JP2017219333A - 形状測定装置および形状測定方法 - Google Patents

形状測定装置および形状測定方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2017219333A
JP2017219333A JP2016111783A JP2016111783A JP2017219333A JP 2017219333 A JP2017219333 A JP 2017219333A JP 2016111783 A JP2016111783 A JP 2016111783A JP 2016111783 A JP2016111783 A JP 2016111783A JP 2017219333 A JP2017219333 A JP 2017219333A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sensor
measured
shape
measurement
shape measuring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2016111783A
Other languages
English (en)
Inventor
高橋　裕樹
Hiroki Takahashi
裕樹 高橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Corp filed Critical Olympus Corp
Priority to JP2016111783A priority Critical patent/JP2017219333A/ja
Priority to CN201780012696.1A priority patent/CN108700398A/zh
Priority to PCT/JP2017/019846 priority patent/WO2017209026A1/ja
Publication of JP2017219333A publication Critical patent/JP2017219333A/ja
Priority to US16/114,538 priority patent/US20180364021A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
    • G01B5/20—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B5/213—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring contours or curvatures for measuring radius of curvature
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/02—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness
    • G01B21/04—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness by measuring coordinates of points
    • G01B21/045—Correction of measurements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
    • G01B5/004—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points
    • G01B5/008—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points using coordinate measuring machines
    • G01B5/012—Contact-making feeler heads therefor
    • G01B5/016—Constructional details of contacts
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
    • G01B5/20—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring contours or curvatures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/02—Testing optical properties
    • G01M11/0221—Testing optical properties by determining the optical axis or position of lenses
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/02—Testing optical properties
    • G01M11/0242—Testing optical properties by measuring geometrical properties or aberrations
    • G01M11/025—Testing optical properties by measuring geometrical properties or aberrations by determining the shape of the object to be tested
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/026—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness by measuring distance between sensor and object
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B3/00—Measuring instruments characterised by the use of mechanical techniques
    • G01B3/002—Details
    • G01B3/008—Arrangements for controlling the measuring force
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
    • G01B5/004—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points
    • G01B5/008—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points using coordinate measuring machines

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
  • A Measuring Device Byusing Mechanical Method (AREA)

Abstract

【課題】測定対象物の実際の形状を精度よく測定することができる形状測定装置および形状測定方法を提供すること。【解決手段】測定対象物Ｗを保持するホルダ４５と、被測定面Ｗｌの加圧状態における形状を測定して測定値を出力するセンサ３０と、センサ３０を中心軸Ｒ１回りに回転させる駆動装置と、センサ３０を中心軸Ｒ１と直交する軸Ｒ２上で移動させることが可能であり、かつ軸Ｒ２軸と中心軸Ｒ１との交点の両側に亘って移動させることが可能なスライドレール２０およびバー２１と、ホルダ４５をＺ軸に沿って移動させることが可能であり、かつＸＹ面内において移動させることが可能なＸＹＺステージと、センサ３０から出力された測定値に基づいて被測定面Ｗｌの球心の位置を算出し、球心の位置をセンサ３０の回転中心Ｃに一致させる制御を行う制御装置６０と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、球面形状部品における曲面の形状を測定する形状測定装置および形状測定方法に関する。
