JP4520276B2 - Measuring jig - Google Patents
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Description
本発明は、被測定物、例えば光学素子の表面と裏面との３次元形状を測定するための測定用治具に関する。 The present invention relates to a measuring jig for measuring a three-dimensional shape of an object to be measured, for example, a front surface and a back surface of an optical element.
従来、接触式プローブまたは非接触式プローブを走査して、光学素子、例えば非球面レンズの表面と裏面の形状を測定する形状測定方法が提案されている。ここで、２つの代表的なプローブの走査方式がある。なお、被検面内に沿って直交するＸＹ座標を考える。第１番目の走査方式は、被測定物を所定軸の周りのθ方向に回転させながら、プローブをＸ方向に走査する方式（以下、「Ｒθ走査方式」という。）である。第２番目の走査方式は、被測定物に対してプローブを相対的にＸ方向とＹ方向との２次元面内に走査する方式（以下、「ＸＹ走査方式」という。）である。 Conventionally, a shape measuring method has been proposed in which a contact probe or a non-contact probe is scanned to measure the shape of the front and back surfaces of an optical element, for example, an aspheric lens. Here, there are two typical probe scanning methods. Note that XY coordinates orthogonal to each other along the test surface are considered. The first scanning method is a method of scanning the probe in the X direction while rotating the object to be measured in the θ direction around a predetermined axis (hereinafter referred to as “Rθ scanning method”). The second scanning method is a method of scanning the probe in a two-dimensional plane in the X direction and the Y direction relative to the object to be measured (hereinafter referred to as “XY scanning method”).
Ｒθ走査方式を用いて、被測定物の表面と裏面との３次元形状を測定する３次元形状測定方法は、例えば、特許文献１に提案されている。図１０は、従来技術の３次元形状測定方法で用いられる形状測定機の概略構成を示す。被測定物は、非球面レンズ１２である。非球面レンズ１２は、θステージ１１に支持されている。そして、光プローブ１３ａが、非球面レンズ１２の表面１２ａに対向して配置されている。また、光プローブ１３ｂが、非球面レンズ１２の裏面１２ｂに対向して配置されている。このように、２つの光プローブ１３ａ、１３ｂを用いている。
For example, Patent Document 1 proposes a three-dimensional shape measurement method that measures the three-dimensional shape of the front and back surfaces of an object to be measured using the Rθ scanning method. FIG. 10 shows a schematic configuration of a shape measuring machine used in the conventional three-dimensional shape measuring method. The object to be measured is an
図１０に示す３次元形状測定機では、θステージ１１の回転軸に対して被測定物の軸が略一致するように、非球面レンズ１２をセッティングする。そして、θステージ１１により、非球面レンズ１２を回転させる。続いて、回転する非球面レンズ１２に対して、２つの光プローブ１３ａ及び１３ｂが、θステージ１１の回転軸に直交するＸ方向に走査される。その際、２つの光プローブ１３ａ及び１３ｂは、それぞれ非球面レンズ１２の表面１２ａ及び裏面１２ｂのＺ方向（θステージ１１の回転軸と平行な方向）の形状変化に追従しながら移動する。
In the three-dimensional shape measuring machine shown in FIG. 10, the
光プローブ１３ａの位置座標は、レーザー測長器１４ａにより測定される。また、光プローブ１３ｂの位置座標は、レーザー測長器１４ｂにより測定される。そして、θステージ１１のθ座標、光プローブ１３ａ、１３ｂのＸ座標及びＺ座標に基づいて、非球面レンズ１２の表面１２ａ及び裏面１２ｂの形状測定が行われる。従って、非球面レンズ１２のセッティングをやり直すことなく１回の測定により、非球面レンズ１２の表面１２ａ及び裏面１２ｂの形状測定が可能である。
The position coordinates of the
また、非球面レンズ１２の軸とθステージ１１の回転軸とを略一致させて被測定物を回転させている。このため、被測定物の同一半径上の形状は、略一定の形状となる。このことから、プローブ１３ａ及び１３ｂの位置制御が容易となる。この結果、走査速度を速くできる。このように、Ｒθ走査方式の３次元形状測定方法は、被測定面が回転対称な形状のときには、ＸＹ走査方式の形状測定方法に比べて測定時間の短縮が可能であるという特徴がある。
Further, the object to be measured is rotated with the axis of the
さらに、ＸＹ走査方式を用いて、被測定物の表面と裏面との３次元形状を測定する３次元形状測定方法は、例えば、特許文献２に提案されている。図１１は、特許文献２に提案されている３次元形状測定機の構成を示す。被測定面であるレンズ２１は、レンズ２１の表面２１ａと裏面２１ｂとが露出するように、測定用治具２２に支持されている。また、測定用治具２２には、３つの位置決め球２３の表面と裏面とが露出した状態で固定されている。この測定方法では、レンズ２１の被測定面２１ａ上を、測定プローブ２４がＸ方向及びＹ方向に走査する。これにより、測定プローブ２４のＸＹ座標位置でのＺ座標を求める。そして、レンズ２１ａの形状測定を行なう。
Furthermore, for example,
特許文献２に提案されている測定方法について説明する。まず、レンズ２１の表面２１ａが上を向いた状態にして測定用治具２２を定盤上に固定する。そして、測定プローブ２４により、３つの位置決め球２３の表面、及びレンズ２１の表面２１ａの形状測定を行う。続いて、３つの位置決め球２３の表面の測定データから、測定用治具２２の基準座標を決定する。そして、測定用治具２２の基準座標に対するレンズ２１の表面２１ａのずれを求める。その後、測定用治具２２を１８０度回転（表裏反転）させる。これにより、レンズ２１の裏面２１ｂが上を向いた状態にして定盤上に固定する。そして、３つの位置決め球２３の裏面、及びレンズ２１の裏面２１ｂの形状測定を行う。続いて、３つの位置決め球２３の裏面の測定データから、測定用治具２２の基準座標を決定する。これにより、測定用治具２２の基準座標に対するレンズ２１の裏面２１ｂのずれを求める。そして、測定用治具２２の基準座標に対するレンズ２１の表面２１ａのずれと裏面２１ｂのずれとから、レンズ２１の表面２１ａと裏面２１ｂの相対的位置ずれを求める。
A measurement method proposed in
さらに、測定用治具で決定される基準座標に対する非球面レンズの表面形状を測定する別の方法も、例えば、特許文献３に提案されている。特許文献３に提案されている方法を図１２に基づいて説明する。ここで、非球面レンズ３１が被測定物である。この方法では、まず、非球面レンズ３１を、測定用治具３２に固定する。測定用治具３２には、基準部分として、上側平面部分３２ａとエッジ部分３２ｂとが設けられている。そして、非球面レンズ３１の表面３１ａの形状と、測定用治具３２の基準部分の形状をプローブ３３で測定する。続いて、非球面レンズ３１の表面３１ａの測定データを、測定用治具３２の基準部分から決定される基準座標系に対する形状データに変換する。このようにして、非球面レンズ３１の表面３１ａの形状を求めることができる。
Furthermore, another method for measuring the surface shape of the aspherical lens with respect to the reference coordinates determined by the measurement jig is proposed in, for example, Patent Document 3. The method proposed in Patent Document 3 will be described with reference to FIG. Here, the
図１０に示した従来技術では、被測定物のセッティングをやり直すことなく表面および裏面の形状測定が可能である。しかしながら、プローブと、プローブの位置制御を行なう駆動機構と、プローブの位置座標を測定するための測長器とがそれぞれ２つ必要である。このため、装置構成が複雑となり、装置が大きくなってしまうという問題がある。 In the prior art shown in FIG. 10, it is possible to measure the shape of the front and back surfaces without resetting the object to be measured. However, two probes, a driving mechanism for controlling the position of the probe, and two length measuring devices for measuring the position coordinates of the probe are required. For this reason, there exists a problem that an apparatus structure becomes complicated and an apparatus will become large.
図１１に示した従来技術では、測定用治具２２を用いることにより、１つのプローブで被測定物の表面および裏面の形状測定が可能である。また、被測定物の表面と裏面の相対位置関係も測定可能である。しかしながら、測定用治具２２には、３つの位置決め球２３が設けられている。そのため、この測定用治具２２を、例えば、図１０に示すようなＲθ走査方式の形状測定方法に用いると、３つの位置決め球２３はθステージ１１の回転軸に対して回転対称な形状とはならない。その結果、位置決め球２３の形状をＲθ走査方式で測定すると、走査速度が非常に遅くなり、測定時間が長くなってしまうという問題がある。
In the prior art shown in FIG. 11, by using the
図１２に示した従来技術では、測定用治具の基準部分により決定される基準座標に対する被測定物の表面の形状を求めることができる。しかしながら、被測定物の裏面の形状は測定できない。このため、被測定物の表面と裏面の相対位置関係が分からないという問題がある。 In the prior art shown in FIG. 12, the shape of the surface of the object to be measured with respect to the reference coordinates determined by the reference portion of the measuring jig can be obtained. However, the shape of the back surface of the object to be measured cannot be measured. For this reason, there exists a problem that the relative positional relationship of the surface of a to-be-measured object and a back surface is not known.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、小型で簡素な構成により、被測定物の表面と裏面との相対的な位置ずれを測定できる測定用治具を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a measurement jig that can measure the relative displacement between the front surface and the back surface of the object to be measured with a small and simple configuration. To do.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、第１の基準軸と略直交する平面からなり、一方の面に形成されている、第１の基準軸を中心とした軸対称な形状の第１の基準平面部と、一方の面に形成され、第１の基準軸を中心とした軸対称な形状の球面からなる第１の基準球面部と、第２の基準軸と略直交する平面からなり、他方の面に形成されている、第２の基準軸を中心とした軸対称な形状の第２の基準平面部と、他方の面に形成され、第２の基準軸を中心とした軸対称な形状の球面からなる第２の基準球面部と、被測定物の表面と裏面とが露出するように保持する保持部と、回転角度の原点を設定するための検出部とを有することを特徴とする測定用治具を提供できる。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, according to the present invention, the first reference axis, which is formed on one surface, is formed of a plane substantially orthogonal to the first reference axis. A first reference plane portion having an axisymmetric shape, a first reference spherical portion formed on one surface and having a spherical surface having an axisymmetric shape about the first reference axis, and a second reference A second reference plane portion having a plane that is substantially orthogonal to the axis and formed on the other surface and having an axisymmetric shape around the second reference axis, and formed on the other surface, A second reference spherical surface composed of a spherical surface having an axisymmetric shape around the reference axis, a holding portion for holding the front and back surfaces of the object to be measured, and an origin for setting the rotation angle It is possible to provide a measurement jig including a detection unit.
また、本発明の好ましい態様によれば、第１の基準球面部は、第１の基準軸に対して第１の基準平面部よりも遠い側に形成され、第２の基準球面部は、第２の基準軸に対して第２の基準平面部よりも遠い側に形成されていることが望ましい。 According to a preferred aspect of the present invention, the first reference spherical portion is formed on a side farther than the first reference plane portion with respect to the first reference axis, and the second reference spherical portion is the first reference spherical portion. It is desirable that the second reference plane portion is formed on a side farther than the second reference plane portion.
また、本発明の好ましい態様によれば、第１の基準球面部は、第１の基準軸に対して第１の基準平面部よりも近い側に形成され、第２の基準球面部は、第２の基準軸に対して第２の基準平面部よりも近い側に形成されていることが望ましい。 According to a preferred aspect of the present invention, the first reference spherical portion is formed closer to the first reference axis than the first reference plane portion, and the second reference spherical portion is the first reference spherical portion. It is desirable that the second reference plane portion be formed closer to the second reference plane than the second reference axis.
また、本発明の好ましい態様によれば、第１の基準球面部は、第１の基準軸に対して第１の基準平面部よりも近い側に形成され、第２の基準球面部は、第２の基準軸に対して第２の基準平面部よりも遠い側に形成されていることが望ましい。 According to a preferred aspect of the present invention, the first reference spherical portion is formed closer to the first reference axis than the first reference plane portion, and the second reference spherical portion is the first reference spherical portion. It is desirable that the second reference plane portion is formed on a side farther than the second reference plane portion.
