JP3046635B2 - 超高精度三次元測定機 - Google Patents
超高精度三次元測定機Info
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- JP3046635B2 JP3046635B2 JP3064327A JP6432791A JP3046635B2 JP 3046635 B2 JP3046635 B2 JP 3046635B2 JP 3064327 A JP3064327 A JP 3064327A JP 6432791 A JP6432791 A JP 6432791A JP 3046635 B2 JP3046635 B2 JP 3046635B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、非球面レンズの形状や
超ＬＳＩの寸法等を測定する為に必要な、０．１μｍか
ら０．０１μｍの高精度で測定可能な、超高精度三次元
測定機に関する。
超ＬＳＩの寸法等を測定する為に必要な、０．１μｍか
ら０．０１μｍの高精度で測定可能な、超高精度三次元
測定機に関する。
【０００２】
【従来の技術】０．１μｍから０．０１μｍ程度の測定
精度が必要な場合には、従来から、測定用スケール設定
手段及び測定手段として、レーザ及び光干渉を利用した
各種の光学システムが使用されている。例えば、測定用
スケール設定手段としてはレーザが使用され、測定手段
としては光干渉計が使用されている。これらの測定用ス
ケール設定手段及び測定手段は、そのもの自体の測定精
度は、充分に、前記の０．１μｍから０．０１μｍ程度
の測定精度を満足する。しかし、測定用スケール設定手
段及び測定手段を取り付けた測定機の機構側に問題点が
あり、例えば、前記測定用スケール設定手段及び測定手
段をＸ、Ｙ、Ｚ軸方向に移動させる場合の真直度を１μ
ｍ以下にすることが困難であること、測定機の機械的歪
の影響を除去できないこと等のために誤差が生じ、これ
らの誤差の補正をしないと、測定用スケール設定手段及
び測定手段が有する優れた測定精度を充分に生かしきれ
ないという問題点があった。
精度が必要な場合には、従来から、測定用スケール設定
手段及び測定手段として、レーザ及び光干渉を利用した
各種の光学システムが使用されている。例えば、測定用
スケール設定手段としてはレーザが使用され、測定手段
としては光干渉計が使用されている。これらの測定用ス
ケール設定手段及び測定手段は、そのもの自体の測定精
度は、充分に、前記の０．１μｍから０．０１μｍ程度
の測定精度を満足する。しかし、測定用スケール設定手
段及び測定手段を取り付けた測定機の機構側に問題点が
あり、例えば、前記測定用スケール設定手段及び測定手
段をＸ、Ｙ、Ｚ軸方向に移動させる場合の真直度を１μ
ｍ以下にすることが困難であること、測定機の機械的歪
の影響を除去できないこと等のために誤差が生じ、これ
らの誤差の補正をしないと、測定用スケール設定手段及
び測定手段が有する優れた測定精度を充分に生かしきれ
ないという問題点があった。
【０００３】以下に、この誤差補正に関する従来例を説
明する。上記の測定機の機構に起因する、移動の真直度
不足と機械的歪の影響を除去する従来例として、特開平
１−７７５９５号、特開昭６０−１４８７１５号があ
る。これら従来例において使用されている技術を説明す
ると次のようになる。
明する。上記の測定機の機構に起因する、移動の真直度
不足と機械的歪の影響を除去する従来例として、特開平
１−７７５９５号、特開昭６０−１４８７１５号があ
る。これら従来例において使用されている技術を説明す
ると次のようになる。
【０００４】図５は、従来の超高精度三次元測定機の構
成を示す側面図ある。図において、定盤３１上に、Ｘ−
Ｙ軸基準平面ミラー３６が固定されている。定盤３１上
に設けられた支持台３４が、前記Ｘ−Ｙ軸基準平面ミラ
ー３６の上方に被測定物３５を支持している。架台３２
は自らＸ−Ｙ軸方向に移動すると共に、Ｚ軸方向に移動
するＺ軸移動台３３を上下方向に移動可能に支持してい
る。図示していないが、架台３２及びＺ軸移動台３３上
には、測定用スケール設定手段及び測定手段と、各種ミ
ラー、プリズム、偏光板が設けられ、これらによって、
Ｚ軸移動台３３上の特定点（図示せず）と被測定物３５
との距離Ｚ3 及び、架台３２上の特定点（図示せず）と
Ｘ−Ｙ軸基準平面ミラー３６との距離Ｚ4 とが測定され
る。
成を示す側面図ある。図において、定盤３１上に、Ｘ−
Ｙ軸基準平面ミラー３６が固定されている。定盤３１上
に設けられた支持台３４が、前記Ｘ−Ｙ軸基準平面ミラ
ー３６の上方に被測定物３５を支持している。架台３２
は自らＸ−Ｙ軸方向に移動すると共に、Ｚ軸方向に移動
するＺ軸移動台３３を上下方向に移動可能に支持してい
る。図示していないが、架台３２及びＺ軸移動台３３上
には、測定用スケール設定手段及び測定手段と、各種ミ
ラー、プリズム、偏光板が設けられ、これらによって、
Ｚ軸移動台３３上の特定点（図示せず）と被測定物３５
との距離Ｚ3 及び、架台３２上の特定点（図示せず）と
Ｘ−Ｙ軸基準平面ミラー３６との距離Ｚ4 とが測定され
る。
【０００５】この場合の測定方法は、次のようになる。
先ず、架台３２をＸ−Ｙ方向に移動して、架台３２に設
けたＺ軸移動台３３上にある測定手段（図示せず）を、
被測定物３５の上方に位置させる。この位置で測定した