球面形状の代表的な部品として、光学レンズや、光学レンズを加工する加工皿がある。従来、これらの部品の形状測定方法として、例えば特許文献１に示すような接触式プローブを用いた接触式の測定方法や、特許文献２，３に示すようなレーザ変位計を用いた非接触式の測定方法が提案されている。
特開平８−２１９７６４号公報 特開平９−１７８４３９号公報 特開２００２−２５７５１１号公報
光学レンズを加工する加工皿の表面には、ポリウレタン等からなる弾性体が設けられており、光学レンズを加工する際には、当該弾性体が加圧・変形する。
しかしながら、特許文献１〜３で提案された測定方法では、前記したような光学レンズ加工時における加工皿（弾性体）の加圧・変形が考慮されておらず、加圧・変形前の加工皿の形状しか測定することができない。このため、特許文献１〜３で提案された測定方法では、センサによって測定した加工皿の形状（以下、「測定形状」という）と、光学レンズ加工時における加工皿の実際の形状（以下、「実効形状」という）との間に乖離が生じるという問題があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、測定対象物の実際の形状を精度よく測定することができる形状測定装置および形状測定方法を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る形状測定装置は、球面状をなす被測定面を有する測定対象物の前記被測定面の形状を測定する形状測定装置であって、前記測定対象物を保持するホルダと、前記被測定面の加圧状態における形状を測定して測定値を出力するセンサと、前記センサを第１の軸回りに回転させるセンサ回転機構と、前記センサを、前記第１の軸と直交する第２の軸上で移動させることが可能であり、かつ前記第２の軸上に沿って、前記第２の軸と前記第１の軸との交点の両側に亘って移動させることが可能なセンサ移動機構と、前記ホルダを、鉛直方向と平行な第３の軸に沿って移動させることが可能であり、かつ前記第３の軸と直交する面内で移動させることが可能なホルダ移動機構と、前記センサから出力された前記測定値に基づいて前記被測定面の形状を算出、および、前記被測定面の球心の位置を算出し、前記ホルダ移動機構に対し、前記球心の位置を、前記第１の軸と前記第２の軸との前記交点に一致させる制御を行う制御装置と、を備えることを特徴とする。
また、本発明に係る形状測定装置は、上記発明において、前記測定対象物は、光学レンズを加工するための加工皿であり、前記被測定面を構成する前記加工皿の表面には、弾性体が設けられていることを特徴とする。
また、本発明に係る形状測定装置は、上記発明において、前記センサは、予め算出された圧力であって、前記光学レンズを加工する際に前記加工皿の表面に作用する圧力により前記被測定面を加圧することを特徴とする。
また、本発明に係る形状測定装置は、上記発明において、前記センサは、前記被測定面に接触する部位に、前記センサを前記被測定面に沿って案内するガイド機構を有することを特徴とする。
また、本発明に係る形状測定装置は、上記発明において、前記ガイド機構は、１つ以上の回転子を備えることを特徴とする。
また、本発明に係る形状測定装置は、上記発明において、前記制御装置は、前記回転子の偏心量を算出し、前記偏心量に基づいて、前記センサから出力された前記測定値を補正することを特徴とする。
また、本発明に係る形状測定装置は、上記発明において、前記第２の軸上における前記センサの位置は、前記被測定面の大域的な形状に応じて調節可能であることを特徴とする。
また、本発明に係る形状測定装置は、上記発明において、前記ホルダを前記第３の軸回りに回転させるホルダ回転機構をさらに備えることを特徴とする。
また、本発明に係る形状測定装置は、上記発明において、前記制御装置は、前記センサにより表面の少なくとも一部に真球面を有するマスターを測定することにより得られた測定値から前記形状測定装置における組み付け誤差を算出し、前記組み付け誤差を用いて、前記センサから出力された前記被測定面の前記測定値を補正することを特徴とする。
また、本発明に係る形状測定装置は、上記発明において、前記制御装置は、前記形状測定装置に関して予め取得された測長距離に関する情報を記憶する記憶部を有し、前記測長距離に関する情報を用いて、前記センサと前記被測定面との距離に起因する前記測定値の誤差を補正することを特徴とする。
また、本発明に係る形状測定装置は、上記発明において、前記形状測定装置の周囲における温度を計測する温度計測器をさらに備え、前記制御装置は、前記形状測定装置に関して予め取得された温度特性に関する情報を記憶する記憶部を有し、前記温度特性に関する情報を用いて、前記温度の変化に起因する前記測定値の誤差を補正することを特徴とする。
また、本発明に係る形状測定装置は、上記発明において、前記制御装置は、前記センサが測定した前記被測定面と前記測定対象物の外周面の測定値に基づき、前記被測定面に対する前記外周面の偏心量を算出することを特徴とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る形状測定方法は、球面状をなす被測定面を有する測定対象物の前記被測定面の形状を、第１の軸回りに回転可能であり、前記第１の軸と直交する第２の軸上で移動可能なセンサを備える形状測定装置が測定する形状測定方法であって、加圧状態における前記被測定面の形状を測定する前記センサから出力された測定値に基づいて前記被測定面の形状を算出、および、前記被測定面の球心の位置を算出し、前記球心の位置を、前記第１の軸と前記第２の軸との交点に一致させるステップを含むことを特徴とする。
また、本発明に係る形状測定方法は、上記発明において、前記ステップは、光学レンズを加工するための加工皿であって、表面に弾性体が設けられた加工皿を前記測定対象物として測定することを特徴とする。
また、本発明に係る形状測定方法は、上記発明において、前記センサによって、予め算出された圧力であって、前記光学レンズを加工している際に前記加工皿の表面に作用する圧力により前記被測定面を加圧することを特徴とする。
また、本発明に係る形状測定方法は、上記発明において、前記センサにおいて、前記被測定面に接触する部位に設けられた回転子の偏心量を算出し、前記偏心量に基づいて、前記センサから出力された前記測定値を補正するステップをさらに含むことを特徴とする。
また、本発明に係る形状測定方法は、上記発明において、前記第２の軸上における前記センサの位置を、前記被測定面の大域的な形状に応じて調節するステップをさらに含むことを特徴とする。
また、本発明に係る形状測定方法は、上記発明において、前記センサにより、表面の少なくとも一部に真球面を有するマスターの前記真球面を測定して、測定値を出力するマスター測定ステップと、前記マスター測定ステップにおいて測定された前記マスターの測定値に基づいて、前記形状測定装置における組み付け誤差を算出する第１の演算ステップと、前記第１の演算ステップにおいて算出された前記組み付け誤差を用いて、前記センサから出力された前記被測定面の前記測定値を補正する第２の演算ステップと、をさらに含むことを特徴とする。
また、本発明に係る形状測定方法は、上記発明において、前記形状測定装置に関して予め取得された測長距離に関する情報を用いて、前記センサと前記被測定面との距離に起因する前記測定値の誤差を補正する補正ステップをさらに含むことを特徴とする。
また、本発明に係る形状測定方法は、上記発明において、前記形状測定装置に関して予め取得された温度特性に関する情報を用いて、前記形状測定装置の周囲における温度の変化に起因する前記測定値の誤差を補正する補正ステップをさらに含むことを特徴とする。
また、本発明に係る形状測定方法は、上記発明において、前記センサが測定した前記被測定面と前記測定対象物の外周面の測定値に基づき、前記被測定面に対する前記外周面の偏心量を算出するステップをさらに含むことを特徴とする。
本発明によれば、被測定面を加圧しながら走査して形状測定を行うため、表面に弾性体が設けられた加工皿を測定対象物とした場合においても、加工時における実効形状を精度よく測定することができる。