また、本発明の好ましい態様によれば、第１の基準平面部よりも所定量だけ大きい高さの第１フランジ部と、第２の基準平面部よりも所定量だけ大きい高さの第２フランジ部とをさらに有することが望ましい。 According to a preferred aspect of the present invention, the first flange portion having a height larger than the first reference plane portion by a predetermined amount and the second flange having a height larger than the second reference plane portion by a predetermined amount. It is desirable to further have a part.
本発明において、測定用治具は、第１の基準平面部、第１の基準球面部と、第２の基準平面部、第２の基準球面部とを備えている。まず、測定用治具に基準物、例えば、高い平行度を有する平行平面を保持する。平行平面の表面と、第１の基準平面部との３次元形状を測定する。続いて、平行平面の裏面と、第２の基準平面部との３次元形状を測定する。これにより、平行平面に対する、第１の基準平面部と第２の基準平面部とのずれ量、即ち相対的な位置関係を求めることができる。次に、測定用治具に基準物、例えば、高い真円度を有する基準球を保持する。基準球の表面と、第１の基準球面部との３次元形状を測定する。続いて、基準球の裏面と、第２の基準球面部との３次元形状を測定する。これにより、基準球に対する、第１の基準球面部と第２の基準球面部とのずれ量、即ち相対的な位置関係を求めることができる。そして、測定用治具に基準物の代わりに被測定物を保持する。被測定物の一方の面、例えば表面と、測定用治具の第１の基準平面部と第１の基準球面部とを測定する。さらに、被測定物の他方の面、例えば裏面と、測定用治具の第２の基準平面部と第２の基準球面部とを測定する。第１の基準平面部と第２の基準平面部との位置関係は既に補正値として算出されている。同様に、第１の基準球面部と第２の基準球面部との位置関係は既に補正値として算出されている。そして、被測定物の表面の測定工程の測定結果から、被測定面の表面と第１の基準平面部と第１の基準球面部との位置関係を求めることができる。同様に、被測定物の裏面の測定工程の測定結果から、被測定面の裏面と第２の基準平面部と第２の基準球面部との位置関係を求めることができる。そして、第１の基準平面部、第１の基準球面部と、第２の基準平面部と第２の基準球面部とを介して、被測定面の表面の形状と裏面の形状とこれらの相対的な位置関係とを算出できる。この結果、本発明に係る測定用治具を用いると、３次元形状測定装置において、１つのプローブ等を用いるだけで良い。従って、簡素で小型な装置により３次元形状測定を行なうことができるという効果を奏する。また、従来技術で述べた位置決め球を必要としない。このため、例えば、本発明に係る測定用治具を用いる３次元形状測定をＲθ走査方式により行なうとき、測定用治具をθステージの回転軸に対して回転対称な形状とすることができる。従って、Ｒθ走査方式で測定するとき、走査速度を速くすることで、測定時間を短縮できるという効果を奏する。さらに、本発明に係る測定用治具を用いる３次元形状測定方法によれば、被測定物の表面と裏面との形状を測定できる。このため、被測定物の表面と裏面の相対位置関係を求めることができるという効果を奏する。このように、本発明によれば、小型で簡素な構成により、被測定物の表面と裏面との形状と相対的な位置ずれとを測定できる測定用治具を提供することができる。 In the present invention, the measurement jig includes a first reference plane portion, a first reference spherical portion, a second reference plane portion, and a second reference spherical portion. First, a reference object, for example, a parallel plane having high parallelism is held on the measurement jig. The three-dimensional shape of the surface of the parallel plane and the first reference plane part is measured. Subsequently, the three-dimensional shape of the back surface of the parallel plane and the second reference plane portion is measured. Thereby, the deviation | shift amount of a 1st reference plane part and a 2nd reference plane part with respect to a parallel plane, ie, a relative positional relationship, can be calculated | required. Next, a reference object, for example, a reference sphere having high roundness is held on the measurement jig. The three-dimensional shape of the surface of the reference sphere and the first reference spherical surface portion is measured. Subsequently, the three-dimensional shape of the back surface of the reference sphere and the second reference spherical surface portion is measured. Thereby, the deviation | shift amount of the 1st reference spherical surface part and the 2nd reference spherical surface part with respect to a reference sphere, ie, relative positional relationship, can be calculated | required. Then, the measurement object is held in the measurement jig instead of the reference object. One surface of the object to be measured, for example, the surface, and the first reference plane portion and the first reference spherical portion of the measurement jig are measured. Further, the other surface of the object to be measured, for example, the back surface, and the second reference plane portion and the second reference spherical surface portion of the measurement jig are measured. The positional relationship between the first reference plane part and the second reference plane part has already been calculated as a correction value. Similarly, the positional relationship between the first reference spherical portion and the second reference spherical portion has already been calculated as a correction value. And the positional relationship between the surface of the surface to be measured, the first reference plane portion, and the first reference spherical portion can be obtained from the measurement result of the surface measurement process. Similarly, the positional relationship among the back surface of the surface to be measured, the second reference plane portion, and the second reference spherical surface portion can be obtained from the measurement result of the back surface measurement process. Then, through the first reference plane portion, the first reference spherical portion, the second reference plane portion, and the second reference spherical portion, the shape of the surface of the surface to be measured, the shape of the back surface, and the relative relationship between them. The relative positional relationship can be calculated. As a result, when the measuring jig according to the present invention is used, it is only necessary to use one probe or the like in the three-dimensional shape measuring apparatus. Therefore, there is an effect that three-dimensional shape measurement can be performed with a simple and small device. Further, the positioning sphere described in the prior art is not required. For this reason, for example, when the three-dimensional shape measurement using the measurement jig according to the present invention is performed by the Rθ scanning method, the measurement jig can have a rotationally symmetric shape with respect to the rotation axis of the θ stage. Therefore, when measuring by the Rθ scanning method, the measurement time can be shortened by increasing the scanning speed. Furthermore, according to the three-dimensional shape measuring method using the measuring jig according to the present invention, the shapes of the front and back surfaces of the object to be measured can be measured. For this reason, there exists an effect that the relative positional relationship of the surface of a to-be-measured object and a back surface can be calculated | required. As described above, according to the present invention, it is possible to provide a measurement jig capable of measuring the shape and relative positional deviation between the front surface and the back surface of the object to be measured with a small and simple configuration.
以下に、本発明に係る３次元形状測定方法の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。 Embodiments of a three-dimensional shape measuring method according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
本実施例に係る測定用治具１００について最初に説明する。その後、測定用治具１００を用いる３次元形状測定方法について説明する。図１−１は、本実施例に係る測定用治具１００の縦断面構成を示す。また、図１−２は、測定用治具１００の正面構成を示す。
First, the
測定用治具１００は、基準軸１１３に関して回転対称な形状を有する。測定用治具１００の中心部には、被測定物を保持するための保持部１１４が形成されている。被測定物は、非球面レンズ１２０である。非球面レンズ１２０は、表面１２１と裏面１２２とが共に非球面形状を有する。さらに、測定用治具１００は、表面側に第１の開口部１１５と、裏面側に第２の開口部１１６とが形成されている。被測定物である非球面レンズ１２０は、測定用治具１００の保持部１１４に保持され、固定される。保持部１１４で保持された非球面レンズ１２０の表面１２１と裏面１２２とは、それぞれ第１の開口部１１５と第２の開口部１１６とにより露出される。このように、保持部１１４は、表面１２１と裏面１２２とが露出するように非球面レンズ１２０を保持する。そして、後述するプローブ１７０は、露出された表面１２１と裏面１２２とを接触測定する。
