JP2014149247A - Measurement method, determination method, and measurement instrument - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique which is advantageous to obtain an apex in a detection object surface when measuring a shape of the detection object surface.SOLUTION: A measurement method for measuring a shape of a detection object surface by causing a probe to scan relatively to the detection object surface in a state where a front end of the probe is in contact with the detection object surface includes: a contact step of bringing the front end of the probe into contact with the detection object surface; a setting step of setting a line including a route along which the front end of the probe is moved on the detection object surface when being brought into contact with the detection object surface, as a scan route for the probe scanning relative to the detection object surface; an acquisition step of causing the probe to scan along the scan route and acquiring position information at a plurality of measurement points on the scan route; and a determination step of determining the shape of the detection object surface on the basis of the position information on the scan route.

Description

本発明は、測定方法、決定方法および測定装置に関する。   The present invention relates to a measurement method, a determination method, and a measurement apparatus.

レンズ、ミラー、プリズム、およびそれらの金型などの表面形状を、プローブの先端を被検面(表面)に接触させながら測定する接触式の測定装置が知られている。接触式の測定装置は、プローブの先端を被検面に接触させた状態でプローブを被検面に対して相対的に走査させ、その際におけるプローブの変位をレーザー測長器などによって検出することにより被検面の形状を測定することができる。   2. Description of the Related Art Contact-type measuring devices that measure the surface shapes of lenses, mirrors, prisms, and their molds while bringing the tip of a probe into contact with a test surface (surface) are known. The contact-type measuring device scans the probe relative to the surface to be measured while the tip of the probe is in contact with the surface to be detected, and detects the displacement of the probe at that time by a laser length measuring device or the like. Thus, the shape of the test surface can be measured.

このような接触式の測定装置では、プローブによって被検面を走査する複数の経路を、被検面の頂点を含む経路に対して対称になるように設定することが求められている。そのため、被検面の形状を測定する際に、被検面における頂点の位置を求めることが必要である。そこで、接触式の測定装置において、被検面の頂点の位置を求める方法が、特許文献1に提案されている。特許文献1では、プローブにより被検面を走査する複数の経路を、それらが平行になるように被検面上に設定し、各経路に沿ってプローブを走査させることにより各経路における曲率半径が決定される。そして、各経路において決定された曲率半径に基づいて被検面における頂点の位置を求める。   In such a contact-type measuring apparatus, it is required to set a plurality of paths for scanning the test surface with the probe so as to be symmetric with respect to the path including the vertex of the test surface. Therefore, when measuring the shape of the test surface, it is necessary to obtain the position of the vertex on the test surface. In view of this, Patent Document 1 proposes a method for obtaining the position of the apex of the test surface in a contact-type measuring apparatus. In Patent Document 1, a plurality of paths for scanning a test surface by a probe are set on the test surface so that they are parallel to each other, and the radius of curvature in each path is set by scanning the probe along each path. It is determined. And the position of the vertex in a to-be-tested surface is calculated | required based on the curvature radius determined in each path | route.

特開2007−271359号公報JP 2007-271359 A

特許文献1に記載された測定装置では、プローブを被検面に接触させる工程と、プローブを被検面に接触させた状態で走査させる工程とを繰り返すことにより、被検面における頂点の位置を求めている。そのため、被検面における頂点の位置を求めるまでに相応の時間が掛ってしまう。特に、プローブを被検面に接触させる際には、プローブの破損や被検面の損傷などを防ぐため、緩やかな接触動作が求められており、プローブを被検面に接触させる工程を繰り返すことは、その分だけ時間が掛ってしまうこととなる。   In the measuring apparatus described in Patent Document 1, the position of the vertex on the test surface is determined by repeating the step of bringing the probe into contact with the test surface and the step of scanning the probe in contact with the test surface. Looking for. For this reason, it takes a considerable time to obtain the position of the vertex on the surface to be examined. In particular, when the probe is brought into contact with the test surface, a gentle contact operation is required to prevent damage to the probe or damage to the test surface, and the process of bringing the probe into contact with the test surface is repeated. Will take much time.

そこで、本発明は、被検面の形状を測定する際に、被検面における頂点を求める上で有利な技術を提供することを例示的目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a technique that is advantageous in obtaining the apex on the test surface when measuring the shape of the test surface.

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての測定方法は、プローブの先端を被検面に接触させた状態で前記プローブを前記被検面に対して相対的に走査させ、前記被検面の形状を測定する測定方法であって、前記プローブの先端を前記被検面に接触させる接触工程と、前記プローブの先端を前記被検面に接触させた際に当該先端が前記被検面上で動いた経路を含む線を、前記プローブを前記被検面に対して相対的に走査させるときの走査経路として設定する設定工程と、前記走査経路に沿って前記プローブを走査させ、前記走査経路上における複数の測定箇所で位置情報を取得する取得工程と、前記走査経路上における前記位置情報に基づいて前記被検面の形状を決定する決定工程と、を含む、ことを特徴とする。   In order to achieve the above object, a measurement method according to one aspect of the present invention is configured to scan the probe relative to the test surface in a state where the tip of the probe is in contact with the test surface. A measuring method for measuring a shape of a test surface, wherein a contact step of bringing the tip of the probe into contact with the test surface, and the tip of the probe being brought into contact with the test surface when the tip of the probe is brought into contact with the test surface A setting step of setting a line including a path moved on a surface as a scanning path when the probe is scanned relative to the test surface; and scanning the probe along the scanning path; An acquisition step of acquiring position information at a plurality of measurement points on the scanning path; and a determination step of determining the shape of the test surface based on the position information on the scanning path. .

本発明によれば、例えば、被検面の形状を測定する際に、被検面における頂点を求める上で有利な技術を提供することができる。   According to the present invention, for example, when measuring the shape of the test surface, it is possible to provide a technique that is advantageous in obtaining the vertex on the test surface.

本発明の第1実施形態の測定装置を示す図である。It is a figure which shows the measuring apparatus of 1st Embodiment of this invention. プローブを被検面に接触させた際に、プローブに加わる力を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the force added to a probe when a probe is made to contact a test surface. プローブが傾いている状態におけるプローブハウジングの内部をZ方向から見たときの図である。It is a figure when the inside of the probe housing in the state which the probe inclined is seen from the Z direction. 第1実施形態の測定装置において被検面の形状を計測する方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the method of measuring the shape of a to-be-tested surface in the measuring apparatus of 1st Embodiment. 被検面上におけるプローブの走査経路を示す図である。It is a figure which shows the scanning path | route of the probe on a to-be-tested surface. 被検面上におけるプローブの走査経路を示す図である。It is a figure which shows the scanning path | route of the probe on a to-be-tested surface. シリンドリカルレンズの表面上におけるプローブの走査経路を示す図である。It is a figure which shows the scanning path | route of the probe on the surface of a cylindrical lens.

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材ないし要素については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。   DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the accompanying drawings. In addition, in each figure, the same reference number is attached | subjected about the same member thru | or element, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

<第1実施形態>
本発明の第1実施形態の測定装置1について、図1を参照しながら説明する。図1は、第1実施形態の測定装置1を示す図である。第1実施形態の測定装置1は、プローブ4と、プローブ4を弾性支持するプローブハウジング6と、プローブハウジング6を駆動する駆動部13とを含む。また、測定装置1は、プローブ4の移動を制御するとともに、被検面の形状の測定を制御する制御部14を含む。そして、測定装置1は、プローブ4の先端を被検面に接触させた状態でプローブ4を被検面に対して相対的に走査させ、被検面の形状を測定することができる。
<First Embodiment>
A measuring apparatus 1 according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram illustrating a measuring apparatus 1 according to the first embodiment. The measuring apparatus 1 according to the first embodiment includes a probe 4, a probe housing 6 that elastically supports the probe 4, and a drive unit 13 that drives the probe housing 6. The measuring apparatus 1 includes a control unit 14 that controls the movement of the probe 4 and controls the measurement of the shape of the test surface. The measuring apparatus 1 can measure the shape of the test surface by causing the probe 4 to scan relative to the test surface with the tip of the probe 4 in contact with the test surface.

プローブ4は、プローブ球2とプローブシャフト3とを含む。プローブ球2は、プローブシャフト3の被検面側の先端に備えらた真球度の高い精密球であり、被検面の形状を測定する際に被検面に接触させる部分である。プローブ4は、プローブハウジング6により弾性支持部材5を介して弾性支持されている。プローブハウジング6は、第1検出部7xと第2検出部7yとを有している。第1検出部7xは、プローブ4の先端(プローブ球2)が被検面に接触した際にプローブ4がX方向(第1方向)に傾いた量である第1傾き量を検出する。また、第2検出部7yは、プローブ球2が被検面に接触した際にプローブ4がY方向(第2方向)に傾いた量である第2傾き量を検出する。   The probe 4 includes a probe ball 2 and a probe shaft 3. The probe sphere 2 is a precision sphere with a high sphericity provided at the tip of the probe shaft 3 on the test surface side, and is a portion that comes into contact with the test surface when measuring the shape of the test surface. The probe 4 is elastically supported by the probe housing 6 via the elastic support member 5. The probe housing 6 has a first detector 7x and a second detector 7y. The first detection unit 7x detects a first tilt amount that is an amount by which the probe 4 is tilted in the X direction (first direction) when the tip of the probe 4 (probe sphere 2) contacts the test surface. Further, the second detection unit 7y detects a second tilt amount, which is an amount by which the probe 4 is tilted in the Y direction (second direction) when the probe sphere 2 comes into contact with the test surface.