図１は、本発明の実施の形態に係る形状測定装置の構成を示す模式図である。 図２は、本発明の実施の形態に係る形状測定装置が備えるセンサの第１の構成例を示す断面図である。 図３は、本発明の実施の形態に係る形状測定装置が備えるセンサの第１の構成例を示す、図２とは異なる位置の断面を示す断面図である。 図４は、本発明の実施の形態に係る形状測定装置による形状測定方法を示すフローチャートである。 図５は、本発明の実施の形態に係る形状測定装置による形状測定方法において、マスター（測定対象物）の調節方法を示すフローチャートである。 図６は、本発明の実施の形態に係る形状測定装置による形状測定方法において、被測定面の測定方法の第１の例を説明するための模式図である。 図７は、本発明の実施の形態に係る形状測定装置による形状測定方法において、マスターの測定値の補正方法を説明するためのグラフである。 図８は、本発明の実施の形態に係る形状測定装置による形状測定方法において、演算処理およびデータ格納方法を示すフローチャートである。 図９は、本発明の実施の形態に係る形状測定装置による形状測定方法において、センサの測定値の補正方法を説明するためのグラフである。 図１０は、本発明の実施の形態に係る形状測定装置による形状測定方法において、センサの測定値の補正方法を説明するためのグラフである。 図１１は、本発明の実施の形態に係る形状測定装置が備えるセンサの第２の構成例を示す断面図である。 図１２は、本発明の実施の形態に係る形状測定装置が備えるセンサの第３の構成例を示す断面図である。 図１３は、本発明の実施の形態に係る形状測定装置による形状測定方法において、被測定面の測定方法の第２の例を説明するための模式図である。 図１４は、本発明の実施の形態に係る形状測定装置が備えるセンサの第４の構成例を示す断面図である。 図１５は、本発明の実施の形態に係る形状測定装置による形状測定方法において、偏心量の測定方法を説明するための模式図である。
以下、本発明の実施の形態に係る形状測定装置および形状測定方法について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、以下の実施の形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものも含まれる。また、以下で参照する各図面において、同一部分には同一の符号を付して示している。
[形状測定装置]
以下、本発明の実施の形態に係る形状測定装置の構成について、図１〜図３を参照しながら説明する。形状測定装置１は、凸または凹の球面状をなす被測定面を有する測定対象物の当該被測定面の形状を測定するものであり、より詳細には被測定面の各点における径方向の形状偏差を測定する。
形状測定装置１は、図１に示すように、ベース１０と、一対の支持部材１１と、エンコーダ１２と、一対のスライドレール２０と、バー２１と、センサ３０と、θステージ４１と、Ｘステージ４２と、Ｙステージ４３と、Ｚステージ４４と、ホルダ４５と、温度計測器５０と、制御装置６０と、を備えている。なお、以下の説明では、同図に示すように、鉛直方向をＺ方向とし、Ｚ方向と直交する水平面をＸＹ面とする。
測定対象物Ｗは、少なくとも一部に凸または凹の球面状をなす被測定面Ｗｌを有する部材であり、具体的には光学レンズを加工（研磨加工）するための加工皿である。後記するように、被測定面Ｗｌを構成する加工皿の表面には、弾性体Ｗｅが設けられている（図２および図３参照）。なお、図１では、測定対象物Ｗの上面（被測定面Ｗｌ）を凹形状、下面を平面状としているが、測定対象物Ｗの形状は、少なくとも被測定面Ｗｌが球面形状をなしていれば、特に限定されない。また、被測定面Ｗｌの表面状態については、粗面であってもよいし、研磨面であってもよい。
ベース１０は、平板状に形成されており、その上にセンサ３０をはじめとする各種部品が配置されている。一対の支持部材１１は、棒状に形成されており、ベース１０の両側面において、互いに対向する位置に配置されている。
一対のスライドレール２０は、支持部材１１に対して、エンコーダ１２を介して回転可能に取り付けられている。一対のスライドレール２０は、エンコーダ１２の中心軸Ｒ１（第１の軸）回りに３６０°回転可能、かつ互いに平行に設けられている。なお、エンコーダ１２は、センサ３０の回転角度を検出するための回転角度センシング部材である。
バー２１は、スライドレール２０に設けられたレール部２０ａに沿って摺動可能に取り付けられている。スライドレール２０およびバー２１は、中心軸Ｒ１と直交する軸Ｒ２（第２の軸）上でセンサ３０を移動させる「センサ移動機構」として機能する。そして、このセンサ３０が移動可能な経路である軸Ｒ２と中心軸Ｒ１との交点が、センサ３０の回転中心Ｃとなる。
バー２１およびセンサ３０は、軸Ｒ２に沿って、回転中心Ｃの両側に亘って移動可能に設置されている。レール部２０ａにおけるバー２１の位置（すなわち軸Ｒ２上におけるセンサ３０の位置）は、被測定面Ｗｌの大域的な形状に応じて調節される。具体的には、被測定面Ｗｌの大域的な形状が凹の球面状である場合、バー２１は支点２０ｂよりも下側に配置され、被測定面Ｗｌの大域的な形状が凸の球面状である場合、バー２１は支点２０ｂよりも上側に配置される。
スライドレール２０およびバー２１には、例えば図示しない駆動装置が設けられており、スライドレール２０の回転運動およびスライドレール２０におけるバー２１の摺動は、この駆動装置を介して制御装置６０により自動制御される。なお、この駆動装置は、スライドレール２０を介してセンサ３０を中心軸Ｒ１回りに回転させる「センサ回転機構」として機能する。
エンコーダ１２の回転移動量およびスライドレール２０におけるバー２１の直進移動量（支点２０ｂからの距離および移動方向）は、制御装置６０に出力される。なお、スライドレール２０の回転運動およびスライドレール２０におけるバー２１の摺動は、自動制御ではなく、ユーザが手動で制御してもよい。
センサ３０は、測定対象物Ｗの被測定面Ｗｌの形状を測定する。センサ３０は、一般的な接触式または非接触式のセンサとは異なり、被測定面Ｗｌを加圧しながらその形状を測定する。そして、センサ３０は、測定した測定対象物Ｗの形状（測定値）を制御装置６０に出力する。ここで、センサ３０の具体的構成については後記する（図２および図３参照）。
θステージ４１は、ベース１０上の水平面内において回転可能に設けられている。θステージ４１は、Ｚ方向と平行な軸回りに回転することにより、バー２１に対するホルダ４５（すなわち測定対象物Ｗ）の相対的な向きを変化させる「ホルダ回転機構」として機能する。
Ｘステージ４２、Ｙステージ４３およびＺステージ４４は、θステージ４１上に設けられている。Ｘステージ４２、Ｙステージ４３およびＺステージ４４は、θステージ４１上でＸＹＺの各方向に並進することにより、ホルダ４５（測定対象物Ｗ）の３次元的な位置を調節する「ホルダ移動機構」として機能する。
θステージ４１、Ｘステージ４２、Ｙステージ４３およびＺステージ４４には図示しない駆動装置が設けられており、θステージ４１の回転運動と、Ｘステージ４２、Ｙステージ４３およびＺステージ４４の各方向における並進運動とは、この駆動装置を介して制御装置６０により自動制御される。なお、θステージ４１の回転運動と、Ｘステージ４２、Ｙステージ４３およびＺステージ４４の各方向における並進運動とは、自動制御ではなく、ユーザが手動で制御してもよい。
ホルダ４５は、Ｚステージ４４上に配置され、測定対象物Ｗを保持する。温度計測器５０は、ベース１０上に脚部５０ａを介して設けられ、周囲の温度を測定する。温度計測器５０によって測定された周囲の温度は、制御装置６０に出力される。
制御装置６０は、形状測定装置１全体の動作を制御する。制御装置６０は、例えばパーソナルコンピュータによって構成されている。制御装置６０は、当該制御装置６０の制御プログラムや各種情報を記憶する記憶部６１と、被測定面Ｗｌの形状を算出する演算部６２と、算出した被測定面Ｗｌの形状を表示する表示部６３と、これら各部の動作を統括的に制御する制御部６４と、を備えている。
制御部６４は、被測定面Ｗｌの球心がセンサ３０の回転中心Ｃと一致するように、スライドレール２０におけるバー２１の位置、θステージ４１、Ｘステージ４２、Ｙステージ４３およびＺステージ４４の位置を調節し、被測定面Ｗｌの形状を測定する一連の動作を制御する。
