JPH08159725A - 形状計測方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 計算機ホログラムを設けた平板を用いて被検
物体の形状、特に非球面の形状測定をフリンジスキャン
によって行う際に、ＣＣＤへの入射光量がＣＣＤの飽和
値を越えない、従って欠落点のない面情報を得て、従来
の方法より高い精度の得られる形状計測方法を得るこ
と。 【構成】 干渉計により被検面に所望の波面を有する光
束を入射させることにより得られる測定光束と、干渉計
内の参照面によって形成される基準光束とを合成し、該
基準光束の位相を変化させて、その合成光の干渉縞を光
電変換手段で検出することにより被検面の形状を計測す
る際に、該光電変換手段で得られる信号であって、該基
準光束の位相の変化によって変化する信号の最大値を検
出する工程と、該最大値に基づいて該光電変換手段に入
射する光束の光量を調整する工程とから成る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は形状計測方法に関し、特
に計算機ホログラムを設けた平板を用いて被検物体の形
状、特に非球面の形状測定を光学的に行う場合に好適な
形状計測方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近、光学系に新しい機能が求められる
のに伴い光学系への非球面の適用が盛んになってきてい
る。コンパクトビデオカメラ、走査光学系など新しく開
発された分野では非球面が積極的に活用されている。

【０００３】非球面を用いる場合の問題点の一つに、で
き上がった非球面の形状検査がある。特に非球面量が大
きくなると、通常のフィゾー型の干渉計では発生する干
渉縞の数が多くなりすぎ、実質的に測定が困難になると
いう問題がある。

【０００４】このため一般的に非球面の測定では、通常
の干渉計による球面測定とは異なる手法が用いられてい
る。例えば接触プローブを用いて機械的に非球面を測定
する方法や、計算機ホログラムを用いて被測定面（非球
面）に対する等価波面を発生させて計測する方法などが
一般的に知られている。

【０００５】特に計算機ホログラムを用いる計測方法は
任意の波面を発生させることができ、又、干渉縞の形で
被測定面（被検面）を計測できるため、高精度、高速で
被測定面全体を２次元測定できるということで注目され
ている。

【０００６】この時、計測装置は被検面への入射光、被
検面による反射光の光路を考慮して構成される。

【０００７】又、測定を行う際には、フリンジスキャン
（位相シフト）を行い、この干渉縞の濃淡の変化により
各位相毎に形状を求め、位相をつなぎ合わせて全体の面
形状を得る。よって面形状を求めるためにはＣＣＤ等の
光電変換手段により干渉縞の濃淡の変化を検出する必要
がある。

【０００８】図７は従来の計算機ホログラムを用いた計
測装置の光学系の要部概略図である。図中１は被検査レ
ンズ（被検物）であり、１ａは被検物１の被検査面とし
ての非球面（被検面）である。２は透明な平板、例えば
ガラス基板である。３はガラス基板２上に描画している
非球面測定用の測定用計算機ホログラム（以後「測定用
ホログラム」と略称する）である。ガラス基板２及び測
定用ホログラム３は計算機ホログラムを設けた平板１０
１の一要素を構成している。５は集光レンズである。集
光レンズ５の一方の面５ａは参照面である。参照面５ａ
は入射光を数％反射して、基準光束を形成する。６はビ
ームスプリッタ、７は結像レンズ、８はＣＣＤカメラ、
９はレーザー光源、１０はコリメーターレンズである。

【０００９】以上の各要素の内、レーザー光源９、コリ
メーターレンズ１０、ビームスプリッター６、集光レン
ズ５、結像レンズ７、ＣＣＤカメラ８等は干渉計１００
の一要素を構成している。

【００１０】図７の従来の計測装置による非球面形状の
測定方法について説明する。

【００１１】まず計算機ホログラムを設けた平板１０１
を測定光学系（干渉計１００）に対して所定の位置に位
置合わせする。次いで被検物１の被検面１ａを所定の位
置にセットする。

