JP2000146548A

JP2000146548A - 測定装置及び測定方法

Info

Publication number: JP2000146548A
Application number: JP10318108A
Authority: JP
Inventors: Koji Handa; 宏治半田; Keiichi Yoshizumi; 恵一吉住; Keiji Kubo; 圭司久保; Hiroyuki Takeuchi; 博之竹内
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-11-09
Filing date: 1998-11-09
Publication date: 2000-05-26

Abstract

(57)【要約】【課題】被測定部の中心位置決め時に座標系をリセッ
トして測定するようにした超高精度三次元測定装置にお
いて、被測定物に複数の被測定部を有する場合や複数の
被測定物を測定する場合に、測定時間及び作業者の負担
を低減する。【解決手段】被測定物２の表面形状を検出するプロー
ブ６を有し、プローブ６又は被測定物２をＸＹ方向に走
査して被測定物２の表面形状を測定する測定方法におい
て、被測定物２の特定位置を基準とした座標系にて被測
定部の表面形状を測定するとともに、複数の特定位置を
オフセット座標として記憶しておき、オフセット座標値
に基づいてプローブ６の移動や被測定部間の相関測定を
行うようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は測定装置及び測定方
法に関し、特に複数の集光素子を有するマイクロレンズ
アレイ等、複数の被測定部を有する被測定物における被
測定部の測定や、複数の被測定物の測定などに好適に適
用できる測定装置及び測定方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】非球面レンズ等の三次元形状を５０ｎｍ
以下の超高精度で測定できる超高精度三次元測定機につ
いては、特開平４−２９９２０６号公報に開示されてい
る。従来のこの種の超高精度三次元測定機及びその測定
方法の一例について、図１０、図１１を参照して説明す
る。

【０００３】図１０は、被測定物２における測定面２ａ
の表面形状について三次元測定を行う形状測定機の構成
を示しており、石定盤１上には被測定物２を載置する保
持台３が固定されている。６はプローブで、被測定物２
の測定面２ａの表面形状に追従するようにＺ軸制御部２
０からの信号をもとにＺ軸駆動部１３にてＺ軸方向に駆
動される。

【０００４】レーザー測長光学系４は、石定盤１上にＹ
ステージ９とＸステージ８を介して設置された石定盤７
上に固定され、既知の光干渉法によりＺ参照ミラー５を
基準としたプローブ６のＺ座標値を測長するもので、レ
ーザー測長光学系４からのＺ軸方向の測長信号はパルス
カウンター１９により数値に変換され、演算部１１でＺ
座標値が算出され、ディスプレイ１６にリアルタイムに
出力され、またプリンタ１７に出力される。１８は演算
部１１に対する入力装置である。また、レーザー測長光
学系４は、Ｘ参照ミラー１４及びＹ参照ミラー１５を基
準としたプローブ６のＸ座標値及びＹ座標値も測長する
もので、プローブ６のＸ座標値及びＹ座標値も同様に出
力される。また、Ｘ参照ミラー１４、Ｙ参照ミラー１
５、Ｚ参照ミラー５は、支持部を介して石定盤１に固定
されている。Ｘステージ８及びＹステージ９は、演算部
１１からの駆動信号によりＸＹ軸制御部１２を介してそ
れぞれモータ１０でＸ軸方向及びＹ軸方向に駆動され
る。以上により、プローブ６は被測定物２の測定面２ａ
の表面形状に追従しながらＸＹ方向に走査される。

【０００５】この測定機において、ある曲率半径を有す
るレンズ等の測定面２ａの表面形状を測定する場合に
は、あらかじめ測定面２ａ上においてプローブ６をＸ軸
方向及びＹ軸方向に走査し、測定面２ａの中心を特開平
２−２５４３０７号公報に開示された方法で求め、求め
た中心座標を原点とするようにＸＹＺ座標をリセットす
る。その後、プローブ６を被測定物２の測定面２ａの表
面形状に追従させながらＸＹ方向に走査して三次元測定
を行っている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の測定方法では、例えば複数個の集光素子（レンズ）
を有するマイクロレンズアレイのように１つの被測定物
２内に被測定部として複数個のレンズ面を有している被
測定物２において、そのレンズ面間の中心距離を測定す
る場合には、それぞれのレンズ面の中心位置を上記中心
出し方法により求める際に座標値がリセットされてしま
うため、プローブ６を移動開始点から測定する各レンズ
面まで移動させた時の移動量や、中心出しの際のプロー
ブ６の移動量を、ディスプレイ１６やプリンタ１７に出
力しておき、その移動量を加算して各中心座標を求める
必要がある。