制御部６４は、具体的には、センサ３０によって被測定面Ｗｌを走査することにより、被測定面Ｗｌの形状（微小な凹凸や、真球からの形状誤差）を測定する。前記したように、被測定面Ｗｌの球心は、センサ３０の回転中心Ｃと一致するように制御部６４によって設定される。従って、スライドレール２０およびθステージ４１を回転させることにより、センサ３０から被測定面Ｗｌ上の各点までの距離を一定に維持することができる。そしてこれにより、被測定面Ｗｌの全域に対して、センサ３０において生じる固有の誤差、具体的には、被測定面Ｗｌまでの測長距離の違いに起因する誤差（以下、「直進性誤差」という）を排除して、精度のよい形状測定を行うことができる。
（直進性誤差および温度特性誤差の補正演算）
ここで、測定対象物Ｗの被測定面Ｗｌが真球であれば、前記したような直進性誤差を排除した形状測定を行うことができる。しかしながら、被測定面Ｗｌにうねりが生じている等、真球から外れている場合、上記直進性誤差の影響がセンサ３０（具体的には後記する第１変位センサ３７）の測定結果に表れてしまう。また、形状測定装置１が設置される環境によっては、温度変化に起因する誤差（以下、「温度特性誤差」という）が発生することもある。
そこで、本実施の形態では、センサ３０（具体的には後記する第１変位センサ３７）における直進性誤差および温度特性誤差の誤差成分（補正データ）を事前に評価して記憶部６１に記憶させ、センサ３０から出力された測定値に対してこれらの誤差成分を用いて補正演算を行うことにより、高精度な形状測定を実現している。なお、これらの誤差成分は、センサ３０が個別に有する固有の成分であり、一度取得して記憶部６１に記憶させれば、センサ３０の較正を行うまで再度取得する必要はない。
ここで、被測定面Ｗｌに対する測定対象距離（センサ３０（具体的には後記する第１変位センサ３７）から被測定面Ｗｌ上の各点までの距離）を変化させると、測定対象距離とセンサ３０における測定値との間に誤差が生じる。このような誤差が直進性誤差である。直進性誤差は、各測定対象距離に対するセンサ３０の測定値から取得することができ、取得された直進性誤差は記憶部６１に記憶される。
また、センサ３０（具体的には後記する第１変位センサ３７）と被測定面Ｗｌとの位置関係を変化させることなく、温度環境を変化させると、測定対象距離とセンサ３０の測定値との間に誤差が生じる。この誤差が温度特性誤差である。温度特性誤差は、各測定対象距離に対するセンサ３０の測定値から取得することができ、取得された温度特性誤差は記憶部６１に記憶される。
（センサの構成）
以下、形状測定装置１が備えるセンサ３０の具体的構成について、図２および図３を参照しながら説明する。ここで、図２および図３は、被測定面Ｗｌの形状測定時におけるセンサ３０の断面を示している。また、図３は、図２に示した断面に対して直交する断面を示している。
センサ３０は、複数の変位センサを備えるセンサユニットである。センサ３０は、ハウジング３１と、エア供給管３２と、板状部材３３と、支持部材３４と、回転子３５と、エンコーダ３６と、第１変位センサ３７と、第２変位センサ３８と、を備えている。
ハウジング３１の内部空間３１ａには、第１変位センサ３７の一部、板状部材３３、支持部材３４の一部等が配置されている。また、内部空間３１ａには、被測定面Ｗｌの形状測定時に、エア供給路３１ｂを介して圧縮エアが供給される。
エア供給管３２は、ハウジング３１の内部空間３１ａに圧縮エアを供給する。エア供給管３２は、一端側が外部のエア供給源（図示省略）に接続されており、他端側がハウジング３１に形成されたエア供給路３１ｂと接続されている。そして、エア供給管３２は、被測定面Ｗｌの形状測定時に、エア供給路３１ｂを介して内部空間３１ａに圧縮エアを供給する。
板状部材３３は、内部空間３１ａに配置されており、当該内部空間３１ａ内を移動可能に構成されている。板状部材３３の一方の面（第１変位センサ３７と対向する面）には、内部空間３１ａに供給された圧縮エアにより、圧力Ｐが作用している。すなわち、板状部材３３は、圧力Ｐで被測定面Ｗｌの方向に加圧（付勢）されている。
支持部材３４は、回転子３５を支持する。支持部材３４の一端側は、板状部材３３に固定されている。また、支持部材３４の他端側は二又に分かれており（図３参照）、当該二又部分の間に設けられた軸部材（図示省略）によって回転子３５を軸支している。また、支持部材３４の内部には、第２変位センサ３８が設けられている。なお、本実施の形態では、図２および図３に示すように、支持部材３４および板状部材３３を別体で示しているが、両者は一体で構成されていてもよい。
回転子３５は、センサ３０を被測定面Ｗｌに沿って案内するためのガイド機構である。回転子３５は、センサ３０による被測定面Ｗｌの形状測定時において、当該被測定面Ｗｌと接触する部位（センサ３０の先端）に設けられている。
回転子３５は、例えばベアリングを内蔵したローラによって構成され、被測定面Ｗｌの形状測定時に軸部材（図示省略）の回りを自転しながら被測定面Ｗｌを走査する。また、回転子３５は、被測定面Ｗｌの形状測定時において、前記した板状部材３３に加わる圧力Ｐに応じて、被測定面Ｗｌを加圧する。
ここで、本実施の形態における測定対象物Ｗは、表面に弾性体Ｗｅが設けられた加工皿であり、被測定面Ｗｌに、例えば微細な穴や溝等が意図せずに形成されている場合がある。そのため、例えば一般的な接触式プローブによって被測定面Ｗｌを加圧しながら走査しようとすると、接触式プローブが被測定面Ｗｌに引っ掛かるおそれがある。そこで、本実施の形態では、センサ３０の先端に設けた回転子３５を、当該センサ３０を被測定面Ｗｌに沿って案内するためのガイド機構として機能させることにより、被測定面Ｗｌへの引っ掛かりを回避し、センサ３０が被測定面Ｗｌ上を滑らかに走査できるようにしている。
エンコーダ３６は、回転子３５の所定位置からの回転角度を測定するものであり、回転子３５の回転軸の位置に設けられている。エンコーダ３６によって測定された回転子３５の回転角度は、制御装置６０に出力される。
第１変位センサ３７は、被測定面Ｗｌの形状を測定する。第１変位センサ３７は、所定の間隙を隔てて板状部材３３と対向する位置に配置されており、板状部材３３の変位を検出することにより、被測定面Ｗｌの形状を測定する。そして、第１変位センサ３７によって測定された板状部材３３の変位は、制御装置６０に出力される。
第１変位センサ３７としては、例えば三角測距方式により変位を測定する非接触式の光照射型変位計や、接触式の測定器を用いてもよい。
第２変位センサ３８は、回転子３５の偏心量を測定する。第２変位センサ３８は、所定の間隙を隔てて回転子３５と対向する位置に配置されており、回転子３５の外周の変位を検出することにより、回転子３５の偏心量を測定する。そして、第２変位センサ３８によって測定された回転子３５の偏心量は、制御装置６０に出力される。
第２変位センサ３８としては、例えば三角測距方式により変位を測定する非接触式の光照射型変位計や、接触式の測定器を用いてもよい。
本実施の形態では、第１変位センサ３７による被測定面Ｗｌの形状測定と同期して、第２変位センサ３８によって回転子３５の偏心量を取得（算出）し、当該偏心量に基づいて、第１変位センサ３７の測定値を補正している。これにより、例えば回転子３５の形状に微小なうねり等が生じていることにより、回転振れが発生する場合であっても、測定誤差の発生を防止することができる。
以上のようなセンサ３０を備える形状測定装置１は、測定対象物Ｗの被測定面Ｗｌの形状を測定する際に、光学レンズ加工時における状況を再現しながら測定を行う。すなわち、形状測定装置１は、光学レンズを加工している際に加工皿（測定対象物Ｗ）の表面に作用する圧力により、被測定面Ｗｌを加圧しながら形状の測定を行う。このようにして、光学レンズの加工中と同様の圧力が加工皿（測定対象物Ｗ）に加えられている状態で、被測定面Ｗｌの形状を測定する。
ここで、被測定面Ｗｌの形状測定時における加圧量は、被測定面Ｗｌの形状測定の前に予め実験的に算出する。具体的には、実際に加工に用いられる加工皿（測定対象物Ｗ）と、加工対象となる光学レンズの形状との比率から、光学レンズ加工時に加工皿に作用する単位面積当たりの力を加圧量として算出することができる。なお、光学レンズ加工時に加工皿に作用する単位面積当たりの力とは、具体的には光学レンズと加工皿とが全面で接触し、光学レンズが最終形状になる時（加工が終了する直前）の単位面積当たりの力のことを示している。
なお、被測定面Ｗｌの形状測定時における加圧量は、光学レンズ加工時に加工皿（測定対象物Ｗ）に作用する圧力と同じであることが好ましいが、多少の誤差等が含まれていても構わない。
[形状測定方法]
