JP4781920B2 - Shape measurement method - Google Patents
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本発明は、測定物、特に、単体のレンズやレンズアレイなどのレンズ又はレンズ成形用の金型の測定面上でプローブをX又はY座標方向に走査することにより、プローブのXY座標位置でのZ座標データの列を求め、このZ座標データの列に基づいて測定面の形状測定を行う方法及びその装置に関するものであり、測定物の境界位置を検出することによって、測定面の形状測定を行う方法に関するものである。 The present invention scans the probe in the X or Y coordinate direction on the measurement surface of a measurement object, in particular, a lens such as a single lens or a lens array, or a lens molding die, so that the probe is in the XY coordinate position. The present invention relates to a method and an apparatus for measuring the shape of a measurement surface based on the Z coordinate data sequence, and measuring the shape of the measurement surface by detecting the boundary position of the measurement object. It is about how to do it.
近年、プロジェクタ等に用いられている液晶ディスプレイ(LCD)には、各液晶画素に光を集光させて光利用効率を向上させるためにレンズアレイが用いられている。このようなレンズアレイは、製造方法としては、既に工業レベルに達したといえるが、その評価方法については未だ確立されていない。 In recent years, in a liquid crystal display (LCD) used for a projector or the like, a lens array is used for condensing light on each liquid crystal pixel to improve light use efficiency. Although it can be said that such a lens array has already reached the industrial level as a manufacturing method, its evaluation method has not yet been established.
レンズアレイの評価に用いられる装置として、特開2000−155071号公報(特許文献1)に開示されるものがある。図25は、特許文献1に記載された焦点距離測定装置の概略構成を示す図である。この装置301においては、レンズアレイの各セルの焦点距離D(≒高さズレ)及び焦点間距離を光学的に求めることが可能である。すなわち、光源302からでた光をレンズアレイ303で集光させ、集光後再び広がった光を測定用レンズ304で集光させ、NDフィルタ305を通過させた後、光検出器306に結像させる。アクチュエータ307でレンズアレイ303を光軸L方向に移動させながら、光検出器306の受光量が最大及び最小になる位置を求め、そのときのレンズアレイ303と測定用レンズとの相対距離の差からレンズアレイ303の焦点距離を求める。
しかしながら、特許文献1の装置では、レンズアレイの各レンズセル(以下、単にセルという場合もある。)が球面形状の場合は、設計形状から偏心(あるいは、傾き)を求めることができるが、各レンズが非球面の場合は、設計形状からの光軸の傾きと偏心を抽出することができないという問題があった。以下、その理由を説明する。
However, in the apparatus of
図26A,図26Bは、レンズアレイの各レンズセルが球面形状で、かつ、設計形状105から偏心(あるいは傾き)が存在する場合の概念図である。図26Aは光学的測定で傾き量を算出する場合、図26Bは光学的手法で偏心を算出する場合についてそれぞれ示している。レンズの光軸が有する設計式105との傾き量106(あるいは偏心量107)は実際のレンズ形状104としての光軸101と一致するため、金型補正は容易に行うことができる。つまり、球面レンズの場合は、この光学式手法による測定で問題はない。 26A and 26B are conceptual diagrams in a case where each lens cell of the lens array has a spherical shape and there is an eccentricity (or inclination) from the design shape 105. FIG. FIG. 26A shows a case where the tilt amount is calculated by optical measurement, and FIG. 26B shows a case where the eccentricity is calculated by an optical method. Since the amount of inclination 106 (or the amount of eccentricity 107) with the design formula 105 of the optical axis of the lens coincides with the optical axis 101 as the actual lens shape 104, the mold correction can be easily performed. That is, in the case of a spherical lens, there is no problem in measurement using this optical method.
一方、図27A,図27Bは、レンズアレイの各レンズセルが非球面形状で、かつ、設計形状115から偏心、傾きが存在する場合の概念図である。図27Aは光学的測定で傾き量A、または、偏心量Aを算出する場合、図27Bは実際の光軸と図27Aの光学的測定とを比較した場合についてそれぞれ示している。図27Bで示すように、実際には傾き、及び、偏心が同時に混在するため、焦点位置から算出される傾き量A116及び偏心量A117は、非球面レンズのレンズ形状114としての光軸111が有する設計式115との傾き量B118、偏心量B119と一致しない。つまり、測定結果に基づいて金型補正が正確にできないという課題が存在する。 On the other hand, FIGS. 27A and 27B are conceptual diagrams in the case where each lens cell of the lens array has an aspherical shape and there is eccentricity and inclination from the design shape 115. 27A shows a case where the tilt amount A or the eccentric amount A is calculated by optical measurement, and FIG. 27B shows a case where the actual optical axis is compared with the optical measurement of FIG. 27A. As shown in FIG. 27B, since the tilt and the eccentricity are actually mixed at the same time, the optical axis 111 as the lens shape 114 of the aspherical lens has the tilt amount A116 and the eccentric amount A117 calculated from the focal position. It does not coincide with the inclination amount B118 and the eccentricity amount B119 with the design formula 115. That is, there is a problem that mold correction cannot be performed accurately based on the measurement result.
近年、プロジェクションレンズをはじめとする光学機器には、平面内に複数のレンズが広がり1つのレンズユニットになった光学デバイスが使われている。光学デバイスの高精度化のためにはレンズの非球面化が必要になってくるが、その場合に、光学的手法では、基準となる設計形状に対するレンズ光軸の傾き、偏心の分離ができず、金型の補正加工が困難という課題があった。 2. Description of the Related Art In recent years, optical devices such as projection lenses that use a single lens unit in which a plurality of lenses spread in a plane are used. In order to improve the accuracy of optical devices, it is necessary to make the lens aspherical. In this case, however, the optical method cannot separate the inclination and decentering of the lens optical axis with respect to the reference design shape. There was a problem that it was difficult to correct the mold.
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、三次元測定機により、単一のレンズ、または複数レンズで構成されたレンズアレイなどのレンズ又はレンズを成型する金型を測定物として測定して、測定物の境界位置などを検出することによって、測定物の形状を測定する方法を提供するものである。 The present invention solves the above-mentioned conventional problems. A three-dimensional measuring machine measures a single lens or a lens mold such as a lens array composed of a plurality of lenses as a measurement object. Thus, the present invention provides a method for measuring the shape of the measurement object by detecting the boundary position of the measurement object.
本発明は、上記技術的課題を解決するために、以下の構成の形状測定方法を提供する。 In order to solve the above technical problem, the present invention provides a shape measuring method having the following configuration.
本発明の第1態様によれば、表面に形状の特徴部分と非特徴部分との形状上の境界を複数有する測定物の測定面上でプローブを2軸平面座標方向に走査して2軸平面座標位置における高さ座標データを連続して求め、前記2軸平面座標上の複数の測定点に関して2軸平面座標と高さ座標とが対応した測定データを得、前記測定データに基づいて、測定面の形状を測定する形状測定方法であって、
任意のi番目の2軸平面座標上の対象測定点における2軸平面座標の少なくとも1軸の座標値と前記高さ座標値(P(i),Z(i))と、前記対象測定点の走査方向上流側に連続するi−1番目の点に関する測定値((P(i-1),Z(i-1))の間で、dP(i)における2階偏微分値Cの値を求め、
i−1番目の点に関する前記Cの値が所定の閾値より大きいか否かを判断し、前記Cの値が所定の閾値より大きい場合は、当該i−1番目の測定点の各位置を、測定物の形状の特徴部分と非特徴部分との境界である前記測定物の境界位置として検出し、
前記検出した境界位置と前記測定物の設計データとに基づいて、前記測定物の特徴部分ごとに分割された、第1の分割領域と第1の境界グレー領域に分割し、
前記分割された2つの第1の分割領域について、当該第1の分割領域の頂点の位置を検出し、前記2つの第1の分割領域の頂点を結ぶ直線と前記測定物の設計データとに基づいて、前記測定物の設計データに対する前記測定物のあおり角ずれと回転角ずれとを検出して前記測定データの前記あおり角ずれと回転角ずれを補正し、
前記補正された測定物の測定データと前記測定物の設計データとに基づいて、前記測定物の特徴部分ごとに分割された第2の分割領域と第2の境界グレー領域に再分割し、
前記第2の分割領域に関して、測定データと設計データとの形状差異を算出することを特徴とする、形状測定方法を提供する。
According to the first aspect of the present invention, the probe is scanned in the biaxial plane coordinate direction on the measurement surface of the measurement object having a plurality of geometric boundaries between the characteristic feature portion and the non-feature portion on the surface. The height coordinate data at the coordinate position is continuously obtained, and the measurement data corresponding to the biaxial plane coordinate and the height coordinate is obtained for a plurality of measurement points on the biaxial plane coordinate, and the measurement data is measured based on the measurement data. a shape measuring method for measuring the shape of the surface,
The coordinate value of at least one of the biaxial plane coordinates at the target measurement point on any i-th two-axis plane coordinate, the height coordinate value (P (i), Z (i)), and the target measurement point Between the measured values ((P (i-1), Z (i-1)) regarding the i-1th point continuous upstream in the scanning direction, the value of the second-order partial differential value C in dP (i) is It asked Me,
It is determined whether or not the value of C related to the (i-1) th point is larger than a predetermined threshold value. If the value of C is larger than the predetermined threshold value , each position of the i-1th measurement point is detected as boundary position of the measured object is a boundary between the feature portion and the non-characteristic part of the shape of the measured object,
Based on the detected boundary position and the design data of the measurement object, divided into a first divided area and a first boundary gray area divided for each characteristic part of the measurement object,
For the two divided first divided areas, the positions of the vertices of the first divided areas are detected, and based on the straight line connecting the vertices of the two first divided areas and the design data of the measurement object Detecting the tilt angle deviation and the rotation angle deviation of the measurement object with respect to the design data of the measurement object, and correcting the tilt angle deviation and the rotation angle deviation of the measurement data,
Based on the corrected measurement data of the measurement object and the design data of the measurement object, the image is subdivided into a second divided area and a second boundary gray area divided for each characteristic portion of the measurement object,
Wherein for the second divided area, characterized by a Turkey to calculate the shape difference between the measurement data and the design data, provides a shape measuring method.