Ｚ3 とＺ4 とを夫々Ｚ30、Ｚ40とする。そして、Ｚ30−
Ｚ40を被測定物３５の形状測定の原点のＺ座標値とす
る。このＺ30−Ｚ40は、機械的移動の真直度不足の影響
を除去することができるので（真直度不足によるＺ軸方
向の誤差は、Ｚ30とＺ40に夫々プラス、マイナス逆方向
に作用するので、Ｚ30−Ｚ40においては、この誤差が打
ち消される。）、被測定物３５の形状測定の原点のＺ座
標値をＸ−Ｙ軸基準平面ミラー３６を基準にして、機械
的移動の真直度不足の影響を除去して、測定できる。従
って、架台３２とＺ軸移動台３３に発生する機械的歪を
無視できれば、前記原点のＺ座標値を測定用スケール設
定手段及び測定手段に固有の高精度で測定できる。
先ず、架台３２をＸ−Ｙ方向に移動して、架台３２に設
けたＺ軸移動台３３上にある測定手段（図示せず）を、
被測定物３５の上方に位置させる。この位置で測定した
Ｚ3 とＺ4 とを夫々Ｚ30、Ｚ40とする。そして、Ｚ30−
Ｚ40を被測定物３５の形状測定の原点のＺ座標値とす
る。このＺ30−Ｚ40は、機械的移動の真直度不足の影響
を除去することができるので（真直度不足によるＺ軸方
向の誤差は、Ｚ30とＺ40に夫々プラス、マイナス逆方向
に作用するので、Ｚ30−Ｚ40においては、この誤差が打
ち消される。）、被測定物３５の形状測定の原点のＺ座
標値をＸ−Ｙ軸基準平面ミラー３６を基準にして、機械
的移動の真直度不足の影響を除去して、測定できる。従
って、架台３２とＺ軸移動台３３に発生する機械的歪を
無視できれば、前記原点のＺ座標値を測定用スケール設
定手段及び測定手段に固有の高精度で測定できる。
【０００６】次に、架台３２に設けたＺ軸移動台３３上
にある測定手段（図示せず）をＸ−Ｙ軸方向に移動し
て、Ｚ3 、Ｚ4 を測定すれば、Ｚ3 −Ｚ4 が、そのＸ−
Ｙ位置で被測定物３５のＺ座標値となる。
にある測定手段（図示せず）をＸ−Ｙ軸方向に移動し
て、Ｚ3 、Ｚ4 を測定すれば、Ｚ3 −Ｚ4 が、そのＸ−
Ｙ位置で被測定物３５のＺ座標値となる。
【０００７】但し、この場合、前記被測定物３５のＺ座
標値が、測定用スケール設定手段及び測定手段に固有の
高精度で測定できるためには、架台３２とＺ軸移動台３
３に発生する機械的歪が必要測定精度に比較して充分に
小さく無視できることが必要である。
標値が、測定用スケール設定手段及び測定手段に固有の
高精度で測定できるためには、架台３２とＺ軸移動台３
３に発生する機械的歪が必要測定精度に比較して充分に
小さく無視できることが必要である。
【０００８】しかし、従来技術では、図５に示すよう
に、Ｘ−Ｙ軸基準平面ミラー３６が、被測定物３５の下
側にあるので、架台３２及び、架台３２上の測定用スケ
ール設定手段及び測定手段と、各種ミラー、プリズム、
偏光板等の光学システム、即ち、測定機構全体が、被測
定物３５の上側から側面を通って下側まで回っている。
に、Ｘ−Ｙ軸基準平面ミラー３６が、被測定物３５の下
側にあるので、架台３２及び、架台３２上の測定用スケ
ール設定手段及び測定手段と、各種ミラー、プリズム、
偏光板等の光学システム、即ち、測定機構全体が、被測
定物３５の上側から側面を通って下側まで回っている。
【０００９】そのため、被測定物３５を大きくしたり、
被測定物３５のＸ−Ｙ−Ｚ軸方向の移動量を大きくする
と、前記測定機構全体が大きくなる。測定機構全体が大
きくなると、撓みや振動が生じ易くなり、又、Ｘ−Ｙ軸
基準平面ミラー３６上に光を垂直に当てることが困難に
なり、測定誤差が大きくなる。
被測定物３５のＸ−Ｙ−Ｚ軸方向の移動量を大きくする
と、前記測定機構全体が大きくなる。測定機構全体が大
きくなると、撓みや振動が生じ易くなり、又、Ｘ−Ｙ軸
基準平面ミラー３６上に光を垂直に当てることが困難に
なり、測定誤差が大きくなる。
【００１０】従って、従来の技術では、測定誤差を、必
要測定精度が得られる範囲内に保つために、測定機構全
体の大きさに制限があり、図５に示すように、測定機構
全体に取り囲まれている形の、被測定物３５を固定する
スペースとＸ−Ｙ−Ｚ軸方向の移動測定範囲に制限が生
じ、小型の被測定物しか測定できない。例えば、１００
ｍｍ以上の被測定物を精度を落とさずに測定することは
困難であった。
要測定精度が得られる範囲内に保つために、測定機構全
体の大きさに制限があり、図５に示すように、測定機構
全体に取り囲まれている形の、被測定物３５を固定する
スペースとＸ−Ｙ−Ｚ軸方向の移動測定範囲に制限が生
じ、小型の被測定物しか測定できない。例えば、１００
ｍｍ以上の被測定物を精度を落とさずに測定することは
困難であった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来技術が
有する、Ｘ−Ｙ軸基準平面ミラーが、被測定物の下側に
あるので、架台及び、架台上の測定用スケール設定手段
及び測定手段と、各種ミラー、プリズム、偏光板等の光
学システムからなる測定機構全体が、被測定物の上側か
ら側面を通って下側まで回っているため、被測定物を固
定するスペースとＸ−Ｙ−Ｚ軸方向の移動測定範囲に制
限が生じるという問題点を解決することをその課題とし
ている。
有する、Ｘ−Ｙ軸基準平面ミラーが、被測定物の下側に
あるので、架台及び、架台上の測定用スケール設定手段
及び測定手段と、各種ミラー、プリズム、偏光板等の光
学システムからなる測定機構全体が、被測定物の上側か