以下、本実施の形態に係る形状測定装置１を利用した形状測定方法について、図４〜図１０を参照しながら説明する。
まず、真球状をなす被測定面を有するマスターをホルダ４５にセットする（ステップＳ１０）。なお、以下の説明では、マスターが有する被測定面を凸の球面形状とするが、凹の球面形状であっても同様に各ステップを実行することができる。
続いて、マスターの各種調節を行う（ステップＳ１１）。以下、本ステップにおけるマスターの調節方法の詳細について、図５を参照しながら説明する。
まず、制御装置６０による自動制御またはユーザによる手動制御によって、θステージ４１、Ｘステージ４２、Ｙステージ４３およびＺステージ４４を調節し、マスターの頂点の位置を出す（ステップＳ１１１）。
続いて、制御装置６０による自動制御またはユーザによる手動制御によって、マスターの球心がセンサ３０の回転中心Ｃと一致するように、Ｚステージ４４を調節し、マスターの球心位置を出す（ステップＳ１１２）。
続いて、制御装置６０による自動制御またはユーザによる手動制御によって、スライドレール２０のバー２１の位置を調節し、センサ３０とマスターの頂点との距離が個々のセンサ３０に設定されている測定基準距離を出す（ステップＳ１１３）。
そして最後に、制御装置６０による自動制御またはユーザによる手動制御によって、スライドレール２０に設けられた駆動装置を回転させ、センサ３０を測定開始位置に移動させる（ステップＳ１１４）。そして、処理はメインルーチン（図４参照）に戻る。
ステップＳ１１に続いて、制御装置６０による自動制御によって、スライドレール２０に設けられた駆動装置を介してスライドレール２０を回転させ、センサ３０を測定開始位置から測定終了位置まで中心軸Ｒ１回りに回転させて、マスターの被測定面の測定を行う（ステップＳ１２）。
ここで、本ステップにおけるマスターの被測定面の測定方法（走査方法）としては、例えば図６の方法が挙げられる。図６の例では、マスターＷｍの被測定面Ｗｌに対し、半円周Ｍ１上の１点にセンサ３０を接触させた状態でスライドレール２０に設けられた駆動装置を回転させることにより、半円周Ｍ１を走査する。続いて、θステージ４１を回転させてセンサ３０の接触点をずらし、半円周Ｍ２上の１点にセンサ３０を接触させた状態で前記駆動装置を回転させることにより、半円周Ｍ２を走査する。同様にして、センサ３０で半円周Ｍ３〜Ｍｎの走査を繰り返すことにより、各半円周Ｍ３〜Ｍｎの形状を測定することができる。
ステップＳ１２に続いて、演算部６２は、センサ３０から出力された測定値（第１変位センサ３７の変位量、第２変位センサ３８の変位量、エンコーダ３６の回転量）、エンコーダ１２の回転量、θステージ４１の回転量および温度計測器５０から出力された温度測定値を取り込み、被測定面Ｗｌの測定値を補正して当該被測定面Ｗｌの形状を算出する演算処理を行い、演算結果のデータを記憶部６１に格納する（ステップＳ１３）。
本ステップにおいて、演算部６２は、具体的にはセンサ３０から出力されたマスターＷｍの測定値に対し、回転子３５の偏心誤差量の算出と、第１変位センサ３７の直進性誤差および温度特性誤差の補正を行う。以下、それらの詳細について、図７〜図１０を参照しながら説明する。
図７において、実線はマスターＷｍの被測定面Ｗｌの形状の理論値を示しており、破線は測定値を示している。マスターＷｍの被測定面Ｗｌは、狙いの測定精度よりも高精度に制作された真球状をなしている。従って、図７に示す理論値と測定値との差は、形状測定装置１における測定誤差（組み付け誤差、回転子３５の偏心誤差、直進性誤差、温度特性誤差）と考えることができる。
制御装置６０の演算部６２は、図８に示すように、まず回転子３５の偏心量を算出して格納する（ステップＳ１３１）。本ステップにおいて、演算部６２は、図９の（ａ）に示すように、第２変位センサ３８とエンコーダ３６の同期出力された測定値（第２変位センサ測定値）に対して、記憶部６１に予め記憶された直進性誤差（測長距離ごとの測定誤差）および温度特性誤差の２誤差を補正して除去する。この２誤差除去後の測定値が、回転子３５の偏心量（偏心誤差量）となる。演算部６２は、このようにして得た偏心量のデータを、記憶部６１に格納する。
続いて、演算部６２は、第１変位センサの直進性誤差および温度特性誤差を補正する（ステップＳ１３２）。本ステップにおいて、演算部６２は、図９の（ｂ）に示すように、第１変位センサ３７の測定値（第１変位センサ測定値）に対して、記憶部６１に予め記憶された直進性誤差（測長距離ごとの測定誤差）および温度特性誤差の２誤差を補正して除去する。
続いて、演算部６２は、設備の組み付け誤差を算出して格納する（ステップＳ１３３）。本ステップにおいて、演算部６２は、図１０に示すように、ステップＳ１３２で補正した２誤差除去後の第１変位センサ３７の測定値に対して、ステップＳ１３１で算出した回転子３５の偏心量を補正する。これにより、マスター理論値に対する設備の組み付け誤差を算出する。演算部６２は、このようにして算出した組み付け誤差のデータを、記憶部６１に格納する。
ここで、図９の（ａ）および図１０の（ａ）において、グラフの縦軸は偏心量[μｍ]を、グラフの横軸は回転子３５の回転角[θ]を示している。また、図９の（ｂ）および図１０の（ｂ）において、グラフの縦軸は形状誤差[μｍ]を、グラフの横軸は測定対象物Ｗの測定角[θ]を示している。また、図１０では、回転子３５の外周長さが測定対象物Ｗの測定長さの１／４である場合を一例として示している。すなわち、同図の例では、回転子３５における１回転分の偏心量を用いて、測定対象物Ｗの測定長さの１／４に対応する組み付け誤差を算出する。
ステップＳ１３に続いて、制御部６４は、ステップＳ１３で算出された被測定面Ｗｌの形状に基づいて、当該被測定面Ｗｌの球心位置Ｏがセンサ３０の回転中心Ｃ（図１参照）と一致しているか否かを判定する（ステップＳ１４）。
被測定面Ｗｌの球心位置Ｏがセンサ３０の回転中心Ｃと一致していない場合（ステップＳ１４でＮｏ）、ステップＳ１１に戻り、マスターＷｍの調節をやり直す。
一方、被測定面Ｗｌの球心位置Ｏがセンサ３０の回転中心Ｃと一致している場合（ステップＳ１４でＹｅｓ）、ホルダ４５からマスターＷｍを取り外し、測定対象物Ｗをホルダ４５にセットする（ステップＳ１５）。その際、マスターＷｍの球心位置Ｏとセンサ３０の回転中心Ｃとが一致している状態におけるマスターＷｍの測定値が、測定対象物Ｗを測定する際の基準値となる。
続いて、測定対象物Ｗの各種調節を行う（ステップＳ１６）。本ステップにおける測定対象物Ｗの調節方法は、ステップＳ１１と同様である（図５参照）。
続いて、制御装置６０による自動制御により、測定対象物Ｗの被測定面Ｗｌの測定を行う（ステップＳ１７）。本ステップにおける測定対象物Ｗの被測定面Ｗｌの測定方法は、ステップＳ１２と同様である（図６参照）。
続いて、センサ３０から出力された測定値（第１変位センサ３７の変位量、第２変位センサ３８の変位量、エンコーダ３６の回転量）、エンコーダ１２の回転量、θステージ４１の回転量および温度計測器５０から出力された温度測定値を取り込み、測定対象物Ｗの被測定面Ｗｌの測定値を補正して当該被測定面Ｗｌの形状を算出する演算処理を行い、演算結果のデータを記憶部６１に格納する（ステップＳ１８）。
本ステップにおいて、演算部６２は、具体的には測定対象物Ｗの被測定面Ｗ１の測定値に対して、ステップＳ１３と同様にして、回転子３５の偏心量（偏心誤差量）の算出と、第１変位センサ３７の直進性誤差および温度特性誤差の補正とを行う。続いて、演算部６２は、補正後のデータから回転子３５の偏心量を補正し、最後にステップＳ１３で算出された組み付け誤差の値を補正することにより、形状測定装置１における組み付け誤差の補正を行う。これにより、組み付け誤差、回転子３５の偏心誤差、直進性誤差および温度特性誤差が除去された被測定面Ｗ１の測定値（補正後測定値）が得られる。
続いて、制御部６４は、ステップＳ１８で算出された被測定面Ｗｌの形状に基づいて、被測定面Ｗｌの球心位置Ｏがセンサ３０の回転中心Ｃ（図１参照）と一致しているか否かを判定する（ステップＳ１９）。
被測定面Ｗｌの球心位置Ｏがセンサ３０の回転中心Ｃと一致していない場合（ステップＳ１９でＮｏ）、ステップＳ１６に戻り、測定対象物Ｗの調節をやり直す。
一方、被測定面Ｗｌの球心位置Ｏがセンサ３０の回転中心Ｃと一致している場合（ステップＳ１９でＹｅｓ）、制御部６４は、ステップＳ１８で算出された被測定面Ｗｌの形状を表すデータを表示部６３に出力し、当該形状を表示させる（ステップＳ２０）。これにより、形状測定装置１による形状測定方法は終了する。