上記構成において、測定部は、測定物の測定面上を、例えばXY直交平面座標などの2軸平面座標上で走査し、その2軸平面座標位置における例えばZ座標などの高さ座標を求める。そして、境界算出部は、2軸平面座標の少なくとも1軸の値と、当該値における高さ座標の値によって境界位置を検出する。ここで境界位置とは、測定物の形状において形状的な特徴部分と非特徴部分の境界となる位置を意味する。なお、特徴部分との非特徴部分の区別は、測定の目的に応じて適宜形式的に定められるものであり、その測定物の用途、機能の特徴を示す部分という意味ではなく、測定面上において形状の傾向が変化する部分を境界位置とすることができる。 In the above configuration, the measurement unit scans the measurement surface of the measurement object on two-axis plane coordinates such as XY orthogonal plane coordinates, and obtains height coordinates such as Z coordinates at the two-axis plane coordinate positions. Then, the boundary calculation unit detects the boundary position based on the value of at least one axis of the biaxial plane coordinates and the value of the height coordinate in the value. Here, the boundary position means a position that is a boundary between a characteristic feature portion and a non-feature portion in the shape of the measurement object. The distinction between the non-characteristic part and the characteristic part is appropriately determined according to the purpose of the measurement, and does not mean a part indicating the use or function of the measurement object, but on the measurement surface. The part where the tendency of the shape changes can be set as the boundary position.
例えば、測定物がレンズである場合、特徴部分としてのレンズ上の凹凸の部分と非特徴部分としての平坦な部分の境界などが該当する。また、例えば、測定物がレンズアレイである場合、特徴部分としての1つのレンズセルと、非特徴部分としての当該レンズセルに隣接する他のレンズセルなどとの境界が該当する。また、例えば、測定物がはぐるまである場合、歯底から歯面の境界や歯先から歯面の境界などが該当する。 For example, when the object to be measured is a lens, the boundary between the uneven portion on the lens as the characteristic portion and the flat portion as the non-characteristic portion corresponds to this. For example, when the object to be measured is a lens array, a boundary between one lens cell as a characteristic part and another lens cell adjacent to the lens cell as a non-characteristic part corresponds. Further, for example, when there is a measurement object to be peeled off, the boundary between the tooth bottom and the tooth surface, the boundary between the tooth tip and the tooth surface, and the like are applicable.
ここで、2階偏微分の値は、dP(i)=P(i)−P(i-1)、dZ(i)=Z(i)−Z(i-1)と定義したとき、
また、閾値としては、適宜設定することができるが、例えば、前記各測定点におけるCの値について、全ての座標値P(i)に対するCの値の最大値の2分の1の値を閾値とすることができる。 The threshold value can be set as appropriate. For example, for the C value at each measurement point, the threshold value is a value half the maximum value of the C value for all coordinate values P (i). It can be.
本発明の第2態様によれば、前記測定データと設計データとの形状差異の算出は、
前記特徴部分ごとに再分割された各第2の分割領域と設計式との差でRMS最小化の座標変換をし、前記座標変換量から前記設計式からの偏心dx、dy、高さずれdz、傾きα、βを求めることを含む、ことを特徴とする第1態様の形状測定方法を提供する。
According to a second aspect of the present invention, the calculation of the shape difference between the measurement data and design data,
The coordinate conversion for the RMS minimization is performed by the difference between each second divided region subdivided for each feature portion and the design formula, and the eccentricity dx, dy, the height deviation dz from the design formula is calculated from the coordinate conversion amount. The shape measuring method according to the first aspect is characterized in that the slopes α and β are obtained .
本発明の第3態様によれば、前記RMS最小化の座標変換は、設計データのR値をベストフィットR値に変えるRMS最小化を実施し、特徴部分ごとに求められたベストフィットRを出力装置に表示することを含む、ことを特徴とする第2態様の形状測定方法を提供する。 According to a third aspect of the present invention, coordinate transformation of the previous SL RMS minimization conducted RMS minimize changing the R value of the design data to the best-fit R value, the best fit R determined for each feature section A shape measuring method according to a second aspect, comprising displaying on an output device.
本発明の第4態様によれば、前記偏心dx、dy、高さずれdzの情報を、各特徴部分の設計パラメータに入力し新たな第2の設計式を作成し、
前記測定物に対する座標系に変換された測定データに基づいて、前記測定物の特徴部分ごとに分割された第3の分割領域と第3の境界グレー領域に再分割し、
前記第2の分割領域の代わりに前記第3の分割領域に関して、測定データと設計データとの形状差異を算出することを特徴とする第2態様の形状測定方法を提供する。
According to a fourth aspect of the present invention, the eccentric dx, dy, the height information deviation dz, input to the design parameters of the characteristic part to create a new second design type,
Based on the measurement data converted into the coordinate system for the measurement object, re-divided into a third divided area and a third boundary gray area divided for each characteristic portion of the measurement object ,
A shape measurement method according to a second aspect is provided, wherein a shape difference between measurement data and design data is calculated for the third divided region instead of the second divided region.
本発明の第5態様によれば、前記第2の設計式に前記ベストフィットRを設計パラメータに入力し新たな第3の設計式を作成し、
前記測定物に対する座標系に変換された測定データに基づいて、前記レンズのセルごとに分割された第4の分割領域と第4の境界グレー領域に再分割し、
前記第2の分割領域の代わりに前記第4の分割領域に関して、測定データと設計データとの形状差異を算出することを特徴とする第4態様の形状測定方法を提供する。
According to a fifth aspect of the present invention, by inputting the best-fit R on design parameters in the second design type creates a new third design type,
Based on the measurement data converted into the coordinate system for the measurement object, re-divided into a fourth divided region and a fourth boundary gray region divided for each cell of the lens,
A shape measurement method according to a fourth aspect is provided, wherein a shape difference between measurement data and design data is calculated for the fourth divided region instead of the second divided region.
本発明の第6態様によれば、測定物に対する座標系への変換は、
全測定物表面領域の測定データを測定物有効面のみのデータを削除した平面データを基準面とし、
直径の同じ第1から第3の3つの球体を固定した治具板上で、前記測定物の側面が3ケの球体と接するように測定物を設置したときの、1つの第1の球体の中心と他の1つの第2の球の中心を結ぶ直線と平行な方向を変換後のXL座標軸とし、前記基準面に直交する直線と平行な方向をZL座標軸とし、前記XL座標軸とZL座標軸に直交し残りの1つの第3の球体の中心を通る直線と平行な方向をYL座標軸とした座標系に変換することを特徴とする、第1から第5態様のいずれか1つの形状測定方法を提供する。
According to a sixth aspect of the present invention, conversion of the coordinate system relative to the sample of,
The flat surface data the measurement data of all the measured object table surface region to delete the data of only the measured effective surface as a reference surface,
When the measurement object is placed on the jig plate on which the first to third spheres having the same diameter are fixed and the side surface of the measurement object is in contact with the three spheres, one first sphere The direction parallel to the straight line connecting the center and the center of the other second sphere is the converted X L coordinate axis, the direction parallel to the straight line perpendicular to the reference plane is the Z L coordinate axis, and the X L coordinate axis Any one of the first to fifth aspects is characterized in that a direction orthogonal to the Z L coordinate axis and parallel to a straight line passing through the center of the remaining third sphere is converted into a coordinate system having the Y L coordinate axis. Two shape measurement methods are provided.
本発明の第7態様によれば、測定物を治具板上に固定した第1から第3の3つの球体上に設置して測定物の裏の平面を基準面とし、
第1から第3の3つの球体を固定した治具板上で、前記測定物の側面が前記3つの球体と接するように測定物を設置したときの、第1の球体の中心と第2の球体の中心を結ぶ直線と平行な方向をXL座標軸とし、前記基準面に直交する直線と平行な方向をZL座標軸とし、前記XL座標軸とZL座標軸に直交し残りの1つの第3の球体の中心を通る直線と平行な方向をYL座標軸とした座標系に変換することを特徴とする、第1から第5態様のいずれか1つの形状測定方法を提供する。
According to the seventh aspect of the present invention, the measurement object is placed on the first to third spheres fixed on the jig plate, and the back surface of the measurement object is used as the reference plane.