第1検出部7xは、プローブハウジング6内のX方向側に配置され、例えば、Z方向に離れて配置された複数の変位計(第1実施形態では2つの変位計(7xおよび7x))を含む。そして、第1検出部7xは、変位計7xにより検出されたプローブ4のX方向への変位量と、変位計7xにより検出されたプローブ4のX方向への変位量とに基づいてプローブ4の第1傾き量を検出することができる。変位計7xおよび7xは、例えば静電容量センサをそれぞれ含むように構成されており、プローブ4と変位計7xとの間の容量変化、およびプローブ4と変位計7xとの間の容量変化をそれぞれ計測する。これにより、変位計7xおよび7xは、プローブ4のX方向への変位量をそれぞれ検出することができる。第1実施形態の変位計7xおよび7xでは、静電容量センサを含むように構成されているが、それに限定されるものではなく、プローブ4の変位量を高精度に検出できるように構成されていればよい。 First detector 7x is arranged in the X direction within the probe housing 6, for example, a plurality of displacement gauges which are spaced apart in the Z direction (the two displacement meters in the first embodiment (7x 1 and 7x 2) )including. The first detector 7x, based on the displacement amount in the X-direction of the probe 4 detected by the displacement sensor 7x 1, the displacement amount in the X-direction of the probe 4 detected by the displacement gauge 7x 2 probe The first inclination amount of 4 can be detected. Displacement meter 7x 1 and 7x 2, for example capacitive sensor is configured to include each between the capacitance change between the probe 4 and the displacement meter 7x 1, and the probe 4 and the displacement gauge 7x 2 Each change in capacity is measured. Thus, displacement meter 7x 1 and 7x 2 can detect the displacement amount in the X-direction of the probe 4 respectively. In displacement meter 7x 1 and 7x 2 of the first embodiment, are configured to include a capacitance sensor, it is not limited thereto, configured to detect the amount of displacement of the probe 4 with high precision It only has to be done.

同様に、第2検出部7yは、プローブハウジング6のY方向側に配置され、例えば、Z方向に離れて配置された複数の変位計(第1実施形態では2つの変位計(7yおよび7y))を含む。そして、第2検出部7yは、変位計7yにより検出されたプローブのY方向への変位量と、変位計7yにより検出されたプローブ4のY方向への変位量とに基づいてプローブ4の第2傾き量を検出することができる。変位計7yおよび7yは、例えば静電容量センサをそれぞれ含むように構成されており、プローブと変位計7yとの間の容量変化、およびプローブと変位計7yとの間の容量変化をそれぞれ計測する。これにより、変位計7yおよび7yは、プローブ4のY方向への変位量をそれぞれ検出することができる。 Similarly, the second detection unit 7y is placed on the Y direction side of the probe housing 6, for example, a plurality of displacement gauges which are spaced apart in the Z direction (in the first embodiment two displacement meter (7y 1 and 7y 2 )). Then, the second detection unit 7y, the probe 4 on the basis of the displacement amount in the Y direction of the detection probe by the displacement gauge 7y 1, the displacement amount in the Y direction of the probe 4 detected by the displacement gauge 7y 2 The second inclination amount can be detected. The displacement meters 7y 1 and 7y 2 are configured to include, for example, capacitance sensors, respectively, and change in capacitance between the probe and the displacement meter 7y 1 and change in capacitance between the probe and the displacement meter 7y 2. Measure each. Thus, displacement meter 7y 1 and 7y 2 can detect the displacement amount in the Y direction of the probe 4 respectively.

また、プローブハウジング6は、プローブ4のZ方向の変位を検出する第3検出部7zを有している。第3検出部7zは、プローブハウジング6のZ方向側の面に配置された変位計を含む。変位計は、例えば静電容量センサを含み、プローブと変位計との間の容量変化を計測することによってプローブ4のZ方向への変位量を検出することができる。ここで、第1検出部7x、第2検出部7yおよび第3検出部7zに含まれる変位計は、静電容量センサを含むように構成されているが、それに限定されるものではなく、プローブ4の変位量を高精度に検出できるように構成されていればよい。   In addition, the probe housing 6 has a third detection unit 7z that detects the displacement of the probe 4 in the Z direction. The third detector 7z includes a displacement meter disposed on the surface of the probe housing 6 on the Z direction side. The displacement meter includes, for example, a capacitance sensor, and can detect a displacement amount of the probe 4 in the Z direction by measuring a capacitance change between the probe and the displacement meter. Here, the displacement meter included in the first detection unit 7x, the second detection unit 7y, and the third detection unit 7z is configured to include a capacitance sensor, but is not limited thereto. It is only necessary that the displacement amount 4 can be detected with high accuracy.

駆動部13は、ベース16上に配置されており、プローブハウジング6を駆動するために設けられている。駆動部13は、例えば、プローブハウジング6を支持する天板13aと、天板13aをZ方向に駆動するZ軸ステージ13bと、天板13aをY方向に駆動するY軸ステージ13cと、天板13aをX方向に駆動するX軸ステージ13dによって構成されている。これにより、プローブハウジング6を3軸方向(3次元的)に移動可能となり、プローブハウジング6により弾性支持されたプローブ4を、ベース16上に配置された被検物Wの被検面に接触させた状態で、被検面に対して相対的に走査させることができる。   The drive unit 13 is disposed on the base 16 and is provided to drive the probe housing 6. The drive unit 13 includes, for example, a top plate 13a that supports the probe housing 6, a Z-axis stage 13b that drives the top plate 13a in the Z direction, a Y-axis stage 13c that drives the top plate 13a in the Y direction, and a top plate It is constituted by an X axis stage 13d that drives 13a in the X direction. Thus, the probe housing 6 can be moved in three axial directions (three-dimensionally), and the probe 4 elastically supported by the probe housing 6 is brought into contact with the test surface of the test object W arranged on the base 16. In this state, scanning can be performed relative to the test surface.

プローブハウジング6には、プローブハウジング6のX方向の位置を計測するための干渉計9xおよび9xが備えられている。干渉計9xおよび9xはそれぞれ、例えば、ベース16に接続された構造体17により支持されたX基準ミラー10に向けてレーザー光を照射し、X基準ミラー10で反射されたレーザー光によりプローブハウジング6における基準位置からの変位を検出する。これにより、X基準ミラー10とプローブハウジング6との距離、即ち、プローブハウジング6のX方向の位置を計測することができる。同様に、プローブハウジング6には、プローブハウジング6のY方向の位置を計測するための干渉計9yおよび9y(不図示)、プローブハウジング6のZ方向の位置を計測するための干渉計9zが備えられている。干渉計9yおよび9yはそれぞれ、例えば、ベース16に接続された構造体17により支持されたY基準ミラー(不図示)に向けてレーザー光を照射し、Y基準ミラーで反射されたレーザー光によりプローブハウジング6における基準位置からの変位を検出する。これにより、Y基準ミラーとプローブハウジング6との距離、即ち、プローブハウジング6のY方向の位置を計測することができる。干渉計9zは、例えば、ベース16に接続された構造体17により支持されたZ基準ミラー12に向けてレーザー光を照射し、Z基準ミラー12で反射されたレーザー光によりプローブハウジング6における基準位置からの変位を検出する。これにより、Z基準ミラー12とプローブハウジング6との距離、即ち、プローブハウジング6のZ方向の位置を計測することができる。 The probe housing 6, the interferometer 9x 1 and 9x 2 for measuring the X position of the probe housing 6 is provided. Each interferometer 9x 1 and 9x 2, for example, the probe is irradiated with laser light to the X reference mirror 10 supported by the structure 17 which is connected to the base 16, the laser beam reflected by the X reference mirror 10 The displacement from the reference position in the housing 6 is detected. Thereby, the distance between the X reference mirror 10 and the probe housing 6, that is, the position of the probe housing 6 in the X direction can be measured. Similarly, the probe housing 6, the interferometer 9y 1 and 9y 2 (not shown) for measuring the position in the Y direction of the probe housing 6, the interferometer 9z for measuring the position in the Z direction of the probe housing 6 Is provided. Each of the interferometers 9y 1 and 9y 2 irradiates a laser beam toward a Y reference mirror (not shown) supported by a structure 17 connected to the base 16, and reflects the laser beam reflected by the Y reference mirror. Thus, the displacement from the reference position in the probe housing 6 is detected. Thereby, the distance between the Y reference mirror and the probe housing 6, that is, the position of the probe housing 6 in the Y direction can be measured. For example, the interferometer 9z irradiates laser light toward the Z reference mirror 12 supported by the structure 17 connected to the base 16, and the reference position in the probe housing 6 is reflected by the laser light reflected by the Z reference mirror 12. The displacement from is detected. Thereby, the distance between the Z reference mirror 12 and the probe housing 6, that is, the position of the probe housing 6 in the Z direction can be measured.