以上説明したように、本実施の形態によれば、被測定面Ｗｌを加圧しながら走査して形状測定を行うため、表面に弾性体Ｗｅが設けられた加工皿を測定対象物Ｗとした場合においても、加工時における実効形状を精度よく測定することができる。
また、本実施の形態によれば、スライドレール２０のレール部２０ａに沿ってセンサ３０が移動可能に構成され、被測定面Ｗｌの球心位置Ｏをセンサ３０の回転中心Ｃに合わせた上で、センサ３０を回転させるため、測定対象物Ｗの被測定面Ｗｌが凸状または凹状のいずれであっても、あるいは曲率半径にもよらず、被測定面Ｗｌに対する測長距離をほぼ一定に保ちつつ測定を行うことができる。従って、測定値における直進性誤差を極めて小さくすることができる。
また、本実施の形態によれば、被測定面Ｗｌにおける微小なうねりによって生じる直進性誤差や温度特性誤差を演算処理により除去することにより、測定対象物Ｗの被測定面Ｗｌの形状の測定精度をさらに高めることが可能となる。
また、本実施の形態によれば、真球状をなす被測定面Ｗｌを有するマスターＷｍを用いて測定を行うことで、形状測定装置１における組み付け誤差を算出し、この組み付け誤差を測定対象物Ｗの測定値から除去することにより、さらに高精度な形状測定を行うことが可能となる。
また、本実施の形態は、回転子３５がローラによって構成されているため、回転子３５が摩耗しにくく、耐久度に優れているというメリットも有している。
[変形例１]
前記した実施の形態では、形状測定装置１のセンサ３０が回転子を１つ備えている場合について説明したが、図１１に示すように、回転子を複数備える構成としてもよい。
変形例１におけるセンサ３０Ａは、ハウジング３１Ａの内部空間３１ａ、板状部材３３Ａ、支持部材３４Ａ、回転子３５Ａをそれぞれ２つずつ備えているとともに、変位センサを１つのみ（第１変位センサ３７のみ）備えている。また、センサ３０Ａにおける第１変位センサ３７は、２つの回転子３５Ａの間に配置されている。そして、第１変位センサ３７は、２つの回転子３５Ａ間の間隙を通って、被測定面Ｗｌに光を照射することにより、当該被測定面Ｗｌの変位を測定する。
以上のようなセンサ３０Ａを備える変形例１に係る形状測定装置は、被測定面Ｗｌの形状測定時において、図１１に示すように、２つの回転子３５Ａによって被測定面Ｗｌを加圧してその表面を加圧・変形させ、被測定面Ｗｌの形状を第１変位センサ３７によって直接測定する。
すなわち、変形例１に係る形状測定装置は、形状測定装置１のような第２変位センサ３８を利用した回転子３５の偏心の補正を行うことなく被測定面Ｗｌの形状を測定するため、より簡易な方法によって、測定対象物Ｗの被測定面Ｗｌの実効形状を精度よく測定することができる。
なお、変形例１に係る形状測定装置では、２つの回転子３５Ａ間の間隔が広すぎると、測定対象物Ｗの弾性によって第１変位センサ３７の測定点が復元してしまうため、２つの回転子３５Ａ間の間隔は、復元しない程度に狭く設定することが望ましい。
[変形例２]
前記した実施の形態では、形状測定装置１のセンサ３０における回転子３５がローラによって構成されている場合について説明したが、図１２に示すように、ローラ以外からなる回転子を備える構成としてもよい。
変形例２におけるセンサ３０Ｂは、回転子３５Ｂが鋼球によって構成されているとともに、変位センサを１つのみ（第１変位センサ３７のみ）備えている。回転子３５Ｂを構成する鋼球は、偏心量の小さい（例えば０．５μｍ以下の）真球である。また、センサ３０Ｂは、前記したセンサ３０と同様に、第１変位センサ３７が板状部材３３の変位を測定するように構成されている。なお、回転子３５Ｂは、筒状の支持部材３４Ｂによって支持されている。
以上のようなセンサ３０Ｂを備える変形例２に係る形状測定装置は、偏心量の小さい鋼球を回転子３５Ｂとして用いることにより、形状測定装置１のような第２変位センサ３８を利用した回転子３５の偏心の補正を行うことなく被測定面Ｗｌの形状を測定することができるため、より簡易な方法によって、測定対象物Ｗの被測定面Ｗｌの実効形状を精度よく測定することができる。
また、回転自在な鋼球を回転子３５Ｂとして用いることにより、走査方法の自由度も向上する。すなわち、センサ３０Ｂを備える変形例２に係る形状測定装置は、前記した図６で示したような走査方法に加えて、例えば図１３に示すような走査方法も行うことが可能である。
図１３の例では、マスターＷｍの被測定面Ｗｌに対し、円周Ｌ１上の１点にセンサ３０を接触させた状態でθステージ４１を１回転させることにより、円周Ｌ１を走査する。続いて、スライドレール２０に設けられた駆動装置を回転させてセンサ３０の接触点をずらし、円周Ｌ２上の１点にセンサ３０を接触させた状態でθステージ４１を１回転させることにより、円周Ｌ２を走査する。同様にして、センサ３０で円周Ｌ３〜Ｌｎの走査を繰り返すことにより、各円周Ｌ３〜Ｌｎの形状を測定することができる。
[変形例３]
前記した実施の形態では、形状測定装置１のセンサ３０におけるガイド機構が回転体（回転子３５）によって構成されている場合について説明したが、図１４に示すように、回転体以外からなるガイド機構を備える構成としても良い。
変形例３におけるセンサ３０Ｃは、ガイド機構が回転子ではなく、両端部がハウジング３１側に向かって湾曲した板状部材３５Ｃによって構成されているとともに、変位センサを１つのみ（第１変位センサ３７のみ）備えている。なお、板状部材３５Ｃは、棒状の支持部材３４Ｃによって支持されている。
以上のようなセンサ３０Ｃを備える変形例３に係る形状測定装置は、板状部材３５Ｃをガイド機構として用いることにより、形状測定装置１のような第２変位センサ３８を利用した回転子３５の偏心の補正を行うことなく被測定面Ｗｌの形状を測定するため、より簡易な方法および構成により被測定面Ｗｌの実効形状を精度よく測定することができる。
[変形例４]
前記した変形例２では、形状測定装置によって測定対象物Ｗの被測定面（球面）Ｗｌの形状を測定する場合（図１３参照）について説明したが、変形例２に係る形状測定装置は、測定対象物Ｗの被測定面Ｗｌに対する外周面の偏心量を測定することも可能である。
変形例４における偏心量の測定方法は、図４に示すステップＳ１９以降（測定対象物における被測定面Ｗｌの球心位置Ｏがセンサ３０の回転中心Ｃ（図１参照）と一致したと判定された後）に実行される。図１５は、偏心量の測定方法を説明するための模式図である。
まず、形状測定装置は、測定対象物Ｗの外周面Ｗｏを測定する。詳細には、測定対象物Ｗの外周面Ｗｏに対し、円周Ｋ１上の１点にセンサ３０（回転子３５）を接触させた状態でθステージ４１を１回転させることにより、円周Ｋ１を走査する。続いて、Ｚステージ４４を駆動してセンサ３０の接触点をずらし、円周Ｋ２上の１点にセンサ３０（回転子３５）を接触させた状態でθステージ４１を１回転させることにより、円周Ｋ２を走査する。同様にして、センサ３０により円周Ｋ３〜Ｋｎに対する走査を繰り返すことにより、各円周Ｋ1〜Ｋnの形状を測定することができる。
そして、演算部６２は、測定対象物Ｗの外周面Ｗｏの測定値とステップＳ１８において取得したデータを基に、被測定面Ｗｌに対する外周面Ｗｏの偏心量（ＸＹ方向のズレ（シフト量）、外周面Ｗｏの傾斜量（チルト量））を算出する。
以上、本発明に係る形状測定装置および形状測定方法について、発明を実施するための形態により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変等したものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。
例えば、前記した形状測定装置では、被測定面Ｗｌを加圧する際に圧縮エアを用いているが、小型サーボやバネによって加圧してもよい。
また、前記した形状測定装置では、第２変位センサ３８によって取得した偏心量に基づいて第１変位センサ３７の測定値を補正する場合について説明したが、例えば回転子３５の偏心量が非常に小さい場合（例えば０．５μｍ以下の場合等）は、このような補正を行わなくてもよい。すなわち、形状測定装置は、偏心量が非常に小さい回転子３５を用いる場合、第２変位センサ３８を備えず、かつ偏心量に基づく補正を行わない構成としてもよい。
１ 形状測定装置
１０ ベース
１１ 支持部材
１２ エンコーダ
２０ スライドレール
２０ａ レール部
２０ｂ 支点