ら側面を通って下側まで回っているため、被測定物を固
定するスペースとＸ−Ｙ−Ｚ軸方向の移動測定範囲に制
限が生じるという問題点を解決することをその課題とし
ている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するために、定盤上に、Ｘ軸方向又はＸ−Ｙ軸方向
に水平移動する架台を設け、この架台に、Ｘ軸方向又は
Ｘ−Ｙ軸方向に垂直なＺ軸方向に上下移動するＺ軸移動
台を設け、前記定盤上に固定された被測定物の被測定面
とその上方に位置するＺ軸移動台上の特定点との距離Ｚ
1 を測定する測定手段を設け、前記定盤上に固定された
支持体に、Ｚ軸に垂直なＸ−Ｙ軸基準面を前記Ｚ軸移動
台の上方に設け、前記Ｘ−Ｙ軸基準面とその下方に位置
するＺ軸移動台上の特定点との距離Ｚ2 を測定する測定
手段を設け、前記被測定物のＸＹ軸方向の各測定点に対
する前記距離Ｚ1 と前記距離Ｚ2 の各データに基いて前
記被測定物の形状を測定することを特徴とする。
解決するために、定盤上に、Ｘ軸方向又はＸ−Ｙ軸方向
に水平移動する架台を設け、この架台に、Ｘ軸方向又は
Ｘ−Ｙ軸方向に垂直なＺ軸方向に上下移動するＺ軸移動
台を設け、前記定盤上に固定された被測定物の被測定面
とその上方に位置するＺ軸移動台上の特定点との距離Ｚ
1 を測定する測定手段を設け、前記定盤上に固定された
支持体に、Ｚ軸に垂直なＸ−Ｙ軸基準面を前記Ｚ軸移動
台の上方に設け、前記Ｘ−Ｙ軸基準面とその下方に位置
するＺ軸移動台上の特定点との距離Ｚ2 を測定する測定
手段を設け、前記被測定物のＸＹ軸方向の各測定点に対
する前記距離Ｚ1 と前記距離Ｚ2 の各データに基いて前
記被測定物の形状を測定することを特徴とする。
【００１３】又、定盤上に、Ｘ軸に垂直なＹ−Ｚ軸基準
面と、Ｙ軸に垂直なＺ−Ｘ軸基準面の少なくとも一方を
設け、Ｚ軸移動台上又は架台上の特定点から前記Ｙ−Ｚ
軸基準面までの距離Ｘ1 を測定する測定手段と、Ｚ軸移
動台上又は架台上の特定点から前記Ｚ−Ｘ軸基準面まで
の距離Ｙ1 を測定する測定手段の少なくとも一方をＺ軸
移動台又は架台上に設けることが好適である。
面と、Ｙ軸に垂直なＺ−Ｘ軸基準面の少なくとも一方を
設け、Ｚ軸移動台上又は架台上の特定点から前記Ｙ−Ｚ
軸基準面までの距離Ｘ1 を測定する測定手段と、Ｚ軸移
動台上又は架台上の特定点から前記Ｚ−Ｘ軸基準面まで
の距離Ｙ1 を測定する測定手段の少なくとも一方をＺ軸
移動台又は架台上に設けることが好適である。
【００１４】又、定盤上に、Ｘ軸に垂直なＹ−Ｚ軸基準
面と、Ｙ軸に垂直なＺ−Ｘ軸基準面の少なくとも一方を
設け、Ｚ軸移動台上の特定点から架台上の特定点までの
距離Ｘ2 を測定する測定手段と、架台上の特定点から前
記Ｙ−Ｚ軸基準面までの距離Ｘ3 を測定する測定手段と
の組合せと、Ｚ軸移動台上の特定点から架台上の特定点
までの距離Ｙ2 を測定する測定手段と、架台上の特定点
から前記Ｚ−Ｘ軸基準面までの距離Ｙ3 を測定する測定
手段との組合せの少なくとも一方を設け、前記距離Ｘ2
と前記距離Ｘ3 の各データに基づいて前記被測定点のＸ
座標値Ｘを求める手段と、前記距離Ｙ2 と前記距離Ｙ3
の各データに基づいて前記被測定点のＹ座標値Ｙを求め
る手段の少なくとも一方を設けることが好適である。
面と、Ｙ軸に垂直なＺ−Ｘ軸基準面の少なくとも一方を
設け、Ｚ軸移動台上の特定点から架台上の特定点までの
距離Ｘ2 を測定する測定手段と、架台上の特定点から前
記Ｙ−Ｚ軸基準面までの距離Ｘ3 を測定する測定手段と
の組合せと、Ｚ軸移動台上の特定点から架台上の特定点
までの距離Ｙ2 を測定する測定手段と、架台上の特定点
から前記Ｚ−Ｘ軸基準面までの距離Ｙ3 を測定する測定
手段との組合せの少なくとも一方を設け、前記距離Ｘ2
と前記距離Ｘ3 の各データに基づいて前記被測定点のＸ
座標値Ｘを求める手段と、前記距離Ｙ2 と前記距離Ｙ3
の各データに基づいて前記被測定点のＹ座標値Ｙを求め
る手段の少なくとも一方を設けることが好適である。
【００１５】
【作用】本発明は、上記構成により、図１に示すよう
に、定盤上に固定された支持体を介して、前記Ｚ軸移動
台の上方に、Ｚ軸に垂直なＸ−Ｙ軸基準面を設けている
ので、スペース的に、大型の被測定物を固定し、測定手
段Ｚ1 を設けたＺ軸移動台を、Ｘ−Ｙ−Ｚ軸方向に大き
く移動できる余地を確保しながら、架台及び、架台上の
測定用スケール設定手段及び測定手段と、各種ミラー、
プリズム、偏光板等の光学システムの配置をコンパクト
にして、この架台及び光学システムを撓みや振動がな
く、且つ、Ｘ−Ｙ軸基準平面ミラー上に光を垂直に当て
る構造にすることが容易である。
に、定盤上に固定された支持体を介して、前記Ｚ軸移動
台の上方に、Ｚ軸に垂直なＸ−Ｙ軸基準面を設けている
ので、スペース的に、大型の被測定物を固定し、測定手
段Ｚ1 を設けたＺ軸移動台を、Ｘ−Ｙ−Ｚ軸方向に大き
く移動できる余地を確保しながら、架台及び、架台上の
測定用スケール設定手段及び測定手段と、各種ミラー、
プリズム、偏光板等の光学システムの配置をコンパクト
にして、この架台及び光学システムを撓みや振動がな
く、且つ、Ｘ−Ｙ軸基準平面ミラー上に光を垂直に当て
る構造にすることが容易である。
【００１６】従って、本発明は、定盤上に、Ｘ軸方向又
はＸ−Ｙ軸方向に水平移動する架台を設け、この架台
に、Ｘ軸方向又はＸ−Ｙ軸方向に垂直なＺ軸方向に上下