The
測定用治具１００の外周部１１８の表面側には、第１の基準平面部１１１ｈと第１の基準球面部１１１ｒとが形成されている。第１の基準平面部１１１ｈと第１の基準球面部１１１ｒとにより、第１の基準面１１１を構成する。
On the surface side of the outer
また、外周部１１８の裏面側には、第２の基準平面部１１２ｈと第２の基準球面部１１２ｒとが形成されている。第２の基準平面部１１２ｈと第２の基準球面部１１２ｒとにより、第２の基準面１１２を構成する。
A second
基準軸１１３は、測定用治具１００の機械加工時における加工機械の回転軸に一致する。第１の基準平面部１１１ｈと第１の基準球面部１１１ｒと第２の基準平面部１１２ｈと第２の基準球面部１１２ｒとは、加工機械から測定用治具１００を取り外すことなく加工することが望ましい。測定用治具を製造するとき、取り外すことなく加工すると、加工機械への脱着に起因する製造誤差を低減できる。
The
なお、輪帯形状の保持部１１４の形状の中心軸、即ち保持部１１４に固定された非球面レンズ１２０の形状の中心軸は、基準軸１１３と厳密に一致させる必要はない。保持部１１４の形状の中心軸と、基準軸１１３とは、後述するプローブ１７０による非球面レンズ１２０の形状測定時に、被測定物の表面と裏面とが大きく振れない程度に合わせれば良い。
Note that the central axis of the shape of the ring-shaped
測定用治具１００に非球面レンズ１２０を保持する方法としては、ネジや押さえ環等を介して保持部１１４に固定する方法がある。また、接着や嵌合等で、非球面レンズ１２０を保持部１１４に直接固定しても良い。このように、固定する方法は問わないが、非球面レンズ１２０を保持部１１４で保持したときに、非球面レンズ１２０に撓みや歪みが生じないことが望ましい。
As a method of holding the
また、測定用治具１００の外周面には、円柱状のシャフト１１７が形成されている。シャフト１１７は、測定用治具１００を基準軸１１３を中心にして回転したとき、回転角度の原点を設定するために用いる。測定用治具１００は、金属材料、樹脂材料、セラミック、またはガラス等で構成することができる。また、測定用治具１００は、異種材料の部品を接着、ビス止め等により組み合わせて固着した構成でも良い。
A
図２は、測定用治具１００の基準面の関係を示す。第１の基準平面部１１１ｈは、第１の基準軸ＡＸ１と略直交する平面からなり、第１の基準軸ＡＸ１を中心とした軸対称な形状を有する。第１の基準球面部１１１ｒは、第１の基準軸ＡＸ１を中心とした軸対称な形状の球面から形成されている。第２の基準平面部１１２ｈは、第２の基準軸ＡＸ２と略直交する平面からなり、第２の基準軸ＡＸ２を中心とした軸対称な形状を有する。第２の基準球面部１１２ｒは、第２の基準軸ＡＸ２を中心とした軸対称な形状の球面から形成されている。なお、上述の図１−１においては、第１の基準軸ＡＸ１と第２の基準軸ＡＸ２とを一致させて、基準軸１１３としている。
FIG. 2 shows the relationship of the reference plane of the
また、第１の基準球面部１１１ｒは、第１の基準軸ＡＸ１に対して第１の基準平面部１１１ｈよりも遠い側に形成されている。さらに、第２の基準球面部１１２ｒは、第２の基準軸ＡＸ２に対して第２の基準平面部１１２ｈよりも遠い側に形成されている。
Further, the first reference
図３は、非球面レンズ１２０を保持している測定用治具１００を３次元形状測定機で測定するときの概略構成を示す。３次元形状測定機は、Ｒθ走査方式による形状測定を行なう。図３では、３次元形状測定機のうち、プローブ１７０と、回転支持部１３２との近傍の構成を示し、その他のデータ処理部等の構成は省略する。エアースピンドル１３０は、測定用治具１００を固定可能な回転部１３１を有する。また、データ処理部（不図示）は、形状測定データ等の処理を行なう。
FIG. 3 shows a schematic configuration when the measuring
エアースピンドル１３０の回転部１３１は、回転支持部１３２により回転可能に支持されている。これにより、回転部１３１は、回転軸１３３を回転中心として高精度にθ方向に回転する。また、エアースピンドル１３０は、回転部１３１をθ方向に回転させるモータ（不図示）とθ方向の回転角度を検出するロータリーエンコーダ（不図示）を有している。
The
一方、プローブ１７０の先端には、先端球１７１が設けられている。先端球１７１は、被測定面、例えば非球面レンズ１２０の表面と接触する。さらに、３次元形状測定機は、Ｚ軸方向駆動部（不図示）と、Ｘ軸方向駆動部（不図示）と、測長器（不図示）とを有している。ここで、Ｚ軸方向駆動部は、先端球１７１と被測定面との間の接触庄を一定に保つように、プローブ１７０のＺ軸方向、即ち回転軸１３３と平行な方向の位置制御を行なう。また、Ｘ軸方向駆動部は、プローブ１７０をＸ軸方向、即ち回転軸１３３と直交する方向に移動する。そして、測長器は、プローブ１７０のＸＺ座標を測定する。
On the other hand, a
この構成において、被測定面にプローブ１７０を接触させる。エアースピンドル１３０は、測定用治具１００をθ方向に回転する。Ｘ軸方向駆動部は、プローブ１７０をＸ軸方向に移動する。プローブ１７０がＸ軸方向に移動している間、ロータリーエンコーダは、エアースピンドル１３０の回転角度（θ）を測定する。同時に、測長器は、プローブ１７０のＸＺ座標（ｘ，ｚ）を測定する。このようにして、被測定面の形状測定データ（ｘｓ，ｚｓ，θｓ）（ｓ=１，２，３・・・）を取得する。なお、後述するＹ軸は、ＸＺ面に垂直な軸である。
In this configuration, the
また、３次元形状測定機には、近接センサー１６０が固定配置されている。近接センサー１６０は、非接触式センサーである。近接センサー１６０は、回転部１３１により回転する測定用治具１００に設けたシャフト１１７がθ方向の所定位置に来たことを検出する。
Further, a
次に、本実施例に係る測定用治具１００を用いて、３次元形状を測定する手順について説明する。図６は、測定手順の大まかな流れを示すフローチャートである。詳細な手順については、図７−１、図７−２を用いて後述する。図６のステップＳ６０１において、測定用治具１００に基準となる平行平面１４０（図４参照）を保持して、後述する３次元形状測定を行う。次に、ステップＳ６０２において、測定用治具１００から平行平面１４０を取り外し、基準球１５０（図５参照）を保持する。次に、基準球１５０を保持している測定用治具１００に対して３次元形状測定を行なう。そして、ステップＳ６０３において、測定用治具１００から基準球１５０を取り外し、非球面レンズ１２０（図１−１参照）を保持する。次に、非球面レンズ１２０を保持している測定用治具１００に対して３次元形状測定を行なう。そして、ステップＳ６０１、Ｓ６０２、Ｓ６０３の各ステップにおいて後述する所定の演算を行なうことで、非球面レンズ１２０の表面の形状と、裏面の形状と、これらの相対的位置関係とを求めることができる。
Next, a procedure for measuring a three-dimensional shape using the
次に、図７−１、７−２を参照して、本実施例の測定用治具１００を用いる３次元形状測定の手順を説明する。図７−１のステップＳ７０１において、測定用治具１００の保持部１１４に基準となる平行平面１４０（以下、適宜「基準平行平面」という。）を保持する。基準となる平行平面１４０は、表面１４１と裏面１４２とが共に平面である。そして、表面１４１と裏面１４２との間の平行度が極めて高い板状の部材で構成されている。
Next, with reference to FIGS. 7-1 and 7-2, the procedure of three-dimensional shape measurement using the
ステップＳ７０２において、測定用治具１００を、エアースピンドル１３０の回転部１３１上に固定する。このとき、基準平行平面１４０の表面１４１がプローブ１７０に対向するように、測定用治具１００を固定する。
In step S <b> 702, the measuring
ステップＳ７０３において、Ｚ軸方向駆動部（不図示）によりプローブ１７０をＺ軸方向に移動させる。さらに、モータ（不図示）は、エアースピンドル１３０を回転軸１３３の周りに回転させる。そして、近接センサー１６０は、測定用治具１００のシャフト１１７を検出した時点で、ロータリーエンコーダの回転角度（θ）をリセットする。その後、平行平面１４０の表面１４１に、プローブ１７０の先端球１７１を接触させる。そして、先端球１７１の接触圧が一定となるように制御する。基準平行平面１４０の表面１４１にプローブ１７０を接触させながら、形状測定データ（ｘａ，ｚａ，θａ）（ａ＝１，２，３・・・）を点列データとして取得する。
In step S703, the
次に、測定用治具１００の第１の基準平面１１１ｈにプローブ１７０を接触させる。平行平面１４０の表面１４１と同様にして、第１の基準平面１１１ｈの形状測定データ（ｘｂ，ｚｂ，θｂ）（ｂ＝１，２，３・・・）を点列データとして取得する。このように、基準平行平面１４０の表面１４１と測定用治具１００の第１の基準平面１１１ｈとを、測定用治具１００のセッティングを変えることなく測定している。従って、表面１４１の形状測定データと第１の基準平面１１１ｈの形状測定データとは、同一測定座標での測定データとして扱うことができる。
Next, the
ステップＳ７０３において、プローブ１７０のＸ軸方向の移動は、間欠的に行なうこと、または連続的に行なうことの何れでも良い。間欠的な移動とは、プローブ１７０の位置を任意の複数個所で固定しながら移動することをいう。これにより、エアースピンドル１３０の回転軸１３３を中心とした同心円状の形状測定データを得ることができる。また、プローブ１７０をＸ軸方向に連続的に移動しながら測定を行なうと、渦巻き状の形状測定データを得ることができる。このような、同心円状の形状測定データ、渦巻き状の形状測定データ、またはこれらを組み合わせた形状測定データでも良い。
In step S703, the movement of the
ステップＳ７０４において、基準平行平面１４０の裏面１４２がプローブ１７０に対向するように、測定用治具１００を反転させて、エアースピンドル１３０の回転部１３１に固定する。
In step S <b> 704, the
ステップＳ７０５において、ステップＳ７０３と同様の手順で形状測定を行なう。まず、近接センサー１６０が測定用治具１００のシャフト１１７を検出した時点で、ロータリーエンコーダの回転角度（θ）をリセットする。基準平行平面１４０の裏面１４２にプローブ１７０の先端球１７１を接触させる。そして、プローブ１７０の接触圧を一定に保つ制御を行なう。基準平行平面１４０の裏面１４２にプローブ１７０を接触させながら、形状測定データ（ｘｃ，ｚｃ，θｃ）（ｃ＝１，２，３・・・）を取得する。続けて、測定用治具１００の第２の基準平面部１１２ｈにプローブ１７０を接触させ、形状測定データ（ｘｄ，ｚｄ，θｄ）（ｄ＝１，２，３・・・）を取得する。ステップＳ７０３と同様に、裏面１４２の形状測定データと第２の基準平面部１１２ｈ形状測定データとは、同一測定座標での測定データとして扱うことができる。また、ステップＳ７０３、Ｓ７０５では、シャフト１１７を検出してロータリーエンコーダの回転角度をリセットしている。これにより、測定用治具１００の表裏反転に伴うθ方向のセッティング誤差を補正できる。
In step S705, shape measurement is performed in the same procedure as in step S703. First, when the
次に、ステップＳ７０６において、図５に示すように、測定用治具１００の保持部１１４に、基準球１５０を固定する。基準球１５０は、真球度が極めて高い球形状を有している。基準球１５０の一方の面を表面１５１とする。また、表面１５１とは反対側の他方の面を裏面１５２とする。
Next, in step S706, the
ステップＳ７０７において、基準球１５０の表面１５１がプローブ１７０に対向するように、測定用治具１００をエアースピンドル１３０の回転部１３１に固定する。
In step S707, the
ステップＳ７０８において、近接センサー１６０が測定用治具１００のシャフト１１７を検出した時点で、ロータリーエンコーダの回転角度（θ）をリセットする。基準球１５０の表面１５１にプローブ１７０の先端球１７１を接触させる。そして、プローブ１７０の接触圧を一定に保つ制御を行なう。基準球１５０の表面１５１にプローブ１７０を接触させながら、形状測定データ（ｘｅ，ｚｅ，θｅ）（ｅ＝１，２，３・・・）を取得する。続けて、測定用治具１００の第１の基準球面部１１１ｒにプローブ１７０を接触させ、形状測定データ（ｘｆ，ｚｆ，θｆ）（ｆ＝１，２，３・・・）を取得する。次に、測定用治具１００の第１の基準平面部１１１ｈにプローブ１７０を接触させる。そして、形状測定データ（ｘｐ，ｚｐ，θｐ）（ｐ＝１，２，３・・・）を取得する。ステップＳ７０３と同様に、表面１５１の形状測定データと第１の基準球面部１１１ｒと第１の基準平面部１１１ｈの形状測定データとは、同一測定座標での測定データとして扱うことができる。
In step S708, when the
ステップＳ７０９において、基準球１５０の裏面１５２がプローブ１７０に対向するように、測定用治具１００を反転させて、エアースピンドル１３０の回転部１３１に固定する。
In step S 709, the
ステップＳ７１０において、近接センサー１６０が測定用治具１００のシャフト１１７を検出した時点で、ロータリーエンコーダの回転角度（θ）をリセットする。基準球１５０の裏面１５２にプローブ１７０の先端球１７１を接触させる。そして、プローブ１７０の接触圧を一定に保つ制御を行なう。基準球１５０の裏面１５２にプローブ１７０を接触させながら、形状測定データ（ｘｇ，ｚｇ，θｇ）（ｇ＝１，２，３・・・）を取得する。次に、測定用治具１００の第２の基準球面部１１２ｒにプローブ１７０を接触させる。そして、形状測定データ（ｘｈ，ｚｈ，θｈ）（ｈ＝１，２，３・・・）を取得する。次に、測定用治具１００の第２の基準平面部１１２ｈにプローブ１７０を接触させる。そして、形状測定データ（ｘｑ，ｚｑ，θｑ）（ｑ＝１，２，３・・・）を取得する。ステップＳ７０３と同様に、裏面１５２の形状測定データと第２の基準球面部１１２ｒと第２の基準平面部１１２ｈの形状測定データは、同一測定座標での測定データとして扱うことができる。
In step S710, when the
ステップＳ７１１において、ステップＳ７０３で取得した基準平行平面１４０の表面１４１の形状測定データ（ｘａ，ｚａ，θａ）を、ＸＹＺ直交座標系の測定データ（Ｘａ，Ｙａ，Ｚａ）に変換する。そして、表面１４１の形状測定データ（Ｘａ，Ｙａ，Ｚａ）を座標変換して、基準平行平面１４０の表面１４１の形状誤差データ（Ｘａ，Ｙａ，ΔＺａ）を算出する。