２１ バー
３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ センサ
３１ ハウジング
３１ａ 内部空間
３１ｂ エア供給路
３２ エア供給管
３３，３３Ａ 板状部材
３４，３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ 支持部材
３５，３５Ａ，３５Ｂ 回転子
３５Ｃ 板状部材
３６ エンコーダ
３７ 第１変位センサ
３８ 第２変位センサ
４１ θステージ
４２ Ｘステージ
４３ Ｙステージ
４４ Ｚステージ
４５ ホルダ
５０ 温度計測器
５０ａ 脚部
６０ 制御装置
６１ 記憶部
６２ 演算部
６３ 表示部
６４ 制御部
Ｗ 測定対象物
Ｗｅ 弾性体
Ｗｌ 被測定面
Ｗｍ マスター
Ｗｏ 外周面

Claims (21)

  1. 球面状をなす被測定面を有する測定対象物の前記被測定面の形状を測定する形状測定装置であって、
    前記測定対象物を保持するホルダと、
    前記被測定面の加圧状態における形状を測定して測定値を出力するセンサと、
    前記センサを第１の軸回りに回転させるセンサ回転機構と、
    前記センサを、前記第１の軸と直交する第２の軸上で移動させることが可能であり、かつ前記第２の軸上に沿って、前記第２の軸と前記第１の軸との交点の両側に亘って移動させることが可能なセンサ移動機構と、
    前記ホルダを、鉛直方向と平行な第３の軸に沿って移動させることが可能であり、かつ前記第３の軸と直交する面内で移動させることが可能なホルダ移動機構と、
    前記センサから出力された前記測定値に基づいて前記被測定面の形状を算出、および、前記被測定面の球心の位置を算出し、前記ホルダ移動機構に対し、前記球心の位置を、前記第１の軸と前記第２の軸との前記交点に一致させる制御を行う制御装置と、
    を備えることを特徴とする形状測定装置。
  2. 前記測定対象物は、光学レンズを加工するための加工皿であり、
    前記被測定面を構成する前記加工皿の表面には、弾性体が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の形状測定装置。
  3. 前記センサは、予め算出された圧力であって、前記光学レンズを加工する際に前記加工皿の表面に作用する圧力により前記被測定面を加圧することを特徴とする請求項２に記載の形状測定装置。
  4. 前記センサは、前記被測定面に接触する部位に、前記センサを前記被測定面に沿って案内するガイド機構を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の形状測定装置。
  5. 前記ガイド機構は、１つ以上の回転子を備えることを特徴とする請求項４に記載の形状測定装置。
  6. 前記制御装置は、前記回転子の偏心量を算出し、前記偏心量に基づいて、前記センサから出力された前記測定値を補正することを特徴とする請求項５に記載の形状測定装置。
  7. 前記第２の軸上における前記センサの位置は、前記被測定面の大域的な形状に応じて調節可能であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の形状測定装置。
  8. 前記ホルダを前記第３の軸回りに回転させるホルダ回転機構をさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の形状測定装置。
  9. 前記制御装置は、前記センサにより表面の少なくとも一部に真球面を有するマスターを測定することにより得られた測定値から前記形状測定装置における組み付け誤差を算出し、前記組み付け誤差を用いて、前記センサから出力された前記被測定面の前記測定値を補正することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の形状測定装置。
  10. 前記制御装置は、
    前記形状測定装置に関して予め取得された測長距離に関する情報を記憶する記憶部を有し、
    前記測長距離に関する情報を用いて、前記センサと前記被測定面との距離に起因する前記測定値の誤差を補正することを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の形状測定装置。
  11. 前記形状測定装置の周囲における温度を計測する温度計測器をさらに備え、
    前記制御装置は、
    前記形状測定装置に関して予め取得された温度特性に関する情報を記憶する記憶部を有し、
    前記温度特性に関する情報を用いて、前記温度の変化に起因する前記測定値の誤差を補正することを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の形状測定装置。
  12. 前記制御装置は、前記センサが測定した前記被測定面と前記測定対象物の外周面の測定値に基づき、前記被測定面に対する前記外周面の偏心量を算出することを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の形状測定装置。
  13. 球面状をなす被測定面を有する測定対象物の前記被測定面の形状を、第１の軸回りに回転可能であり、前記第１の軸と直交する第２の軸上で移動可能なセンサを備える形状測定装置が測定する形状測定方法であって、
    加圧状態における前記被測定面の形状を測定する前記センサから出力された測定値に基づいて前記被測定面の形状を算出、および、前記被測定面の球心の位置を算出し、前記球心の位置を、前記第１の軸と前記第２の軸との交点に一致させるステップを含むことを特徴とする形状測定方法。
  14. 前記ステップは、光学レンズを加工するための加工皿であって、表面に弾性体が設けられた加工皿を前記測定対象物として測定することを特徴とする請求項１３に記載の形状測定方法。
  15. 前記センサによって、予め算出された圧力であって、前記光学レンズを加工している際に前記加工皿の表面に作用する圧力により前記被測定面を加圧することを特徴とする請求項１４に記載の形状測定方法。
  16. 前記センサにおいて、前記被測定面に接触する部位に設けられた回転子の偏心量を算出し、前記偏心量に基づいて、前記センサから出力された前記測定値を補正するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１３から請求項１５のいずれか一項に記載の形状測定方法。
  17. 前記第２の軸上における前記センサの位置を、前記被測定面の大域的な形状に応じて調節するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１３から請求項１６のいずれか一項に記載の形状測定方法。
  18. 前記センサにより、表面の少なくとも一部に真球面を有するマスターの前記真球面を測定して、測定値を出力するマスター測定ステップと、
    前記マスター測定ステップにおいて測定された前記マスターの測定値に基づいて、前記形状測定装置における組み付け誤差を算出する第１の演算ステップと、
    前記第１の演算ステップにおいて算出された前記組み付け誤差を用いて、前記センサから出力された前記被測定面の前記測定値を補正する第２の演算ステップと、
    をさらに含むことを特徴とする請求項１３から請求項１７のいずれか一項に記載の形状測定方法。
  19. 前記形状測定装置に関して予め取得された測長距離に関する情報を用いて、前記センサと前記被測定面との距離に起因する前記測定値の誤差を補正する補正ステップをさらに含むことを特徴とする請求項１３から請求項１８のいずれか一項に記載の形状測定方法。
  20. 前記形状測定装置に関して予め取得された温度特性に関する情報を用いて、前記形状測定装置の周囲における温度の変化に起因する前記測定値の誤差を補正する補正ステップをさらに含むことを特徴とする請求項１３から請求項１８のいずれか一項に記載の形状測定方法。
  21. 前記センサが測定した前記被測定面と前記測定対象物の外周面の測定値に基づき、前記被測定面に対する前記外周面の偏心量を算出するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１３から請求項２０のいずれか一項に記載の形状測定方法。