このように構成された測定装置1では、被測定物の形状によってはプローブによって被検面を走査する複数の経路を、被検面の頂点を含む経路に対して対称になるように設定することが求められている。例えば、凸レンズなど頂点を中心とした回転対称の被検物を測定する際には、被検面の頂点の位置を求めることが必要である。そのため、被検面の頂点を含むようにプローブの走査経路を設定することが必要である。そこで、制御部14は、プローブ4の先端(プローブ球2)を被検面に接触させた際に当該先端が被検面上で動いた経路を含む線を、プローブ4を被検面に対して相対的に走査させるときの走査経路として設定する。例えば、被検面上において傾斜を有している部分にプローブ球2を接触させた場合、プローブ球2は当該傾斜に応じて動き、プローブ4は弾性支持部材5を支点として傾く。このようにプローブ球2が被検面の傾斜に応じて動いたとき、プローブ球2が動いた方向と反対側の方向(プローブ4(プローブシャフト3)が傾いた方向)に被検面の頂点が位置することとなる。そのため、プローブ球2が被検面上で動いた経路を含む線をプローブの走査経路として設定すると、当該走査経路に被検面の頂点を含ませることができる。即ち、被検面の頂点を通るようにプローブ4を走査させることができる。また、制御部14は、設定した走査経路上における複数の測定箇所で位置情報を取得し、取得した位置情報に基づいて被検面の形状を決定する。   In the measuring apparatus 1 configured in this way, depending on the shape of the object to be measured, a plurality of paths for scanning the test surface by the probe are set so as to be symmetric with respect to the path including the vertex of the test surface. Is required. For example, when measuring a rotationally symmetric test object having a vertex such as a convex lens, it is necessary to determine the position of the vertex of the test surface. Therefore, it is necessary to set the scanning path of the probe so as to include the vertex of the test surface. Therefore, the control unit 14 indicates a line including a path along which the tip of the probe 4 (probe ball 2) moves on the test surface when the probe 4 is brought into contact with the test surface. And set as a scanning path for relatively scanning. For example, when the probe ball 2 is brought into contact with a portion having an inclination on the test surface, the probe ball 2 moves according to the inclination, and the probe 4 is inclined with the elastic support member 5 as a fulcrum. Thus, when the probe sphere 2 moves according to the inclination of the test surface, the apex of the test surface in the direction opposite to the direction in which the probe sphere 2 moves (the direction in which the probe 4 (probe shaft 3) tilts). Will be located. Therefore, when a line including a path on which the probe sphere 2 moves on the test surface is set as the scanning path of the probe, the vertex of the test surface can be included in the scanning path. That is, the probe 4 can be scanned so as to pass through the apex of the test surface. In addition, the control unit 14 acquires position information at a plurality of measurement points on the set scanning path, and determines the shape of the test surface based on the acquired position information.

ここで、プローブ4を被検物Wの被検面に接触させた際にプローブ4が傾く原理について、図2を参照しながら説明する。図2(a)は、被検面において傾斜を有している部分pにプローブ球2を接触させた際における、プローブ球2に加わる力とプローブシャフト3に加わる力との関係を表した図である。プローブ球2を被検面上の部分pに接触させると、プローブシャフト3における点qには、弾性支持部材5の剛性により、プローブシャフト3を−Z方向に向けて押す力(Z軸針圧)Fzと、プローブシャフト3を拘束させる力(拘束力)Frとが発生する。そのため、プローブシャフト3における点qには、Z軸針圧Fzと拘束力Frとを合成した力である合力Fbが生じる。プローブ球2には、Z軸針圧Fzにより、部分pから垂直抗力Fnと、被検面とプローブ球2との間の摩擦力Fxとが発生する。そのため、プローブ球2には、部分pから、垂直抗力Fnと摩擦力Fxとを合成した力である合力Faが生じる。この合力Faは、例えば光学レンズや金型など、プローブ球2と被検面との摩擦が小さい場合、摩擦力Fxが小さくなるため、推力抗力Fnとほぼ同じ方向および大きさとなり、合力Fbと反対の方向となる。また、合力Fbは、合力Faから見て左側にオフセットした(ずれた)位置関係にあるため、プローブ球2には、反時計回りの方向にモーメントNが発生する。プローブ4は、プローブ球2に発生するモーメントNの影響を受けて、点qを支点として、プローブ球2がX方向に動くように傾く。   Here, the principle that the probe 4 tilts when the probe 4 is brought into contact with the test surface of the test object W will be described with reference to FIG. FIG. 2A shows the relationship between the force applied to the probe sphere 2 and the force applied to the probe shaft 3 when the probe sphere 2 is brought into contact with the inclined portion p of the test surface. It is. When the probe ball 2 is brought into contact with the portion p on the test surface, the point q on the probe shaft 3 pushes the probe shaft 3 in the −Z direction due to the rigidity of the elastic support member 5 (Z-axis needle pressure). ) Fz and a force (restraint force) Fr for restraining the probe shaft 3 are generated. Therefore, a resultant force Fb that is a force obtained by combining the Z-axis needle pressure Fz and the restraining force Fr is generated at the point q on the probe shaft 3. The probe ball 2 generates a vertical drag Fn from the portion p and a frictional force Fx between the test surface and the probe ball 2 due to the Z-axis needle pressure Fz. Therefore, a resultant force Fa that is a force obtained by synthesizing the normal force Fn and the frictional force Fx is generated in the probe ball 2 from the portion p. When the friction between the probe ball 2 and the test surface is small, such as an optical lens or a mold, the resultant force Fa is approximately the same direction and magnitude as the thrust drag Fn, and the resultant force Fb The opposite direction. Further, the resultant force Fb is in a positional relationship offset (shifted) to the left as viewed from the resultant force Fa, so that a moment N is generated in the probe ball 2 in the counterclockwise direction. The probe 4 is affected by the moment N generated in the probe sphere 2 and tilts so that the probe sphere 2 moves in the X direction with the point q as a fulcrum.

被検物Wが、図2(b)に示すように、頂点Oを中心とした回転対称である場合、上述したZ軸針圧Fz、拘束力Fr、垂直抗力Fnおよび摩擦力Fxは、被検面の頂点Oを含む面P上で発生する。したがって、合力Faおよび合力Fbも面P上で生じるため、プローブ球2は面Pに沿って動き、プローブ4は面Pに沿って傾くこととなる。即ち、プローブ球2を被検面上の部分pに接触させた際にプローブ球2が動いた経路を含む被検面上の線は、被検面と面Pとが交わる線21となる。そして、線21をプローブ4の走査経路として設定することにより、プローブ4を被検面の頂点を通るように走査させることができる。このような走査経路は、上述したように、プローブハウジング6に備えられた第1検出部7xにより検出されたプローブ4の第1傾き量と、第2検出部7yにより検出されたプローブ4の第2傾き量とに基づいて制御部14により決定される。   When the test object W is rotationally symmetric about the vertex O as shown in FIG. 2B, the Z-axis needle pressure Fz, the restraining force Fr, the vertical drag Fn, and the friction force Fx described above are It occurs on the surface P including the vertex O of the inspection surface. Therefore, since the resultant force Fa and the resultant force Fb are also generated on the surface P, the probe ball 2 moves along the surface P, and the probe 4 tilts along the surface P. That is, the line on the test surface including the path along which the probe sphere 2 has moved when the probe sphere 2 is brought into contact with the portion p on the test surface is a line 21 where the test surface and the surface P intersect. Then, by setting the line 21 as the scanning path of the probe 4, the probe 4 can be scanned so as to pass through the vertex of the test surface. As described above, such a scanning path includes the first inclination amount of the probe 4 detected by the first detection unit 7x provided in the probe housing 6 and the first inclination amount of the probe 4 detected by the second detection unit 7y. It is determined by the control unit 14 based on the two inclination amounts.