【０００７】図１１は、複数のレンズ面を有する被測定
物２を測定面２ａ側から見たＸ−Ｙ平面図であり、いま
プローブ６がＸ−Ｙ平面において移動開始点２０４に位
置しているものとする。第１、第２、及び第ｎのレンズ
面２０１、２０２、２０３の中心２０１ｃ、２０２ｃ、
２０３ｃの移動開始点２０４からの座標を求めるには、
プローブ６を移動開始点２０４からＸＹ方向に動かして
各レンズ面２０１、２０２、・・２０３に順次もってい
き、上記中心出し方法で中心座標を求める際に算出され
てディスプレイ１６に表示された移動量を順次加算して
各中心座標を求めることになる。また、中心位置決めの
際にプローブ６の座標値がリセットされるため、絶対基
準となる座標系がなく、各中心の座標は常に相対座標と
なる。

【０００８】例えば、図１１において、第２のレンズ面
２０２の中心２０２ｃにＸＹ平面でプローブ６を移動さ
せた場合、移動開始点２０４からの座標値は、移動開始
点２０４から第１のレンズ面２０１の中心２０１ｃまで
のＸＹ座標値に、第１のレンズ面２０１の中心２０１ｃ
から第２のレンズ面２０２の中心２０２ｃまでのＸＹ座
標値を加算したもの（図１１において、ベクトルＵ₁＋
ベクトルＵ₂）で求められる。

【０００９】しかし、評価したい被測定物２の被測定部
の中心座標の数が少ない場合には良いが、評価したい中
心座標が増えてくると、測定時の作業効率を低下させ、
測定時間及び作業者の負担を増大させる。

【００１０】また、第２のレンズ面２０２の形状測定は
中心２０２ｃを測定原点とする座標系で評価できるが、
プローブ６を他のレンズ面に移動するときは、上記した
相対座標を計算してディスプレイ１６に表示される測長
値をモニターしながら作業者が入力装置１８から手動で
移動させる。特に、サブミクロンオーダーで移動距離を
制御する場合、作業者が手動でプローブ６を各レンズ面
の中心に位置合わせするのは簡単でなく、作業時間を増
大させる。

【００１１】また、複数の被測定物２を測定する場合に
は、保持台３上で被測定物２を置き換える作業が必要で
あるが、被測定物２の数が増えると、この置き換え作業
自体も測定者の負担となり、作業効率を低下させる。

【００１２】本発明は、上記従来の問題点に鑑み、被測
定物に複数の被測定部を有する場合や複数の被測定物を
測定する場合に、測定時間及び作業者の負担を低減でき
る測定装置及び測定方法を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の測定装置は、被
測定物における被測定部の表面を検出してＺ方向に追従
するプローブをＸＹ方向に走査し、かつ被測定部の中心
位置決めを行って座標系をリセットし、被測定部の表面
形状を測定する測定装置において、複数のオフセット座
標を記憶する手段を備えたものであり、被測定物に複数
の被測定部を有する場合や複数の被測定物を測定する場
合に、各被測定部の座標値を記憶させておくことによ
り、各被測定部の相関や複数の被測定物に対するプロー
ブの位置決めに際して被測定部毎の相対座標値から演算
する必要がなく、測定時間及び作業者の負担を低減でき
る。

【００１４】好適には、オフセット座標は測定装置の特
定の基準点からのオフセット座標値で記憶するように構
成され、また測定装置の特定の基準点は原点検出手段に
より機械的に設定される機械原点とされる。

【００１５】また、本発明の測定方法は、被測定物の表
面形状を検出するプローブを有し、プローブ又は被測定
物をＸＹ方向に走査して被測定物の表面形状を測定する
測定方法において、被測定物の特定位置を基準とした座
標系にて被測定部の表面形状を測定するとともに、複数
の特定位置をオフセット座標として記憶しておき、オフ
セット座標値に基づいてプローブの移動や被測定部間の
相関測定を行うものであり、被測定物に複数の被測定部
を有する場合や複数の被測定物を測定する場合などに測
定時間及び作業者の負担を低減できる。