【００１２】以上の動作を行った後、干渉計１００を動
作させれば、レーザー光源９から射出した光はコリメー
ターレンズ１０を通って広がった平行光束となり、ビー
ムスプリッタ６を通って集光レンズ５に入射する。集光
レンズ５では大部分の光が透過して収束球面波光束とな
る。一方、集光レンズ５の中の参照面５ａで反射した数
％の光は集光レンズ５を出ると平行光束となりビームス
プリッター６で反射して結像レンズ７を通りＣＣＤカメ
ラ８に入射する。この光束は常に基準光束となる。

【００１３】集光レンズ５から射出した収束球面波光束
は測定用ホログラム３に入射して透過回折光を発生す
る。その内の特定の次数の回折光束は設計値非球面の等
価波面を形成する収束波であり、もし被検査面１ａに製
作誤差が無ければ被検査面１ａに垂直に入射する光束で
ある。

【００１４】そしてこの光束は被検査面１ａに入射し、
反射された光束はそのまま測定用ホログラム３に再び戻
り、再び透過回折光を発生し、その内の特定の次数の回
折光束が集光レンズ５、ビームスプリッター６、結像レ
ンズ７を介してＣＣＤカメラ８に達する。この光束は測
定光束である。

【００１５】この測定光束の波面と集光レンズ５の参照
面５ａで反射した来た基準光束の波面とが合成されて干
渉し、ＣＣＤカメラ８上で干渉縞が観察される。

【００１６】被検査面１ａに製作誤差がなければ、この
面から測定用ホログラム３に戻ってくる光束は被検査面
１ａの入射光束の位相共役波となっており、更に測定用
ホログラム３で再回折した所定次数の回折光が先の収束
球面波光束の位相共役波となっており、この測定光束と
基準光束とが干渉してＣＣＤカメラ８上ではヌルの干渉
縞が形成される。

【００１７】もし、被検査面１ａに製作誤差があればそ
れが測定光束の波面の乱れとなってＣＣＤカメラ８上で
干渉縞として観察される。そしてこの干渉縞をフリンジ
スキャンして被検査面１ａの誤差を計測する。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
計測装置において”被検面の面精度測定”のみに着目し
て計測装置の構成を行うと、集光レンズ５から射出した
収束球面波光束が計算機ホログラムを設けた平板１０１
の表面、裏面及び計算機ホログラムにより正反射した光
（例えば図７の点線で示す光）がＣＣＤカメラ８の受光
面上、もしくはその近傍で集光する可能性がある。その
場合、その集光した光がノイズとなる。しかも被検面１
ａで反射して帰ってくる測定光束は測定用ホログラム３
で２回の回折を受けた光束を使用している為、観察され
る干渉縞の明部と暗部のコントラストは弱いものであ
る。

【００１９】これに対して、このノイズ光は回折光では
ないので例えガラス基板２の表面に反射防止のコーティ
ング等を施したり、ホログラムの表面反射率を落とした
としても、ノイズ光がＣＣＤカメラ８の受光面付近で集
光する場合はその単位面積当たりの光量は無視できない
レベルとなる。

【００２０】図８はその時ＣＣＤカメラ８上で得られる
画像であって、干渉縞パターンの中にスポット状のノイ
ズ光１２を観察できる。そして場合によっては図５に示
すように干渉縞パターン上にノイズ部分が乗り、この部
分の光量（最大値）がＣＣＤ（光電変換素子）の飽和レ
ベルＩ_UPを越える場合が生じる。

【００２１】図５のように光量がＣＣＤの飽和レベルＩ
_UPを越える場合には、被検面１ａの形状を計測する為に
フリンジスキャンを行うと、画像の一部がＣＣＤの飽和
レベルＩ_UPに達している為、その部分では干渉縞の明部
と暗部の変動（位相の変動）を正確に認識出来ず、その
部分のみ画像の情報が欠落してしまう。