次に、第1傾き量および第2傾き量により走査経路を決定する方法について、図1および図3を参照しながら説明する。図3(a)は、プローブ球2が被検面に接触してプローブ4が傾いている状態におけるプローブハウジング6の内部をZ方向から見たときの図である。上述したように、プローブハウジング6は、第1検出部7xと第2検出部7yとを含んでいる。そして、第1検出部7xはZ方向に離れて配置された変位計7xおよび変位計7xを、第2検出部7yはZ方向に離れて配置された変位計7yおよび変位計7yをそれぞれ含む。 Next, a method for determining a scanning path based on the first inclination amount and the second inclination amount will be described with reference to FIGS. 1 and 3. FIG. 3A is a diagram when the inside of the probe housing 6 is viewed from the Z direction in a state where the probe ball 2 is in contact with the surface to be measured and the probe 4 is tilted. As described above, the probe housing 6 includes the first detection unit 7x and the second detection unit 7y. The first detector 7x is a displacement gauge 7x 1 and displacement gauge 7x 2 are spaced apart in the Z-direction, the second detection section 7y displacement gauge 7y 1 and displacement gauge disposed apart in the Z-direction 7y 2 Respectively.

変位計7xは、変位計7xが配置されているZ方向の位置において、変位計7xとプローブ4(プローブシャフト3)とのX方向の距離px1を計測する。例えば、変位計7xは、プローブ球2を被検面に接触させない状態(非接触状態)のときのプローブ4のX方向の位置に対する、プローブ球2を被検面に接触させた状態(接触状態)のときのプローブ4のX方向の変位量を計測する。この変位量を、非接触状態のときにおける変位計7xとプローブ4とのX方向の距離(基準距離)に加えることにより、接触状態のときにおける変位計7xとプローブ4とのX方向の距離px1を計測することができる。同様にして、変位計7xは、変位計7xが配置されているZ方向の位置において、接触状態のときにおける変位計7xとプローブ4とのX方向の距離px2を計測することができる。これにより、第1検出部7xは、プローブ4がX方向(第1方向)に傾いた量である第1傾き量を検出することができる。 Displacement meter 7x 1, in position in the Z direction displacement meter 7x 1 is arranged to measure the X-direction distance px1 the displacement meter 7x 1 and the probe 4 (the probe shaft 3). For example, displacement meter 7x 1 is relative to the position of the X-direction of the probe 4 in the state in which nothing comes into contact with the probe ball 2 on the test surface (non-contact state), a state where the probe ball 2 is brought into contact with the test surface (contact The displacement amount in the X direction of the probe 4 in the state) is measured. The amount of displacement, by adding the X direction distance between the displacement gauge 7x 1 and the probe 4 in the case of a non-contact state (reference distance), the X direction and the displacement gauge 7x 1 and the probe 4 at the time of contact The distance px1 can be measured. Similarly, displacement gauge 7x 2, in position in the Z direction displacement gauge 7x 2 are disposed, it is possible to measure the X-direction distance px2 the displacement meter 7x 2 and the probe 4 at the time of contact . Thereby, the 1st detection part 7x can detect the 1st inclination amount which is the quantity which the probe 4 inclined in the X direction (1st direction).

変位計7yは、変位計7yが配置されているZ方向の位置において、変位計7yとプローブ4とのY方向の距離py1を計測する。例えば、変位計7yは、非接触状態のときのプローブ4のY方向の位置に対する、接触状態のときのプローブ4のY方向の変位量を計測する。この変位量を、非接触状態のときにおける変位計7yとプローブ4とのY方向の距離(基準距離)に加えることにより、接触状態のときにおける変位計7yとプローブとのY方向の距離py1を計測することができる。同様にして、変位計7yは、変位計7yが配置されているZ方向の位置において、接触状態のときにおける変位計7yとプローブ4とのY方向の距離py2を計測することができる。これにより、第2検出部7yは、プローブ4がY方向(第2方向)に傾いた量である第2傾き量を検出することができる。 Displacement meter 7y 1, in position in the Z direction displacement meter 7y 1 is arranged to measure the Y-direction distance py1 between the displacement gauge 7y 1 and the probe 4. For example, displacement meter 7y 1 is the Y-direction position of the probe 4 when the non-contact state, to measure the displacement amount in the Y direction of the probe 4 when the contact state. The amount of displacement, by adding the Y direction distance between the displacement sensor 7y 1 and the probe 4 in the case of a non-contact state (reference distance), Y direction distance between the displacement sensor 7y 1 and the probe at the time of the contact py1 can be measured. Similarly, displacement gauge 7y 2, in position in the Z direction displacement gauge 7y 2 are disposed, it is possible to measure the Y-direction distance py2 between the displacement gauge 7y 2 and the probe 4 at the time of contact . Thereby, the 2nd detection part 7y can detect the 2nd inclination amount which is the quantity which the probe 4 inclined in the Y direction (2nd direction).

制御部14は、第1検出部により検出された第1傾き量と、第2検出部により検出された第2傾き量とに基づいて、プローブ球2を被検面に接触させた際にプローブ4が傾いた方向A(プローブ球2が動いた方向と反対の方向)を式(1)により求める。そして、制御部14は、この方向Aに基づいて、プローブ4が被検面に対して相対的に走査させるときの走査経路を決定する。これにより、決定した走査経路を、被検面の頂点を含むようにすることができる。ここで、第1実施形態の測定装置1では、変位計7xと変位計7yとは、Z方向における同じ位置に配置されており、変位計7xと変位計7yとは、Z方向における同じ位置に配置されているものとする。本実施形態では、図3(a)に示すように、第1検出部7xおよび第2検出部7yがプローブハウジング6に備えられているものについて説明した。しかし、図3(b)に示すように、第1検出部7xおよび第2検出部7yを構造体17に備えてもよい。
A=[(px1−px2),(py1−py2)] ・・・(1)
Based on the first tilt amount detected by the first detection unit and the second tilt amount detected by the second detection unit, the control unit 14 detects the probe when the probe ball 2 is brought into contact with the test surface. A direction A in which 4 is inclined (a direction opposite to the direction in which the probe ball 2 has moved) is obtained by the equation (1). Based on this direction A, the control unit 14 determines a scanning path when the probe 4 scans relative to the surface to be examined. Thereby, the determined scanning path can be made to include the vertex of the test surface. Here, the measuring apparatus 1 of the first embodiment, a displacement meter 7x 1 and displacement gauge 7y 1 is disposed at the same position in the Z direction, and displacement sensors 7x 2 and displacement gauge 7y 2 is Z-direction In the same position. In the present embodiment, as shown in FIG. 3A, the probe housing 6 is provided with the first detection unit 7x and the second detection unit 7y. However, as illustrated in FIG. 3B, the structure 17 may include the first detection unit 7 x and the second detection unit 7 y.
A = [(px1-px2), (py1-py2)] (1)

このように構成された測定装置1において被検面の形状を計測する方法を、図4および図5を参照しながら説明する。図4は、第1実施形態の測定装置1において被検面の形状を計測する方法を示すフローチャートであり、図5は、被検面上におけるプローブ4の走査経路を示す図である。ここでは、被検物Wとして凸レンズを想定する。   A method of measuring the shape of the test surface in the measuring apparatus 1 configured as described above will be described with reference to FIGS. 4 and 5. FIG. 4 is a flowchart showing a method for measuring the shape of the test surface in the measurement apparatus 1 of the first embodiment, and FIG. 5 is a diagram showing the scanning path of the probe 4 on the test surface. Here, a convex lens is assumed as the test object W.

まず、図4に示すフローチャートを開始する前に、測定装置1の電源を入れるとともに装置のシステムを立ち上げ、被検物Wを測定装置内(ベース16上)に配置する。電源を入れた直後は装置内の温度等の変動が大きく、測定精度等に影響を及ぼす恐れがあるため、電源を入れてから一定時間が経過した後に測定を開始するとよい。また、測定を開始する前に、被検物Wの情報や測定したい部分に応じて、測定箇所などの測定シーケンスが設定される。S1では、制御部14は、駆動部13を制御して、プローブ4を退避位置から被検物Wの上方に移動させる。S2では、制御部14は、測定を開始する指令が供給されるまで待機する。測定を開始する指令が供給された場合は、S3に進む。S3では、制御部14は、駆動部13を制御することによりプローブ4を−Z方向に移動させ、プローブ4の先端(プローブ球2)を被検面に接触させる。このとき、例えば、図5(a)に示すように、被検面の頂点から離れた位置にあり、かつ傾斜を有している被検面上の部分pにプローブ球2を接触させる。例えば、曲率が大きい被検面上の部分pにプローブ球2を接触させるとよい。このように傾斜を有する部分pにプローブ球2を接触させた場合、プローブ4は大きく傾くため、プローブ4が傾いた方向を検出してプローブ4の走査経路を設定することが容易になる。一方で、被検面の頂点Oなど、傾斜が少ない被検面上の部分にプローブを接触させた場合、プローブ4はほとんど傾かないため、プローブ4の走査経路を設定することが困難になってしまいうる。   First, before starting the flowchart shown in FIG. 4, the measurement apparatus 1 is turned on and the system of the apparatus is started, and the object W is placed in the measurement apparatus (on the base 16). Immediately after the power is turned on, the temperature in the apparatus varies greatly, which may affect the measurement accuracy, etc. Therefore, measurement should be started after a certain time has elapsed since the power was turned on. Further, before starting the measurement, a measurement sequence such as a measurement location is set according to the information on the test object W and the portion to be measured. In S <b> 1, the control unit 14 controls the drive unit 13 to move the probe 4 from the retracted position to above the test object W. In S2, the control unit 14 stands by until a command to start measurement is supplied. If a command to start measurement is supplied, the process proceeds to S3. In S3, the control unit 14 controls the drive unit 13 to move the probe 4 in the −Z direction, and brings the tip of the probe 4 (probe sphere 2) into contact with the surface to be measured. At this time, for example, as shown in FIG. 5A, the probe sphere 2 is brought into contact with a portion p on the test surface that is at a position away from the apex of the test surface and has an inclination. For example, the probe ball 2 may be brought into contact with the portion p on the test surface having a large curvature. When the probe sphere 2 is brought into contact with the inclined portion p in this way, the probe 4 is greatly inclined, so that it is easy to detect the direction in which the probe 4 is inclined and set the scanning path of the probe 4. On the other hand, when the probe is brought into contact with a portion on the test surface with a small inclination, such as the vertex O of the test surface, the probe 4 hardly tilts, and it becomes difficult to set the scanning path of the probe 4. It can happen.