【００１６】好適には、オフセット座標は、ある特定の
基準点からのオフセット座標値であり、オフセット座標
は、原点検出手段により機械的に設定される機械原点か
らの座標値であり、被測定物の特定位置は、被測定部の
中心である。

【００１７】また、被測定物の被測定部の中心近傍位置
においてプローブを被測定部の表面形状に追従させなが
らＸＹ方向に走査して被測定部の中心位置を特定する手
段を用いて、被測定物内の複数の被測定部の中心座標及
び中心間距離を求めることができる。

【００１８】また、被測定物における複数の被測定部の
ベース部の傾きをプローブをＸＹ方向に走査して測定
し、被測定部の形状評価または中心位置決めに反映させ
ることかできる。

【００１９】また、複数の被測定物を機械原点を基準と
して一意的に設定される設置位置に設置し、被測定物の
設置位置に対応する機械原点からのオフセット座標値を
予め登録されたテーブルから任意の被測定物に対応する
オフセット座標値を選択し、プローブを自動的にオフセ
ット座標値に移動させて位置決めし、被測定物の形状測
定を行うこともできる。さらに、その位置決めがＸＹ方
向に加え、Ｚ方向も含むことができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の測定装置及び測定
方法の一実施形態について、図１〜図７を参照して説明
する。

【００２１】なお、図１の測定装置は、図１０を参照し
て説明した従来例の測定装置と基本構成は同一であり、
同一構成要素については同一の参照番号を付して説明を
省略し、相違点のみを説明する。図１において、２１は
記憶装置であり、演算部１１にて演算された複数のオフ
セット座標値を記憶するように構成されている。

【００２２】本実施形態における被測定物２は、複数個
のレンズ等の集光素子を有するマイクロレンズアレイで
あり、測定面２ａ上の複数の凸面形状のレンズ面２０１
〜２０３の間の中心間距離を測定する場合について説明
する。

【００２３】測定動作を図２の絶対座標系及び図３の動
作フロー図を参照して説明する。最初にプローブ６を基
準となる絶対座標系１００の原点位置１０１に設定する
（ステップＳ１）。この基準原点位置１０１は、Ｘステ
ージ８及びＹステージ９のそれぞれの原点位置を検出す
るセンサを備えることにより、プローブ６を一定の位置
に設定できる。この一定の位置を機械原点と呼び、プロ
ーブ６を原点位置に設定する動作を機械原点復帰と呼
ぶ。図２は、機械原点１０１を基準とした絶対座標系１
００において、複数の第１、第２、・・第ｎのレンズ面
２０１、２０２、・・・２０３を有する被測定物２をそ
の測定面２ａ側から見た図であり、各レンズ面２０１、
２０２、２０３の位置関係を機械原点１０１を基準とし
た絶対座標系１００で示している。

【００２４】機械原点１０１にプローブ６の位置を設定
した後、レーザー測長光学系４から出力される現在のプ
ローブ６の座標値（Ｘｍ、Ｙｍ、Ｚｍ）は０リセットさ
れる。同時に、記憶装置２１に記憶されているオフセッ
ト座標値（Ｘａ、Ｙａ、Ｚａ）も０リセットされる。こ
こで、プローブ６の座標値（Ｘｍ、Ｙｍ、Ｚｍ）は、各
レンズ面２０１、２０２、２０３において、それぞれの
中心２０１ｃ、２０２ｃ、２０３ｃを基準とした相対座
標値である。一方、各レンズ面の形状測定時に用いられ
るオフセット座標値（Ｘａ、Ｙａ、Ｚａ）は機械原点１
０１を基準とした絶対座標値であり、以後再びプローブ
６の位置が機械原点１０１に再設定されるまでは、オフ
セット座標値（Ｘａ、Ｙａ、Ｚａ）が０リセットされる
ことはない。