【００２２】上記の画像情報の欠落を防止する為にＣＣ
Ｄカメラ８の受光面に達する光量を飽和レベルＩ_UP以下
にするべく、図９に示すようにレーザ光源から射出する
光束を光量調整フィルター１０３等の減光手段により光
量調整を行うことが考えられる。この様にすることによ
って干渉縞の明部と暗部の明るさが適正になり、被検面
の面精度を計測することが出来る。しかし、この場合に
おいては、基準光束と測定光束とが共に同じように減光
されるので、元々コントラストの弱い干渉縞の明部と暗
部の光量の差が更に少なくなってしまい、これによって
時として計測の精度が損なわれることがある。

【００２３】即ち、ＣＣＤが干渉縞の明るさを計測する
際、ＣＣＤの画素には光量計測のばらつき△Ｉ_CCD が存
在する。もし、図６に示すように干渉縞の明部と暗部と
の明るさの差が小さくなってこのばらつきの幅の中に含
まれれば、干渉縞の明部と暗部の識別が困難となり、フ
リンジスキャンを行った際に、全く形状情報を得ること
が出来なかったり、形状情報の欠落が生じ、面精度の測
定ができなくなる。

【００２４】以上の問題点は、大きい面の面形状を分割
計測によって計測する際に特に障害となる。即ち、計測
時の面情報に欠落点があると分割測定の結果を繋いで１
つの面形状を得る際に、繋ぐことが出来ないとか、結果
に大きい誤差が入る等の障害が発生する。

【００２５】本発明の目的は、 （１−１） 被検面測定の為にフリンジスキャンを行う
際に、ＣＣＤカメラの受光面への入射光量がＣＣＤの飽
和値を越えない、従って欠落点のない面情報を得ること
ができ、従来の方法より高い精度が得られる。 （１−２） 大きな被検面を分割してフリンジスキャン
で面形状を測定し、これらの結果を繋ぐ場合に、面情報
に欠落点を無くし、分割測定の結果を繋ぐ際に支障が生
じない。従って大きい被検面の測定においても高い精度
が得られる。 （１−３） 干渉縞の明部と暗部の出力値の差を光電変
換素子（ＣＣＤ）の出力のばらつきの幅より確実に大き
くし、干渉縞の明部と暗部の出力の精度を高める。従っ
てこの点からも欠落点のない面情報が得られ、精度の高
い形状計測、及び大きい被検面の分割計測の際にも高い
精度が得られる。等の少なくとも１つの特長を有した形
状計測方法を提供することである。

【００２６】

【課題を解決するための手段】本発明の形状計測方法
は、 （２−１） 干渉計により被検面に所望の波面を有する
光束を入射させることにより得られる測定光束と、該干
渉計内の参照面によって形成される基準光束とを合成
し、該基準光束の位相を変化させて、その合成光の干渉
縞を光電変換手段で検出することにより被検面の形状を
計測する形状計測方法において、該光電変換手段で得ら
れる光量に対応する信号であって、該基準光束の位相の
変化によって変化する信号の最大値を検出する工程と、
該最大値に基づいて該光電変換手段に入射する光束の光
量を調整する工程とを有すること等を特徴としている。

【００２７】特に、 （２−１−１） 前記光電変換手段で得られる光量に対
応する信号であって、前記基準光束の位相の変化によっ
て変化する信号の最小値及び干渉縞の明部の信号の出力
値を検出する工程と、該最小値と該明部の信号の出力値
に基づいて該光電変換手段に入射する光束の光量を調整
する工程とを有すること。 （２−１−２） 前記調整工程は、前記最大値と前記光
電変換手段の飽和値とを比較する工程を有すること。 （２−１−３） 前記調整工程は、透過率が可変のフィ
ルターの透過率を変更すること、もしくは透過率の異な
るフィルターの交換によって、前記光電変換手段に入射
する光束の光量が調整されること。 （２−１−４） 前記合成光は前記光電変換手段に入射
する前に集光し、前記調整工程は、その集光点に配置さ
れる絞り手段の絞りの形状を変化させる工程を有するこ
と。 （２−１−５） 前記所望の波面を有する光束は、透過
型の計算機ホログラムにより発生し、該所望の波面を有
する光束は、前記被検面に入射した後、再度該計算機ホ
ログラムを透過して前記基準光束と合成され、前記調整
工程は、該計算機ホログラムと前記光電変換手段との距
離を調整すること。等を特徴としている。