On the jig plate to which the first to third spheres are fixed, the center of the first sphere and the second when the measurement object is placed so that the side surface of the measurement object is in contact with the three spheres. The direction parallel to the straight line connecting the centers of the spheres is defined as the X L coordinate axis, the direction parallel to the straight line orthogonal to the reference plane is defined as the Z L coordinate axis, and the remaining third third is orthogonal to the X L coordinate axis and the Z L coordinate axis. There is provided a shape measuring method according to any one of the first to fifth aspects, characterized in that a direction parallel to a straight line passing through the center of the sphere is converted into a coordinate system having a Y L coordinate axis.
本発明によれば、レンズ面の境界データを測定データより自動的に抽出でき、当該境界データに基づいて測定物の設計データとの位置あわせをすることができるため、測定データと設計データとの間の比較の精度を高くすることができる。したがって、より高精度に測定物の形状を測定することができる。 According to the present invention, the boundary data of the lens surface can be automatically extracted from the measurement data, and the alignment with the design data of the measurement object can be performed based on the boundary data. The accuracy of the comparison can be increased. Therefore, the shape of the measurement object can be measured with higher accuracy.
また、抽出した境界データより、レンズアレイの場合はセルごとに各分割データと各境界グレーゾーンを算出できる。これにより、よりセルの部分についての設計データとの比較を行うことができ、光学的要素の部分についての形状測定を行うことができる。 Further, from the extracted boundary data, in the case of a lens array, each divided data and each boundary gray zone can be calculated for each cell. Thereby, the comparison with the design data about the part of the cell can be performed more, and the shape of the part of the optical element can be measured.
さらに、複数のレンズを一体成型する金型あるいは一体成型したレンズアレイの測定物座標系に対する各レンズの形状ずれが高精度に評価できる。特に、形状誤差に含まれる偏心、傾き、高さずれ、ベストフィットRを定量的に評価できるため、複数のレンズを一体成型する金型を効率よくフィードバック加工でき、プロジェクタ等に使用するレンズアレイにおいては、光軸ずれやレンズ高さのばらつきで焦点がぼやけたり濃淡が出ることもなく、良好なレンズアレイを得ることができる。 Furthermore, the shape deviation of each lens with respect to the measured object coordinate system of a mold for integrally molding a plurality of lenses or an integrally molded lens array can be evaluated with high accuracy. In particular, since the eccentricity, inclination, height deviation, and best fit R included in the shape error can be quantitatively evaluated, a mold for integrally molding a plurality of lenses can be efficiently fed back to a lens array used for a projector or the like. In this case, a good lens array can be obtained without causing the focus to be blurred or light and dark due to the optical axis deviation or the lens height variation.
以下、本発明の形状測定方法を実施する一実施形態にかかる形状測定装置について図面を参照しながら説明する。
図24Aは、本発明の形状測定方法を実施するための一実施形態としての形状測定装置の概略構成を示す斜視図である。図24において、XYステージ69、70上の石定板63の上にXYZ座標を測定するための発振周波数安定化He−Neレーザ71が配置され、プローブ65はZステージ64を介して石定板63に取り付けられ、発振周波数安定化He−Neレーザ光により、固定したナノメートルオーダーの高い平面度を持つXYZ基準ミラー66、67、68に反射させることにより、ナノメートルオーダーの超高精度でXYZ座標を測定できる。測定された結果は、出力装置90に表示される。
Hereinafter, a shape measuring apparatus according to an embodiment for carrying out a shape measuring method of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 24A is a perspective view showing a schematic configuration of a shape measuring apparatus as an embodiment for carrying out the shape measuring method of the present invention. In FIG. 24, an oscillation frequency stabilized He-
この形状測定装置は、測定物の測定面S上で測定プローブ65をXY座標方向に走査することにより、測定用プローブ65のXY座標位置でのZ座標データの列を求め、制御演算部80によって、測定用プローブ65によって測定されたXY座標位置でのZ座標データの列は演算処理され、測定面Sの形状測定を行う。
This shape measuring apparatus obtains a column of Z coordinate data at the XY coordinate position of the
以下、制御演算部80により行われる処理について説明する。制御演算部80は、図24Bに示すような機能ブロックを有する。これらの機能ブロックは、以下の処理を行う場合にそれぞれ後述する処理を司る。
Hereinafter, processing performed by the
図1は、図24の形状測定装置においてレンズアレイを一括測定するときの形状測定方法の概略を示すフロー図である。図1の各ステップについて、別の図を使いながら、以下に説明していく。 FIG. 1 is a flowchart showing an outline of a shape measuring method when a lens array is collectively measured in the shape measuring apparatus of FIG. Each step in FIG. 1 will be described below using another figure.
<ステップS1>
測定機XMYMZM座標系上でレンズアレイ4の全面を測定し、その測定結果のデータを記憶装置に保存する。図2はその様子を示す図である。
<Step S1>
The entire surface of the
測定機XMYMZM座標系1にレンズアレイ4を設置した状態で、プローブ65が矢印15に示すようにフォーカスONし、ベース面4bを含む形で、レンズアレイ4全面を走査し、3次元測定データ((X(i),Y(i),Z(i))を得る。3次元測定データ((X(i),Y(i),Z(i))は、制御演算部80内の記憶部7の第2記憶部802に保存される。また、記憶部7の第1記憶部801には、測定対象であるレンズアレイの設計データが格納されている。記憶部7の第1記憶部801及び第2記憶部802に記憶されたこれらの情報に基づいて、以下に示す演算処理がなされる。
With the
図2において、3次元測定データ((X(i),Y(i),Z(i))はXM方向を主方向として動いてデータを取り込み、YM方向はシフト方向に移動する様子を示している。以下、XM方向の1ラインごとにデータを抽出し、XMZM断面でデータ処理をする方法を例にとって説明する。ただし、YM方向にプローブ65を走査させ、YMZM平面でデータ処理を行うようにしてもよい。
2, three-dimensional measurement data ((X (i), Y (i), Z (i)) captures the data moving the X M direction as the main direction, a state Y M direction to move the shift direction shows. hereinafter, extract data for each line in the X M direction is described as an example how to data processing in X M Z M section. However, by scanning the
<ステップS2>
図3は、コバ平面部の存在する凸レンズの測定データ、コバ平面部の存在する凸レンズの偏微分値データ、コバ平面部の存在する凸レンズの2階編微分値データの例をそれぞれ示している。
<Step S2>
FIG. 3 shows an example of measurement data of a convex lens having an edge plane portion, partial differential value data of a convex lens having an edge plane portion, and second-order knitting differential value data of a convex lens having an edge plane portion.
制御演算部80の偏微分演算部803は、XMZM断面において、i番目(iは2以上)の測定データ及びその走査方向上流側のi−1番目の測定データを用いて、以下の処理に従って2階偏微分値データを演算する。すなわち、i番目の測定データ((X(i),Z(i))より、dX(i)=X(i)−X(i-1)、dZ(i)=Z(i)−Z(i-1)と定義し、偏微分値データdZ(i)/dX(i)={Z(i)−Z(i-1)}/{X(i)−X(i-1)}を求める。その後、偏微分値データdZ(i)/dX(i)より、2階偏微分値データd2Z(i)/dX2(i)={dZ(i)/dX(i)−dZ(i-1)/dX(i-1)}/{X(i)−X(i-1)}を求める。
Partial
偏微分演算部により求められた2階偏微分値データに基づいて、閾値設定部804は2階偏微分値データd2Z(i)/dX2(i)の+方向、−方向に閾値を設定する。次いで、境界算出部805は、2階偏微分値データの絶対値|d2Z(i)/dX2(i)|が、所定の閾値より大きいか否かをそれぞれi番目の測定データに関して判断し、閾値を越えるデータを抽出する。図3の場合では、K番目、L番目の測定データが、所定の閾値より大きい点であることから、測定データ((X(i),Z(i))では、K−1番目、L−1番目の位置が境界であると検出することができる。
Based on the second-order partial differential value data obtained by the partial differential calculation unit, the
ここで、閾値設定部804による閾値の設定は、本実施形態においては、以下のように定められている。すなわち、図3に示す2階微分値データは、通常、平坦な部分と突出した境界の部分とで構成される。このとき、平坦な部分について、最小自乗法により傾きが0である近似直線を導き当該近似曲線を原点位置とする。そして、当該2階微分値データの最も値の高いときのデータと前記近似直線とのデータを高さ幅を算出し、その半分の高さ幅を閾値とする。
Here, the threshold value setting by the threshold
図4は、コバ平面部の存在する凹レンズの測定データ、コバ平面部の存在する凹レンズの偏微分値データ、コバ平面部の存在する凹レンズの2階編微分値データの例をそれぞれ示している。図3と同様の処理により、測定データ((X(i),Z(i))では、K−1番目、L−1番目のデータが境界であると検出する。 FIG. 4 shows an example of measurement data of a concave lens having an edge plane portion, partial differential value data of a concave lens having an edge plane portion, and second-order knitting differential value data of a concave lens having an edge plane portion. By the same processing as in FIG. 3, in the measurement data ((X (i), Z (i)), it is detected that the (K-1) th and (L-1) th data are boundaries.