【００２５】その後、機械原点１０１にあるプローブ６
をＸＹ方向に移動させ、第１のレンズ面２０１の中心２
０１ｃの近傍に持ってくる（ステップＳ２）。ここで、
図４（ａ）に示すように、プローブ６を第１のレンズ面
２０１の形状に沿ってＺ軸方向に追従する動作を行う。
この動作をフォーカスＯＮ状態とする。

【００２６】次に、中心位置決め動作を行う（ステップ
Ｓ３）。これによりプローブ６は図２における第１のレ
ンズ面２０１の中心２０１ｃに十分近傍に位置してい
る。実際の中心２０１ｃからのずれ量はβ以下である。
βは中心位置決め動作の終了条件であり、Ｘステージ８
及びＹステージ９を駆動させるモータ１０の最小パルス
αより大きく設定されている。

【００２７】次に、この現在のプローブ６の機械原点１
０１からのオフセット座標値（Ｘａ₁、Ｙａ₁、Ｚ
ａ₁）を第１のレンズ面２０１の中心２０１ｃとして記
憶装置２１に記憶する（ステップＳ４）。実際の中心位
置２０１ｃからは、最大βのずれがある。

【００２８】次に、ここで求めた中心座標を測定原点と
するように相対座標値（Ｘｍ、Ｙｍ、Ｚｍ）を０リセッ
トし、従来と同様にプローブ６を被測定物２の測定面２
ａの表面形状に追従するように再びＸＹ方向に走査して
第１のレンズ面２０１の形状測定を行う（ステップＳ
５）。その際、１回の形状測定の総データ数をｎ個とす
ると、第１のレンズ面２０１の形状測定データのＺ座標
（Ｚｋ）と、設計データのＺ座標（Ｚｋ’）とを比較し
て、（１）式で表されるＲＭＳ値

【００２９】

【数１】

【００３０】がより小さくなる位置に、形状測定データ
にＸＹＺ軸の平行移動、及びＸＹＺ軸周りの回転移動を
行う座標変換を施す。これにより、各レンズ面の傾きや
頂点位置座標の中心からのずれ量の影響を受けない評価
が可能となる。この座標変換処理をアライメントと呼
ぶ。

【００３１】上記中心位置決め時の中心からのずれ量β
を補正する場合は、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の平行移動のみ
でアライメントを実行し、補正量ΔＸ、ΔＹ、ΔＺを算
出し、求めた第１のレンズ面２０１の中心２０１ｃの座
標（Ｘａ₁、Ｙａ₁、Ｚａ₁）を（Ｘａ₁＋ΔＸ、Ｙａ
₁＋ΔＹ、Ｚａ₁＋ΔＺ）と補正する。ただし、中心か
らのずれ量βは通常サブミクロン程度であり、評価に際
してずれ量βが問題にならない場合は、中心２０１ｃの
座標は（Ｘａ₁、Ｙａ₁、Ｚａ₁）で良い。

【００３２】以上により求めた第１のレンズ面２０１の
中心２０１ｃの機械原点１０１を基準としたオフセット
座標位置（Ｘａ₁、Ｙａ₁、Ｚａ₁）（図２のベクトル
Ｔ₁）を記憶装置２１に記憶させた後、図４（ｂ）に示
すように、第１のレンズ面２０１の形状にＺ軸方向に追
従しているプローブ６を第１のレンズ面２０１から離す
（以後、フォーカスＯＦＦ状態と呼ぶ）。

【００３３】次に、プローブ６を第２のレンズ面２０２
の中心位置２０２ｃ近傍に移動させ、第１のレンズ面２
０１の場合と同じように中心位置決め動作を行い、オフ
セット座標値を登録し、形状測定を行う。以下同様の動
作を順次繰り返し、第ｎのレンズ面２０３の中心２０３
ｃの機械原点１０１を基準としたオフセット座標値（Ｘ
ａ_n、Ｙａ_n、Ｚａ_n）（図２のベクトルＴ_n）まで求
めて登録する（ステップＳ６）。

【００３４】被測定物２上の第１のレンズ面２０１の中
心２０１ｃから第ｎのレンズ面２０３の中心２０３ｃの
機械原点１０１を基準としたオフセット座標位置（Ｘａ
_n、Ｙａ_n、Ｚａ_n）は、記憶装置２１に図５に示した
ような測定原点テーブル２２として記憶されている。従
って、任意のレンズ面間の中心間距離Ｌは、第ｋ番目と
第ｌ番目のレンズ間においては、（２）式で表され、