【００２８】

【実施例】図１は本発明の実施例１の要部概略図であ
る。図中１は被検レンズ（被検物）であり、１ａは被検
物１の被検査面としての非球面（被検面）である。２は
透明な平板、例えばガラス基板である。３はガラス基板
２上に描画している非球面測定用の測定用計算機ホログ
ラム（以後「測定用ホログラム」と略称する）である。
ガラス基板２及び測定用ホログラム３は計算機ホログラ
ムを設けた平板１０１の一要素を構成している。５は集
光レンズである。集光レンズ５の一方の面５ａは参照面
である。参照面５ａは入射光を数％反射して、基準光束
を形成する。２０はレンズ駆動手段であり、集光レンズ
５を光軸に沿って前後に移動させる。６はビームスプリ
ッタ、７は結像レンズ、８はＣＣＤ（光電変換手段）を
備えたＣＣＤカメラ、９はレーザー光源、１０はコリメ
ーター、１３は光量調整フィルターである。１５はカメ
ラ駆動手段であり、結像レンズ７及びＣＣＤカメラ８等
から構成される調整部５０を光軸に沿って前後に移動さ
せる。２１は出力検出手段であり、ＣＣＤカメラ８から
の出力を記憶・判定し、干渉縞を出力したり、カメラ駆
動手段１５を駆動したりする。

【００２９】以上の各要素の内、レーザー光源９、コリ
メーターレンズ１０、ビームスプリッター６、集光レン
ズ５、結像レンズ７、ＣＣＤカメラ８等は干渉計１００
の一要素を構成している。又、ＣＣＤカメラ８と結像レ
ンズ７は調整部５０の一要素を構成している。

【００３０】本実施例による非球面形状の測定方法につ
いて説明する。

【００３１】まず測定用ホログラムを設けた平板１０１
を測定光学系（干渉計１００）に対して所定の位置に位
置合わせする。次いで被検面１ａを正しい位置にセット
する。

【００３２】以上の動作を行った後、干渉計１００を動
作させれば、レーザー光源９から射出した光はコリメー
ターレンズ１０を通って広がった平行光束となり、ビー
ムスプリッタ６を通って集光レンズ５に入射する。集光
レンズ５では大部分の光が透過して収束球面波光束とな
る。一方、集光レンズ５の中の参照面５ａで反射した数
％の光は集光レンズ５を出ると平行光束となりビームス
プリッター６で反射して結像レンズ７を通りＣＣＤカメ
ラ８に入射する。この光束は常に基準光束となる。

【００３３】集光レンズ５から射出した収束球面波光束
は測定用ホログラム３に入射して透過回折光を発生す
る。その内の特定の次数の回折光束は設計値非球面の等
価波面を形成する収束波であり、もし被検査面１ａに製
作誤差が無ければ被検査面１ａに垂直に入射する光束で
ある。

【００３４】そしてこの光束は被検査面１ａに入射し、
反射された光束はそのまま測定用ホログラム３に再び戻
り、再び透過回折光を発生し、その内の特定の次数の回
折光束が集光レンズ５、ビームスプリッター６、結像レ
ンズ７を介してＣＣＤカメラ８に達する。この光束は測
定光束である。

【００３５】この測定光束の波面と集光レンズ５の参照
面５ａで反射した来た基準光束の波面とが合成されて干
渉し、ＣＣＤカメラ８上で干渉縞が観察される。

【００３６】被検査面１ａに製作誤差がなければ、この
面から測定用ホログラム３に戻ってくる光束は被検査面
１ａの入射光束の位相共役波となっており、更に測定用
ホログラム３で再回折した所定次数の回折光が先の収束
球面波光束の位相共役波となっており、この測定光束と
基準光束とが干渉してＣＣＤカメラ８上ではヌルの干渉
縞が形成される。