S4では、制御部14は、プローブ球2を被検面に接触させた際にプローブ球2が被検面上で動いた経路を含むように、プローブ4を被検面に対して相対的に走査させるときの走査経路m1を設定する。プローブ4の走査経路m1は、上述したように、プローブ球2を被検面に接触させた際にプローブ4が傾いた方向(プローブ球2が動いた方向と反対方向)に向かって当該プローブ4を走査させるように設定される。そして、プローブ4が傾いた方向は、上述したように、第1検出部7xにより検出された第1傾き量(プローブがX方向に傾いた量)と、第2検出部7yにより検出された第2傾き量(プローブがY方向に傾いた量)とに基づいて求められる。このようにプローブ4の走査経路m1を設定することにより、プローブの走査経路m1は、図5(a)および図5(b)に示すように被検面の頂点Oを含むため、被検面の頂点Oを通るようにプローブ4を走査させることができる。ここで、図2(b)に示すように、頂点Oおよび走査経路m1を含む面PをXZ平面とする。   In S4, the control unit 14 moves the probe 4 relative to the test surface so that the probe ball 2 includes a path on the test surface when the probe ball 2 is brought into contact with the test surface. A scanning path m1 for scanning is set. As described above, the scanning path m1 of the probe 4 is directed toward the direction in which the probe 4 is inclined when the probe sphere 2 is brought into contact with the test surface (the direction opposite to the direction in which the probe sphere 2 moves). Is set to scan. The direction in which the probe 4 is tilted is, as described above, the first tilt amount detected by the first detector 7x (the amount by which the probe is tilted in the X direction) and the second detector 7y detected by the second detector 7y. 2 is obtained based on the tilt amount (the amount the probe is tilted in the Y direction). By setting the scanning path m1 of the probe 4 in this way, the scanning path m1 of the probe includes the vertex O of the test surface as shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b). The probe 4 can be scanned so as to pass through the vertex O. Here, as shown in FIG. 2B, a plane P including the vertex O and the scanning path m1 is defined as an XZ plane.

S5では、制御部14は、駆動部13を制御することにより、S4で設定された走査経路m1に沿ってプローブ4を走査させ、走査経路m1上における複数の測定箇所で位置情報を取得する。第1実施形態では、制御部14は、例えば、図5(c)の破線矢印51で示すように、走査経路m1に沿ってプローブ4を往復走査させる。このように往復走査させることにより、例えば、被検面上の部分pから一定方向(例えば−X方向)のみにプローブ4を走査させたときに生じうるプローブ4が通らない走査経路m1上の領域52を小さくすることができる。往復走査させることにより、被検面上の同じ場所を2回計測することができる。ここで、第1実施形態の測定装置1では、プローブ4を走査経路m1に沿って往復走査(2回走査)させたが、それに限られるものではなく、例えば、プローブ4を走査経路m1に沿って複数回(3回以上)にわたって走査させてもよい。   In S5, the control unit 14 controls the driving unit 13 to scan the probe 4 along the scanning path m1 set in S4, and acquires position information at a plurality of measurement points on the scanning path m1. In the first embodiment, the control unit 14 causes the probe 4 to reciprocate and scan along the scanning path m1 as indicated by a broken line arrow 51 in FIG. 5C, for example. By performing reciprocal scanning in this way, for example, an area on the scanning path m1 that does not pass the probe 4 that may occur when the probe 4 is scanned only in a certain direction (for example, −X direction) from the portion p on the test surface. 52 can be reduced. By reciprocating scanning, the same place on the surface to be measured can be measured twice. Here, in the measurement apparatus 1 of the first embodiment, the probe 4 is reciprocally scanned (scanned twice) along the scanning path m1, but the present invention is not limited to this. For example, the probe 4 is moved along the scanning path m1. May be scanned a plurality of times (three or more times).

制御部14は、まず、プローブ4が傾いた方向に向けて、即ち、被検面上の部分pから頂点Oに向かう方向(−X方向)にプローブ4を走査させる(領域53)。プローブ球2が頂点Oを通過するとプローブ4が傾く方向が反対方向になるが、制御部14は、プローブ球2が頂点Oを通過した際においても、領域53においてプローブを走査させた方向と同じ方向(−X方向)にプローブ4を走査させる(領域54)。そして、制御部14は、プローブ球2のZ方向の位置が頂点OのZ方向の位置より距離aだけ低くなるまで走査経路m1に沿って−X方向にプローブ4を走査させる。プローブ球2のZ方向の位置が頂点OのZ方向の位置より距離aだけ低くなったとき、制御部14は、プローブ4を走査させる方向を反対方向(X方向)にし、再度、走査経路m1に沿って(頂点Oに向けて)プローブ4を走査させる(領域54)。プローブ球2が頂点Oを通過するとプローブ4が傾く方向が反対方向(−X方向)になるが、制御部14は、プローブ球2が頂点Oを通過した際においても、領域54においてプローブを走査させた方向と同じ方向(X方向)にプローブ4を走査させる(領域53)。そして、制御部14は、プローブ球2のZ方向の位置が頂点OのZ方向の位置より距離bだけ低くなるまで走査経路m1に沿ってX方向にプローブ4を走査させる。プローブ球2のZ方向の位置が頂点Oの位置より距離bだけ低くなったとき、制御部14は、プローブを走査させる方向を反対方向(−X方向)にし、再度、走査経路m1に沿って(頂点Oに向けて)プローブ4を走査させる(領域53(領域52))。そして、プローブ球2が部分pにきたときに測定が終了する。ここで、第1実施形態では、制御部14は、被検面上の部分pからプローブ4が傾いた方向に向けてプローブ4を走査させたが、例えば、被検面上の部分pからプローブ4が傾いた方向と反対の方向に向けてプローブ4を走査させてもよい。このように、被検面上の部分pからどの方向にプローブ4を走査させるかなどの測定シーケンスは、上述したように、被検面の測定を開始する前に設定される。測定シーケンスでは、プローブ4を走査させる方向の他に、例えば、走査経路m1に沿ってプローブ4を走査させる回数、距離aや距離bなどが設定されうる。   The control unit 14 first scans the probe 4 in the direction in which the probe 4 is inclined, that is, in the direction from the portion p on the test surface toward the vertex O (−X direction) (region 53). When the probe sphere 2 passes through the vertex O, the direction in which the probe 4 tilts is the opposite direction. However, even when the probe sphere 2 passes through the vertex O, the control unit 14 is the same as the direction in which the probe is scanned in the region 53. The probe 4 is scanned in the direction (−X direction) (region 54). Then, the control unit 14 scans the probe 4 in the −X direction along the scanning path m <b> 1 until the position of the probe sphere 2 in the Z direction is lower than the position of the vertex O in the Z direction by the distance a. When the position of the probe sphere 2 in the Z direction becomes lower than the position of the vertex O in the Z direction by a distance a, the control unit 14 changes the direction in which the probe 4 is scanned to the opposite direction (X direction) and again scan path m1. The probe 4 is scanned along (toward the vertex O) (region 54). When the probe sphere 2 passes the vertex O, the direction in which the probe 4 tilts becomes the opposite direction (−X direction), but the control unit 14 scans the probe in the region 54 even when the probe sphere 2 passes the vertex O. The probe 4 is scanned in the same direction (X direction) as the direction (region 53). Then, the control unit 14 scans the probe 4 in the X direction along the scanning path m1 until the position of the probe sphere 2 in the Z direction is lower than the position of the vertex O in the Z direction by a distance b. When the position in the Z direction of the probe sphere 2 becomes lower than the position of the vertex O by the distance b, the control unit 14 changes the direction in which the probe is scanned to the opposite direction (−X direction), and again along the scanning path m1. The probe 4 is scanned (toward the vertex O) (region 53 (region 52)). Then, the measurement ends when the probe sphere 2 comes to the portion p. Here, in the first embodiment, the control unit 14 scans the probe 4 in the direction in which the probe 4 is inclined from the portion p on the test surface. For example, the probe 14 starts from the portion p on the test surface. The probe 4 may be scanned in a direction opposite to the direction in which the 4 is inclined. As described above, the measurement sequence such as the direction in which the probe 4 is scanned from the portion p on the test surface is set before the measurement of the test surface is started as described above. In the measurement sequence, in addition to the direction in which the probe 4 is scanned, for example, the number of times the probe 4 is scanned along the scanning path m1, the distance a, the distance b, and the like can be set.