【００３５】

【数２】

【００３６】となり、それぞれ保存された機械原点１０
１からのオフセット座標（Ｘａ_k、Ｙａ_k、Ｚａ_k）及
び（Ｘａ_l、Ｙａ_l、Ｚａ_l）を（２）式に入力するこ
とにより簡単に求まる。

【００３７】図６は、図３の動作フローチャートのステ
ップＳ３における中心位置決め方法の手順を具体的に示
している。以下に、この中心位置決め動作を説明する。

【００３８】中心位置決め動作を開始すると、まず現在
のプローブ６の位置を示す座標値（Ｘｍ、Ｙｍ、Ｚｍ）
をオフセット座標値（Ｘａ、Ｙａ、Ｚａ）（機械原点に
設定された直後においては、Ｘａ＝Ｙａ＝Ｚａ＝０であ
る）に加算する。そしてこのオフセット座標値がメモリ
又はＨＤＤ等の記憶装置２１に書き込まれて記憶される
（ステップＳ１１）。次に、プローブ６の座標値（Ｘ
ｍ、Ｙｍ、Ｚｍ）は０リセットされ、（Ｘｍ、Ｙｍ、Ｚ
ｍ）＝（０、０、０）となる（ステップＳ１２）。その
後、プローブ６を第１のレンズ面２０１の範囲内でＸ軸
方向に一定距離だけ走査させ（ステップＳ１３）、測定
された形状情報とあらかじめ入力されているレンズ面２
０１の曲率半径等の設計値から、現在のプローブ６の座
標値と第１のレンズ面２０１の中心２０１ｃとのＸ軸方
向のずれ量ΔＸｃを算出し（ステップＳ１４）、プロー
ブ６を目標位置である中心２０１ｃまでＸ軸方向にΔＸ
ｃ移動させる（ステップＳ１５）。

【００３９】この時、プローブ６が目標位置である中心
２０１ｃの座標値の十分近傍に達したかどうかの判定
は、ステップＳ１５を実行後、リアルタイムでディスプ
レイ１６に表示されている現在のプローブ６のＸ座標値
Ｘｍと、ステップＳ１４で算出したΔＸｃとの差｜Ｘｍ
−ΔＸｃ｜がα以下かどうかで判定される（ステップＳ
１６）。ここで、αはＸ軸及びＹ軸方向にプローブ６を
移動させるＸステージ８及びＹステージ９のぞれぞれに
備わったモータ１０を制御するためにＸＹ制御部１２が
出力し制御できる最小パルスより大きくなるように設定
する。これは、ステップＳ１６、Ｓ１７の間で無限ルー
プになるのを防止するためである。

【００４０】ステップＳ１６において、移動完了と判定
されなかった場合（｜Ｘｍ−ΔＸｃ｜＞α）には、さら
に補正パルスを出力してステップＳ１６、Ｓ１７の処理
を繰り返す。移動完了と判定された場合（｜Ｘｍ−ΔＸ
ｃ｜≦α）には、中心位置決め完了条件を満たしている
かどうかを、ずれ量ΔＸｃがある一定量β以下に収束し
たかどうかの判定によって判定される（ステップＳ１
８）。これによってＸ軸方向の中心位置決めが完了す
る。

【００４１】こうしてＸ軸方向のセンタリングが完了し
た後、引き続いてステップＳ１１〜Ｓ１８の処理をＸ軸
からＹ軸に置き換えて実行することによってＹ軸方向の
位置決め処理を実施する（ステップＳ１９）。そして、
Ｘ軸及びＹ軸についてそれぞれ中心位置決めが完了する
と、位置決めの際のＸＹ方向のプローブ６の移動量の情
報をディスプレイ１６に表示する（ステップＳ２０）。
これは中心位置決め動作確認のためであり、省略しても
かまわない。

