出する球欠高さ算出部と、
を備えることを特徴とするレンズの球欠高さ測定装置。 A sphere notch height measuring device for a lens for measuring the sphere notch height of a lens surface to be tested having a sphere notch shape,
A reference surface for acquiring an interference fringe image of the surface of the lens to be tested, splitting the coherent luminous flux and emitting one of the coherent luminous fluxes as a condensed luminous flux toward a condensing point; An interferometer that causes a reflected light beam on the surface of the subject lens to interfere with a reflected light beam on the other side of the coherent light beam on the reference surface;
A moving mechanism for moving the lens surface, which is arranged coaxially with the optical axis of the condensed light beam, relative to the interferometer in a direction along the optical axis;
A movement distance measuring unit that acquires a relative movement position of the lens surface to be examined by the movement mechanism, calculates a difference between the relative movement positions, and measures a movement distance between two positions;
An imaging unit that captures an image of the reflected light beam on the surface of the lens to be measured and the reflected light beam on the reference surface in the interferometer;
A display unit for displaying an image captured by the imaging unit;
The test lens surface arranged coaxially with the optical axis of the condensed light beam is moved relative to the direction along the optical axis, and the condensing point is located at the spherical center position and the top surface position of the test lens surface. A radius of curvature for measuring the radius of curvature of the lens surface to be tested by measuring the distance between the relative movement positions of the lens surface to be examined in the direction along the optical axis when matched with the movement distance measuring unit. A measuring section;
Spherical missing diameter measurement for measuring the spherical missing diameter of the test lens surface from the image of the tested lens surface imaged by the imaging unit and the curvature radius of the tested lens surface measured by the curvature radius measuring unit. And
Using the moving distance measured by the moving distance measuring unit as the radius of curvature of the lens surface to be tested, the lens surface to be tested using the radius of curvature and the diameter of the sphere measured by the sphere missing diameter measuring unit. Sphere height calculation unit for calculating the sphere height of
An apparatus for measuring the height of a sphere of a lens, comprising:
前記撮像部によって撮像された前記干渉縞画像を記憶する記憶部と、
該記憶部に記憶された前記干渉縞画像の外径を算出し、該外径を前記曲率半径測定部で測定された前記被検レンズ面の曲率半径を用いて、前記被検レンズ面上の距離に換算することにより前記球欠径を算出する演算処理部と、
を備えることを特徴とする請求項4に記載のレンズの球欠高さ測定装置。 The spherical missing diameter measuring unit is
A storage unit for storing the interference fringe image captured by the imaging unit;
An outer diameter of the interference fringe image stored in the storage unit is calculated, and the outer diameter is measured on the lens surface by using the curvature radius of the lens surface measured by the curvature radius measurement unit. An arithmetic processing unit that calculates the spherical diameter by converting into a distance;
The sphere missing height measuring device for a lens according to claim 4, comprising:
前記記憶部に記憶された前記干渉縞画像を画像処理して、前記干渉縞画像の外径を算出することを特徴とする請求項5に記載のレンズの球欠高さ測定装置。 The arithmetic processing unit includes:
6. The lens ball defect height measuring device according to claim 5, wherein the interference fringe image stored in the storage unit is subjected to image processing to calculate an outer diameter of the interference fringe image.
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