移動するＺ軸移動台を設け、前記定盤上に固定された被
測定物の被測定面とその上方に位置するＺ軸移動台上の
特定点との距離Ｚ1 を測定する測定手段を設け、前記定
盤上に固定された支持体に、Ｚ軸に垂直なＸ−Ｙ軸基準
面を前記Ｚ軸移動台の上方に設け、前記Ｘ−Ｙ軸基準面
とその下方に位置するＺ軸移動台上の特定点との距離Ｚ
2 を測定する測定手段を設け、前記被測定物のＸＹ軸方
向の各測定点に対する前記距離Ｚ1 と前記距離Ｚ2 の各
データに基いて前記被測定物の形状を測定することによ
って、従来技術では測定できなかった大型の被測定物に
ついても、歪による測定誤差がなく、且つ、Ｚ軸方向の
機械的移動の真直度不足の影響を除去した測定をするこ
とができる。
はＸ−Ｙ軸方向に水平移動する架台を設け、この架台
に、Ｘ軸方向又はＸ−Ｙ軸方向に垂直なＺ軸方向に上下
移動するＺ軸移動台を設け、前記定盤上に固定された被
測定物の被測定面とその上方に位置するＺ軸移動台上の
特定点との距離Ｚ1 を測定する測定手段を設け、前記定
盤上に固定された支持体に、Ｚ軸に垂直なＸ−Ｙ軸基準
面を前記Ｚ軸移動台の上方に設け、前記Ｘ−Ｙ軸基準面
とその下方に位置するＺ軸移動台上の特定点との距離Ｚ
2 を測定する測定手段を設け、前記被測定物のＸＹ軸方
向の各測定点に対する前記距離Ｚ1 と前記距離Ｚ2 の各
データに基いて前記被測定物の形状を測定することによ
って、従来技術では測定できなかった大型の被測定物に
ついても、歪による測定誤差がなく、且つ、Ｚ軸方向の
機械的移動の真直度不足の影響を除去した測定をするこ
とができる。
【００１７】又、同じ原理を利用することによって、
Ｘ、Ｙ軸方向についても機械的移動の真直度不足の影響
を除去することができる。
Ｘ、Ｙ軸方向についても機械的移動の真直度不足の影響
を除去することができる。
【００１８】
【実施例】本発明の実施例を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の実施例の構成を示す斜視図、図
２は、図１のＺ軸方向の真直性誤差補正の原理図であ
る。
図１は、本発明の第１の実施例の構成を示す斜視図、図
２は、図１のＺ軸方向の真直性誤差補正の原理図であ
る。
【００１９】図において、定盤１上に、ＸＹテーブル２
が設けられる。ＸＹテーブル２上に架台３を設ける。架
台３上に、発信周波数安定化Ｈe −Ｎe ゼーマンレーザ
からなる測定用スケール設定手段４と、垂直方向に上下
移動するＺ軸移動台５と、干渉計とレンズを含む光学系
からなる測定手段Ｚ1 ６1 及び測定手段Ｚ2 ６2 と、各
種ミラー、プリズム、偏光板等の光学システムとを設け
る。更に、定盤１上に、支持体８を設け、この支持体８
を介して、前記Ｚ軸移動台５の上方に、水平ミラーをＸ
−Ｙ軸基準面９として設ける。そして、被測定物７は、
定盤１上の、前記測定手段Ｚ1 ６1 の下方に位置する場
所に固定する。
が設けられる。ＸＹテーブル２上に架台３を設ける。架
台３上に、発信周波数安定化Ｈe −Ｎe ゼーマンレーザ
からなる測定用スケール設定手段４と、垂直方向に上下
移動するＺ軸移動台５と、干渉計とレンズを含む光学系
からなる測定手段Ｚ1 ６1 及び測定手段Ｚ2 ６2 と、各
種ミラー、プリズム、偏光板等の光学システムとを設け
る。更に、定盤１上に、支持体８を設け、この支持体８
を介して、前記Ｚ軸移動台５の上方に、水平ミラーをＸ
−Ｙ軸基準面９として設ける。そして、被測定物７は、
定盤１上の、前記測定手段Ｚ1 ６1 の下方に位置する場
所に固定する。
【００２０】次に、第１の実施例の動作を説明する。先
ず、発信周波数安定化Ｈe −Ｎe ゼーマンレーザからな
る測定用スケール設定手段から、周波数Ｆ1 の測定光
と、周波数Ｆ2 の参照光とを発信する。測定光Ｆ1 と参
照光Ｆ2 の周波数の差は、数百ＫＨｚから数ＭＨｚ程度
で、互いに垂直な直線偏光になっている。前記各種ミラ
ー、プリズム、偏光板等の光学システムによって、周波
数Ｆ1 の測定光Ｆ1 と、周波数Ｆ2 の参照光Ｆ2 とが分
離される。
ず、発信周波数安定化Ｈe −Ｎe ゼーマンレーザからな
る測定用スケール設定手段から、周波数Ｆ1 の測定光
と、周波数Ｆ2 の参照光とを発信する。測定光Ｆ1 と参
照光Ｆ2 の周波数の差は、数百ＫＨｚから数ＭＨｚ程度
で、互いに垂直な直線偏光になっている。前記各種ミラ
ー、プリズム、偏光板等の光学システムによって、周波
数Ｆ1 の測定光Ｆ1 と、周波数Ｆ2 の参照光Ｆ2 とが分
離される。
【００２１】測定光Ｆ1 は、前記各種ミラー、プリズ
ム、偏光板等の光学システムによって、２つに分けら
れ、その１つは、前記Ｚ軸移動台５上に設けられた前記
測定手段Ｚ1 ６1 のレンズによって、前記被測定物７上
に集光され、反射されて、架台３上に設けた前記測定手
段Ｚ2 ６2 に入射する。他の１つは、前記各種ミラー、
プリズム、偏光板等の光学システムによって、直接、架
台３上に設けた前記測定手段Ｚ2 ６2 に入射する。この
測定手段Ｚ2 ６2 は、内蔵している干渉計によって、こ
れら２つの測定光Ｆ1 から前記被測定物の被測定点と前
記Ｚ軸移動台５上の特定点Ｚ1 （図示せず）との距離Ｚ
1 を測定する。参照光Ｆ2 は前記各種ミラー、プリズム
によって、２つに分けられ、その一方の参照光Ｆ2 が、
前記各種ミラー、プリズム、偏光板等の光学システムに