図5は、凸レンズアレイの測定データ、凸レンズアレイの偏微分値データ、凸レンズアレイの2階偏微分値データの例をそれぞれ示している。この場合も、図3と同様の処理により、測定データ((X(i),Z(i))では、K−1番目、L−1番目、M−1番目、N−1番目のデータが境界であると検出する。 FIG. 5 shows examples of measurement data of the convex lens array, partial differential value data of the convex lens array, and second-order partial differential value data of the convex lens array. Also in this case, the measurement data ((X (i), Z (i)) has the (K−1) th, (L−1) th, (M−1) th, and (N−1) th data. Detects a boundary.
図6は凹レンズアレイの測定データ、凹レンズアレイの偏微分値データ、凹レンズアレイの2階偏微分値データの例をそれぞれ示している。この場合も、図3A〜図3Cと同様の方法により、測定データ((X(i),Z(i))では、K−1番目、L−1番目、M−1番目、N−1番目のデータが境界であると検出する。 FIG. 6 shows examples of measurement data of the concave lens array, partial differential value data of the concave lens array, and second-order partial differential value data of the concave lens array. Also in this case, the measurement data ((X (i), Z (i)) is K−1, L−1, M−1 and N−1 in the same manner as in FIGS. 3A to 3C. Is detected as a boundary.
上記の図3〜図6に示す処理は、3次元測定データ((X(i),Y(i),Z(i))がYM方向を主方向として動いてデータを取り込み、XM方向はシフト方向に移動する場合にも成り立つ。その場合は、測定データ((Y(i),Z(i))より、dY(i)=Y(i)−Y(i-1)、dZ(i)=Z(i)−Z(i-1)と定義し、偏微分値データdZ(i)/dY(i)={Z(i)−Z(i-1)}/{Y(i)−Y(i-1)}を求め、その後、偏微分値データdZ(i)/dY(i)より、2階偏微分値データd2Z(i)/dY2(i)={dZ(i)/dY(i)−dZ(i-1)/dY(i-1)}/{Y(i)−Y(i-1)}を求め、測定データ((Y(i),Z(i))での境界を検出することができる。 The process shown in FIGS. 3 to 6 described above, three-dimensional measurement data ((X (i), Y (i), Z (i)) takes in data moving the Y M direction as the main direction, X M direction Is also true when moving in the shift direction, in which case dY (i) = Y (i) −Y (i−1), dZ (from the measurement data ((Y (i), Z (i))). i) = Z (i) −Z (i−1) and partial differential value data dZ (i) / dY (i) = {Z (i) −Z (i−1)} / {Y (i ) −Y (i−1)}, and then from the partial differential value data dZ (i) / dY (i), the second order partial differential value data d 2 Z (i) / dY 2 (i) = {dZ (i) / dY (i) -dZ (i-1) / dY (i-1)} / {Y (i) -Y (i-1)} is obtained and measured data ((Y (i), Z The boundary in (i)) can be detected.
さらに、XMYM平面内で円周方向に走査する場合も、前記説明と同様の方法により、3次元測定データ((X(i),Y(i),Z(i))での境界を抽出することができる。すなわち、2軸平面座標のうち少なくとも1軸に関する座標値と、ZMに関する座標値とを用いて、境界位置を検出することができる。 Further, when scanning in the circumferential direction in the X M Y M plane, the boundary in the three-dimensional measurement data ((X (i), Y (i), Z (i)) is obtained by the same method as described above. That is, the boundary position can be detected using the coordinate value related to at least one of the two-axis plane coordinates and the coordinate value related to Z M.
<ステップS3>
第1記憶部801に記憶されている設計データをレンズセルごとに、各分割データAと各境界グレーゾーンAに分割する。図7はその処理を説明する図である。
<Step S3>
The design data stored in the
上述のように、レンズアレイ4は、測定機XMYMZM座標系に設置されているが、サブμmオーダーで見ると、どの軸まわりにも角度ずれがおきた状態で設置されている。測定原点5aの座標(0,0,0)に対して、一点鎖線で図示する設計式上の境界8のレンズセルごとに、3次元測定データ((X(i),Y(i),Z(i))を分割する。
As described above, the
すなわち、全てのセルについて図3〜図6で求められる境界データからグレーゾーンAを決定する。図8は、グレーゾーンAを決定する処理を説明する図である。グレーゾーンAの決定は制御演算部の第1データ分割部806により司られる。
That is, the gray zone A is determined from the boundary data obtained in FIGS. FIG. 8 is a diagram for explaining the process of determining the gray zone A. The determination of the gray zone A is governed by the first
<グレーゾーンAの決定手順>
(1)セルjの設計上の形状131の領域において、測定データ130から抽出したセルjの境界上の点121をすべて抽出し、Line L122に近いLine Lグループ122a、Line R123に近いLine Rグループ123aに分類する。
<Determination procedure of gray zone A>
(1) In the region of the design shape 131 of the cell j, all the points 121 on the boundary of the cell j extracted from the measurement data 130 are extracted, and the Line L group 122a close to the Line L122 and the Line R group close to the Line R123 123a.
(2)Line Lグループ122aで設計上のデータ131におけるLine LとのX方向の距離128が一番大きい点をAL点126として検出し、同様に、Line Rグループ123aでLine RからのX方向の距離(図示なし)一番遠い点をAR点127として検出する。
(2) The point having the
(3)Line L122からAL点126までの距離と、Line R123からAR点127までの距離を比較し、長い距離をとる点までの距離をdj,XMAXとして、X方向のグレーゾーンの幅とする。
(3) Compare the distance from the line L122 to the
(4)(3)で求めたAL点126、AR点127をLine T124に近いLine Tグループ124a、Line Bに近いLine Bグループに分類する。図8の場合は、Line Tグループ124aのみになる。
(4) The
(5)Line Tグループ124aでLine T124より一番遠い点をAT点132(図8の場合は、AR点127と同一の点になる)として検出する。図8の場合は存在しないが、Line BグループでLine Bより一番遠い点をAB点として検出する機能を持つ。 (5) The point farthest from Line T124 in Line T group 124a is detected as AT point 132 (in the case of FIG. 8, it is the same point as AR point 127). Although it does not exist in the case of FIG. 8, it has a function of detecting a point farthest from Line B in the Line B group as an AB point.
(6)Line T124からAT点132までの距離と、Line B125からAB点(図8の場合はなし)までの距離を比較し、長い距離をとる点までの距離dj,YMAXとして、Y方向のグレーゾーンの幅とする。
(6) The distance from Line T124 to
(7)このようにして求められた距離dj,xMAX、距離dj,YMAXを用いて、セルjの設計上の形状の周辺をグレーゾーンA12jとし、その内側を分割データA9jとする。このようにして、セルjの境界グレーゾーンA12jと、セルjの有効な分割データA9jを検出できる。 (7) Using the distance d j, xMAX and the distance d j, YMAX obtained in this way, the periphery of the design shape of the cell j is set as the gray zone A12j, and the inside thereof is set as the divided data A9j. In this way, the boundary gray zone A12j of the cell j and the effective divided data A9j of the cell j can be detected.
(8)セルj+1についても、同様に、境界グレーゾーンA12j+1と、セルj+1の有効な分割データA9j+1に分割する。このようにして全てのレンズセルについて、分割データと境界グレーゾーンを検出する。
(8) Similarly, the cell j + 1 is divided into the boundary gray zone A12j + 1 and the effective divided data A9j + 1 of the
<ステップS4>
次に、任意の2つ以上のセル各々で、各分割データAと設計式でRMS最小化の並進座標変換をし、2つ以上のセル各々の座標変換量dx、dyからセル間回転角γ(Z軸まわり)を算出する。この処理は、第1座標変換部807が処理を司る。
<Step S4>
Next, in any two or more cells, translation coordinate conversion for RMS minimization is performed with each divided data A and design formula, and the inter-cell rotation angle γ is calculated from the coordinate conversion amounts dx and dy of each of the two or more cells. (Around Z axis) is calculated. This process is performed by the first coordinate
図9は、第1座標変換部が行うセル2つからセル間回転角γを算出する処理の説明図である。RMS最小化の並進座標変換により、セル(1)の設計式上の頂点17の位置に移動する点が、セル1の測定データ上の頂点18に相当する。このときの座標変換量(dx1,dy1)により、セル1の測定データ上の頂点18の位置がわかる。
FIG. 9 is an explanatory diagram of a process of calculating the inter-cell rotation angle γ from the two cells performed by the first coordinate conversion unit. The point that moves to the position of the vertex 17 on the design formula of the cell (1) by the translation coordinate conversion of the RMS minimization corresponds to the
同様の方法により、セル(5)の測定データ上の頂点20の位置も検出することができる。なお、図9においては、XM方向に5つのセルが並んでいるためセル(1)とセル(5)について、頂点の検出を行ったが、特にこれは限定されるものではない。例えば、XM方向の両端に位置するセルを用いることができる。このようにして当該頂点の位置の情報を用いてレンズアレイ4のZ軸まわりの回転角γを算出できる。
By the same method, the position of the vertex 20 on the measurement data of the cell (5) can also be detected. In FIG. 9, for the cell (1) a cell (5) Since the lined up five cells in the X M direction, were subjected to detection of the vertex, not particularly this is limited. For example, it is possible to use a cell located at both ends of the X M direction. In this way, the rotation angle γ around the Z axis of the
次に、レンズアレイ4のコバ平面部のデータからレンズ全面の傾きα(X軸まわり)、β(Y軸まわり)を算出する。この処理は、第1座標変換部807が処理を司る。図10はその処理の説明図である。3次元測定データ((X(i),Y(i),Z(i))より、最も外側に位置する所定の閾値以上のデータに基づいて、レンズアレイのコバ平面部のデータ5bのみ分離する。そして、平面の設計式Z=0との差でRMS最小化の角度座標変換をし、レンズ全面の傾き角α、βを算出できる。
Next, the inclination α (around the X axis) and β (around the Y axis) of the entire lens surface are calculated from the data of the edge plane portion of the
上記で求めた回転角α,β,γで、ステップS1の全面測定データを測定物XLYLZL座標系に変換する。この処理は、第1座標変換部807が処理を司る。図11はその変換処理の説明図である。
Using the rotation angles α, β, and γ determined above, the entire surface measurement data in step S1 is converted into the measurement object X L Y L Z L coordinate system. This process is performed by the first coordinate
このステップにおいて別の方法としては、レンズ面全面における各分割データAと設計式との間で、α(X軸まわり)、β(Y軸まわり)、γ(Z軸まわり)を動かすRMS最小化の角度座標変換を実施することもできる。 As another method in this step, RMS minimization is performed by moving α (around the X axis), β (around the Y axis), and γ (around the Z axis) between each divided data A on the entire lens surface and the design formula. It is also possible to perform angular coordinate conversion.