In step S711, the shape measurement data (xa, za, θa) of the
形状誤差データを算出する座標変換は、例えば、特開２００２−１１６０１９号公報で開示されているような方法を用いることができる。すなわち、被測定面の設計式にプローブ１７０の先端球１７１の曲率半径を加味した設計形状データと測定形状データとを比較する。そして、最小二乗法やニュートン法等既知の方法を用いて、設計形状データと測定形状データとの間の誤差が最小となるように、測定形状データを座標変換する。なお、座標変換は、Ｘ軸とＹ軸の周りの２つの回転移動、Ｚ軸に沿った並進移動、Ｘ軸とＹ軸に沿った２つの並進移動の順番に座標変換を行うものとする。ここで、被測定面は平面であるので、座標変換のパラメータとしては、Ｚ軸に沿った並進移動と、Ｘ軸とＹ軸の周りの２つの回転移動を用いる。
For the coordinate conversion for calculating the shape error data, for example, a method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2002-1116019 can be used. That is, the design shape data in which the radius of curvature of the
ステップＳ７１１では、上述の座標変換の結果から、基準平行平面１４０の表面１４１の測定データの座標変換量（Ｃａ，αａ，βａ）を第１の座標変換量としてメモリ（不図示）に記憶する。以下、全ての測定値、演算値の記憶は、メモリ（不図示）に格納して行なう。
In step S711, the coordinate conversion amount (Ca, αa, βa) of the measurement data of the
ここで、
Ｃａは、基準平行平面１４０の表面１４１のＺ軸方向の並進移動量、
αａは、基準平行平面１４０の表面１４１のＸ軸周りの回転移動量、
βａは、基準平行平面１４０の表面１４１のＹ軸周りの回転移動量である。
here,
Ca is the translational movement amount of the
αa is the amount of rotational movement around the X axis of the
βa is a rotational movement amount around the Y axis of the
ステップＳ７１２において、ステップＳ７０３で取得した第１の基準平面部１１１ｈの形状測定データ（ｘｂ，ｚｂ，θｂ）を、ＸＹＺ直交座標系の測定データ（Ｘｂ，Ｙｂ，Ｚｂ）に変換する。測定データ（Ｘｂ，Ｙｂ，Ｚｂ）の座標変換から、形状誤差データ（Ｘｂ，Ｙｂ，ΔＺｂ）を算出する。その結果から、第１の基準平面部１１１ｈの座標変換量（Ｃｂ，αｂ，βｂ）を、第２の座標変換量として記憶する。
In step S712, the shape measurement data (xb, zb, θb) of the first
ここで、
Ｃｂは、第１の基準平面部１１１ｈの測定データのＺ軸方向の並進移動量、
αｂは、第１の基準平面部１１１ｈの測定データのＸ軸周りの回転移動量、
βｂは、第１の基準平面部１１１ｈの測定データのＹ軸周りの回転移動量である。
here,
Cb is the amount of translational movement in the Z-axis direction of the measurement data of the first
αb is a rotational movement amount around the X axis of the measurement data of the first
βb is a rotational movement amount around the Y axis of the measurement data of the first
ステップＳ７１３において、ステップＳ７０５で取得した基準平行平面１４０の裏面１４２の形状測定データ（ｘｃ，ｚｃ，θｃ）を、ＸＹＺ直交座標系の測定データ（Ｘｃ，Ｙｃ，Ｚｃ）に変換する。そして、裏面１４２の測定データ（Ｘｃ，Ｙｃ，Ｚｃ）を座標変換して、形状誤差データ（Ｘｃ，Ｙｃ，ΔＺｃ）を算出する。その結果から、基準平行平面１４０の裏面１４２の座標変換量（Ｃｃ，αｃ，βｃ）を、第３の座標変換量として記憶する。
In step S713, the shape measurement data (xc, zc, θc) of the
ここで、
Ｃｃは、基準平行平面１４０の裏面１４２のＺ軸方向の並進移動量、
αｃは、基準平行平面１４０の裏面１４２のＸ軸周りの回転移動量、
βｃは、基準平行平面１４０の裏面１４２のＹ軸周りの回転移動量である。
here,
Cc is the amount of translational movement of the
αc is the amount of rotational movement around the X axis of the
βc is a rotational movement amount around the Y axis of the
ステップＳ７１４において、ステップＳ７０５で取得した第２の基準平面部１１２ｈの形状測定データ（ｘｄ，ｚｄ，θｄ）を、ＸＹＺ直交座標系の測定データ（Ｘｄ，Ｙｄ，Ｚｄ）に変換する。測定データ（Ｘｄ，Ｙｄ，Ｚｄ）の座標変換から、形状誤差データ（Ｘｄ，Ｙｄ，ΔＺｄ）を算出する。その結果から、第２の基準平面部１１２ｈの座標変換量（Ｃｄ，αｄ，βｄ）を、第４の座標変換量として記憶する。
In step S714, the shape measurement data (xd, zd, θd) of the second
ここで、
Ｃｄは、第２の基準平面部１１２ｈの測定データのＺ軸方向の並進移動量、
αｄは、第２の基準平面部１１２ｈの測定データのＸ軸周りの回転移動量、
βｄは、第２の基準平面部１１２ｈの測定データのＹ軸周りの回転移動量である。
here,
Cd is the translational movement amount in the Z-axis direction of the measurement data of the second
αd is the rotational movement amount around the X axis of the measurement data of the second
βd is the rotational movement amount around the Y axis of the measurement data of the second
ステップＳ７１５において、ステップＳ７０８で取得した第１の基準球面部１１１ｒの形状測定データ（ｘｆ，ｚｆ，θｆ）を、ＸＹＺ直交座標系の測定データ（Ｘｆ，Ｙｆ，Ｚｆ）に変換する。同様に、第１の基準平面部１１１ｈの形状測定データ（ｘｐ，ｚｐ，θｐ）を、ＸＹＺ直交座標系の測定データ（Ｘｐ，Ｙｐ，Ｚｐ）に変換する。第１の基準平面部１１１ｈの測定データ（Ｘｐ，Ｙｐ，Ｚｐ）の座標変換から、形状誤差データ（Ｘｐ，Ｙｐ，ΔＺｐ）を算出する。その結果から、第１の基準平面部１１１ｈの座標変換量（Ｃｐ，αｐ，βｐ）を、第５の座標変換量として記憶する。そして、第５の座標変換量の回転移動量である（αｐ，βｐ）を回転移動量に用いて、第１の基準球面部１１１ｒの測定データ（Ｘｆ，Ｙｆ，Ｚｆ）を座標変換して、形状誤差データ（Ｘｆ，Ｙｆ，ΔＺｆ）を算出する。その結果から、第１の基準球面部１１１ｒの座標変換量（Ａｆ，Ｂｆ，Ｃｆ，αｐ，βｐ）を新たな第５の座標変換量として記憶する。
In step S715, the shape measurement data (xf, zf, θf) of the first reference
ここで、
Ａｆは、第１の基準球面部１１１ｒの測定データのＸ軸方向の並進移動量、
Ｂｆは、第１の基準球面部１１１ｒの測定データのＹ軸方向の並進移動量、
Ｃｆは、第１の基準球面部１１１ｒの測定データのＺ軸方向の並進移動量、
αｐは、第１の基準平面部１１１ｈの測定データと基準球面部１１１ｒの測定データのＸ軸周りの回転移動量、
βｐは、第１の基準平面部１１１ｈの測定データと基準球面部１１１ｒの測定データのＹ軸周りの回転移動量である。
here,
Af is the amount of translational movement in the X-axis direction of the measurement data of the first reference
Bf is the translational movement amount in the Y-axis direction of the measurement data of the first reference
Cf is the amount of translational movement in the Z-axis direction of the measurement data of the first reference
αp is the amount of rotational movement around the X axis of the measurement data of the first
βp is a rotational movement amount around the Y axis of the measurement data of the first
ステップＳ７１６において、ステップＳ７０８で取得した基準球の表面１５１の形状測定データ（ｘｅ，ｚｅ，θｅ）を、ＸＹＺ直交座標系の測定データ（Ｘｅ，Ｙｅ，Ｚｅ）に変換する。そして、第５の座標変換量の回転移動量である（αｐ，βｐ）を回転移動量に用いて、測定データ（Ｘｅ，Ｙｅ，Ｚｅ）を座標変換して、形状誤差データ（Ｘｅ，Ｙｅ，ΔＺｅ）を算出する。その結果から、基準球の表面１５１の座標変換量（Ａｅ，Ｂｅ，Ｃｅ，αｐ，βｐ）を、第６の座標変換量として記憶する。
In step S716, the shape measurement data (xe, ze, θe) of the
ここで、
Ａｅは、基準球の表面１５１の測定データのＸ軸方向の並進移動量、
Ｂｅは、基準球の表面１５１の測定データのＹ軸方向の並進移動量、
Ｃｅは、基準球の表面１５１の測定データのＺ軸方向の並進移動量、
αｐは、第１の基準平面部１１１ｈの測定データと基準球の表面１５１の測定データのＸ軸周りの回転移動量、
βｐは、第１の基準平面部１１１ｈの測定データと基準球の表面１５１の測定データのＹ軸周りの回転移動量である。
here,
Ae is the amount of translational movement in the X-axis direction of the measurement data of the
Be is the translational movement amount in the Y-axis direction of the measurement data of the
Ce is the amount of translational movement in the Z-axis direction of the measurement data of the
αp is the amount of rotational movement about the X axis of the measurement data of the first
βp is a rotational movement amount around the Y axis of the measurement data of the first
ステップＳ７１７において、ステップＳ７１０で取得した第２の基準球面部１１２ｒの形状測定データ（ｘｈ，ｚｈ，θｈ）を、ＸＹＺ直交座標系の測定データ（Ｘｈ，Ｙｈ，Ｚｈ）に変換する。同様に、第２の基準平面部１１２ｈの形状測定データ（ｘｑ，ｚｑ，θｑ）を、ＸＹＺ直交座標系の測定データ（Ｘｑ，Ｙｑ，Ｚｑ）に変換する。第２の基準平面部１１２ｈの測定データ（Ｘｑ，Ｙｑ，Ｚｑ）の座標変換から、形状誤差データ（Ｘｑ，Ｙｑ，ΔＺｑ）を算出する。その結果から、第２の基準平面部１１２ｈの座標変換量（Ｃｑ，αｑ，βｑ）を、第７の座標変換量として記憶する。そして、第７の座標変換量の回転移動量である（αｑ，βｑ）を回転移動量に用いて、第２の基準球面部１１２ｒの測定データ（Ｘｈ，Ｙｈ，Ｚｈ）を座標変換して、形状誤差データ（Ｘｈ，Ｙｈ，ΔＺｈ）を算出する。その結果から、第２の基準球面部１１２ｒの座標変換量（Ａｈ，Ｂｈ，Ｃｈ，αｐ，βｐ）を、新たな第７の座標変換量として記憶する。
In step S717, the shape measurement data (xh, zh, θh) of the second reference
ここで、
Ａｈは、第２の基準球面部１１２ｒの測定データのＸ軸方向の並進移動量、
Ｂｈは、第２の基準球面部１１２ｒの測定データのＹ軸方向の並進移動量、
Ｃｈは、第２の基準球面部１１２ｒの測定データのＺ軸方向の並進移動量、
αｑは、第２の基準平面部１１２ｈの測定データと基準球面部１１２ｒの測定データのＸ軸周りの回転移動量、
βｑは、第２の基準平面部１１２ｈの測定データと基準球面部１１２ｒの測定データのＹ軸周りの回転移動量である。
here,
Ah is the amount of translational movement in the X-axis direction of the measurement data of the second reference
Bh is the translational movement amount in the Y-axis direction of the measurement data of the second reference
Ch is the amount of translational movement in the Z-axis direction of the measurement data of the second reference
αq is the amount of rotational movement around the X axis of the measurement data of the second
βq is a rotational movement amount around the Y axis of the measurement data of the second
ステップＳ７１８において、ステップＳ７１０で取得した基準球の裏面１５２の形状測定データ（ｘｇ，ｚｇ，θｇ）を、ＸＹＺ直交座標系の測定データ（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）に変換する。そして、第８の座標変換量の回転移動量である（αｑ，βｑ）を回転移動量に用いて、測定データ（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）を座標変換して、形状誤差データ（Ｘｇ，Ｙｇ，ΔＺｇ）を算出する。その結果から、基準球の裏面１５２の座標変換量（Ａｇ，Ｂｇ，Ｃｇ，αｑ，βｑ）を、第８の座標変換量として記憶する。