このようにプローブ4を走査経路m1に沿って走査させている際に、制御部14は、走査経路m1上における複数の測定箇所で位置情報を取得する。例えば、制御部14は、各測定箇所において、プローブ4の変位量を各検出部(7x、7yおよび7z)に、プローブハウジング6の位置を各干渉計(9x、9yおよび9z)にそれぞれ計測させる。そして、制御部14は、各検出部により検出されたプローブ4の変位量、および各干渉計により計測されたプローブハウジング6の位置に基づいてプローブ球2の位置を取得することができる。制御部14は、このプローブ球2の位置に基づいて、走査経路m1上における各測定箇所での位置情報、即ち、位置座標を取得することができる。ここで、プローブ球2の位置から各測定箇所の位置情報を取得する際、プローブ4は、当該測定箇所における傾斜に応じて傾いた状態である。この状態では、被検面とプローブ球2とが接触する被検面上の部分pと、プローブ球2の中心との間に位置ずれがあるため、各測定箇所の位置情報に誤差が生じうる。そのため、制御部14において、第1検出部7xにより検出された第1傾き量と、第2検出部7yにより検出された第2傾き量とに基づいてプローブ4が傾いた角度を決定し、その角度に基づいて各測定箇所の位置情報を補正してもよい。また、プローブ4を走査経路m1に沿って複数回にわたって相対的に走査させる場合には、各測定箇所における位置情報を複数取得し、当該測定箇所で取得された複数の位置情報の平均値を、当該測定箇所の位置情報としてもよい。例えば、図5(c)において、測定箇所55ではプローブ4が2回通過するため、2回にわたって位置情報が取得される。この場合、測定箇所55において2回にわたって取得された位置情報の平均値が、当該測定箇所55における位置情報とされる。   Thus, when the probe 4 is scanned along the scanning path m1, the control unit 14 acquires position information at a plurality of measurement points on the scanning path m1. For example, the control unit 14 causes each detection unit (7x, 7y, and 7z) to measure the displacement amount of the probe 4 and each interferometer (9x, 9y, and 9z) to measure the position of the probe housing 6 at each measurement location. . And the control part 14 can acquire the position of the probe ball | bowl 2 based on the displacement amount of the probe 4 detected by each detection part, and the position of the probe housing 6 measured by each interferometer. Based on the position of the probe sphere 2, the control unit 14 can acquire position information at each measurement point on the scanning path m 1, that is, position coordinates. Here, when acquiring the position information of each measurement location from the position of the probe sphere 2, the probe 4 is in a state of being inclined according to the inclination at the measurement location. In this state, there is a positional shift between the portion p on the test surface where the test surface and the probe sphere 2 are in contact with the center of the probe sphere 2, so that an error may occur in the position information of each measurement location. . Therefore, the control unit 14 determines the angle at which the probe 4 is tilted based on the first tilt amount detected by the first detector 7x and the second tilt amount detected by the second detector 7y. You may correct | amend the positional information on each measurement location based on an angle. Further, when the probe 4 is relatively scanned along the scanning path m1 a plurality of times, a plurality of pieces of position information at each measurement point are obtained, and an average value of the plurality of pieces of position information obtained at the measurement points is obtained. It is good also as the positional information on the said measurement location. For example, in FIG.5 (c), since the probe 4 passes twice in the measurement location 55, positional information is acquired twice. In this case, the average value of the position information acquired twice at the measurement point 55 is the position information at the measurement point 55.

S6では、制御部14は、各測定箇所において測定された位置情報に基づいて被検面の形状を決定する。第1実施形態では、被検面の頂点Oを含む走査経路m1上でプローブを相対的に走査させただけであるため、被検面の走査経路m1上における形状(断面形状)が決定される。S7では、制御部14は、駆動部13を制御することにより、プローブ4を被検面から離し、プローブ4を被検面の上方から退避位置に移動させる。   In S6, the control unit 14 determines the shape of the test surface based on the position information measured at each measurement location. In the first embodiment, since the probe is merely scanned relatively on the scanning path m1 including the vertex O of the test surface, the shape (cross-sectional shape) of the test surface on the scanning path m1 is determined. . In S <b> 7, the control unit 14 controls the driving unit 13 to move the probe 4 away from the test surface and move the probe 4 from above the test surface to the retracted position.

上述したように、第1実施形態の測定装置1では、プローブ4を被検面に接触させた際におけるプローブ4の傾きに応じて走査経路を設定している。即ち、プローブ4の先端(プローブ球2)を被検面に接触させた際に、プローブ球2が被検面上で動いた経路を含む線をプローブ4を被検面に対して相対的に走査させるときの走査経路として設定している。このようにプローブ4の走査経路を設定することにより、当該走査経路は被検面の頂点を含むため、被検面の頂点を通るようにプローブ4を走査させることができる。   As described above, in the measurement apparatus 1 of the first embodiment, the scanning path is set according to the inclination of the probe 4 when the probe 4 is brought into contact with the surface to be measured. That is, when the tip of the probe 4 (probe sphere 2) is brought into contact with the test surface, a line including a path along which the probe sphere 2 has moved on the test surface is shown relative to the probe 4 relative to the test surface. It is set as a scanning path for scanning. By setting the scanning path of the probe 4 in this way, the scanning path includes the apex of the test surface, so that the probe 4 can be scanned through the apex of the test surface.

<第2実施形態>
本発明の第2実施形態では、プローブ4を被検面に対して相対的に走査させるときの走査経路を複数設定する場合について、図6を参照しながら説明する。第2実施形態で用いられる測定装置は、第1実施形態の測定装置1と同様であるため、測定装置についての説明は省略する。
Second Embodiment
In the second embodiment of the present invention, a case where a plurality of scanning paths are set when the probe 4 is scanned relative to the surface to be examined will be described with reference to FIG. Since the measuring apparatus used in the second embodiment is the same as the measuring apparatus 1 of the first embodiment, description of the measuring apparatus is omitted.

まず、第1実施形態の図4で示したフローチャートと同様に、制御部14は、プローブ球2を被検面に接触させた際におけるプローブ4の傾きに応じて走査経路m1を設定する。即ち、プローブ球2を被検面に接触させた際にプローブ球2が被検面上で動いた経路を含む線を、プローブ4を被検面に対して相対的に走査させるときの走査経路m1として設定する。これにより、プローブ4の走査経路m1は被検面の頂点Oを含むため、被検面の頂点を通るようにプローブ4を走査させることができる。そして、制御部14は、走査経路m1上における複数の測定箇所で位置情報を取得する。   First, similarly to the flowchart shown in FIG. 4 of the first embodiment, the control unit 14 sets the scanning path m1 according to the inclination of the probe 4 when the probe sphere 2 is brought into contact with the test surface. That is, a scanning path for scanning the probe 4 relative to the test surface with a line including a path in which the probe sphere 2 moves on the test surface when the probe sphere 2 is brought into contact with the test surface. Set as m1. Thereby, since the scanning path m1 of the probe 4 includes the vertex O of the test surface, the probe 4 can be scanned through the vertex of the test surface. Then, the control unit 14 acquires position information at a plurality of measurement points on the scanning path m1.