<ステップS5>
ステップS4において求められた情報に基づいて、設計データをセルごとに、有効な分割データBと境界グレーゾーンBを算出する。この処理は、制御演算部80の第2データ分割部808が処理を司る。図12はその算出手法を説明するための図である。図13は図12の境界データから境界グレーゾーンBの決定の処理を説明する図である。手順はステップS3において説明した図8と同様の処理である。
<Step S5>
Based on the information obtained in step S4, effective divided data B and boundary gray zone B are calculated for each cell of design data. This process is performed by the second
設計式の境界と測定結果において検出された境界が平行になっているため、図7、図8、図9の測定機XMYMZM座標系上に設計式が存在する場合に対して、各セルの有効な分割データをより大きくとることが可能になり、後述する各ステップでの解析精度を向上させることができる。 Since the boundary of the design equation and the boundary detected in the measurement result are parallel to each other, the design equation is present on the measuring machine X M Y M Z M coordinate system of FIGS. Thus, it becomes possible to obtain a larger effective divided data of each cell, and it is possible to improve the analysis accuracy in each step described later.
図14は、図12の状態における、各セルの分割データBと設計式との比較の例である。上段の図に示す符号23aは測定物XLYLZL座標系に変換後の各セルの分割データBとグレーゾーンBのデータであり、中段の図に示す符号22aは各レンズの設計式であり、下段の図に示す符号24bは上段の図のZ値から下段の図のZ値を引いた結果の情報を示す図である。 FIG. 14 is an example of comparison between the divided data B of each cell and the design formula in the state of FIG. Reference numeral 23a shown in the upper diagram is the divided data B and gray zone B data of each cell after conversion into the measured object X L Y L Z L coordinate system, and reference symbol 22a shown in the middle diagram is a design formula for each lens. Reference numeral 24b shown in the lower diagram is information showing the result of subtracting the Z value in the lower diagram from the Z value in the upper diagram.
下段の図に示すように、グレーゾーンBの領域22bを含んだ場合は、測定物と設計式との横方向のずれによる誤差が存在する。グレーゾーンBの領域22bを除いた分割データB22cの領域で評価することにより、測定結果の精度が良くなることがわかる。 As shown in the lower diagram, when the region 22b of the gray zone B is included, there is an error due to a lateral shift between the measurement object and the design formula. It can be seen that the accuracy of the measurement result is improved by evaluating the area of the divided data B22c excluding the area 22b of the gray zone B.
<ステップS6>
図15は、測定物XLYLZL座標系上での、セルごとにステップS6の分割データと測定データの差でRMS最小化の座標変換する処理を説明するための図である。この処理は、第2座標変換部809が処理を司る。すなわち、各セルごとの設計式データと測定データとを比較し、図15に示す並進座標変換量dZ、傾き座標変換量β(またはα)、並進座標変換量dX(またはdY)が最小となるように2つのデータを近似する。次いで、セルごとに座標変換量から、設計値からの偏心(並進座標変換量)dX(あるいはdY)、座標変換量(並進座標変換量)dZ、傾き(座標変換量)β(あるいはα)伸す内を求める処理を行う。図16は、セルごとに座標変換量から、設計値からの偏心dX(あるいはdY)、高さずれdZ、傾きβ(あるいはα)を求める処理を説明するための図である。
<Step S6>
FIG. 15 is a diagram for explaining the process of performing coordinate conversion for RMS minimization based on the difference between the divided data and the measurement data in step S6 for each cell on the measurement object X L Y L Z L coordinate system. This process is performed by the second coordinate
<ステップS7>
図17は、ステップS6でセルごとにRMS最小化の座標変換後の分割データBに対して測定データの近似半径Rを変化させるRMS最小化により、ベストフィットRを求める処理を説明するための図である。すなわち、設計式のデータ32に対し、座標変換語の三次元測定データ36を比較し、当該2つのデータが最も近似するように配置し、当該ベストフィットRを算出する。ここでベストフィットRは、設計データと座標変換後の測定データとの間で最小二乗法によりフィッティングするR(半径)を求める処理を行う。なお、レンズアレイ4は、非球面レンズであるため、近似半径R、コニック係数、非球面係数が含まれているが、近似半径Rのみを変化させる最小二乗法によりフィッティングの処理を行う。
<Step S7>
FIG. 17 is a diagram for explaining a process for obtaining the best fit R by RMS minimizing by changing the approximate radius R of the measurement data with respect to the divided data B after coordinate transformation for RMS minimization for each cell in step S6. It is. That is, the coordinate conversion word three-dimensional measurement data 36 is compared with the design formula data 32, the two data are arranged so as to be closest to each other, and the best fit R is calculated. Here, the best fit R performs a process of obtaining R (radius) for fitting by the least square method between the design data and the measurement data after coordinate transformation. Since the
<ステップS8>
上記の処理を各セルごとに行い、それぞれセルごとに偏心量dx、dy、高さずれ量dz、傾きα、βを求める。図18は、セルごとの偏心量dx、dy、高さずれ量dz、傾きα、βの情報テーブルの構成例である。情報テーブルには、設計上の光軸位置、実際の光軸位置、ベストフィットR、測定データと設計式との差分のPV値、RMS値に関する情報が含まれる。情報テーブルは第3記憶部811に記憶される。
<Step S8>
The above processing is performed for each cell, and the eccentricity amounts dx and dy, the height shift amount dz, and the inclinations α and β are obtained for each cell. FIG. 18 is a configuration example of an information table of the eccentricity amounts dx and dy, the height shift amount dz, and the inclinations α and β for each cell. The information table includes information on the design optical axis position, the actual optical axis position, the best fit R, the PV value of the difference between the measurement data and the design formula, and the RMS value. The information table is stored in the
<ステップS9>
次いで、ステップS7で求めた偏心量を各セルの設計パラメータに入力し新たな設計式を作成し、ステップS4の測定データを分割した分割データCを作成する。この処理は第3データ分割部812が処理を司る。図19は、ステップS7で求めた偏心量を各セルの設計パラメータに入力し新たな設計式を作成し、ステップS4の測定データを分割した分割データCを作成する処理を説明する図である。図12と比較すると、測定データから求めたXY方向の偏心量を各セルの設計パラメータに入力しているため、測定データ上の頂点と設計上の頂点が一致するようになっている。そのため、各セルの境界グレーゾーンCはほとんど無視できるレベルまで小さくなり、最大有効な分割データCは、図12の分割データBよりさらに大きくとれるようになる。これらのデータは、結果作成部813を介して出力装置90に出力される。
<Step S9>
Next, the amount of eccentricity obtained in step S7 is input as a design parameter for each cell, a new design formula is created, and divided data C is created by dividing the measurement data in step S4. This process is performed by the third
図20は、ステップS8で求めた偏心量を、各セルの設計パラメータに入力し新たな設計式を作成し、ステップS1の測定データを分割した分割データCと測定データとの差を出力装置にグラフ表示した様子である。上段の図の符号23は、ステップS4で求めた測定物XLYLZL座標系に変換後の測定データであり、中段の図の符号22bは、ステップS7で求めた偏心量を各セルの設計パラメータに入力し作成した新たな設計式であり、下段の図の符号24aは、上段の図のZ値から下段の図のZ値を引いた結果を示す図である。下段の図では、境界グレーゾーンCはほとんど無視できるレベルまで小さくなっている。そのため、境界グレーゾーンによる誤差は、図14に比べてほとんど無視できることが分かる。 In FIG. 20, the eccentricity obtained in step S8 is input to the design parameters of each cell to create a new design formula, and the difference between the divided data C obtained by dividing the measurement data in step S1 and the measurement data is output to the output device. It is like a graph. Reference numeral 23 in the upper diagram is measurement data after conversion into the measured object X L Y L Z L coordinate system obtained in step S4, and reference symbol 22b in the middle diagram represents the amount of eccentricity obtained in step S7 for each cell. The reference numeral 24a in the lower diagram shows a result of subtracting the Z value in the lower diagram from the Z value in the upper diagram. In the lower figure, the boundary gray zone C is reduced to a level that can be almost ignored. Therefore, it can be seen that the error due to the boundary gray zone is almost negligible compared to FIG.