【００３７】もし、被検査面１ａに製作誤差があればそ
れが測定光束の波面の乱れとなってＣＣＤカメラ８上で
干渉縞として観察される。そしてこの干渉縞をフリンジ
スキャンして被検査面１ａの誤差を計測する。これが本
実施例の基本的な機能である。

【００３８】本実施例では従来の装置において課題とな
っている測定用ホログラム３を設けた平板１０１の表
面、裏面及びホログラムの正反射によるノイズ光が干渉
縞に乗って、部分的にＣＣＤの飽和レベルを越えたりす
ることが無いようにする特別の計測方法を行っている。

【００３９】これについて説明する。

【００４０】まず、レンズ駆動手段２０により集光レン
ズ５を微小量移動させる。この時生ずる基準光束の波面
の位相変化と共に変化するＣＣＤからの信号（出力）中
の最大値Ｉ_PEAK及び干渉縞部分の明部の信号（出力値）
Ｉ_L 、暗部の信号（信号最小値）Ｉ_D を出力検出手段２
１により検出、記憶する。

【００４１】出力検出手段２１は次の２つの条件の判定
を行う。

【００４２】 Ｉ_PEAK≦Ｉ_UP （１） Ｉ_L-Ｉ_D ＞２△Ｉ_CCD （２） 但し、 Ｉ_PEAK：ＣＣＤからの信号の最大値 Ｉ_UP：ＣＣＤの飽和レベルの信号 Ｉ_L ：干渉縞の明部の信号 Ｉ_D ：干渉縞の暗部の信号（信号最小値） △Ｉ_CCD ：一定の照度に対するＣＣＤの単位面積当たり
の信号（出力）のばらつき ここに条件（１）は干渉縞のパターンがＣＣＤ上で全て
ＣＣＤ画素の飽和レベルＩ_UP以下の明るさである条件で
ある。又、条件（２）は干渉縞の明部の光量と暗部の光
量の差が各々の部分のＣＣＤ出力のばらつき範囲に重な
らない条件である。

【００４３】出力検出手段２１は出力値が条件（１）、
（２）を満たしているか、否かを判定し、もし２つの条
件が満たされていない場合には次の調整を行う。

【００４４】即ち、出力検出手段２１はカメラ駆動手段
１５を駆動して調整部５０をＣＣＤカメラの光軸に沿っ
て前後にある量移動する。調整部５０を移動すれば画像
全体の明るさが変化するのでノイズ光の乗っている部分
の出力Ｉが変化する。そこで再び出力検出手段２１が画
像各部のレベルが条件（１）、（２）を満たしているか
を判定する。

【００４５】これを繰り返して、上記の２つの条件が満
たされた時、画像情報（計測値）を出力して面形状を計
測する。本実施例は測定用ホログラム３とＣＣＤ（光電
変換素子）間の距離を調整することにより二つの条件を
満たしている。

【００４６】なお、調整部５０を移動すれば、被検面１
ａに対して焦点合わせしている結像レンズ７を再フォー
カスしなければならないが、カメラ駆動手段１５にはか
かる機構も備えている。

【００４７】又、場合によっては結像レンズ７を別の結
像レンズに取り替えて以上の動作を行う。

【００４８】本実施例は以上の構成によって、測定用ホ
ログラム３を使用して非球面の面精度を計測する際、測
定用ホログラム３を設けた平板１０１の表面、裏面及び
ホログラムの表面の正反射光によるノイズ光があって
も、常にＣＣＤ画素の飽和レベル以下の画像を得て、画
像情報の欠落を防ぎ、又干渉縞の明部と暗部のレベル差
をＣＣＤ画素の出力のばらつき以上に確実にすることに
よって面形状の計測の精度を上げている。