【００４２】図７は、第１のレンズ面２０１の中心２０
１ｃを通過するＸ−Ｚ断面を示した図である。従来は、
前述したように各レンズ面の頂点位置を設計式の原点と
して形状測定データを評価していたために、中心位置決
めの際にＺ座標もリセットされていた。しかし、本実施
形態において、あらかじめ機械原点１０１を基準とした
ベース面２３のＺ座標を登録し、各レンズ面の中心位置
２０１ｃ〜２０３ｃの機械原点１０１を基準としたオフ
セット座標値を（Ｘａ₁、Ｙａ₁、Ｚａ₁）として登録
することで、ベース面２３のオフセット座標値（Ｘ
ａ_b、Ｙａ_b、Ｚａ_b）として求めることにより、ベー
ス面２３からの各頂点の高さΔＨ（第１のレンズ面２０
１の場合は、ΔＨ＝Ｚａ₁−Ｚａ_b）は容易に求まる。
また、形状測定する場合は、上述したように各レンズ面
の中心を設計式として評価することで問題はない。

【００４３】また、本実施形態の場合、ベース面２３が
傾いている場合には、各中心座標を上述した中心位置決
めにより求める際にベース面２３の傾きをあらかじめ考
慮して中心座標に反映させることで、ベース面２３を基
準とした中心位置を求めることもできる。

【００４４】本実施形態で求められた機械原点１０１を
基準とした絶対座標値を登録できる個数は、例えば約３
０個など、評価に使用するに十分な個数を確保する必要
がある。これにより、例えば機械原点１０１を基準とし
た座標系において、例えば３点のオフセット座標値から
空間方程式を求めるなど、応用範囲が広がる。

【００４５】なお、上記各ステップＳ１１〜２０、及び
Ｓ１〜Ｓ６を実行する各手段は、例えば形状測定機に搭
載されたコンピュータ（図示せず）のメモリに構築され
た実行形式のプログラムにて構成される。また、本実施
形態において求めた各中心座標は、プログラムが終了す
る際に、電源を切った状態でも情報が失われないＨＤＤ
や不揮発性メモリ等の記憶装置２１に設定情報として保
存し、次回のプログラム起動時にその情報を読み出すこ
とで、前回の測定時の作業状態を保存し、作業効率を向
上させることができる。

【００４６】本実施形態では、同一の測定物内の求めた
い複数個の中心座標を機械原点を基準とした絶対座標系
で求めることで、任意の中心間の距離を簡単に求められ
るという利点がある。また、ベース面２３の傾きを考慮
した測定も可能であり、作業者の負担が軽減され、測定
時間が短縮されるとともに、様々な測定方法を可能にす
る。

【００４７】また、本実施形態を実現するためには、従
来の形状測定機に記憶装置２１が必要となるが、元々コ
ンピュータ自身にメモリあるいはＨＤＤ等の記憶装置が
組み込まれており、それを利用することでコストアップ
にはならない。

【００４８】次に、本発明の他の実施形態について、図
８を参照して説明する。なお、形状測定機の全体構成は
図１を参照して説明した上記実施形態と同じであり、そ
の説明を援用する。本実施形態は複数個の被測定物の形
状測定を行うものである。

【００４９】図８を参照してｎ個の被測定物３０の形状
測定を行う測定方法について以下に説明する。図８にお
いて、ｎ個の測定物３０−１〜３０−ｎは、あらかじめ
作製された治具３１に設けられたｎ個の設置穴３２にそ
れぞれ設置され、ワックス３３により固定されている。
設置穴３２は被測定物３０の大きさに準じて製作され、
被測定物３０は設置穴３２に設置、固定された後はＸＹ
方向へのガタツキはないものとする。

【００５０】測定時には、最初にプローブ６を基準とな
る機械原点１０１に設定し、その後プローブ６をＸＹ方
向にそれぞれ移動させ、第１の被測定３０−１の頂点位
置３０−１ｃ近傍に持ってくる。ここで、プローブ６を
第１の被測定物３０−１の形状に沿ってＺ軸方向に追従
させる（フォーカスＯＮ３４）。その後、中心位置決め
動作を行い、頂点位置３０−１ｃの座標値を求め、これ
を登録する。これは、プログラム上で図５に示したテー
ブル２２に登録していく。ここで、登録される座標値
は、機械原点１０１を基準としたオフセット座標値であ
ることは上記実施形態と同じである。