In step S718, the shape measurement data (xg, zg, θg) of the
Ａｇは、基準球の裏面１５２の測定データのＸ軸方向の並進移動量、
Ｂｇは、基準球の裏面１５２の測定データのＹ軸方向の並進移動量、
Ｃｇは、基準球の裏面１５２の測定データのＺ軸方向の並進移動量、
αｑは、基準球の裏面１５２の測定データと第２の基準平面部１１２ｈの測定データのＸ軸周りの回転移動量、
βｑは、基準球の裏面１５２の測定データと第２の基準平面部１１２ｈの測定データのＹ軸周りの回転移動量である。
Ag is the amount of translational movement in the X-axis direction of the measurement data of the
Bg is the translational movement amount in the Y-axis direction of the measurement data of the
Cg is the amount of translational movement in the Z-axis direction of the measurement data of the
αq is the amount of rotational movement about the X axis of the measurement data of the
βq is a rotational movement amount around the Y axis of the measurement data of the
次に、ステップＳ７１９における演算について説明する。第１の座標変換量（Ｃａ，αａ，βａ）と第２の座標変換量（Ｃｂ，αｂ，βｂ）とから、Ｘ軸周りの回転移動量とＹ軸周りの回転移動量の差（αａ−αｂ，βａ−βｂ）を求める。この差分を、第９の座標変換量として記憶する。第９の座標変換量は、基準平行平面１４０の表面１４１と第１の基準平面部１１１ｈとの傾きの差に対応する。
Next, the calculation in step S719 will be described. From the first coordinate transformation amount (Ca, αa, βa) and the second coordinate transformation amount (Cb, αb, βb), the difference between the rotational movement amount around the X axis and the rotational movement amount around the Y axis (αa− αb, βa−βb) is obtained. This difference is stored as a ninth coordinate conversion amount. The ninth coordinate conversion amount corresponds to a difference in inclination between the
第３の座標変換量（Ｃｃ，αｃ，βｃ）と第４の座標変換量（Ｃｄ，αｄ，βｄ）から、Ｘ軸周りの回転移動量とＹ軸周りの回転移動量の差（αc−αd，βc−βd）を求め、第１０の座標変換量として記憶する。第１０の座標変換量は、基準平行平面１４０の裏面１４２と第２の基準平面部１１２ｈとの傾きの差に対応する。
From the third coordinate transformation amount (Cc, αc, βc) and the fourth coordinate transformation amount (Cd, αd, βd), the difference between the rotational movement amount around the X axis and the rotational movement amount around the Y axis (αc−αd , Βc−βd) is obtained and stored as the tenth coordinate conversion amount. The tenth coordinate conversion amount corresponds to a difference in inclination between the
ここで、表面側（第１の基準平面部１１１ｈ側）と裏面側（第２の基準平面部１１２ｈ側）とは１８０度反転した位置関係である。ここで、表面側の測定データと裏面側の測定データとを同一の座標系で評価する必要がある。このため、表裏反転に伴う座標系の向きを考慮する。具体的には、Ｙ軸周りの回転移動量の符号を反転する。このように、第１０の座標変換量におけるＹ軸周りの回転移動量の符号を反転させ、新たな第１０の座標変換量（αｃ−αｄ，−βｃ＋βｄ）として記憶する。
Here, the front side (the first
第９の座標変換量（αａ−αｂ，βａ−βｂ）と第１０の座標変換量（αｃ−αｄ，−βｃ＋βｄ）の差（αａ−αｂ−αｃ＋αｄ，βａ−βｂ＋βｃ−βｄ）を求める。そして、この差分を、基準面形状誤差の回転移動の座標変換量として記憶する。ここで、基準平行平面１４０では、表面１４１と裏面１４２の平行度は極めて高い。このため、基準面形状誤差の回転移動の座標変換量は、実質的に第１の基準平面部１１１ｈと第２の基準平面部１１２ｈの傾きの差とみなすことができる。
A difference (αa−αb−αc + αd, βa−βb + βc−βd) between the ninth coordinate conversion amount (αa−αb, βa−βb) and the tenth coordinate conversion amount (αc−αd, −βc + βd) is obtained. Then, this difference is stored as a coordinate conversion amount of the rotational movement of the reference surface shape error. Here, in the reference
第５の座標変換量（Ａｆ，Ｂｆ，Ｃｆ）と第６の座標変換量（Ａｅ，Ｂｅ，Ｃｅ）から、Ｘ軸方向の並進移動量とＹ軸方向の並進移動量とＺ軸方向の並進移動量の差（Ａｆ−Ａｅ，Ｂｆ−Ｂｅ，Ｃｆ−Ｃｅ）を求める。この差分を第１１の座標変換量として記憶する。 From the fifth coordinate transformation amount (Af, Bf, Cf) and the sixth coordinate transformation amount (Ae, Be, Ce), the translational movement amount in the X-axis direction, the translational movement amount in the Y-axis direction, and the translation in the Z-axis direction The difference in movement amount (Af−Ae, Bf−Be, Cf−Ce) is obtained. This difference is stored as the eleventh coordinate conversion amount.
第７の座標変換量（Ａｈ，Ｂｈ，Ｃｈ）と第８の座標変換量（Ａｇ，Ｂｇ，Ｃｇ）とから、Ｘ軸方向の並進移動量とＹ軸方向の並進移動量とＺ軸方向の並進移動量の差（Ａｈ−Ａｇ，Ｂｈ−Ｂｇ，Ｃｈ−Ｃｇ）を求める。この差分を、第１２の座標変換量として記憶する。 From the seventh coordinate conversion amount (Ah, Bh, Ch) and the eighth coordinate conversion amount (Ag, Bg, Cg), the translational movement amount in the X-axis direction, the translational movement amount in the Y-axis direction, and the Z-axis direction The translational difference (Ah−Ag, Bh−Bg, Ch−Cg) is obtained. This difference is stored as the twelfth coordinate conversion amount.
ステップＳ７１９と同様に、表面側の測定データと裏面側の測定データを同一の座標系で評価するために、第１２の座標変換量の符号を反転させる。具体的には、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の並進移動量の符号を反転させる。これにより、新たな第１２の座標変換量（Ａｈ−Ａｇ，−Ｂｈ＋Ｂｇ，−Ｃｈ＋Ｃｇ）として記憶する。 Similar to step S719, the sign of the twelfth coordinate conversion amount is inverted in order to evaluate the measurement data on the front side and the measurement data on the back side in the same coordinate system. Specifically, the signs of the translational movement amounts in the Y-axis direction and the Z-axis direction are reversed. As a result, a new twelfth coordinate conversion amount (Ah−Ag, −Bh + Bg, −Ch + Cg) is stored.
基準球１５０は真球度が極めて高い。このため、表面１５１の曲率中心と裏面１５２の曲率中心とは一致しているとみなすことができる。よって、基準面形状誤差の回転移動の座標変換量（αａ−αｂ−αｃ＋αｄ，βａ−βｂ＋βｃ−βｄ）と、第１１の座標変換量（Ａｆ−Ａｅ，Ｂｆ−Ｂｅ，Ｃｆ−Ｃｅ）と、第１２の座標変換量（Ａｈ−Ａｇ，−Ｂｈ＋Ｂｇ，−Ｃｈ＋Ｃｇ）、及び基準球１５０の直径の理論値Ｌ０より、第１の基準面１１１の基準軸と第２の基準面１１２の基準軸の相対的な位置関係が求まる。これより、理想的な第２の基準面１１２の基準軸を、実際の第２の基準面１１２の基準軸の位置に移動させる座標変換量（Ａｉ，Ｂｉ，Ｃｉ，αｉ，βｉ）を算出する。算出した座標変換量を、基準面形状誤差の座標変換量（Ａｉ，Ｂｉ，Ｃｉ，αｉ，βｉ）として、記憶する。
The
上述のステップＳ７０１〜Ｓ７１９は、測定用治具１００の第１の基準面１１１の基準軸と第２の基準面１１２の基準軸との不一致による誤差の補正量を導出する手順に対応する。
Steps S701 to S719 described above correspond to a procedure for deriving an error correction amount due to a mismatch between the reference axis of the
次に、被測定物の測定について説明する。ステップＳ７２０〜Ｓ７２８は、被測定物の３次元形状を測定する手順に対応する。ステップＳ７２０において、図１−１に示すように、測定用治具１００の保持部１１４に、被測定物である非球面レンズ１２０を固定する。また、ステップＳ７２１において、非球面レンズ１２０の表面１２１がプローブ１７０に対向するように、測定用治具１００をエアースピンドル１３０の回転部１３１に固定する。
Next, measurement of an object to be measured will be described. Steps S720 to S728 correspond to a procedure for measuring the three-dimensional shape of the object to be measured. In step S720, as shown in FIG. 1-1, the
ステップＳ７２２において、Ｚ軸方向駆動部（不図示）によりプローブ１７０をＺ軸方向に移動させる。さらに、モータ（不図示）は、エアースピンドル１３０を回転軸１３３の周りに回転させる。そして、近接センサー１６０は、測定用治具１００のシャフト１１７を検出した時点で、ロータリーエンコーダの回転角度（θ）をリセットする。その後、非球面１２０の表面１２１に、プローブ１７０の先端球１７１を接触させる。そして、先端球１７１の接触圧が一定となるように制御する。非球面１２０の表面１２１にプローブ１７０を接触させながら、形状測定データ（ｘｊ，ｚｊ，θｊ）（ｊ＝１，２，３・・・）を点列データとして取得する。
In step S722, the
次に、測定用治具１００の第１の基準平面部１１１ｈにプローブ１７０を接触させる。そして、形状測定データ（ｘｈｋ，ｚｈｋ，θｈｋ）（ｋ＝１，２，３・・・）を取得する。次に、測定用治具１００の第１の基準球面部１１１ｒにプローブ１７０を接触させる。そして、形状測定データ（ｘｒｋ，ｚｒｋ，θｒｋ）（ｋ＝１，２，３・・・）を取得する。このように、非球面１２０の表面１２１と第１の基準平面部１１１ｈと第１の基準球面部１１１ｒとを、測定用治具１００のセッティングを変えることなく測定している。従って、表面１２１の形状測定データと第１の基準平面部１１１ｈと第１の基準球面部１１１ｒとの形状測定データとは、同一測定座標での測定データとして扱うことができる。
Next, the
ステップＳ７２３において、非球面レンズ１２０の裏面１２２がプローブ１７０に対向するように、測定用治具１００を反転させて、エアースピンドル１３０の回転部１３１に固定する。
In step S <b> 723, the
ステップＳ７２４において、近接センサー１６０が測定用治具１００のシャフト１１７を検出した時点で、ロータリーエンコーダの回転角度（θ）をリセットする。その後、非球面レンズ１２０の裏面１２２にプローブ１７０を接触させる。次に、先端球１７１の接触圧が一定となるように制御する。そして、形状測定データ（ｘｍ，ｚｍ，θｍ）（ｍ＝１，２，３・・・）を取得する。また、測定用治具１００の第２の基準平面部１１２ｈにプローブ１７０を接触させる。そして、形状測定データ（ｘｈｎ，ｚｈｎ，θｈｎ）（ｎ＝１，２，３・・・）を取得する。さらに、測定用治具１００の第２の基準球面部１１２ｒにプローブ１７０を接触させる。そして、形状測定データ（ｘｒｎ，ｚｒｎ，θｒｎ）（ｎ＝１，２，３・・・）を取得する。このように、非球面１２０の裏面１２２と第２の基準平面部１１２ｈと第２の基準球面部１１２ｒとを、測定用治具１００のセッティングを変えることなく測定している。従って、裏面１２２の形状測定データと第２の基準平面部１１２ｈと第２の基準球面部１１２ｒとの形状測定データとは、同一測定座標での測定データとして扱うことができる。
In step S724, when the