【００４９】図２は本発明の実施例２の要部概略図であ
る。本実施例の構成が実施例１と異なる点は、ノイズ光
の結像状態を変化させる干渉計１００の移動部分がＣＣ
Ｄカメラ８、結像レンズ７とビームスプリッタ６から構
成される調整部５１である点であり、その他の構成は同
じである。

【００５０】本実施例による形状計測動作を説明する。

【００５１】まず、実施例１で説明したように測定用ホ
ログラム３を設けた平板１０１及び被検面１ａを干渉計
１００に対して正しくセットし、干渉計１００を動作さ
せる。

【００５２】次いで、レンズ駆動手段２０により集光レ
ンズ５を微小量移動させる。この時生ずる基準光束の波
面の位相変化と共に変化するＣＣＤからの信号（出力）
中の最大値Ｉ_PEAK及び干渉縞部分の明部の信号（出力
値）Ｉ_L 、暗部の信号（信号最小値）Ｉ_D を出力検出手
段２１により検出、記憶する。

【００５３】出力検出手段２１は出力値が条件（１）、
（２）を満たしているか、否かを判定し、もし２つの条
件が満たされていない場合には次の調整を行う。

【００５４】即ち、出力検出手段２１はカメラ駆動手段
１５を駆動して調整部５１をコリメータ１０の光軸方向
に沿って前後に或る量移動する。調整部５１を移動すれ
ばノイズ光の結像状態が変化するので出力Ｉが変化す
る。そこで再び出力検出手段２１が画像各部のレベルが
条件（１）、（２）を満たしているかを判定する。

【００５５】これを繰り返して、上記の２つの条件が満
たされた時、画像情報（計測値）を出力して面形状を計
測する。本実施例は測定用ホログラム３とＣＣＤ（光電
変換素子）間の距離を調整することにより二つの条件を
満たしている。

【００５６】なお、調整部５１を移動すれば、被検面１
ａに対して焦点合わせしている結像レンズ７を再フォー
カスしなければならないが、カメラ駆動手段１５にはか
かる機構も備えている。

【００５７】又、場合によっては結像レンズ７を別の結
像レンズに取り替えて以上の動作を行う。

【００５８】本実施例の効果は実施例１と同じである。

【００５９】図３は本発明の実施例３の要部概略図であ
る。図中、２３は光量調整フィルター（フィルター）、
２５はフィルター駆動手段であり、フィルター駆動手段
２５によって透過率の異なる幾つかのフィルタを切り替
えてセットする（もしくは透過率可変のフィルターであ
って、任意の透過率にセットする）。２１はＣＣＤカメ
ラ８からの出力を記録・判定し、干渉縞を出力したり、
フィルター駆動手段２５を駆動する出力検出手段であ
る。本実施例が実施例１と異なる点は、結像レンズ７及
びＣＣＤカメラ８は固定しておき、光量調整フィルター
２３がフィルター駆動手段２５によって切り替わる点で
あり、その他の点は同じである。

【００６０】以上の各要素の内、レーザー光源９、コリ
メーターレンズ１０、ビームスプリッター６、集光レン
ズ５、結像レンズ７、ＣＣＤカメラ８等は干渉計１００
の一要素を構成している。

【００６１】本実施例による非球面の形状計測動作につ
いて説明する。

【００６２】まず、実施例１で説明したように測定用ホ
ログラム３を設けた平板１０１及び被検面１ａを干渉計
１００に対して正しくセットし、干渉計１００を動作さ
せる。

【００６３】次いで、レンズ駆動手段２０により集光レ
ンズ５を微小量移動させる。この時生ずる基準光束の波
面の位相変化と共に変化するＣＣＤからの信号（出力）
中の最大値Ｉ_PEAK及び干渉縞部分の明部の信号（出力
値）Ｉ_L 、暗部の信号（信号最小値）Ｉ_D を出力検出手
段２１により検出、記憶する。