【００５１】その後、再びプローブ６を被測定物３０−
１からＺ方向に離し（フォーカスＯＦＦ３５）、プロー
ブ６を矢印３６のようにＸＹ方向にそれぞれ移動させ、
第２の被測定物３０−２の頂点位置３０−２ｃ近傍に持
ってきて、再びフォーカスＯＮ３４して中心位置決め動
作を行い、頂点位置３０−２ｃの座標値をテーブル２２
に登録する。この一連の動作を繰り返し、ｎ個の被測定
物３０−１〜３０−ｎの頂点位置３０−１ｃ〜３０−ｎ
ｃをテーブル２２に順次登録していく。

【００５２】機械原点１０１を基準としてそれぞれの被
測定物３０−１から３０−ｎの設置される位置が一意に
規定されることにより、別の被測定物を同様に測定する
際、被測定物３０を治具３１に設置し、それぞれの設置
位置に対応する機械原点１０１からのオフセット座標値
をテーブル２２から選択して、そのオフセット座標値に
プローブ６を自動的にＸＹ方向に位置決めし、移動させ
ることで、特に多数個の被測定物の形状測定を行う場合
には測定時間を低減することができる。

【００５３】また、上述したプローブ６の各被測定物へ
の移動及びフォーカスＯＮ、中心位置決め、形状測定、
フォーカスＯＦＦ、別の被測定物への移動、・・・の動
作を自動で実行するようにプログラムを設定することに
より、これまで被測定物３０の個数だけ作業者が行って
いた測定作業を自動化し、作業者の負担を低減するとと
もに測定時間を大幅に短縮することができる。

【００５４】なお、以上の説明では同一の被測定物に関
して説明したが、治具３１を複数種類の被測定物３０に
対応させた治具として製作することで、複数種類の被測
定物３０の測定にも応用できることは言うまでもない。

【００５５】また、機械原点１０１を基準としたオフセ
ット座標値（Ｘａ、Ｙａ、Ｚａ）を複数記憶できる機能
を有することにより、さらに別の実施形態として、例え
ば図９に示したように、レンズ成型用金型４１に、例え
ば凸球面形状をした基準測定物４２を金型４１の外径に
隣接させ、それぞれの基準測定物４２の頂点位置４２ｃ
を中心位置決め方法により求め、各頂点位置４２ｃの座
標から成型用金型４１の頂点位置４１ｃを中心位置決め
完了条件β（例えば１μｍ以下）以下の精度で外径基準
にて求め、その頂点位置４１ｃを形状測定の原点として
形状測定を行うことができる。これは、図示したよう
に、それぞれ２個の基準測定物４２の中心を結んだ線分
の垂直２等分線の交点によって、外径基準による成型用
金型４１の中心位置４１ｃを求める。この場合、成型用
金型４１の形状基準での評価のみならず、外径基準での
形状評価が可能となり、評価方法を増やすことができ
る。

【００５６】以上のように本発明の上記実施形態によれ
ば、被測定物の頂点位置を基準とした座標系に加え、機
械原点を基準とした座標系からのオフセット座標を用い
ることができることにより、作業者の負担を低減し、測
定時間を大幅に短縮することが可能である。また、従来
の被測定物の形状基準での評価に加え、外径基準での形
状評価も可能となるなどの測定に関する応用範囲を広げ
ることができる。

【００５７】

【発明の効果】本発明の測定装置によれば、以上のよう
に複数のオフセット座標を記憶する手段を備えているの
で、被測定物に複数の被測定部を有する場合や複数の被
測定物を測定する場合に、各被測定部の座標値を記憶さ
せておくことにより、各被測定部の相関や複数の被測定
物に対するプローブの位置決めに際して被測定部毎の相
対座標値から演算する必要がなく、測定時間及び作業者
の負担を低減できる。

【００５８】また、本発明の測定方法によれば、被測定
物の特定位置を基準とした座標系にて被測定部の表面形
状を測定するとともに、複数の特定位置をオフセット座
標として記憶しておき、オフセット座標値に基づいてプ
ローブの移動や被測定部間の相関測定を行うので、被測
定物に複数の被測定部を有する場合や複数の被測定物を
測定する場合などに測定時間及び作業者の負担を低減で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態における超高精度三次元測
定機の構成図である。