ステップＳ７２５において、ステップＳ７２２で取得した第１の基準平面部１１１ｈの形状測定データ（ｘｈｋ，ｚｈｋ，θｈｋ）を、ＸＹＺ直交座標系の測定データ（Ｘｈｋ，Ｙｈｋ，Ｚｈｋ）に変換する。そして、測定データ（Ｘｈｋ，Ｙｈｋ，Ｚｈｋ）を座標変換して第１の基準平面部１１１ｈの形状誤差データ（Ｘｈｋ，Ｙｈｋ，ΔＺｈｋ）を算出する。これより、第１の基準平面部１１１ｈの座標変換量（αｋ，βｋ）を得ることができる。次に、第１の基準球面部１１１ｒの形状測定データ（ｘｒｋ，ｚｒｋ，θｒｋ）を、ＸＹＺ直交座標系の測定データ（Ｘｒｋ，Ｙｒｋ，Ｚｒｋ）に変換する。そして、第１の基準平面部１１１ｈの座標変換量の回転移動量（αｋ，βｋ）を回転移動量として、測定データ（Ｘｒｋ，Ｙｒｋ，Ｚｒｋ）を座標変換して、第１の基準平面部１１１ｈの形状誤差データ（Ｘｒｋ，Ｙｒｋ，ΔＺｒｋ）を算出する。これより、第１の基準球面部１１１ｒの座標変換量（Ａｋ，Ｂｋ，Ｃｋ）を得ることができる。そして、第１の基準面１１１の測定データの座標変換量（Ａｋ，Ｂｋ，Ｃｋ，αｋ，βｋ）を、第１３の座標変換量として記憶する。
In step S725, the shape measurement data (xhk, zhk, θhk) of the first
ここで、
Ａｋは、第１の基準面１１１の測定データのＸ軸方向の並進移動量、
Ｂｋは、第１の基準面１１１の測定データのＹ軸方向の並進移動量、
Ｃｋは、第１の基準面１１１の測定データのＺ軸方向の並進移動量、
αｋは、第１の基準面１１１の測定データのＸ軸周りの回転移動量、
βｋは、第１の基準面１１１の測定データのＹ軸周りの回転移動量である。
here,
Ak is the amount of translational movement in the X-axis direction of the measurement data of the
Bk is the amount of translational movement in the Y-axis direction of the measurement data of the
Ck is the amount of translational movement in the Z-axis direction of the measurement data of the
αk is a rotational movement amount around the X axis of the measurement data of the
βk is a rotational movement amount around the Y axis of the measurement data of the
次に、ステップＳ７２６において、ステップＳ７２４で取得した第２の基準平面部１１２ｈの形状測定データ（ｘｈｎ，Ｚｈｎ，θｈｎ）を、ＸＹＺ直交座標系の測定データ（Ｘｈｎ，Ｙｈｎ，Ｚｈｎ）に変換する。そして、測定データ（Ｘｈｎ，Ｙｈｎ，Ｚｈｎ）を座標変換して、第２の基準平面部１１２ｈの形状誤差データ（Ｘｈｎ，Ｙｈｎ，ΔＺｈｎ）を算出する。これより、第２の基準平面部１１２ｈの座標変換量（αｎ，βｎ）を得ることができる。
Next, in step S726, the shape measurement data (xhn, Zhn, θhn) of the second
次に、第２の基準球面部１１２ｒの形状測定データ（ｘｒｎ，Ｚｒｎ，θｒｎ）を、ＸＹＺ直交座標系の測定データ（Ｘｒｎ，Ｙｒｎ，Ｚｒｎ）に変換する。そして、第２の基準平面部１１２ｈの座標変換量の回転移動量（αｎ，βｎ）を回転移動量として、測定データ（Ｘｒｎ，Ｙｒｎ，Ｚｒｎ）を座標変換して、第２の基準球面部１１２ｒの形状誤差データ（Ｘｒｎ，Ｙｒｎ，ΔＺｒｎ）を算出する。これより、第２の基準球面部１１２ｒの座標変換量（Ａｎ，Ｂｎ，Ｃｎ）を得ることができる。そして、第２の基準面１１２の測定データの座標変換量（Ａｎ，Ｂｎ，Ｃｎ，αｎ，βｎ）を、第１４の座標変換量として記憶する。
Next, the shape measurement data (xrn, Zrn, θrn) of the second reference
ここで、
Ａｎは、第２の基準面１１２の測定データのＸ軸方向の並進移動量、
Ｂｎは、第２の基準面１１２の測定データのＹ軸方向の並進移動量、
Ｃｎは、第２の基準面１１２の測定データのＺ軸方向の並進移動量、
αｎは、第２の基準面１１２の測定データのＸ軸周りの回転移動量、
βｎは、第２の基準面１１２の測定データのＹ軸周りの回転移動量である。
here,
An is the amount of translational movement in the X-axis direction of the measurement data of the
Bn is the translational movement amount in the Y-axis direction of the measurement data of the
Cn is the amount of translational movement in the Z-axis direction of the measurement data of the
αn is the amount of rotational movement around the X-axis of the measurement data of the
βn is the rotational movement amount around the Y axis of the measurement data of the
次に、ステップＳ７２７において、ステップＳ７２５で算出した第１３の座標変換量と、ステップＳ７２６で算出した第１４の座標変換量とを用いて、非球面レンズ１２０の表面１２１と裏面１２２の形状測定データを補正する。ここで、非球面レンズ１２０の表面１２１と裏面１２２の測定データを、同一座標系で評価する必要がある。このため、ステップＳ７２６で算出した第１４の座標変換量（Ａｎ，Ｂｎ，Ｃｎ，αｎ，βｎ）について、測定座標系を反転させる。具体的には、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の並進移動量とＹ軸周りの回転移動量の符号を反転して、新たな第１４の座標変換量（Ａｎ，−Ｂｎ，−Ｃｎ，αｎ，−βｎ）とする。
Next, in step S727, using the thirteenth coordinate transformation amount calculated in step S725 and the fourteenth coordinate transformation amount calculated in step S726, the shape measurement data of the
さらに、ステップＳ７２２で取得した非球面レンズ１２０の表面１２１の形状測定データ（ｘｊ，ｚｊ，θｊ）を、ＸＹＺ直交座標系の測定データ（Ｘｊ，Ｙｊ，Ｚｊ）に変換する。この測定データ（Ｘｊ，Ｙｊ，Ｚｊ）を第１３の座標変換量（Ａｋ，Ｂｋ，Ｃｋ，αｋ，βｋ）を用いて座標変換する。座標変換した後のデータを測定データ（Ｘｊ´，Ｙｊ´，Ｚｊ´）とする。また、ステップＳ７２４で取得した非球面レンズ１２０の裏面１２２の形状測定データ（ｘｍ，ｚｍ，θｍ）を、ＸＹＺ直交座標系の測定データ（Ｘｍ，Ｙｍ，Ｚｍ）に変換する。測定データ（Ｘｍ，Ｙｍ，Ｚｍ）を第１４の座標変換量（Ａｎ，−Ｂｎ，−Ｃｎ，αｎ，−βｎ）を用いて座標変換する。座標変換した後のデータを測定データ（Ｘｍ´，Ｙｍ´，Ｚｍ´）とする。これにより、表面１２１の測定データと裏面１２２の測定データとを同一座標系のデータとすることができる。
Further, the shape measurement data (xj, zj, θj) of the
ステップＳ７２８において、ステップ７１９で算出した基準面形状誤差の座標変換量（Ａｉ，Ｂｉ，Ｃｉ，αｉ，βｉ）と、ステップＳ７２７で算出した非球面レンズ１２０の表面１２１の測定データ（Ｘｊ´，Ｙｊ´，Ｚｊ´）と裏面１２２の測定データ（Ｘｍ´，Ｙｍ´，Ｚｍ´）とから、第１の基準面１１１の基準軸と第２の基準面１１２の基準軸との不一致を補正した上で、表面１２１と裏面１２２との相対位置関係を含めた非球面レンズ１２０の３次元形状を算出する。
In step S728, the reference surface shape error coordinate conversion amount (Ai, Bi, Ci, αi, βi) calculated in step 719 and the measurement data (Xj ′, Yj) of the
表面１２１と裏面１２２との相対位置関係を求めるために、表面１２１の非球面軸と裏面１２２の非球面軸との相対位置関係とを求める必要がある。非球面軸の相対位置関係は、例えば、以下のようにして求める。裏面１２２の測定データ（Ｘｍ´，Ｙｍ´，Ｚｍ´）を、基準面形状誤差の座標変換量（Ａｉ，Ｂｉ，Ｃｉ，αｉ，βｉ）を用いて座標変換する。座標変換した後のデータを、新たな裏面１２２の測定データ（Ｘｍ´，Ｙｍ´，Ｚｍ´）とする。
In order to determine the relative positional relationship between the
こうして、第１の基準面１１１の基準軸と第２の基準面１１２の基準軸の不一致を補正した、表面１２１の測定データ（Ｘｊ´，Ｙｊ´，Ｚｊ´）と裏面１２２の測定データ（Ｘｍ´，Ｙｍ´，Ｚｍ´）が得られ、表面１２１と裏面１２２の相対位置を求めることが出来る。また、被測定面である非球面１２０の表面１２１の非球面軸（すなわち、形状の基準軸）と、裏面１２２の非球面軸の相対位置関係を求める場合には、例えば以下のような演算により求めることが出来る。
In this way, the measurement data (Xj ′, Yj ′, Zj ′) of the
被測定面である非球面１２０の表面１２１の設計形状データと、この非球面の測定データの間の誤差が最小となるように測定データを座標変換して、表面１２１の形状誤差データ（Ｘｊ´，Ｙｊ´，ΔＺｊ´）を算出する。同様にして、裏面１２２の形状誤差データ（Ｘｍ´，Ｙｍ´，ΔＺｍ´）を算出する。これらの算出には、最小二乗法やニュートン法等既知の方法を使用することができる。
The measurement data is coordinate-transformed so that the error between the design shape data of the
この座標変換の結果から、表面１２１の設計形状データに対する表面１２１の測定データの座標変換量（Ａｊ，Ｂｊ，Ｃｊ，αｊ，βｊ）が求められる。ここで、
Ａｊは、表面１２１の測定データのＸ軸方向の並進移動量、
Ｂｊは、表面１２１の測定データのＹ軸方向の並進移動量、
Ｃｊは、表面１２１の測定データのＺ軸方向の並進移動量、
αｊは、表面１２１の測定データのＸ軸周りの回転移動量、
βｊは、表面１２１の測定データのＹ軸周りの回転移動量である。
From the result of this coordinate conversion, the coordinate conversion amount (Aj, Bj, Cj, αj, βj) of the measurement data of the
Aj is the amount of translational movement in the X-axis direction of the measurement data of the
Bj is the amount of translational movement in the Y-axis direction of the measurement data of the
Cj is the amount of translational movement in the Z-axis direction of the measurement data of the
αj is a rotational movement amount around the X axis of the measurement data of the
βj is a rotational movement amount around the Y axis of the measurement data of the
同様にして、裏面１２２の測定データの座標変換量（Ａｍ，Ｂｍ，Ｃｍ，αｍ，βｍ）が求められる。ここで、
Ａｍは、裏面１２２の測定データのＸ軸方向の並進移動量、
Ｂｍは、裏面１２２の測定データのＹ軸方向の並進移動量、
Ｃｍは、裏面１２２の測定データのＺ軸方向の並進移動量、
αｍは、裏面１２２の測定データのＸ軸周りの回転移動量、
βｍは、裏面１２２の測定データのＹ軸周りの回転移動量である。
Similarly, coordinate conversion amounts (Am, Bm, Cm, αm, βm) of the measurement data on the
Am is the translation amount of the measurement data of the
Bm is the amount of translational movement in the Y-axis direction of the measurement data of the
Cm is the amount of translational movement in the Z-axis direction of the measurement data of the
αm is the rotational movement amount around the X axis of the measurement data of the
βm is the rotational movement amount around the Y axis of the measurement data of the
表面１２１の座標変換量（Ａｊ，Ｂｊ，Ｃｊ，αｊ，βｊ）と裏面１２２の座標変換量（Ａｍ，Ｂｍ，Ｃｍ，αｍ，βｍ）から、表面１２１の非球面軸に対する裏面１２２の非球面軸の相対的な位置関係を求めることができる。
From the coordinate transformation amount (Aj, Bj, Cj, αj, βj) of the
本実施例に係る測定用治具を用いることで、プローブと、プローブの位置制御を行なう駆動機構と、プローブの位置座標を測定するための測長器とを、それぞれ１つ準備すれば良い。このため、装置構成を簡素化し、装置を小型化できる。 By using the measuring jig according to the present embodiment, one probe, a driving mechanism for controlling the position of the probe, and one length measuring device for measuring the position coordinates of the probe may be prepared. For this reason, the apparatus configuration can be simplified and the apparatus can be miniaturized.