<ステップS10>
図21は、ステップS9で求めた設計式にステップS9で求めたベストフィットRを設計パラメータに入力し新たな設計式を作成し、ステップS1の測定データを分割した分割データCと設計式との差を出力表示したグラフの例を示す図である。上段の図の符号23はステップS4で求めた測定物XLYLZL座標系に変換後の測定データであり、中段の図の符号22bはステップS8で求めた設計式にステップS7で求めたベストフィットRを設計パラメータに入力し作成した設計式であり、下段の図の符号24aは上段の図のZ値から下段の図のZ値を引いた結果を示す図である。下段の図では、各セルに対するデータが全体的に平坦な結果となっているので、各レンズ高さずれが図20に比べてより一層わかりやすくなっている。
<Step S10>
In FIG. 21, the best fit R obtained in step S9 is input as a design parameter to the design equation obtained in step S9 to create a new design equation, and the divided data C obtained by dividing the measurement data in step S1 and the design equation It is a figure which shows the example of the graph which output-displayed the difference. Reference numeral 23 in the upper diagram is measurement data after conversion into the measured object X L Y L Z L coordinate system obtained in step S4, and reference symbol 22b in the middle diagram is obtained in step S7 from the design equation obtained in step S8. The reference numeral 24a in the lower diagram shows a result of subtracting the Z value in the lower diagram from the Z value in the upper diagram. In the lower diagram, since the data for each cell is generally flat, each lens height deviation is much easier to understand than in FIG.
なお、ステップS8、S9で、ステップS8で求めた各セルのdZ(高さずれ)を設計パラメータに入力して評価することもできる。この評価により、焦点距離の評価が可能である。 In steps S8 and S9, the dZ (height deviation) of each cell obtained in step S8 can be input as a design parameter for evaluation. With this evaluation, the focal length can be evaluated.
ステップS4において、第1座標変換部807により求められる測定物XLYLZL座標系を、別の方法で求めることもできる。以下に2通りの方法を説明する。
In step S4, the measurement object X L Y L Z L coordinate system obtained by the first coordinate
<測定物XLYLZL座標系の構築方法の第1変形例>
図22は、コバ面基準、外形側面基準による測定物XLYLZL座標系の構築例を示す図である。レンズアレイの測定データのコバ平面部分のデータからあおり角α(X軸まわり)、β(Y軸まわり)を算出し、レンズアレイの外形側面から回転角γ(Z軸まわり)を算出し、レンズアレイの測定物XLYLZL座標系を構築することを示している。
<First Modification of Construction Method of Measurement Object X L Y L Z L Coordinate System>
FIG. 22 is a diagram showing a construction example of the measurement object X L Y L Z L coordinate system based on the edge surface reference and the outer side surface reference. Calculate tilt angles α (around the X axis) and β (around the Y axis) from the data on the edge plane of the lens array measurement data, and calculate a rotation angle γ (around the Z axis) from the outer side of the lens array. It shows that an array object X L Y L Z L coordinate system is constructed.
外形基準用治具A50aには、第1プレート51の上に第2プレート53、第3プレート54が固定されており、第2プレート53の右側に球52dが固定されている。第3プレート54の手前に球52e、球52fが固定されている。
In the outer reference jig A50a, the second plate 53 and the third plate 54 are fixed on the first plate 51, and a
外形基準用治具A50aの球52dを図24で示す超高精度三次元測定機により、センタリングして仮の頂点座標を算出後、XY方向に測定し3次元測定データを取得し、測定データと設計式とで2乗誤差最小位置を算出する。このとき、真の頂点座標(Xd,Yd,Zd)を算出する。同様に、球52e、球52fについても真の頂点座標(Xe,Ye,Ze)、(Xf,Yf,Zf)を算出する。さらに、測定データよりベストフィットR(Br)を算出し、球52e、球52fがほぼXM軸上に平行の場合は、
球52dの場合は、(Xd,Yd,Zd) ← (Xd+Br,Yd,Zd−Br)
球52eの場合は、(Xe,Ye,Ze) ← (Xe,Ye−Br,Ze−Br)
球52fの場合は、(Xf,Yf,Zf) ← (Xf,Yf−Br,Zf−Br)
のように変換する。
The
In the case of the
In the case of the
In the case of the sphere 52f, (Xf, Yf, Zf) <-(Xf, Yf-Br, Zf-Br)
Convert as follows.
さらに、球E上の点(Xe,Ye,Ze)から球F上の点(Xf,Yf,Zf)を結ぶ直線と平行な方向にXL座標軸を作る。 Further, an X L coordinate axis is formed in a direction parallel to a straight line connecting the point (Xf, Yf, Zf) on the sphere F from the point (Xe, Ye, Ze) on the sphere E.
外形基準用治具A50aに、レンズアレイ4を設置する場合に、レンズアレイ4のZ底面4eは第1プレート51の上に乗り、レンズアレイ4のX側面4cが球52dのX+側の側面に接するようにし、レンズアレイのY側面4dが球52e、及び、球52fのY−側の側面に接するように構成されており、第2プレート53、第3プレート54の厚みは、3つの球52d、52e、52fの直径より小さく設計されたものになっている。
When the
この外形基準用治具50aに設置されたレンズアレイ4のベース面4bの法線ベクトル4fに平行なZL座標軸を作る。
A Z L coordinate axis parallel to the normal vector 4f of the base surface 4b of the
XL座標軸、ZL座標軸に垂直で球52dのX+側の側面の座標値(Xd,Yd,Zd)を通る座標軸をYL座標軸とする。このようにすることにより、レンズアレイの表面コバ面部分データと外側面を基準とするXLYLZL座標系が構築される。
A coordinate axis perpendicular to the X L coordinate axis and the Z L coordinate axis and passing through the coordinate values (Xd, Yd, Zd) on the X + side of the
この外形基準用治具50aは、レンズアレイ4だけでなく、四角形状の外枠を持つレンズユニットにはすべて適用できる。このようにして構築したXLYLZL座標系を基準座標系として、先に求めた図1の評価を行うことができる。
This external reference jig 50a can be applied not only to the
<測定物XLYLZL座標系の構築方法の第2変形例>
図23は、底面基準、外形側面基準による測定物XLYLZL座標系の構築例の説明図である。レンズアレイの底面4eの傾きからあおり角α(X軸まわり)、β(Y軸まわり)を算出し、レンズアレイの外形側面から回転角γ(Z軸まわり)を算出し、レンズアレイのXLYLZL座標系を構築する処理を説明するものである。
<Second Modification of Construction Method of Measurement Object X L Y L Z L Coordinate System>
FIG. 23 is an explanatory diagram of a construction example of the measurement object X L Y L Z L coordinate system based on the bottom surface reference and the external surface reference. The tilt angles α (around the X axis) and β (around the Y axis) are calculated from the inclination of the bottom surface 4e of the lens array, the rotation angle γ (around the Z axis) is calculated from the outer side surface of the lens array, and the lens array X L It illustrates the process of constructing a Y L Z L coordinate system.
外形基準用治具50bには、第1プレート51の上に同じ直径の3つの球52a、52b、52cが固定されている。また、第1プレート51の上に第2プレート53、第3プレート54が固定されており、第2プレート53の上に球52dが固定されている。第3プレート54の上に球52e、球52fが固定されている。
Three
外形基準用治具50bの球52aを図24Aで示す超高精度三次元測定機により、センタリングして仮の頂点座標を算出後、XY方向に測定し3次元測定データを取得し、測定データと設計式とで2乗誤差最小位置を算出する。このとき、真の頂点座標(Xa,Ya,Za)を算出する。同様に、球52b、球52cについても真の頂点座標(Xb,Yb,Zb)、(Xc,Yc,Zc)を算出する。これら3つの座標より、球52a、球52b、球52cの各頂点を通る平面の法線ベクトル4gを算出しZL座標軸とする。
The sphere 52a of the outer shape reference jig 50b is centered by a super-precision three-dimensional measuring machine shown in FIG. 24A to calculate temporary vertex coordinates, and then measured in the XY directions to obtain three-dimensional measurement data. The minimum square error position is calculated from the design formula. At this time, true vertex coordinates (Xa, Ya, Za) are calculated. Similarly, true vertex coordinates (Xb, Yb, Zb) and (Xc, Yc, Zc) are calculated for the sphere 52b and the
次に、球52d、球52e、球52fについても、先に述べた球52a、球52b、球52cと同様の方法で真の頂点座標(Xd,Yd,Zd)、(Xe,Ye,Ze)、(Xf,Yf,Zf)を算出する。さらに、測定データよりベストフィットR(Br)を算出し、球E、球FがほぼX軸上に平行の場合は、
球52dの場合は、(Xd,Yd,Zd) ← (Xd+Br,Yd,Zd−Br)
球52eの場合は、(Xe,Ye,Ze) ← (Xe,Ye−Br,Ze−Br)
球52fの場合は、(Xf,Yf,Zf) ← (Xf,Yf−Br,Zf−Br)
のように変換する。
Next, true vertex coordinates (Xd, Yd, Zd), (Xe, Ye, Ze) are also obtained for the
In the case of the
In the case of the
In the case of the sphere 52f, (Xf, Yf, Zf) <-(Xf, Yf-Br, Zf-Br)
Convert as follows.