【００６４】出力検出手段２１は出力値が条件（１）、
（２）を満たしているか、否かを判定し、もし２つの条
件が満たされていない場合には次の調整を行う。

【００６５】即ち、出力検出手段２１はフィルター駆動
手段２５を駆動して光量調整フィルタ２３を切り替える
（又は透過率を変化させる）。フィルタを切り替えれば
画像全体の明るさが変化するのでノイズ光の乗っている
部分の出力Ｉが変化する。そこで再び出力検出手段２１
が画像各部のレベルが条件（１）、（２）を満たしてい
るかを判定する。

【００６６】これを繰り返して、上記の条件が満たされ
た時、画像情報（計測値）を出力して面形状を計測す
る。

【００６７】なお、光量調整フィルター２３として透過
率が連続的に変化しているものを使用すれば、特に効率
よく計測できる。

【００６８】本実施例は以上の構成によって、測定用ホ
ログラム３を使用して非球面の面精度を計測する際、測
定用ホログラム３を設けた平板１０１の表面、裏面及び
ホログラムの表面の正反射光によるノイズ光があって
も、常にＣＣＤ画素の飽和レベル以下の画像を得て、画
像情報の欠落を防ぎ、又干渉縞の明部と暗部のレベル差
をＣＣＤ画素の出力のばらつき以上に確実にすることに
よって面形状の計測の精度を上げている。

【００６９】図４は本発明の実施例４の要部概略図であ
る。本実施例が実施例１と異なる点は、本実施例では結
像レンズ７及びＣＣＤカメラ８は移動せず、結像レンズ
７とＣＣＤカメラ８との中間で、基準光束及び測定光束
が点状に結像する位置にスリットもしくはピンホールを
有する絞り部材（絞り手段）１１を設け、絞り駆動手段
２２を設けている点が異なっており、その他の構成は同
じである。

【００７０】本実施例による非球面の形状計測動作につ
いて説明する。

【００７１】まず、実施例１で説明したように測定用ホ
ログラム３を設置した平板１０１及び被検面１ａを干渉
計１００に対して正しくセットし、干渉計１００を動作
させる。

【００７２】次いで、レンズ駆動手段２０により集光レ
ンズ５を微小量移動させる。この時生ずる基準光束の波
面の位相変化と共に変化するＣＣＤからの信号（出力）
中の最大値Ｉ_PEAK及び干渉縞部分の明部の信号（出力
値）Ｉ_L 、暗部の信号（信号最小値）Ｉ_D を出力検出手
段２１により検出、記憶する。

【００７３】そして、前の実施例と同じく出力検出手段
２１は得られた出力値が条件（１）、（２）を満たして
いるか、否かを判定し、もし２つの条件が満たされてい
ない場合には次の調整を行う。

【００７４】即ち、出力検出手段２１は絞り駆動手段２
２を駆動して絞り部材１１をサイズ、形状の異なる他の
絞り部材に交換する。絞り部材１１を交換すると画像の
明るさが変化するのでノイズ光の乗っている部分の出力
Ｉが変化する。そこで再び出力検出手段２１が画像各部
のレベルが条件（１）、（２）を満たしているかを判定
する。

【００７５】これを繰り返して、上記の条件が満たされ
た時、画像情報（計測値）を出力して面形状を計測す
る。

【００７６】本実施例は以上の構成によって、測定用ホ
ログラム３を使用して非球面の面精度を計測する際、測
定用ホログラム３を設けた平板１０１の表面、裏面及び
ホログラムの表面の正反射光によるノイズ光があって
も、常にＣＣＤ画素の飽和レベル以下の画像を得て、画
像情報の欠落を防ぎ、又干渉縞の明部と暗部のレベル差
をＣＣＤ画素の出力のばらつき以上に確実にすることに
よって面形状の計測の精度を上げている。