よって前記Ｘ−Ｙ軸基準面９のミラー上に集光され、反
射され、前記各種ミラー、プリズム、偏光板等の光学シ
ステムによって前記測定手段Ｚ2 ６2 に集光されると共
に、他方の参照光Ｆ2 が前記各種ミラー、プリズム、偏
光板等の光学システムによって、直接、前記測定手段Ｚ
2 ６2 に集光され、前記測定手段Ｚ2 ６2 に内蔵されて
いる干渉計によって前記Ｘ−Ｙ軸基準面９と、前記Ｚ軸
移動台５上にあると共に、前記特定点Ｚ1 （図示せず）
とのＺ軸方向の距離が特定できる特定点Ｚ2 との距離Ｚ
2 が測定される。
ム、偏光板等の光学システムによって、２つに分けら
れ、その１つは、前記Ｚ軸移動台５上に設けられた前記
測定手段Ｚ1 ６1 のレンズによって、前記被測定物７上
に集光され、反射されて、架台３上に設けた前記測定手
段Ｚ2 ６2 に入射する。他の１つは、前記各種ミラー、
プリズム、偏光板等の光学システムによって、直接、架
台３上に設けた前記測定手段Ｚ2 ６2 に入射する。この
測定手段Ｚ2 ６2 は、内蔵している干渉計によって、こ
れら２つの測定光Ｆ1 から前記被測定物の被測定点と前
記Ｚ軸移動台５上の特定点Ｚ1 （図示せず）との距離Ｚ
1 を測定する。参照光Ｆ2 は前記各種ミラー、プリズム
によって、２つに分けられ、その一方の参照光Ｆ2 が、
前記各種ミラー、プリズム、偏光板等の光学システムに
よって前記Ｘ−Ｙ軸基準面９のミラー上に集光され、反
射され、前記各種ミラー、プリズム、偏光板等の光学シ
ステムによって前記測定手段Ｚ2 ６2 に集光されると共
に、他方の参照光Ｆ2 が前記各種ミラー、プリズム、偏
光板等の光学システムによって、直接、前記測定手段Ｚ
2 ６2 に集光され、前記測定手段Ｚ2 ６2 に内蔵されて
いる干渉計によって前記Ｘ−Ｙ軸基準面９と、前記Ｚ軸
移動台５上にあると共に、前記特定点Ｚ1 （図示せず）
とのＺ軸方向の距離が特定できる特定点Ｚ2 との距離Ｚ
2 が測定される。
【００２２】次に、前記被測定物７上に、測定の原点を
定め、この原点と前記Ｚ軸移動台５上の特定点Ｚ1 （図
示せず）との距離Ｚ10と、そのときの、前記Ｘ−Ｙ軸基
準面と、前記Ｚ軸移動台５上にあると共に、前記特定点
Ｚ1 （図示せず）とのＺ軸方向の距離が特定できる特定
点Ｚ2 との距離Ｚ20とを測定し、距離Ｚ10と距離Ｚ２０
との和を前記原点のＺ座標値Ｚ０ とする。
定め、この原点と前記Ｚ軸移動台５上の特定点Ｚ1 （図
示せず）との距離Ｚ10と、そのときの、前記Ｘ−Ｙ軸基
準面と、前記Ｚ軸移動台５上にあると共に、前記特定点
Ｚ1 （図示せず）とのＺ軸方向の距離が特定できる特定
点Ｚ2 との距離Ｚ20とを測定し、距離Ｚ10と距離Ｚ２０
との和を前記原点のＺ座標値Ｚ０ とする。
【００２３】次に、ＸＹテーブル２上の架台３に設けら
れた前記測定手段Ｚ1 ６1 をＸ−Ｙ方向に移動して、被
測定点のＺ座標値Ｚ1 と、Ｘ−Ｙ軸基準面のＺ座標値Ｚ
2 とを測定し、加算手段（図示せず）によってその被測
定点のＸ−Ｙ軸基準面に対するＺ座標値Ｚ1 ＋Ｚ2 を求
める。この場合、測定光Ｆ1 は、前記被測定物７の厚さ
の変化と、前記測定手段Ｚ1 ６1 のＸ−Ｙ方向の移動の
真直度の誤差との和に応じて測定光Ｆ1 の光路長が変化
するためのドプラーシフトによって周波数が変化し、測
定光Ｆ1 の反射光の周波数はＦ1 ＋Δとなる。一方、参
照光Ｆ2 はＸ−Ｙ軸基準面９のミラーから反射するの
で、Ｘ−Ｙ軸基準面９のミラーの１０ｎｍ以内の面精度
による光路長の変化と、前記測定手段Ｚ2 ６2 のＸ−Ｙ
方向の移動の真直度の誤差との和に応じて参照光Ｆ2 の
光路長が変化するためのドプラーシフトによって周波数
が変化し、参照光Ｆ2の反射光の周波数はＦ2 ＋δとな
る。
れた前記測定手段Ｚ1 ６1 をＸ−Ｙ方向に移動して、被
測定点のＺ座標値Ｚ1 と、Ｘ−Ｙ軸基準面のＺ座標値Ｚ
2 とを測定し、加算手段（図示せず）によってその被測
定点のＸ−Ｙ軸基準面に対するＺ座標値Ｚ1 ＋Ｚ2 を求
める。この場合、測定光Ｆ1 は、前記被測定物７の厚さ
の変化と、前記測定手段Ｚ1 ６1 のＸ−Ｙ方向の移動の
真直度の誤差との和に応じて測定光Ｆ1 の光路長が変化
するためのドプラーシフトによって周波数が変化し、測
定光Ｆ1 の反射光の周波数はＦ1 ＋Δとなる。一方、参
照光Ｆ2 はＸ−Ｙ軸基準面９のミラーから反射するの
で、Ｘ−Ｙ軸基準面９のミラーの１０ｎｍ以内の面精度
による光路長の変化と、前記測定手段Ｚ2 ６2 のＸ−Ｙ
方向の移動の真直度の誤差との和に応じて参照光Ｆ2 の
光路長が変化するためのドプラーシフトによって周波数
が変化し、参照光Ｆ2の反射光の周波数はＦ2 ＋δとな
る。
【００２４】しかし、反射光Ｆ1 ＋Δによって前記測定
手段Ｚ1６1 で測定された被測定点のＺ座標値Ｚ1 と、
反射光Ｆ2 ＋δによって前記測定手段Ｚ2 ６2 で測定さ
れたＸ−Ｙ軸基準面のＺ座標値Ｚ2 には、図２から明ら
かなように、Ｘ−Ｙ方向の移動真直度不足による誤差が
夫々プラス、マイナス逆方向に作用しているので、前記
被測定点のＺ座標値Ｚ1 と前記Ｘ−Ｙ軸基準面９のＺ座
標値Ｚ2 との和では、この真直度不足の誤差が打ち消さ
れている。
手段Ｚ1６1 で測定された被測定点のＺ座標値Ｚ1 と、
反射光Ｆ2 ＋δによって前記測定手段Ｚ2 ６2 で測定さ
れたＸ−Ｙ軸基準面のＺ座標値Ｚ2 には、図２から明ら
かなように、Ｘ−Ｙ方向の移動真直度不足による誤差が