次に、図6に示すように、制御部14は、被検面の頂点Oを含む走査経路m1と平行、かつ走査経路m1と距離dだけ離れた被検面上の第2走査経路m2を設定する。そして、制御部14は、第2走査経路m2に沿ってプローブ4を被検面上で走査させ、第2走査経路上における複数の測定箇所で位置情報を取得する。第2走査経路上における複数の測定箇所で位置情報を取得した後、制御部14は、第2走査経路m2と平行、かつ第2走査経路m2と距離dだけ離れた被検面上の第3走査経路m3を設定する。そして、制御部14は、第3走査経路m3に沿ってプローブ4を被検面上で走査させ、第3走査経路上における複数の測定箇所で位置情報を取得する。このように、第2実施形態では、プローブ4を走査させる走査経路を平行に距離dだけ順次ずらしながら設定し、各走査経路における複数の測定箇所で位置情報を取得する。制御部14は、各走査経路上における複数の測定箇所で取得された位置情報に基づいて被検面の形状を決定する。ここで、制御部14は、プローブを、第2走査経路m2に沿って複数回にわたって相対的に走査させてもよい。この場合、第2走査経路上の各測定箇所における位置情報を複数取得し、当該測定箇所で取得された複数の位置情報の平均値を、当該測定箇所の位置情報としてもよい。第3走査経路においても同様である。   Next, as shown in FIG. 6, the control unit 14 sets the second scanning path m2 on the test surface parallel to the scan path m1 including the vertex O of the test surface and separated from the scan path m1 by the distance d. Set. And the control part 14 scans the probe 4 on a to-be-tested surface along the 2nd scanning path | route m2, and acquires position information in the several measurement location on a 2nd scanning path | route. After acquiring the position information at a plurality of measurement points on the second scanning path, the control unit 14 performs a third operation on the test surface parallel to the second scanning path m2 and separated from the second scanning path m2 by the distance d. A scanning path m3 is set. Then, the control unit 14 scans the probe 4 on the surface to be measured along the third scanning path m3, and acquires position information at a plurality of measurement points on the third scanning path. Thus, in the second embodiment, the scanning path for scanning the probe 4 is set in parallel while sequentially shifting by the distance d, and the position information is acquired at a plurality of measurement points in each scanning path. The control unit 14 determines the shape of the test surface based on position information acquired at a plurality of measurement points on each scanning path. Here, the control unit 14 may cause the probe to relatively scan a plurality of times along the second scanning path m2. In this case, a plurality of pieces of position information at each measurement point on the second scanning path may be acquired, and an average value of the plurality of pieces of position information acquired at the measurement point may be used as the position information of the measurement point. The same applies to the third scanning path.

上述したように、第2実施形態の測定装置では、第1実施形態と同様にして被検面の頂点Oを含むようにプローブ4の走査経路m1を設定した後、走査経路m1と平行な複数の走査経路(例えば走査経路m2およびm3)を設定する。そして、各走査経路上における複数の測定箇所で取得された位置情報に基づいて被検面の形状を決定する。これにより、被検面の形状を3次元的に測定することができる。   As described above, in the measuring apparatus according to the second embodiment, the scanning path m1 of the probe 4 is set so as to include the vertex O of the test surface in the same manner as in the first embodiment, and then a plurality of parallel to the scanning path m1 is set. Scanning paths (for example, scanning paths m2 and m3) are set. Then, the shape of the test surface is determined based on position information acquired at a plurality of measurement points on each scanning path. Thereby, the shape of the test surface can be measured three-dimensionally.

本実施形態では、被検面の形状を三次元的に測定する方法として、プローブの走査経路m1に対して平行な複数の走査経路を設定したが、これに限られない。走査経路m1とは異なる被検面にプローブ球を接触させ、被検面の頂点Oを含む走査経路を設定する。第1実施形態で説明した方法で走査経路を設定し計測することで被検面の断面形状を計測する。このように、頂点Oから放射状に走査経路を設定して被検面の形状を計測してもよい。   In the present embodiment, a plurality of scanning paths parallel to the scanning path m1 of the probe are set as a method for measuring the shape of the test surface three-dimensionally, but the present invention is not limited to this. A probe ball is brought into contact with a test surface different from the scan path m1, and a scan path including the vertex O of the test surface is set. The cross-sectional shape of the test surface is measured by setting and measuring the scanning path by the method described in the first embodiment. In this way, the shape of the test surface may be measured by setting the scanning path radially from the vertex O.

<第3実施形態>
第1実施形態および第2実施形態では、凸レンズなど、頂点Oを中心とした回転対称の被検物Wを測定する場合について説明したが、第3実施形態では、回転対称ではない被検物Wを測定する場合について説明する。第3実施形態では、被検物Wとして、シリンドリカルレンズを測定する場合について、図7を参照しながら説明する。
<Third Embodiment>
In 1st Embodiment and 2nd Embodiment, although the case where the rotationally symmetrical test object W centering on the vertex O, such as a convex lens, was measured was demonstrated, in 3rd Embodiment, the test object W which is not rotationally symmetric. The case of measuring is described. In the third embodiment, a case where a cylindrical lens is measured as the test object W will be described with reference to FIG.

図7(a)は、シリンドリカルレンズの表面における円周方向の形状を測定する方法を示す図である。プローブ球2をシリンドリカルレンズの表面の部分pに接触させた際にプローブ4が傾く方向(プローブ球2が動く方向と反対の方向)は、シリンドリカルレンズの頂上稜線Rに対して直交する。そのため、図4に示すフローチャートと同様の工程を行うことにより、制御部14は、プローブ4の走査経路m1を設定し、走査経路m1上における複数の測定箇所において位置情報を取得する。次に、制御部14は、図7(b)に示すように、走査経路m1と平行、かつ距離dだけ離れた走査経路m2を設定し、走査経路m2上における複数の測定箇所において位置情報を取得する。このように、プローブ4を走査させる走査経路を平行に距離dだけ順次ずらしながら複数本設定し、各走査経路における複数の測定箇所で位置情報を取得する。これにより、シリンドリカルレンズの形状を3次元的に測定することができる。   Fig.7 (a) is a figure which shows the method of measuring the shape of the circumferential direction in the surface of a cylindrical lens. The direction in which the probe 4 tilts when the probe sphere 2 is brought into contact with the surface portion p of the cylindrical lens (the direction opposite to the direction in which the probe sphere 2 moves) is orthogonal to the top ridge line R of the cylindrical lens. Therefore, by performing the same process as the flowchart shown in FIG. 4, the control unit 14 sets the scanning path m1 of the probe 4 and acquires position information at a plurality of measurement points on the scanning path m1. Next, as shown in FIG. 7B, the control unit 14 sets a scanning path m2 that is parallel to the scanning path m1 and separated by a distance d, and position information is obtained at a plurality of measurement points on the scanning path m2. get. In this way, a plurality of scanning paths for scanning the probe 4 are set in parallel while sequentially shifting by the distance d, and position information is acquired at a plurality of measurement points in each scanning path. Thereby, the shape of the cylindrical lens can be measured three-dimensionally.

図7(c)は、シリンドリカルレンズの表面における頂上稜線Rと平行な方向の形状を測定する方法を示す図である。プローブ球2をシリンドリカルレンズの表面の部分pに接触させた際にプローブ4が傾く方向(プローブ球2が動く方向と反対の方向)は、シリンドリカルレンズの頂上稜線Rに対して直交する。そのため、制御部14は、プローブ4の走査方向が、プローブ4が傾いた方向と直交する方向になるように、即ち、頂上稜線Rと平行な方向になるようにプローブの走査経路m1を設定し、走査経路m1上における複数の測定箇所において位置情報を取得する。次に、制御部14は、図7(d)に示すように、走査経路m1と平行、かつ距離dだけ離れた走査経路m2を設定し、走査経路m2上における複数の走査箇所において位置情報を取得する。このように、プローブ4を走査させる走査経路を平行に距離dだけ順次ずらしながら複数本設定し、各走査経路における複数の測定箇所で位置情報を取得する。これにより、シリンドリカルレンズの形状を3次元的に測定することができる。ここで、第3実施形態では、隣り合う走査経路の間隔を一定とした(例えば、走査経路m1と走査経路m2との間の距離d)が、それに限られるものではない。例えば、急斜面では間隔を狭め、緩斜面では間隔を広げるといったように、必要に応じて隣り合う走査経路の間隔を任意に設定してもよい。   FIG. 7C is a diagram illustrating a method of measuring the shape in the direction parallel to the top ridge line R on the surface of the cylindrical lens. The direction in which the probe 4 tilts when the probe sphere 2 is brought into contact with the surface portion p of the cylindrical lens (the direction opposite to the direction in which the probe sphere 2 moves) is orthogonal to the top ridge line R of the cylindrical lens. Therefore, the control unit 14 sets the probe scanning path m1 so that the scanning direction of the probe 4 is orthogonal to the direction in which the probe 4 is inclined, that is, the direction parallel to the top ridge line R. Position information is acquired at a plurality of measurement points on the scanning path m1. Next, as shown in FIG. 7D, the control unit 14 sets a scanning path m2 that is parallel to the scanning path m1 and that is separated by a distance d, and position information is obtained at a plurality of scanning locations on the scanning path m2. get. In this way, a plurality of scanning paths for scanning the probe 4 are set in parallel while sequentially shifting by the distance d, and position information is acquired at a plurality of measurement points in each scanning path. Thereby, the shape of the cylindrical lens can be measured three-dimensionally. Here, in the third embodiment, the interval between adjacent scanning paths is constant (for example, the distance d between the scanning path m1 and the scanning path m2), but is not limited thereto. For example, the interval between adjacent scanning paths may be arbitrarily set as necessary, such as narrowing the interval on a steep slope and increasing the interval on a gentle slope.