【００７７】

【発明の効果】本発明の形状計測方法は以上の構成によ
り、次の効果を達成している。 （３−１） 被検面測定の為にフリンジスキャンを行う
際に、ＣＣＤカメラの受光面への入射光量がＣＣＤの飽
和値を越えない、従って欠落点のない面情報を得ること
ができ、従来の方法より高い精度が得られる。 （３−２） 大きな被検面を分割してフフリンジスキャ
ンで面形状を測定し、これらの結果を繋ぐ場合に、面情
報に欠落点を無くし、分割測定の結果を繋ぐ際に支障が
生じない。従って大きい被検面の測定においても高い精
度が得られる。 （３−３） 干渉縞の明部と暗部の出力値の差を光電変
換素子の出力のばらつきの幅より確実に大きくし、干渉
縞の明部と暗部の出力の精度を高める。従ってこの点か
らも欠落点のない面情報が得られ、精度の高い形状計
測、及び大きい被検面の分割計測の際にも高い精度が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例１の要部概略図

【図２】 本発明の実施例２の要部概略図

【図３】 本発明の実施例３の要部概略図

【図４】 本発明の実施例４の要部概略図

【図５】 ノイズ光の影響の説明図

【図６】 本発明の光量調整の説明図

【図７】 従来例

【図８】 従来例により得られる計測画像例

【図９】 光量調整フィルターを有する従来例

【符号の説明】

１ 被検レンズ（被検物） １ａ 被検面（被検査非球面） ２ ガラス基板 ３ 測定用の計算機ホログラム（測定用ホログラム） ５ 集光レンズ ５ａ 参照面 ６ ビームスプリッタ ７ 結像レンズ ８ ＣＣＤカメラ ９ レーザ光源 １０ コリメータ １１ 絞り部材 １３ 光量調整フィルタ １５ カメラ駆動手段 ２０ レンズ駆動手段 ２１ 出力検出手段 ２２ 絞り駆動手段 ２３ 光量調整フィルター（フィルター） ２５ フィルタ駆動手段 ５０、５１ 調整部 １００ 干渉計 １０１ 計算機ホログラムを設けた平板（平板） １０３ 光量調整フィルター

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 干渉計により被検面に所望の波面を有す
   る光束を入射させることにより得られる測定光束と、該
   干渉計内の参照面によって形成される基準光束とを合成
   し、該基準光束の位相を変化させて、その合成光の干渉
   縞を光電変換手段で検出することにより被検面の形状を
   計測する形状計測方法において、 該光電変換手段で得られる光量に対応する信号であっ
   て、該基準光束の位相の変化によって変化する信号の最
   大値を検出する工程と、該最大値に基づいて該光電変換
   手段に入射する光束の光量を調整する工程とを有するこ
   とを特徴とする形状計測方法。
2. 【請求項２】 前記光電変換手段で得られる光量に対応
   する信号であって、前記基準光束の位相の変化によって
   変化する信号の最小値及び干渉縞の明部の信号の出力値
   を検出する工程と、該最小値と該明部の信号の出力値に
   基づいて該光電変換手段に入射する光束の光量を調整す
   る工程とを有することを特徴とする請求項１の形状計測
   方法。
3. 【請求項３】 前記調整工程は、前記最大値と前記光電
   変換手段の飽和値とを比較する工程を有することを特徴
   とする請求項１の形状計測方法。
4. 【請求項４】 前記調整工程は、透過率が可変のフィル
   ターの透過率を変更すること、もしくは透過率の異なる
   フィルターの交換によって、前記光電変換手段に入射す
   る光束の光量が調整されることを特徴とする請求項１又
   は２の形状計測方法。
5. 【請求項５】 前記合成光は前記光電変換手段に入射す
   る前に集光し、前記調整工程は、その集光点に配置され
   る絞り手段の絞りの形状を変化させる工程を有すること
   を特徴とする請求項１又は２の形状計測方法。
6. 【請求項６】 前記所望の波面を有する光束は、透過型
   の計算機ホログラムにより発生し、該所望の波面を有す
   る光束は、前記被検面に入射した後、再度該計算機ホロ
   グラムを透過して前記基準光束と合成され、前記調整工
   程は、該計算機ホログラムと前記光電変換手段との距離
   を調整することを特徴とする請求項１又は２の形状計測
   方法。