夫々プラス、マイナス逆方向に作用しているので、前記
被測定点のＺ座標値Ｚ1 と前記Ｘ−Ｙ軸基準面９のＺ座
標値Ｚ2 との和では、この真直度不足の誤差が打ち消さ
れている。
【００２５】従って、本発明の第１の実施例では、測定
手段Ｚ1 ６1 と測定手段Ｚ2 ６2 のＺ軸方向の移動の真
直度不足による誤差を補正することができる。
手段Ｚ1 ６1 と測定手段Ｚ2 ６2 のＺ軸方向の移動の真
直度不足による誤差を補正することができる。
【００２６】尚、本発明の第１の実施例では、ＸＹテー
ブル２の移動は、移動真直度５０ｎｍ以下のエアースラ
イドを使用している。従って、Ｘ−Ｙ軸方向の測定誤差
は充分小さい。
ブル２の移動は、移動真直度５０ｎｍ以下のエアースラ
イドを使用している。従って、Ｘ−Ｙ軸方向の測定誤差
は充分小さい。
【００２７】しかし、エアースライドは比較的大きく重
いので、Ｘ−Ｙ軸方向の移動に、軽いクロスローラガイ
ドを使用することもできる。この場合、クロスローラガ
イドは移動真直度が不足する。本発明の第２の実施例
は、この移動真直度不足を補正している。
いので、Ｘ−Ｙ軸方向の移動に、軽いクロスローラガイ
ドを使用することもできる。この場合、クロスローラガ
イドは移動真直度が不足する。本発明の第２の実施例
は、この移動真直度不足を補正している。
【００２８】図１は、本発明の第１の実施例だけでな
く、更に、本発明の第２の実施例の構成を示す斜視図で
ある。図において、定盤１上に、Ｙ−Ｚ軸基準面１０
と、Ｚ−Ｘ軸基準面１１と、測定手段Ｘ1 ６X と、測定
手段Ｙ1 ６Y とを設ける。本発明の第２の実施例の動作
を説明する。本発明の第１の実施例の場合と同様にし
て、測定用スケール設定手段４からの測定光Ｆ1 と参照
光Ｆ2 を使用して、Ｙ−Ｚ軸基準面１０と測定手段Ｘ1
６X と各種ミラー、プリズム、偏光板等の光学システム
によって、被測定物７の被測定点のＸ座標値Ｘを測定
し、Ｚ−Ｘ軸基準面１１と測定手段Ｙ1 ６Y と各種ミラ
ー、プリズム、偏光板等の光学システムによって、被測
定物７の被測定点のＹ座標値Ｙを測定することができ
る。
く、更に、本発明の第２の実施例の構成を示す斜視図で
ある。図において、定盤１上に、Ｙ−Ｚ軸基準面１０
と、Ｚ−Ｘ軸基準面１１と、測定手段Ｘ1 ６X と、測定
手段Ｙ1 ６Y とを設ける。本発明の第２の実施例の動作
を説明する。本発明の第１の実施例の場合と同様にし
て、測定用スケール設定手段４からの測定光Ｆ1 と参照
光Ｆ2 を使用して、Ｙ−Ｚ軸基準面１０と測定手段Ｘ1
６X と各種ミラー、プリズム、偏光板等の光学システム
によって、被測定物７の被測定点のＸ座標値Ｘを測定
し、Ｚ−Ｘ軸基準面１１と測定手段Ｙ1 ６Y と各種ミラ
ー、プリズム、偏光板等の光学システムによって、被測
定物７の被測定点のＹ座標値Ｙを測定することができ
る。
【００２９】図３、図４は、本発明の第２の実施例の構
成を示す側面図である。図には、Ｘ座標値の測定精度を
向上するための構成のみを示しているが、Ｙ座標値につ
いても同様である。図において、１は定盤、３はＸ−Ｙ
軸方向に移動する架台、５は垂直方向に上下移動するＺ
軸移動台、６1 は測定手段Ｚ1 、７は被測定物、１０、
１２はＹ−Ｚ軸基準面である。架台３上には、図示して
いないが、測定用スケール設定手段と、各種ミラー、プ
リズム、偏光板等の光学システムと、２個のＸ軸方向の
距離測定手段と、２個のＹ軸方向の距離測定手段と、Ｘ
座標値の加算又は減手段と、Ｙ座標値の加算又は減手段
とが設けられている。
成を示す側面図である。図には、Ｘ座標値の測定精度を
向上するための構成のみを示しているが、Ｙ座標値につ
いても同様である。図において、１は定盤、３はＸ−Ｙ
軸方向に移動する架台、５は垂直方向に上下移動するＺ
軸移動台、６1 は測定手段Ｚ1 、７は被測定物、１０、
１２はＹ−Ｚ軸基準面である。架台３上には、図示して
いないが、測定用スケール設定手段と、各種ミラー、プ
リズム、偏光板等の光学システムと、２個のＸ軸方向の
距離測定手段と、２個のＹ軸方向の距離測定手段と、Ｘ
座標値の加算又は減手段と、Ｙ座標値の加算又は減手段
とが設けられている。
【００３０】図３において、図１の本発明の第１の実施
例の場合と同様にして、Ｙ−Ｚ軸基準面１０と架台３上
の特定点（図示せず）との距離Ｘ2 と、Ｙ−Ｚ軸基準面
１２と架台３上の特定点（図示せず）との距離Ｘ3 とが
測定され、Ｘ2 とＸ3 との和Ｘが求められる。この和Ｘ
は、被測定物の被測定点のＹ−Ｚ軸基準面１２に対する
Ｘ座標値で、Ｘ−Ｙ軸方向に移動する架台３の移動真直
度不足による誤差は、図１の本発明の第１の実施例のＺ
軸方向の移動真直度不足による誤差の補正と同様にし
て、補正されている。
例の場合と同様にして、Ｙ−Ｚ軸基準面１０と架台３上
の特定点（図示せず）との距離Ｘ2 と、Ｙ−Ｚ軸基準面
１２と架台３上の特定点（図示せず）との距離Ｘ3 とが
測定され、Ｘ2 とＸ3 との和Ｘが求められる。この和Ｘ
は、被測定物の被測定点のＹ−Ｚ軸基準面１２に対する
Ｘ座標値で、Ｘ−Ｙ軸方向に移動する架台３の移動真直
度不足による誤差は、図１の本発明の第１の実施例のＺ
軸方向の移動真直度不足による誤差の補正と同様にし
て、補正されている。
【００３１】図４において、図１の本発明の第１の実施
例の場合と同様にして、Ｙ−Ｚ軸基準面１０と架台３上