さらに、球52e上の点(Xe,Ye,Ze)から球52f上の点(Xf,Yf,Zf)を結ぶ直線と平行な方向にXL座標軸を作る。ZL座標軸、XL座標軸に直角になり、かつ、先に求めた球52dのX+側の側面の座標値(Xd,Yd,Zd)を通る座標軸をYL座標軸とする。このようにすることにより、治具上での基準になるXLYLZL座標系が構築される。
Further, an X L coordinate axis is formed in a direction parallel to a straight line connecting the point (Xe, Ye, Ze) on the
外形基準用治具50bに、レンズアレイを設置する場合に、レンズアレイのZ底面4eが球52a、球52b、球52cの上に乗り、レンズアレイ4のX側面4cが球52dのX+側の側面に接するようにし、レンズアレイのY側面4dが球52e、及び、球52fのY−側の側面に接するように、レンズアレイの厚みに合わせて、第2プレート53、第3プレート54の寸法を設計されたものになっている。
When the lens array is installed on the outer shape reference jig 50b, the Z bottom surface 4e of the lens array rides on the sphere 52a, sphere 52b, and
この外形基準用治具50bにレンズアレイ4を設置することにより、レンズアレイ4のZ底面4e、X側面4c、Y側面4dを基準にしたレンズアレイの各光軸位置を算出することができる。
By installing the
この外形基準用治具50bは、レンズアレイ4だけでなく、四角形状の外枠を持つレンズユニットにはすべて適用できる。このようにして構築したXLYLZL座標系を基準座標系として、先に求めた図1の評価を行うことができる。
The external reference jig 50b can be applied not only to the
本発明の形状測定方法及び装置は、接触式あるいは非接触式プローブを有する3次元形状測定装置を使用し、レンズ単体または、レンズアレイを一括測定したときの測定データよりレンズの境界位置データを抽出できる。 The shape measuring method and apparatus according to the present invention uses a three-dimensional shape measuring apparatus having a contact or non-contact type probe, and extracts lens boundary position data from measurement data obtained by measuring a single lens or a lens array at a time. it can.
また、レンズ設計値情報とも合わせて、レンズの境界付近の異常データを排除することにより高精度な評価が可能である。 In addition to the lens design value information, highly accurate evaluation is possible by eliminating abnormal data in the vicinity of the lens boundary.
さらに、レンズアレイの測定物座標系を基準としたときの、測定データ全体と複数レンズ全面の設計式との差を算出し、各レンズの個別の測定データと設計式との差を算出し、設計上の光軸位置と実際の光軸位置のずれを算出し、個々の光軸と設計上の光軸を一致させて個別の測定データと設計式との差を算出し、各々のレンズごとに形状パラメータを算出することを可能とするものである。 Furthermore, when the measurement object coordinate system of the lens array is used as a reference, the difference between the entire measurement data and the design formula of the entire surface of the plurality of lenses is calculated, and the difference between the individual measurement data of each lens and the design formula is calculated, The difference between the design optical axis position and the actual optical axis position is calculated, and the difference between the individual measurement data and the design formula is calculated by matching each optical axis with the design optical axis. It is possible to calculate a shape parameter.
4 レンズアレイ
4a 各レンズの光軸
4b ベース面
4c X側面
4d Y側面
4e Z側面
4fレンズアレイAのベース面10bの法線ベクトル
4g 球の各頂点を通る平面の法線ベクトル
4h レンズアレイ形状
5 3次元測定データ((X(i),Y(i),Z(i))
5a 測定原点(0, 0, 0)
5b コバ平面部のデータ
5c 測定データ(X(i-1),Y(i-1),Z(i-1))
5d 測定データ((X(i),Y(i),Z(i))
5e 測定データ((X(i+1),Y(i+1),Z(i+1))
5f 境界データ
6 測定物座標系に変換後の3次元測定データ(Xi’, Yi’, Zi’)
7 記憶装置
8 設計式上の境界
8a 設計境界Xj,1
8b 設計境界Xj,2=Xj+1,1
8c 設計境界Xj+1,2
9 分割データA
9j セルjの有効な分割データA
9j1 セルj+1の有効な分割データA
10 分割データB
10j セルjの有効な分割データB
10j1 セルj+1の有効な分割データB
11 分割データC
11j セルjの有効な分割データC
11j1 セルj+1の有効な分割データC
12 境界グレーゾーンA
12j セルjの境界グレーゾーンA
12j1 セルj+1の境界グレーゾーンA
13 境界グレーゾーンB
13j セルjの境界グレーゾーンB
13j1 セルj+1の境界グレーゾーンB
14j セルjの境界グレーゾーンC
14j1 セルj+1の境界グレーゾーンC
15 フォーカスON
16 フォーカスOFF
17 セル(1)の設計式上の頂点
18 セル(1)の測定データ上の頂点
19 セル(5)の設計式上の頂点
20 セル(5)の測定データ上の頂点
22a 各レンズの設計式
22b グレーゾーンBの領域
22c 分割データBの領域
23a 測定物XLYLZL座標系に変換後の各セルの分割データBとグレーゾーンBのデータ
24b 各セルの分割データBと設計式との比較
30 非球面レンズの光軸
31 3次元測定データ((X(i),Y(i),Z(i))
32 設計式
33 並進座標変換量dX
33a 設計値からの並進量dX
34 並進座標変換量dZ
34a 設計値からの高さずれdZ
35 傾き座標変換量β
35a 設計値からの傾き量β
36 座標変換後の3次元測定データ
37 設計式の近似半径
38 ベストフィットR
39 RMS最小化
41 セル(1)
42 セル(2)
50a 外形基準用治具A
50b 外形基準用治具B
51 プレートP1
52a 球A
52b 球B
52c 球C
52d 球D
52e 球E
52f 球F
53 プレートP2
54 プレートP3
55b コバ面基準、レンズアレイ外形側面基準による測定物XLYLZL座標系
55c レンズアレイの底面基準、外形側面基準による測定物XLYLZL座標系
61 石定板
62 光学系
63 石定板
64 Zステージ
65 測定用プローブ
66、67、68 XYZ基準ミラー
69、70 XYステージ
71 発振周波数安定化He−Neレーザ
90 出力装置
S 測定面
101 球面レンズの光軸
102 入射光
103 焦点
104 実際のレンズ形状
105 設計(理想)形状
106 傾き量1
107 偏心量1
111 非球面レンズの光軸
112 入射光
113 焦点
114 実際のレンズ形状
115 設計(理想)形状
116 傾き量1
117 偏心量1
118 傾き量2
121 測定データから抽出したセルjの境界上の点
122 Line L
122a Line Lグループ
123 Line R
123a Line Rグループ
124 Line T
124a Line Tグループ
125 Line B
125a Line Bグループ
126 AL点
127 AR点
128 dj,XMAX
129 dj,YMAX
130 セルjの実際の形状
131 セルjの設計上の形状
801 第1記憶部
802 第2記憶部
803 偏微分演算部
804 閾値設定部
805 境界算出部
806 第1データ分割部
807 第1座標変換部
808 第2データ分割部
809 第2座標変換部
810 データ近似処理部
811 第3記憶部
812 第3データ分割部
813 結果作成部
4 Lens array 4a Optical axis of each lens 4b Base surface 4c X side surface 4d Y side surface 4e Z side surface 4f Normal vector of base surface 10b of lens array A 4g Normal vector of plane passing through each vertex of sphere 4h
5a Measurement origin (0, 0, 0)
5b Edge data 5c Measurement data (X (i-1), Y (i-1), Z (i-1))
5d Measurement data ((X (i), Y (i), Z (i))
5e Measurement data ((X (i + 1), Y (i + 1), Z (i + 1))
7
8b Design boundary Xj, 2 =
8c Design
9 Division data A
9j Effective division data A of cell j
9j1 Valid divided data A of
10 Division data B
10j Effective division data B of cell j
10j1 Valid divided data B of
11 Divided data C
11j Valid divided data C of cell j
11j1 Valid divided data C of
12 Boundary Gray Zone A
12j Boundary gray zone A of cell j
12j1 Boundary gray zone A of
13 Boundary Gray Zone B
13j Boundary gray zone B of cell j
13j1 Boundary gray zone B of
14j Boundary gray zone C of cell j
14j1 Boundary gray zone C of
15 Focus ON
16 Focus OFF
17 Vertex on design formula of cell (1) 18 Vertex on measurement data of cell (1) 19 Vertex on design formula of cell (5) 20 Vertex on measurement data of cell (5) 22a Design formula of each lens 22b Region of gray zone B 22c Region of divided data B 23a Divided data B of each cell and gray zone B data 24b after conversion to the measurement object X L Y L Z L coordinate system 24b Divided data B and design formula of each cell Comparison 30 Optical axis of aspherical lens 31 Three-dimensional measurement data ((X (i), Y (i), Z (i))
32 Design equation 33 Translational coordinate conversion amount dX
33a Translation amount from design value dX
34 Translational coordinate conversion amount dZ
34a Height deviation from design value dZ
35 Inclination coordinate conversion amount β
35a Inclination amount β from design value
36 Three-dimensional measurement data after coordinate transformation 37 Approximate radius of design equation 38 Best fit R
39 RMS minimization 41 cell (1)
42 cells (2)
50a External reference jig A
50b External reference jig B
51 Plate P1
52a Sphere A
52b Sphere B
52c Sphere C
52d Sphere D
52e Sphere E
52f Sphere F
53 Plate P2
54 Plate P3
55b Measured object XLYLZL coordinate system based on edge surface reference and lens array outer side reference 55c Measured object XLYLZL coordinate system based on lens array bottom surface reference and
107
111 Optical axis of aspheric lens 112 Incident light 113 Focus 114 Actual lens shape 115 Design (ideal) shape 116
117
118
121 Point on the boundary of cell j extracted from
122a
123a
124a
125a
129 d j, YMAX
130 Actual shape of cell j 131 Design shape of
Claims (9)
任意のi番目の2軸平面座標上の対象測定点における2軸平面座標の少なくとも1軸の座標値と前記高さ座標値(P(i),Z(i))と、前記対象測定点の走査方向上流側に連続するi−1番目の点に関する測定値((P(i-1),Z(i-1))の間で、dP(i)における2階偏微分値Cの値を求め、
i−1番目の点に関する前記Cの値が所定の閾値より大きいか否かを判断し、前記Cの値が所定の閾値より大きい場合は、当該i−1番目の測定点の各位置を、測定物の形状の特徴部分と非特徴部分との境界である前記測定物の境界位置として検出し、
前記検出した境界位置と前記測定物の設計データとに基づいて、前記測定物の特徴部分ごとに分割された、第1の分割領域と第1の境界グレー領域に分割し、
前記分割された2つの第1の分割領域について、当該第1の分割領域の頂点の位置を検出し、前記2つの第1の分割領域の頂点を結ぶ直線と前記測定物の設計データとに基づいて、前記測定物の設計データに対する前記測定物のあおり角ずれと回転角ずれとを検出して前記測定データの前記あおり角ずれと回転角ずれを補正し、
前記補正された測定物の測定データと前記測定物の設計データとに基づいて、前記測定物の特徴部分ごとに分割された第2の分割領域と第2の境界グレー領域に再分割し、