また、測定用治具１００を、本実施例のようにＲθ走査方式の形状測定方法に用いたとき、被測定面の形状はエアースピンドル１３０の回転軸に対して回転対称な形状となる。このため、走査速度を速くすることができる。この結果、測定時間を短縮できる。さらに、被測定物の表面と裏面の相対位置関係を高精度に求めることができる。
Further, when the measuring
さらに、測定用治具１００の製作誤差により、第１の基準面１１１の基準軸ＡＸ１と第２の基準面１１２の基準軸ＡＸ２とが不一致となる場合がある。しかしながら、基準平行平面１４０の平行度と、基準球１５０の真球度とは、第１の基準面１１１の基準軸ＡＸ１と第２の基準面１１２の基準軸ＡＸ２を一致させることに比較して、製造精度を高めやすい。また、基準平行平板１４０や基準球１５０は、製造費用も安価にできる。従って、本実施例によれば、基準平行平面１４０と基準球１５０という２つの基準物を測定することで、第１の基準面１１１の基準軸ＡＸ１と第２の基準面１１２の基準軸ＡＸ２との不一致による測定誤差を低減できる。この結果、高精度に被測定物の表面と裏面の形状と相対的な位置関係を測定できる。
Furthermore, the reference axis AX1 of the
特に、本実施例では、基準面形状誤差の座標変換量は、２つの座標変換の結果に基づいて算出されている。第１の座標変換は、基準平面部の測定データを用いて、Ｚ軸に沿った並進移動と、Ｘ軸とＹ軸の周りの２つの回転移動とをパラメータとして座標変換するものである。第２の座標変換は、基準球面部の測定データを用いて、Ｘ軸とＹ軸とＺ軸とに沿った３つの並進移動をパラメータとして座標変換するものである。 In particular, in this embodiment, the coordinate conversion amount of the reference surface shape error is calculated based on the result of two coordinate conversions. In the first coordinate conversion, coordinate conversion is performed using the measurement data of the reference plane portion as parameters for translational movement along the Z axis and two rotational movements about the X and Y axes. In the second coordinate transformation, coordinate transformation is performed using three translational movements along the X, Y, and Z axes as parameters using measurement data of the reference spherical surface portion.
ここで、Ｘ軸に沿った並進移動とＹ軸の周りの回転移動、またはＹ軸に沿った並進移動とＸ軸の周りの回転移動とは、それぞれ独立したパラメータではない。例えば、Ｙ軸の周りの回転移動を行うと、測定データはＸ軸に沿った並進移動も同時にする。このため、Ｘ軸に沿った並進移動とＹ軸の周りの回転移動、またはＹ軸に沿った並進移動とＸ軸の周りの回転移動を、１つの測定データから求めるよりも、別の測定データから個々に求めるほうが、座標変換の自由度が減る。これにより、測定時の微小なノイズ等の外乱による座標変換量の誤差を低減できる。 Here, the translational movement along the X axis and the rotational movement around the Y axis, or the translational movement along the Y axis and the rotational movement around the X axis are not independent parameters. For example, when a rotational movement around the Y axis is performed, the measurement data simultaneously translates along the X axis. For this reason, rather than obtaining translational movement along the X-axis and rotational movement around the Y-axis, or translational movement along the Y-axis and rotational movement around the X-axis from another measurement data, The degree of freedom of coordinate transformation is reduced by obtaining each from the above. Thereby, it is possible to reduce an error in the coordinate conversion amount due to disturbance such as minute noise during measurement.
従って、本実施例では、測定時の微小なノイズ等の外乱による測定誤差が生じにくい。この結果、高精度に被測定物の表面と裏面との相対的な位置関係を測定できるという効果を奏する。 Therefore, in this embodiment, measurement errors due to disturbances such as minute noise during measurement are less likely to occur. As a result, the relative positional relationship between the front surface and the back surface of the object to be measured can be measured with high accuracy.
（変形例）
次に、本実施例の測定用治具を用いる３次元形状測定の変形例について説明する。上記説明では、基準物として基準平行平面１４０と基準球１５０との２つの部材を用いている。しかしながら、基準物は、基準軸を決定できる形状を有していれば、これらに限定されない。図８−１は、基準物の第１の変形例の断面構成を示す。なお、測定用治具１００は上述の実施例１と同じものを用いる。図８−１において、基準物１１０１は、基準平行平面１１１１、１１１２と、基準球１１２１、１１２２とからなる軸対称形状を有する。基準平行平面１１１１、１１１２は周辺部に形成されている。基準球１１２１、１１２２は中心部に形成されている。
(Modification)
Next, a modification of the three-dimensional shape measurement using the measurement jig of this embodiment will be described. In the above description, two members of the reference
図８−２は、基準物の第２の変形例の断面構成を示す。基準物１１０２は、基準平行平面１１３１、１１３２と、２次曲線からなる基準２次曲面１１４１、１１４２とからなる軸対称形状を有する。基準平行平面１１３１、１１３２は周辺部に形成されている。基準２次曲面１１４１、１１４２は中心部に形成されている。以下、２次曲面とは、光軸に沿う方向の断面において、２次曲面に相当する部分の断面形状が２次曲線となっている面のことをいう。２次曲線の例は、円、放物線、または楕円等である。
FIG. 8-2 shows a cross-sectional configuration of a second modification of the reference object. The
図８−３は、基準物の第３の変形例の断面構成を示す。基準物１１０３は、２次曲面からなる基準２次曲面１１５１、１１５２であり、軸対称形状を有する。これら変形例によれば、１つの基準物１１０１、１１０２、１１０３を測定すればよい。このため、測定用治具１００への基準物の保持、取り外しの工程を低減できる。このため、測定時間を短縮できるという効果を奏する。このように、基準物の構成は、様々な変形例をとることができる。
FIG. 8-3 shows a cross-sectional configuration of a third modification of the reference object. The reference object 1103 is a reference quadratic
また、上述の測定手順では、ステップＳ７０１〜Ｓ７２８を連続して行なっている。しかしながら、この手順には限られない。例えば、ステップＳ７０１〜Ｓ７１９を初めに行なう。次に、測定用治具１００の基準面形状誤差の座標変換量をあらかじめ求めておき、記憶する。そして、通常の被検物に対する測定時は、ステップＳ７２０〜Ｓ７２８のみを行う。このとき、ステップＳ７２８では、予め記憶してある基準面形状誤差の座標変換量を用いる。
In the measurement procedure described above, steps S701 to S728 are continuously performed. However, it is not limited to this procedure. For example, steps S701 to S719 are performed first. Next, the coordinate conversion amount of the reference plane shape error of the measuring
また、各ステップは必ずしも上述のように説明した順番で行う必要はない。例えば、ステップＳ７２０〜Ｓ７２７、ステップＳ７０１〜Ｓ７１９、そしてステップＳ７２８の順番でも良い。さらに、ステップＳ７０６〜Ｓ７１０、ステップＳ７１５〜Ｓ７１９、ステップＳ７０１〜Ｓ７０５、ステップＳ７１１〜Ｓ７１４、そしてステップＳ７２０〜Ｓ７２８の順番でもよい。 Also, the steps need not necessarily be performed in the order described above. For example, the order of steps S720 to S727, steps S701 to S719, and step S728 may be used. Furthermore, the order of steps S706 to S710, steps S715 to S719, steps S701 to S705, steps S711 to S714, and steps S720 to S728 may be used.
さらに、本実施例では、基準平行平板１４０の平行度誤差は、略０（ゼロ）とみなしている。しかしながら、実際に平行度を測定しても良い。例えば、光電コリメータ等の高精度な測定器を用いて、基準平行平板１４０の平行度を測定しておく。そして、その測定値を基準面形状誤差の座標変換量に加えて、より高精度な３次元形状測定を行うこともできる。
Further, in this embodiment, the parallelism error of the reference
同様に、本実施例では、基準球１５０の表面１５１の曲率中心と裏面１５２の曲率中心とは一致するとみなしている。しかしながら、実際に基準球１５０を測定しても良い。例えば、オートコリメーション法等の高精度な測定手法を用いて、基準球１５０の表面１５１の曲率中心と裏面１５２の曲率中心との不一致を測定する。そして、その測定値を基準面形状誤差の座標変換量に加えて、より高精度な３次元形状測定を行っても良い。
Similarly, in this embodiment, it is assumed that the center of curvature of the
次に、実施例２に係る測定用治具２００について説明する。図９−１は、測定用治具２００の断面構成を示す。図９−１において、第１の基準面２１１は、第１の基準平面部２１１ｈと第１の基準球面部２１１ｒとからなる軸対称形状を有する。また、第２の基準面２１２は、第２の基準平面部２１２ｈと第２の基準球面部２１２ｒとからなる軸対称形状を有する。第１の基準球面部２１１ｒは、基準軸１１３に対して第１の基準平面部２１１ｈよりも近い側に形成されている。また、第２の基準球面部２１２ｒは、基準軸１１３に対して第２の基準平面部２１２ｈよりも近い側に形成されている。
Next, the
ここで、図９−１において、第１の基準球面部２１１ｒの右側の円弧の曲率中心位置と、左側の円弧の曲率中心位置とは一致していない。このため、第１の基準球面部２１１ｒの断面は、基準軸１１３を中心として断面が円環（ドーナツ）形状の一部である。また、これに限られず、第１の基準球面部２１１ｒの右側の円弧の曲率中心位置と、左側の円弧の曲率中心位置とを一致させても良い。このように、ＸＺ断面における基準球面部の曲率中心位置は一致させること、一致させないことの何れでも良い。このことは、全ての基準球面部について同様である。
In FIG. 9A, the curvature center position of the right arc of the first reference
図９−２は、本実施例の第１の変形例である測定用治具３００の断面構成を示す。図９−２において、第１の基準面３１１は、第１の基準平面部３１１ｈと第１の基準球面部３１１ｒとからなる軸対称形状を有する。また、第２の基準面３１２は、第２の基準平面部３１２ｈと第２の基準球面部３１２ｒとからなる軸対称形状を有する。第１の基準球面部３１１ｒは、第１の基準軸１１３に対して第１の基準平面部３１１ｈよりも近い側に形成されている。第２の基準球面部３１２ｒは、基準軸１１３に対して第２の基準平面部３１２ｈよりも遠い側に形成されている。
FIG. 9-2 shows a cross-sectional configuration of a measuring
図９−３は、本実施例の第２の変形例である測定用治具４００の断面構成を示す。図９−３において、第１の基準面４１１は、第１の基準平面部４１１ｈと第１の基準球面部４１１ｒとからなる軸対称形状を有する。また、第２の基準面４１２は、第２の基準平面部４１２ｈと第２の基準球面部４１２ｒとからなる軸対称形状を有する。第１の基準球面部４１１ｒは、第１の基準軸１１３に対して第１の基準平面部４１１ｈよりも近い側に形成されている。第２の基準球面部４１２ｒは、基準軸１１３に対して第２の基準平面部４１２ｈよりも遠い側に形成されている。そして、本変形例では、測定用治具４００の一方の面には、第１の基準平面部４１１ｈよりも所定量だけ大きい高さのフランジ部４０１が形成されている。また、測定用治具４００の他方の面には、第２の基準平面部４１２ｈよりも所定量だけ大きい高さのフランジ部４０２が形成されている。測定用治具４００をステージや作業台等に載置したときに、これらフランジ部４０１、４０２がステージ等に接触する。これにより、第１の基準面４１１や第２の基準面４１２が直接ステージ等に接触して破損することを防止できるという効果を奏する。
FIG. 9-3 shows a cross-sectional configuration of a
図９−４は、本実施例の第３の変形例である測定用治具５００の断面構成を示す。図９−４において、第１の基準面５１１は、第１の基準平面部５１１ｈと第１の基準球面部５１１ｒとからなる軸対称形状を有する。また、第２の基準面５１２は、第２の基準平面部５１２ｈと第２の基準球面部５１２ｒとからなる軸対称形状を有する。第１の基準球面部５１１ｒは、第１の基準軸１１３に対して第１の基準平面部５１１ｈよりも遠い側に形成されている。第２の基準球面部５１２ｒは、基準軸１１３に対して第２の基準平面部５１２ｈよりも遠い側に形成されている。そして、測定用治具５００の一方の面には、第１の基準平面部５１１ｈよりも所定量だけ大きい高さのフランジ部５０１が形成されている。また、測定用治具５００の他方の面には、第２の基準平面部５１２ｈよりも所定量だけ大きい高さのフランジ部５０２が形成されている。測定用治具５００をステージや作業台等に載置したときに、これらフランジ部５０１、５０２がステージ等に接触する。これにより、第１の基準面５１１や第２の基準面５１２が直接ステージ等に接触して破損することを防止できるという効果を奏するのは、第２の変形例と同様である。
FIG. 9-4 shows a cross-sectional configuration of a
そして、本変形例では、回転方向（θ）のリセット（原点）位置を設定するための円柱状のシャフト１１７の代わりに、表面から裏面に貫通した位置決め用穴５０３を備える。そして、エアースピンドル１３０の回転部１３１にも位置決め用穴を設ける（図示せず）。測定用治具５００をエアースピンドル１３０の回転部１３１に取付ける際に、測定用治具５００の位置決め用穴５０３と、回転部１３１の位置決め用穴にあわせた状態で、両者の位置決め用穴に位置決め用ピン（図示せず）を挿入しながら取付ける。位置決め用穴は貫通しているので、表面測定時も裏面測定時も、回転部１３１に対する測定用治具５００の位置を常に一定にすることができる。これにより、シャフト１１７を利用して回転方向（θ）のリセット（原点）位置を設定するのと同等の効果が得られる。
In this modification, a
また、測定用治具の他の変形例として、基準平面部と２次曲面からなる基準２次曲面部とを備える構成でも良い。加えて、さらに他の変形例として、基準面として２次曲面からなる基準２次曲面部のみを備える構成とすることもできる。 Further, as another modification of the measuring jig, a configuration including a reference flat surface portion and a reference secondary curved surface portion formed of a secondary curved surface may be used. In addition, as another modified example, a configuration may be provided in which only a reference quadric surface portion made of a quadric surface is provided as a reference surface.