JP2016111783A 2016-06-03 2016-06-03 形状測定装置および形状測定方法 Withdrawn JP2017219333A (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016111783A JP2017219333A (ja) 2016-06-03 2016-06-03 形状測定装置および形状測定方法
CN201780012696.1A CN108700398A (zh) 2016-06-03 2017-05-29 形状测定装置和形状测定方法
PCT/JP2017/019846 WO2017209026A1 (ja) 2016-06-03 2017-05-29 形状測定装置および形状測定方法
US16/114,538 US20180364021A1 (en) 2016-06-03 2018-08-28 Shape measuring device and shape measuring method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016111783A JP2017219333A (ja) 2016-06-03 2016-06-03 形状測定装置および形状測定方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2017219333A true JP2017219333A (ja) 2017-12-14

Family

ID=60477481

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016111783A Withdrawn JP2017219333A (ja) 2016-06-03 2016-06-03 形状測定装置および形状測定方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20180364021A1 (ja)
JP (1) JP2017219333A (ja)
CN (1) CN108700398A (ja)
WO (1) WO2017209026A1 (ja)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7045194B2 (ja) * 2018-01-11 2022-03-31 株式会社ミツトヨ レンズ測定装置およびレンズ測定方法
CN109916254B (zh) * 2019-03-21 2022-01-18 三峡大学 一种闸门底枢轴瓦的磨损量测量装置及测量方法
JP7296279B2 (ja) * 2019-08-30 2023-06-22 住友重機械工業株式会社 形状計測装置、及び検出器の校正方法
CN114812331B (zh) * 2022-04-19 2024-01-02 中国航发动力股份有限公司 一种检验零件内球心位置的测量装置

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB8603060D0 (en) * 1986-02-07 1986-03-12 Rank Taylor Hobson Ltd Usefulness of in situ roundness measurement
SE501410C2 (sv) * 1993-07-12 1995-02-06 Nobelpharma Ab Förfarande och anordning i samband med framställning av tand, brygga, etc
JPH08219764A (ja) * 1995-02-13 1996-08-30 Canon Inc 表面形状測定方法
JP4814430B2 (ja) * 2001-01-30 2011-11-16 オリンパス株式会社 球面測定装置および球面測定方法
JP4879550B2 (ja) * 2005-10-11 2012-02-22 凸版印刷株式会社 ワークの厚みの検査装置並びにワーク搬送装置及び排出装置
JP4633815B2 (ja) * 2008-03-17 2011-02-16 ニシコ光機株式会社 球面研磨装置
JP4875180B2 (ja) * 2010-03-25 2012-02-15 ファナック株式会社 微細接触力調整機構を有する接触式計測装置
JP5713659B2 (ja) * 2010-12-21 2015-05-07 キヤノン株式会社 形状測定方法及び形状測定装置
WO2013150614A1 (ja) * 2012-04-03 2013-10-10 公益財団法人地震予知総合研究振興会 応力および歪み検出装置
JP6020593B2 (ja) * 2012-11-29 2016-11-02 株式会社ニコン 形状測定装置、構造物製造システム、ステージシステム、形状測定方法、構造物製造方法、プログラムを記録した記録媒体
CN103105141A (zh) * 2012-12-30 2013-05-15 北京理工大学 大型球面非球面轮廓扫描测量方法与装置
JP6346538B2 (ja) * 2014-10-02 2018-06-20 オリンパス株式会社 形状測定装置及び形状測定方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20180364021A1 (en) 2018-12-20
WO2017209026A1 (ja) 2017-12-07
CN108700398A (zh) 2018-10-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2017209026A1 (ja) 形状測定装置および形状測定方法
US10041779B2 (en) Surface shape measuring method, misalignment amount calculating method, and surface shape measuring device
JP4504818B2 (ja) 加工物検査方法
US8336219B2 (en) Apparatus and method for calibrating a scanning head
JP4568621B2 (ja) 表面性状測定機の真直度補正方法および表面性状測定機
US7905027B2 (en) Method and apparatus for probe tip diameter calibration
CN206609370U (zh) 尺寸测定装置
US20120185210A1 (en) Circularity measuring apparatus and measurement value correcting method for circularity measuring method
JP3516630B2 (ja) 形状測定機及び形状測定方法
JP6346538B2 (ja) 形状測定装置及び形状測定方法
JP2008008879A (ja) 測定装置、測定基準及び精密工作機械
JP2013152195A (ja) 物体の形状測定方法及び測定装置
JP4948336B2 (ja) 研削機の圧延ロール径計測装置及び圧延ロールの径計測方法
KR100723756B1 (ko) 외경 형상 측정장치
US9664604B2 (en) Measurement apparatus, measurement method, and method of manufacturing article
JP2005172810A (ja) ３次元形状測定方法及び３次元形状測定装置
US10161743B2 (en) Measuring probe and measuring probe system
JP2010085341A (ja) 球面形状測定装置および球面形状測定方法
JP6456087B2 (ja) 形状測定装置および形状測定方法
JP6672032B2 (ja) 形状測定装置
JP2010243433A (ja) レンズ系の偏心測定装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190311

A761 Written withdrawal of application

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761

Effective date: 20200130