前記第2の分割領域に関して、測定データと設計データとの形状差異を算出することを特徴とする、形状測定方法。 The probe is scanned in the biaxial plane coordinate direction on the measurement surface of the measurement object having a plurality of shape boundaries between the characteristic feature portion and the non-feature portion on the surface, and the height coordinate data at the biaxial plane coordinate position is continuously obtained. in Te calculated, the obtained two measurement data axial plane coordinates and a height coordinate is corresponding for a plurality of measurement points on the 2-axis plane coordinates, based on said measurement data, the shape measuring method for measuring the shape of the measurement surface There ,
The coordinate value of at least one of the biaxial plane coordinates at the target measurement point on any i-th two-axis plane coordinate, the height coordinate value (P (i), Z (i)), and the target measurement point Between the measured values ((P (i-1), Z (i-1)) regarding the i-1th point continuous upstream in the scanning direction, the value of the second-order partial differential value C in dP (i) is It asked Me,
It is determined whether or not the value of C related to the (i-1) th point is larger than a predetermined threshold value. If the value of C is larger than the predetermined threshold value , each position of the i-1th measurement point is detected as boundary position of the measured object is a boundary between the feature portion and the non-characteristic part of the shape of the measured object,
Based on the detected boundary position and the design data of the measurement object, divided into a first divided area and a first boundary gray area divided for each characteristic part of the measurement object,
For the two divided first divided areas, the positions of the vertices of the first divided areas are detected, and based on the straight line connecting the vertices of the two first divided areas and the design data of the measurement object Detecting the tilt angle deviation and the rotation angle deviation of the measurement object with respect to the design data of the measurement object, and correcting the tilt angle deviation and the rotation angle deviation of the measurement data,
Based on the corrected measurement data of the measurement object and the design data of the measurement object, the image is subdivided into a second divided area and a second boundary gray area divided for each characteristic portion of the measurement object,
Wherein for the second divided area, characterized by a Turkey to calculate the shape difference between the measurement data and the design data, the shape measuring method.
前記特徴部分ごとに再分割された各第2の分割領域と設計式との差でRMS最小化の座標変換をし、前記座標変換量から前記設計式からの偏心dx、dy、高さずれdz、傾きα、βを求めることを含む、ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1つに記載の形状測定方法。 Calculating a shape difference between the measurement data and design data,
The coordinate conversion for the RMS minimization is performed by the difference between each second divided region subdivided for each feature portion and the design formula, and the eccentricity dx, dy, the height deviation dz from the design formula is calculated from the coordinate conversion amount. 4. The shape measuring method according to claim 1 , further comprising : obtaining inclinations α and β.
設計データのR値をベストフィットR値に変えるRMS最小化を実施し、特徴部分ごとに求められたベストフィットRを出力装置に表示することを含む、ことを特徴とする請求項4に記載の形状測定方法。 Coordinate conversion before Symbol RMS minimization,
Conducted RMS minimize changing the R value of the design data in the best-fit R value comprises displaying the best fit R determined for each feature portion on the output device, it claim 4, wherein Shape measurement method.
前記測定物に対する座標系に変換された測定データに基づいて、前記測定物の特徴部分ごとに分割された第3の分割領域と第3の境界グレー領域に再分割し、
前記第2の分割領域の代わりに前記第3の分割領域に関して、測定データと設計データとの形状差異を算出することを特徴とする請求項4に記載の形状測定方法。 The eccentric dx, dy, the height information deviation dz, input to the design parameters of the characteristic part to create a new second design type,
Based on the measurement data converted into the coordinate system for the measurement object, re-divided into a third divided area and a third boundary gray area divided for each characteristic portion of the measurement object ,
The shape measuring method according to claim 4 , wherein a shape difference between measurement data and design data is calculated for the third divided region instead of the second divided region.
前記測定物に対する座標系に変換された測定データに基づいて、前記測定物の特徴部分ごとに分割された第4の分割領域と第4の境界グレー領域に再分割し、
前記第2の分割領域の代わりに前記第4の分割領域に関して、測定データと設計データとの形状差異を算出することを特徴とする請求項6に記載の形状測定方法。 Enter the best-fit R on design parameters in the second design type creates a new third design type,
Based on the measurement data converted into the coordinate system for the measurement object, subdivided into a fourth divided area and a fourth boundary gray area divided for each characteristic portion of the measurement object ,
The shape measuring method according to claim 6 , wherein a shape difference between measurement data and design data is calculated for the fourth divided region instead of the second divided region.
全測定物表面領域の測定データを測定物有効面のみのデータを削除した平面データを基準面とし、
直径の同じ第1から第3の3つの球体を固定した治具板上で、前記測定物の側面が3ケの球体と接するように測定物を設置したときの、1つの第1の球体の中心と他の1つの第2の球の中心を結ぶ直線と平行な方向を変換後のXL座標軸とし、前記基準面に直交する直線と平行な方向をZL座標軸とし、前記XL座標軸とZL座標軸に直交し残りの1つの第3の球体の中心を通る直線と平行な方向をYL座標軸とした座標系に変換することを特徴とする、請求項1から7のいずれか1つに記載の形状測定方法。 Conversion to the coordinate system with respect to the measured object,
The flat surface data the measurement data of all the measured object table surface region to delete the data of only the measured effective surface as a reference surface,
When the measurement object is placed on the jig plate on which the first to third spheres having the same diameter are fixed and the side surface of the measurement object is in contact with the three spheres, one first sphere the direction parallel with the line connecting the centers of the other one second sphere and X L coordinate after conversion, the linear parallel direction orthogonal to the reference plane and Z L coordinate axis, the X L coordinate axis and converting the linear direction parallel passing through the center of Z L and perpendicular to the axes remaining one third sphere coordinate system with Y L coordinate, any one of claims 1 to 7 The shape measuring method described in 1.
第1から第3の3つの球体を固定した治具板上で、前記測定物の側面が前記3つの球体と接するように測定物を設置したときの、第1の球体の中心と第2の球体の中心を結ぶ直線と平行な方向をXL座標軸とし、前記基準面に直交する直線と平行な方向をZL座標軸とし、前記XL座標軸とZL座標軸に直交し残りの1つの第3の球体の中心を通る直線と平行な方向をYL座標軸とした座標系に変換することを特徴とする、請求項1から7のいずれか1つに記載の形状測定方法。 Install the measurement object on the first to third spheres fixed on the jig plate and use the plane behind the measurement object as the reference plane.
On the jig plate to which the first to third spheres are fixed, the center of the first sphere and the second when the measurement object is placed so that the side surface of the measurement object is in contact with the three spheres. the direction parallel with the line connecting the center of the sphere and X L coordinate axis, a straight line parallel to a direction perpendicular to the reference plane and Z L coordinate axis, the X L coordinate axis Z L and perpendicular to the axes remaining one third The shape measuring method according to claim 1, wherein the shape measuring method is converted into a coordinate system having a direction parallel to a straight line passing through the center of the sphere as a Y L coordinate axis.
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