の特定点（図示せず）との距離Ｘ2 と、Ｙ−Ｚ軸基準面
１２と架台３上の特定点（図示せず）との距離Ｘ3 とが
測定され、Ｘ2 とＸ3 との差Ｘが求められる。この差Ｘ
は、被測定物の被測定点のＹ−Ｚ軸基準面１２に対する
Ｘ座標値で、Ｘ−Ｙ軸方向に移動する架台３の移動真直
度不足による誤差は、図１の本発明の第１の実施例のＺ
軸方向の移動真直度不足による誤差の補正と同様にし
て、補正されている。Ｙ座標値については、Ｘ座標値と
同様なので、説明を省略する。
例の場合と同様にして、Ｙ−Ｚ軸基準面１０と架台３上
の特定点（図示せず）との距離Ｘ2 と、Ｙ−Ｚ軸基準面
１２と架台３上の特定点（図示せず）との距離Ｘ3 とが
測定され、Ｘ2 とＸ3 との差Ｘが求められる。この差Ｘ
は、被測定物の被測定点のＹ−Ｚ軸基準面１２に対する
Ｘ座標値で、Ｘ−Ｙ軸方向に移動する架台３の移動真直
度不足による誤差は、図１の本発明の第１の実施例のＺ
軸方向の移動真直度不足による誤差の補正と同様にし
て、補正されている。Ｙ座標値については、Ｘ座標値と
同様なので、説明を省略する。
【００３２】本発明は、上記の実施例に限らず種々の態
様が可能である。例えば、測定用スケール設定手段と測
定手段は、本実施例の光学システムに限らず、例えば、
マイクロメータのような機械的な測定用スケール設定手
段と測定手段でも良く、又、その設置場所も自由であ
る。各種ミラー、プリズム、偏光板等の光学システムは
自由に設計できる。各種の機械的構造も自由に設計でき
る。
様が可能である。例えば、測定用スケール設定手段と測
定手段は、本実施例の光学システムに限らず、例えば、
マイクロメータのような機械的な測定用スケール設定手
段と測定手段でも良く、又、その設置場所も自由であ
る。各種ミラー、プリズム、偏光板等の光学システムは
自由に設計できる。各種の機械的構造も自由に設計でき
る。
【００３３】
【発明の効果】従来の超高精度三次元測定機では、測定
機の構造が、被測定物の設置スペースと被測定物のＸ−
Ｙ−Ｚ方向の測定移動スペースを大きくすると、歪が起
こり易い構造なので、この歪による誤差を避けるため
に、被測定物の設置スペースと被測定物のＸ−Ｙ−Ｚ方
向の測定移動スペースに制限があり、例えば１００ｍｍ
以上の被測定物を測定できないという問題点があったの
に対して、請求項１に記載の本発明の超高精度三次元測
定機は、測定機を、被測定物の設置スペースと被測定物
のＸ−Ｙ−Ｚ方向の測定移動スペースを大きくしても、
歪が起こり難い構造にすることによって、被測定物の設
置スペースと被測定物のＸ−Ｙ−Ｚ方向の測定移動スペ
ースを充分に確保することができ、１００ｍｍ以上の大
きな被測定物の測定を可能にするという効果を奏する。
機の構造が、被測定物の設置スペースと被測定物のＸ−
Ｙ−Ｚ方向の測定移動スペースを大きくすると、歪が起
こり易い構造なので、この歪による誤差を避けるため
に、被測定物の設置スペースと被測定物のＸ−Ｙ−Ｚ方
向の測定移動スペースに制限があり、例えば１００ｍｍ
以上の被測定物を測定できないという問題点があったの
に対して、請求項１に記載の本発明の超高精度三次元測
定機は、測定機を、被測定物の設置スペースと被測定物
のＸ−Ｙ−Ｚ方向の測定移動スペースを大きくしても、
歪が起こり難い構造にすることによって、被測定物の設
置スペースと被測定物のＸ−Ｙ−Ｚ方向の測定移動スペ
ースを充分に確保することができ、１００ｍｍ以上の大
きな被測定物の測定を可能にするという効果を奏する。
【００３４】請求項２に記載の本発明の超高精度三次元
測定機は、請求項１に記載の本発明の超高精度三次元測
定機の効果に加えて、Ｘ−Ｙ軸方向の座標値をＺ座標値
の測定と同じ光学的手段で測定することによって、Ｘ座
標値とＹ座標値の測定精度を向上させることができると
いう効果を奏する。
測定機は、請求項１に記載の本発明の超高精度三次元測
定機の効果に加えて、Ｘ−Ｙ軸方向の座標値をＺ座標値
の測定と同じ光学的手段で測定することによって、Ｘ座
標値とＹ座標値の測定精度を向上させることができると
いう効果を奏する。
【００３５】請求項３に記載の本発明の超高精度三次元
測定機は、請求項１に記載の本発明の超高精度三次元測
定機の効果に加えて、Ｘ−Ｙ軸方向の座標値の測定に、
請求項１に記載の本発明の超高精度三次元測定機のＺ座
標値の測定における、Ｚ軸方向の移動の真直度不足によ
る誤差の補正手段を採用することによって、Ｘ−Ｙ軸方
向の座標値の測定における、Ｘ−Ｙ軸方向の真直度不足
による誤差を補正できるという効果を奏する。
測定機は、請求項１に記載の本発明の超高精度三次元測
定機の効果に加えて、Ｘ−Ｙ軸方向の座標値の測定に、
請求項１に記載の本発明の超高精度三次元測定機のＺ座
標値の測定における、Ｚ軸方向の移動の真直度不足によ
る誤差の補正手段を採用することによって、Ｘ−Ｙ軸方
向の座標値の測定における、Ｘ−Ｙ軸方向の真直度不足
による誤差を補正できるという効果を奏する。
【図１】本発明の第１及び第２の実施例の構成を示す斜
視図である。
視図である。
【図２】図１のＺ軸方向の真直性誤差補正の原理図であ
る。
る。
【図３】本発明の第３の実施例の構成を示す側面図であ
る。
る。
【図４】本発明の第３の実施例の構成を示す側面図であ
る。
る。
【図５】従来の超高精度三次元測定機の構成を示す斜視
図である。
図である。