また、上記各実施例では、回転方向（θ）のリセット（原点）位置を設定するために円柱状のシャフト１１７を用いている。リセット位置を設定するための検出部材としては、板、角柱、または球形状でも良い。さらに、近接センサー１６０を用いた例を説明しているが、検出部材を用いて測定用治具がθ方向の所定の位置に来たことを検出できれば、いかなる構成のセンサーでも良い。加えて、シャフトの代わりに、測定用治具の表面に細線などのマーキング（指標）を形成する構成でも良い。マーキングは、基準面の形状を測定するときに、マーキングの位置が検出できれば良い。従って、プローブ１７０による基準面の測定時に支障を生じない程度に細く、浅く形成することが望ましい。さらに、検出部は、測定用治具の回転（θ）方向の基準位置（原点）を検出できれば、どのような形状、手段でもよい。
In each of the above embodiments, the
また、実施例２の第３の変形例に示すように、検出部を備えなくても、エアースピンドル１３０の回転部１３１及びロータリーエンコーダに対する、測定用治具の取付け位置がわかればよい。例えば、実施例２の第３の変形例では、表面から裏面に貫通した位置決め用穴を設けているが、必ずしも貫通している必要はない。表面と裏面の同じ位置に貫通しない位置決め穴を設けてもよいし、異なる位置に貫通する位置決め穴を設けて、その位置の差を測定顕微鏡等で測定してもよい。また、測定用治具とエアースピンドル１３０の回転部１３１にマーキング（指標）を形成し、両者のマーキングが一致するように取付けても同等の効果が得られる。さらに、測定用治具のスピンドル１３０の回転部１３１及びロータリーエンコーダに対する位置を判別することができれば、いかなる方法を用いてもよい。
Further, as shown in the third modified example of the second embodiment, it is only necessary to know the mounting position of the measurement jig with respect to the
さらに、上記各実施例は、Ｒθ走査方式を例に説明している。しかしながら、本発明は、ＸＹ走査方式の３次元形状測定方法にも適用できる。また、形状測定用のプローブとして接触式のプローブ１７０を用いている。本発明では、接触式のプローブに代えて、公知の光プローブを被測定面との距離を一定に保ちながら走査する非接触式プローブであっても良い。このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形をとることができる。
Further, each of the above embodiments has been described by taking the Rθ scanning method as an example. However, the present invention can also be applied to an XY scanning type three-dimensional shape measuring method. Further, a
以上のように、本発明に３次元形状測定方法は、レンズ等の表面と裏面との形状と相対的な位置関係を測定するときに有用である。 As described above, the three-dimensional shape measuring method of the present invention is useful when measuring the relative positional relationship between the shape of the front surface and the back surface of a lens or the like.
１００ 測定用治具
１１１ 第１の基準面
１１１ｈ 第１の基準平面部
１１１ｒ 第１の基準球面部
１１２ 第２の基準面
１１２ｈ 第２の基準平面部
１１２ｒ 第２の基準球面部
１１３ 基準軸
１１４ 保持部
１１５ 第１の開口部
１１６ 第２の開口部
１１７ シャフト
１１８ 外周部
１２０ 非球面レンズ
１２１ 表面
１２２ 裏面
１３０ エアースピンドル
１３１ 回転部
１３２ 回転支持部
１３３ 回転軸
１４０ 平行平面
１４１ 表面
１４２ 裏面
１５０ 基準球
１５１ 表面
１５２ 裏面
１６０ 近接センサー
１７０ プローブ
１７１ 先端球
２００ 測定用治具
２１１ 第１の基準面
２１１ｈ 第１の基準平面部
２１１ｒ 第１の基準球面部
２１２ 第２の基準面
２１２ｈ 第２の基準平面部
２１２ｒ 第２の基準球面部
３００ 測定用治具
３１１ 第１の基準面
３１１ｈ 第１の基準平面部
３１１ｒ 第１の基準球面部
３１２ 第２の基準面
３１２ｈ 第２の基準平面部
３１２ｒ 第２の基準球面部
４００ 測定用治具
４０１ フランジ部
４０２ フランジ部
４１１ 第１の基準面
４１１ｈ 第１の基準平面部
４１１ｒ 第１の基準球面部
４１２ 第２の基準面
４１２ｈ 第２の基準平面部
４１２ｒ 第２の基準球面部
５００ 測定用治具
５０１ フランジ部
５０２ フランジ部
５０３ 位置決め用穴
５１１ 第１の基準面
５１１ｈ 第１の基準平面部
５１１ｒ 第１の基準球面部
５１２ 第２の基準面
５１２ｈ 第２の基準平面部
５１２ｒ 第２の基準球面部
１１０１ 基準物
１１１１、１１１２ 基準平行平面
１１２１、１１２２ 基準球
１１０２ 基準物
１１３１，１１３２ 基準平行平面
１１４１，１１４２ 基準２次曲面
１１０３ 基準物
１１５１，１１５２ 基準２次曲面
ＡＸ１、ＡＸ２ 基準軸
１１ θステージ
１２ 非球面レンズ
１２ａ 表面
１２ｂ 裏面
１３ａ、１３ｂ プローブ
１４ａ、１４ｂ レーザー測長器
２１ レンズ
２１ａ 表面
２１ｂ 裏面
２２ 測定用治具
２３ 位置決め球
３１ 非球面レンズ
３２ 測定用治具
３２ａ 平面部分
３２ｂ エッジ部分
３３ プローブ
100 Measurement Jig 111 First Reference Surface 111h First Reference Plane Part 111r First Reference Spherical Part 112 Second Reference Plane 112h Second Reference Plane Part 112r Second Reference Spherical Part 113 Reference Axis 114 Holding Part 115 First opening part 116 Second opening part 117 Shaft 118 Outer peripheral part 120 Aspherical lens 121 Front surface 122 Rear surface 130 Air spindle 131 Rotating part 132 Rotating support part 133 Rotating shaft 140 Parallel plane 141 Front surface 142 Back surface 150 Reference sphere 151 Front surface 152 Back surface 160 Proximity sensor 170 Probe 171 Tip sphere 200 Measuring jig 211 First reference surface 211h First reference plane portion 211r First reference spherical portion 212 Second reference surface 212h Second reference plane portion 212r Second reference spherical surface portion 300 Measuring jig 311 First Reference surface 311h First reference plane portion 311r First reference spherical surface portion 312 Second reference surface 312h Second reference plane portion 312r Second reference spherical surface portion 400 Measuring jig 401 Flange portion 402 Flange portion 411 First 1 reference surface 411h first reference plane portion 411r first reference spherical surface portion 412 second reference surface 412h second reference plane portion 412r second reference spherical surface portion 500 measuring jig 501 flange portion 502 flange portion 503 Positioning hole 511 First reference plane 511h First reference plane section 511r First reference spherical section 512 Second reference plane 512h Second reference plane section 512r Second reference spherical section 1101 Reference object 1111, 1112 Reference Parallel plane 1121, 1122 Reference sphere 1102 Reference object 1131, 1132 Reference parallel plane 1141, 11 42 Reference secondary curved surface 1103 Reference object 1151, 1152 Reference secondary curved surface AX1, AX2 Reference axis 11 θ stage 12 Aspherical lens 12a Surface 12b Back surface 13a, 13b Probe 14a, 14b Laser length measuring device 21 Lens 21a Surface 21b Back surface 22 Measurement Jig 23 Positioning sphere 31 Aspherical lens 32 Jig for measurement 32a Plane portion 32b Edge portion 33 Probe
Claims (5)
前記一方の面に形成され、前記第１の基準軸を中心とした軸対称な形状の球面からなる第１の基準球面部と、
第２の基準軸と略直交する平面からなり、他方の面に形成され、前記第２の基準軸を中心とした軸対称な形状の第２の基準平面部と、
他方の面に形成され、前記第２の基準軸を中心とした軸対称な形状の球面からなる第２の基準球面部と、
被測定物の表面と裏面とが露出するように保持する保持部と、回転角度の原点を設定するための検出部とを有することを特徴とする測定用治具。 A first reference plane portion having a plane substantially orthogonal to the first reference axis, formed on one surface, and having an axisymmetric shape about the first reference axis;
A first reference spherical surface formed of a spherical surface having an axisymmetric shape around the first reference axis and formed on the one surface;
A second reference plane portion having a plane substantially orthogonal to the second reference axis, formed on the other surface, and having an axisymmetric shape about the second reference axis;
A second reference spherical surface portion formed of a spherical surface having an axisymmetric shape around the second reference axis, the second reference spherical surface portion being formed on the other surface;
A measuring jig, comprising: a holding unit that holds the surface and the back surface of an object to be measured exposed; and a detection unit that sets an origin of a rotation angle.
前記第２の基準球面部は、前記第２の基準軸に対して前記第２の基準平面部よりも遠い側に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の測定用治具。 The first reference spherical surface portion is formed on a side farther than the first reference plane portion with respect to the first reference axis,
The measurement jig according to claim 1, wherein the second reference spherical surface portion is formed on a side farther than the second reference plane portion with respect to the second reference axis.
前記第２の基準球面部は、前記第２の基準軸に対して前記第２の基準平面部よりも近い側に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の測定用治具。 The first reference spherical surface portion is formed on a side closer to the first reference axis than the first reference plane portion,
The measurement jig according to claim 1, wherein the second reference spherical surface portion is formed on a side closer to the second reference axis than the second reference plane portion.
前記第２の基準球面部は、前記第２の基準軸に対して前記第２の基準平面部よりも遠い側に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の測定用治具。 The first reference spherical surface portion is formed on a side closer to the first reference axis than the first reference plane portion,
The measurement jig according to claim 1, wherein the second reference spherical surface portion is formed on a side farther than the second reference plane portion with respect to the second reference axis.
前記第２の基準平面部よりも所定量だけ大きい高さの第２フランジ部とをさらに有することを特徴とする請求項１に記載の測定用治具。
A first flange portion having a height larger than the first reference plane portion by a predetermined amount;
The measurement jig according to claim 1, further comprising a second flange portion having a height larger than the second reference plane portion by a predetermined amount.
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