上記のいずれの実施形態も被検面が凸面について説明したが、被検面は凹面であっても構わない。被検面が凹面の場合、プローブの先端を被検面に接触させた際に、プローブ球が動いた方向(プローブ4が傾いた方向と反対側の方向)に被検面の底が位置することになる。   In any of the above embodiments, the test surface has been described as a convex surface, but the test surface may be a concave surface. When the test surface is concave, the bottom of the test surface is located in the direction in which the probe ball moves when the tip of the probe is brought into contact with the test surface (the direction opposite to the direction in which the probe 4 is tilted). It will be.

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。   As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to these embodiment, A various deformation | transformation and change are possible within the range of the summary.

Claims (10)

プローブの先端を被検面に接触させた状態で前記プローブを前記被検面に対して相対的に走査させ、前記被検面の形状を測定する測定方法であって、
前記プローブの先端を前記被検面に接触させる接触工程と、
前記プローブの先端を前記被検面に接触させた際に当該先端が前記被検面上で動いた経路を含む線を、前記プローブを前記被検面に対して相対的に走査させるときの走査経路として設定する設定工程と、
前記走査経路に沿って前記プローブを走査させ、前記走査経路上における複数の測定箇所で位置情報を取得する取得工程と、
前記走査経路上における前記位置情報に基づいて前記被検面の形状を決定する決定工程と、
を含む、ことを特徴とする測定方法。
A measurement method for measuring the shape of the test surface by causing the probe to scan relative to the test surface with the tip of the probe in contact with the test surface,
A contact step of bringing the tip of the probe into contact with the test surface;
Scanning when the probe is scanned relative to the test surface for a line including a path along which the tip moves on the test surface when the probe tip is brought into contact with the test surface A setting process to set as a route;
An acquisition step of scanning the probe along the scanning path and acquiring position information at a plurality of measurement points on the scanning path;
A determining step of determining a shape of the test surface based on the position information on the scanning path;
A measuring method characterized by comprising.
前記設定工程は、前記プローブの先端を前記被検面に接触させた際に前記プローブの傾きを検出し、前記プローブの傾きに基づいて前記走査経路を設定する、ことを特徴とする請求項1に記載の測定方法。   The said setting step detects the inclination of the probe when the tip of the probe is brought into contact with the test surface, and sets the scanning path based on the inclination of the probe. The measuring method as described in. 前記設定工程は、前記プローブの先端を前記被検面に接触させた際に当該プローブが第1方向へ傾いた量である第1傾き量と、当該プローブが前記第1方向と異なる第2方向へ傾いた量である第2傾き量とを検出し、前記第1傾き量と前記第2傾き量とに基づいて前記走査経路を設定する、ことを特徴とする請求項1又は2に記載の測定方法。   The setting step includes a first tilt amount that is an amount by which the probe is tilted in the first direction when the tip of the probe is brought into contact with the test surface, and a second direction in which the probe is different from the first direction. 3. The scan path is set based on the first tilt amount and the second tilt amount by detecting a second tilt amount that is tilted to the right. 4. Measuring method. 前記接触工程では、前記プローブの先端を、前記被検面で傾斜を有している部分に接触させる、ことを特徴とする請求項1乃至3のうちいずれか1項に記載の測定方法。   4. The measurement method according to claim 1, wherein, in the contact step, a tip of the probe is brought into contact with a portion having an inclination on the test surface. 5. 前記取得工程は、前記走査経路に沿って前記プローブを複数回にわたって相対的に走査させ、当該走査経路上の位置情報を取得する、ことを特徴とする請求項1乃至4のうちいずれか1項に記載の測定方法。   5. The acquisition process according to claim 1, wherein the acquiring step relatively scans the probe a plurality of times along the scanning path to acquire position information on the scanning path. The measuring method as described in. 前記取得工程は、前記走査経路と平行な前記被検面上の第2走査経路に沿って、前記プローブを前記被検面に対して相対的に走査させ、前記第2走査経路上における複数の測定箇所で位置情報を取得し、
前記決定工程は、前記走査経路上で取得された位置情報と、前記第2走査経路上で取得された位置情報とに基づいて前記被検面の形状を決定する、
ことを特徴とする請求項1乃至5のうちいずれか1項に記載の測定方法。
The acquisition step includes scanning the probe relative to the test surface along a second scan path on the test surface parallel to the scan path, and a plurality of scans on the second scan path. Obtain location information at the measurement location,
The determining step determines the shape of the test surface based on position information acquired on the scanning path and position information acquired on the second scanning path.
The measurement method according to any one of claims 1 to 5, wherein:
前記取得工程は、前記第2走査経路に沿って前記プローブを複数回にわたって相対的に走査させ、当該第2走査経路上の位置情報を取得する、ことを特徴とする請求項6に記載の測定方法。   The measurement according to claim 6, wherein in the obtaining step, the probe is relatively scanned a plurality of times along the second scanning path, and position information on the second scanning path is obtained. Method. 前記第1傾き量と前記第2傾き量とに基づいて各測定箇所において前記プローブが傾いた角度を決定し、当該測定箇所において測定された位置情報を当該角度に基づいて補正する補正工程を更に含む、ことを特徴とする請求項3に記載の測定方法。   A correction step of determining an angle at which the probe is tilted at each measurement location based on the first tilt amount and the second tilt amount, and correcting the position information measured at the measurement location based on the angle. The measurement method according to claim 3, further comprising: プローブの先端を被検面に接触させた状態で前記プローブを前記被検面に対して相対的に走査させ、前記被検面の形状を測定する測定装置において、前記プローブを前記被検面に対して相対的に走査させるときの走査経路を決定する決定方法であって、
前記プローブの先端を前記被検面に接触させる接触工程と、
前記プローブの先端を前記被検面に接触させた際に当該先端が前記被検面上で動いた経路を含む前記被検面上の線を、前記プローブを前記被検面に対して相対的に走査させるときの走査経路として決定する決定工程と、
を含む、ことを特徴とする決定方法。
In a measurement apparatus that measures the shape of the test surface by causing the probe to scan relative to the test surface in a state where the tip of the probe is in contact with the test surface, the probe is placed on the test surface. A determination method for determining a scanning path when relatively scanning is performed,
A contact step of bringing the tip of the probe into contact with the test surface;
When the tip of the probe is brought into contact with the test surface, a line on the test surface including a path along which the tip has moved on the test surface is indicated relative to the test surface. A determination step for determining as a scanning path when scanning is performed;
A determination method characterized by comprising:
プローブの先端を被検面に接触させた状態で前記プローブを前記被検面に対して相対的に走査させ、前記被検面の形状を測定する測定装置であって、
前記プローブの移動を制御するとともに、前記被検面の形状の測定を制御する制御部を含み、
前記制御部は、
前記プローブの先端を前記被検面に接触させ、
前記プローブの先端を前記被検面に接触させた際に当該先端が前記被検面上で動いた経路を含む線を、前記プローブを前記被検面に対して相対的に走査させるときの走査経路として設定し、
前記走査経路に沿って前記プローブを走査させ、前記走査経路上における複数の測定箇所で位置情報を取得し、
前記走査経路上における前記位置情報に基づいて前記被検面の形状を決定する、
ことを特徴とする測定装置。
A measuring device that measures the shape of the test surface by causing the probe to scan relative to the test surface with the tip of the probe in contact with the test surface,
A control unit for controlling the movement of the probe and controlling the measurement of the shape of the test surface;
The controller is
Bringing the tip of the probe into contact with the test surface;
Scanning when the probe is scanned relative to the test surface for a line including a path along which the tip moves on the test surface when the probe tip is brought into contact with the test surface Set as a route,
Scanning the probe along the scanning path, obtaining position information at a plurality of measurement points on the scanning path;
Determining the shape of the test surface based on the position information on the scanning path;
A measuring device.
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Cited By (2)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110186391A (en) * 2019-05-22 2019-08-30 浙江大学 A kind of threedimensional model gradient scan method
JP2019533142A (en) * 2016-09-09 2019-11-14 レニショウ パブリック リミテッド カンパニーRenishaw Public Limited Company Measuring method and apparatus

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019533142A (en) * 2016-09-09 2019-11-14 レニショウ パブリック リミテッド カンパニーRenishaw Public Limited Company Measuring method and apparatus
JP7086055B2 (en) 2016-09-09 2022-06-17 レニショウ パブリック リミテッド カンパニー Measurement method and equipment
CN110186391A (en) * 2019-05-22 2019-08-30 浙江大学 A kind of threedimensional model gradient scan method

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