１ 定盤 ２ ＸＹテーブル ３ 架台 ４ 測定用スケール設定手段 ５ Ｚ軸移動台 ６1 測定手段Ｚ1 ６2 測定手段Ｚ2 ６X 測定手段Ｘ1 ６Y 測定手段Ｘ2 ７ 被測定物 ８ 支持体 ９ Ｘ−Ｙ軸基準面 １０ Ｙ−Ｚ軸基準面 １１ Ｚ−Ｘ軸基準面 １２ Ｙ−Ｚ軸基準面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30 102 G01B 21/00 - 21/32
Claims (3)
- 【請求項１】 定盤上に、Ｘ軸方向又はＸ−Ｙ軸方向に
水平移動する架台を設け、この架台に、Ｘ軸方向又はＸ
−Ｙ軸方向に垂直なＺ軸方向に上下移動するＺ軸移動台
を設け、前記定盤上に固定された被測定物の被測定面と
その上方に位置するＺ軸移動台上の特定点との距離Ｚ1
を測定する測定手段を設け、前記定盤上に固定された支
持体に、Ｚ軸に垂直なＸ−Ｙ軸基準面を前記Ｚ軸移動台
の上方に設け、前記Ｘ−Ｙ軸基準面とその下方に位置す
るＺ軸移動台上の特定点との距離Ｚ2 を測定する測定手
段を設け、前記被測定物のＸＹ軸方向の各測定点に対す
る前記距離Ｚ1 と前記距離Ｚ2 の各データに基いて前記
被測定物の形状を測定することを特徴とする超高精度三
次元測定機。 - 【請求項２】 定盤上に、Ｘ軸に垂直なＹ−Ｚ軸基準面
と、Ｙ軸に垂直なＺ−Ｘ軸基準面の少なくとも一方を設
け、Ｚ軸移動台上又は架台上の特定点から前記Ｙ−Ｚ軸
基準面までの距離Ｘ1 を測定する測定手段と、Ｚ軸移動
台上又は架台上の特定点から前記Ｚ−Ｘ軸基準面までの
距離Ｙ1 を測定する測定手段の少なくとも一方をＺ軸移
動台又は架台上に設けた請求項１に記載の超高精度三次
元測定機。 - 【請求項３】 定盤上に、Ｘ軸に垂直なＹ−Ｚ軸基準面
と、Ｙ軸に垂直なＺ−Ｘ軸基準面の少なくとも一方を設
け、Ｚ軸移動台上の特定点から架台上の特定点までの距
離Ｘ2 を測定する測定手段と、架台上の特定点から前記
Ｙ−Ｚ軸基準面までの距離Ｘ3 を測定する測定手段との
組合せと、Ｚ軸移動台上の特定点から架台上の特定点ま
での距離Ｙ2 を測定する測定手段と、架台上の特定点か
ら前記Ｚ−Ｘ軸基準面までの距離Ｙ3 を測定する測定手
段との組合せの少なくとも一方を設け、前記距離Ｘ2 と
前記距離Ｘ3 の各データに基づいて前記被測定点のＸ座
標値Ｘを求める手段と、前記距離Ｙ2 と前記距離Ｙ3 の
各データに基づいて前記被測定点のＹ座標値Ｙを求める
手段の少なくとも一方を設けた請求項１に記載の超高精
度三次元測定機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3064327A JP3046635B2 (ja) | 1991-03-28 | 1991-03-28 | 超高精度三次元測定機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3064327A JP3046635B2 (ja) | 1991-03-28 | 1991-03-28 | 超高精度三次元測定機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04299206A JPH04299206A (ja) | 1992-10-22 |
| JP3046635B2 true JP3046635B2 (ja) | 2000-05-29 |
Family
ID=13255033
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3064327A Expired - Lifetime JP3046635B2 (ja) | 1991-03-28 | 1991-03-28 | 超高精度三次元測定機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3046635B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7520067B2 (en) | 2006-12-20 | 2009-04-21 | Panasonic Corporation | Three-dimensional measurement probe |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4794753B2 (ja) | 2001-06-04 | 2011-10-19 | パナソニック株式会社 | 形状測定方法 |
| JP2012511158A (ja) * | 2008-12-08 | 2012-05-17 | アイメック | 物体の表面形状を決定するための方法および装置 |
-
1991
- 1991-03-28 JP JP3064327A patent/JP3046635B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7520067B2 (en) | 2006-12-20 | 2009-04-21 | Panasonic Corporation | Three-dimensional measurement probe |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04299206A (ja) | 1992-10-22 |
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