【図２】同実施形態における絶対座標系の説明図であ
る。

【図３】同実施形態における測定時の動作フロー図であ
る。

【図４】同実施形態におけるプローブの動作を示し、
（ａ）はフォーカスＯＮ状態の説明図、（ｂ）はフォー
カスＯＦＦ状態の説明図である。

【図５】同実施形態における測定原点テーブルの説明図
である。

【図６】同実施形態における中心位置決め時の動作フロ
ー図である。

【図７】同実施形態における第１のレンズ面の中心を通
るＸ−Ｚ断面図である。

【図８】本発明の他の実施形態における被測定物の設置
状態及び測定動作を示す斜視図である。

【図９】本発明のさらに別の実施形態における成型用金
型の中心を求める方法の説明図である。

【図１０】従来例における超高精度三次元測定機の構成
図である。

【図１１】従来例における相対座標系の説明図である。

【符号の説明】

２被測定物２１記憶装置３０被測定物１０１機械原点２０１、２０２、２０３レンズ面（被測定部）２０１ｃ、２０２ｃ、２０３ｃレンズ面の中心

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者久保圭司大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者竹内博之大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 2F065 AA03 AA04 AA17 AA21 CC00 CC22 FF51 GG04 LL12 MM07 PP04 PP22 QQ23 QQ51 2F069 AA03 AA04 AA31 BB40 GG59 GG62 HH01 HH09 HH30 JJ08 JJ26 2G086 FF01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定物における被測定部の表面を検出
してＺ方向に追従するプローブをＸＹ方向に走査し、か
つ被測定部の中心位置決めを行って座標系をリセットし
て、被測定部の表面形状を測定する測定装置において、
複数のオフセット座標を記憶する手段を備えたことを特
徴とする測定装置。
【請求項２】オフセット座標は、測定装置の特定の基
準点からのオフセット座標値で記憶するように構成され
ていることを特徴とする請求項１記載の測定装置。
【請求項３】測定装置の特定の基準点は原点検出手段
により機械的に設定される機械原点であることを特徴と
する請求項２記載の測定装置。
【請求項４】被測定物の表面形状を検出するプローブ
を有し、プローブ又は被測定物をＸＹ方向に走査して被
測定物の表面形状を測定する測定方法において、被測定
物の特定位置を基準とした座標系にて被測定部の表面形
状を測定するとともに、複数の特定位置をオフセット座
標として記憶しておき、オフセット座標値に基づいてプ
ローブの移動や被測定部間の相関測定を行うことを特徴
とする測定方法。
【請求項５】オフセット座標が、ある特定の基準点か
らのオフセット座標値であることを特徴とする請求項４
記載の測定方法。
【請求項６】オフセット座標が、原点検出手段により
機械的に設定される機械原点からの座標値であることを
特徴とする請求項４記載の測定方法。
【請求項７】被測定物の特定位置が、被測定部の中心
であることを特徴とする請求項４〜６の何れかに記載の
測定方法。
【請求項８】被測定物の被測定部の中心近傍位置にお
いてプローブを被測定部の表面形状に追従させながらＸ
Ｙ方向に走査して被測定部の中心位置を特定する手段を
用いて、被測定物内の複数の被測定部の中心座標及び中
心間距離を求めることを特徴とする請求項４〜７記載の
測定方法。
【請求項９】被測定物における複数の被測定部のベー
ス部の傾きをプローブをＸＹ方向に走査して測定し、被
測定部の形状評価または中心位置決めに反映させること
を特徴とする請求項４〜８の何れかに記載の測定方法。
【請求項１０】複数の被測定物を機械原点を基準とし
て一意的に設定される設置位置に設置し、被測定物の設
置位置に対応する機械原点からのオフセット座標値が予
め登録されたテーブルから任意の被測定物に対応するオ
フセット座標値を選択し、プローブを自動的にオフセッ
ト座標値に移動させて位置決めし、被測定物の形状測定
を行うことを特徴とする請求項４〜７の何れかに記載の
測定方法。
【請求項１１】プローブの位置決めがＸＹ方向に加
え、Ｚ方向も含むことを特徴とする請求項１０記載の測
定方法。