JP5006565B2 - 形状測定方法および形状測定装置 - Google Patents
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Description
即ち、プローブの前後移動量の最大値、最小値を探す方法においては、プローブの移動を制御するステージ自身に真直度誤差が存在するので、プローブの移動量がレンズ形状の起伏と真直度誤差との総和になってしまうものであった。即ち、誤差を含んだ値となってしまっていた。
その結果、純粋にレンズ形状の頂点を見出しているつもりが、ステージの真直度誤差により擬似的に発生する頂点を検出してしまい、測定誤差が発生する原因となっていた。これは、測定器固有の誤差となるものであり、測定器間の機差としても現れる。
請求項1に係る発明は、面頂を有する被測定物にプローブを接触させた状態で前記プローブと前記被測定物とを相対的に走査させ、前記被測定物の前記面頂の頂点位置を測定する形状測定方法であって、走査方向に沿って、該走査方向に直交し前記被測定物に向かう第1の方向に沿って移動可能に支持された前記プローブの前記第1の方向の変位量から、前記被測定物の表面形状に対応した前記プローブの中心座標の軌跡を測定する測定工程と、前記走査方向および前記第1の方向に直交する第2の方向において、前記プローブと前記被測定物との相対位置を所定量ずつステップ移動させる移動工程と、前記測定工程で測定された前記プローブの中心座標の軌跡から、前記走査方向における表面形状の曲率半径を推定する曲率半径推定工程と、前記移動工程によって移動された前記第2の方向の各位置において、前記測定工程と前記曲率半径推定工程とを行って、前記各位置における曲率半径の推定値を取得して、前記第2の方向における前記曲率半径の推定値の変動推移から、前記第2の方向における前記被測定物の面頂の頂点位置を検出する検出工程と、を備えている形状測定方法を提供する。
請求項5に係る発明は、面頂を有する被測定物にプローブを接触させた状態で前記プローブと前記被測定物とを相対的に走査させ、前記被測定物の前記面頂の頂点位置を測定する形状測定装置であって、前記プローブを走査方向に直交し前記被測定物に向かう第1の方向に対して、移動可能に支持する支持部と、該支持部と前記被測定物とを、前記走査方向に相対的に移動させるとともに、該走査方向および前記第1の方向に直交する第2の方向において、前記プローブと前記被測定物との相対位置を所定量ずつステップ移動させる駆動手段と、前記第2の方向にステップ移動させられた各位置で走査を行ったときに、前記第1の方向における前記被測定物に対する前記プローブの相対変位量から、前記被測定物の表面形状に対応する前記プローブの中心座標の軌跡を測定するステップ測定手段と、該ステップ測定手段で測定された前記プローブの軌跡から、前記各位置における前記被測定物の曲率半径を算出する演算手段と、該演算手段で算出された前記各位置における曲率半径の変動推移から、前記被測定物の頂点位置を推定して検出する検出手段と、を備えていることを特徴とする形状測定装置を提供する。
このように、プローブの位置を第2の方向に向けて所定量ずつずらしながら、被測定物の走査を行って、各高さ位置における被測定物の曲率半径を算出する。
このように、曲率半径の変動推移を見ることで、実質的に最大値(凸球面の場合)、最小値(凹球面の場合)を示す曲率半径を検出することができ、従来問題とされていたステージ真直度或いは被測定物の形状誤差に影響を受けることなく、高精度に被測定物の頂点位置を検出することができる。その結果、被測定物の形状測定をより正確に行うことができる。
また、各位置で測定された曲率半径の変動推移を見るので、手作業による人為的な検出誤差を排除することができる。
よって、より短時間で効率良く頂点位置を検出できるので、測定にかける時間を短縮することができる。
本実施形態の形状測定装置は、触針子(プローブ)を被測定物の表面上に接触させた状態で、触針子と被測定物とを相対的に走査させて、被測定物の表面形状を測定する装置である。
なお、演算部6及び検出部7も測定部5と同様に、制御部13内に内蔵されている。
まず、初期値として、駆動ステージ4を手動又はステッピングモータ等の駆動源でY軸方向に移動させて、図2に示すように、触針子2をある高さY1に位置させる。なお、この高さY1の位置というのは、駆動ステージ4の駆動の原点位置であることが望ましい。
なお、このX軸方向で必要な駆動距離は、被測定物Rの有効径全面でも良いが、作業時間短縮のため、例えば、有効径の1/10と定めても良い。
このように、触針子2の位置をY軸方向に向けて所定量づつずらしながら、被測定物Rの走査を行って、各高さ位置(Y1、Y2・・)における被測定物Rの曲率半径(R1、R2・・)を算出する。
|R2|>|R1|のときに、さらにY軸正方向に駆動ステージ4をステップ移動させることで触針子2が被測定物Rの頂点に近づけば、再び駆動ステージ4を微小量だけY軸正方向へ駆動する。以下、最適近似曲率半径値の比較を繰り返し、|Ri|<|Ri−1|となる地点を検出する。これは、頂点を越えて頂点から遠ざかる方向へ駆動していることを意味し、図3に示すように、このRi−1を得る高さ位置Yi−1が最も面頂に近い位置であるとして扱うことができる。
更に、1μmずつY軸方向へ高さを変え、|Ri|=9.999mm、|Ri−1|=10.000mmと検出された時点で、推移量の符号がかわり、つまり一つ前の段階の|Ri−1|を検出したY軸高さが頂点検出高さとなる。
その結果、従来問題とされていたステージ真直度或いは被測定物Rの形状誤差に影響を受けることなく、高精度に被測定物Rの頂点位置を検出することができる。従って、測定原点が高精度に得られるので、被測定物Rの形状測定をより正確に行うことができる。
また、各高さ位置で測定された曲率半径の変動推移を見るので、手作業による人為的な検出誤差を排除することができる。
つまり、曲率半径の前後変化量を表す|Ri−Ri−1|の値を観測しつつ、|Ri−Ri−1|が最小又はゼロ近傍となるY軸高さを、被測定物Rの頂点位置として予測する。こうすることで、より短時間で効率良く頂点位置を検出できるので、測定にかける時間を短縮することができる。
即ち、図4に示すように、駆動ステージ4により触針子2の位置をY軸方向に向けて少なくとも3箇所以上変えて曲率半径値を求める。つまり、ある高さY1における断面曲率半径をR1、高さY2における断面曲率半径をR2、以下合計N回繰り返して断面曲率半径の配列R(Yi)〔i=1、2、・・・n〕を得る。
そして、この配列に対して、例えば、次式で表される二次関数を最小二乗法によって当てはめることにより、最適パラメータとして被測定物Rの頂点位置を推定することが可能となり、その検出を自動で行うことができる。ここで、ΔYは、高さ方向の頂点ズレを示すものであり、このΔYを演算から求めることで、Y軸高さ座標で仮に与えた頂点から被測定物Rの頂点までの偏差がわかる。
その結果、被測定物Rの頂点の推移から頂点検出を自動で行うことが可能である。よって、より容易且つ短時間で測定を行うことができる。
X 走査方向
Y 第2の方向
Z 第1の方向
1 形状測定装置
2 触針子(プローブ)
3 静圧軸受(支持部)
4 駆動ステージ(駆動手段)
5 測定部(ステップ測定手段)
6 演算部(演算手段)
7 検出部(検出手段)
Claims (5)
- 面頂を有する被測定物にプローブを接触させた状態で前記プローブと前記被測定物とを相対的に走査させ、前記被測定物の前記面頂の頂点位置を測定する形状測定方法であって、
走査方向に沿って、該走査方向に直交し前記被測定物に向かう第1の方向に沿って移動可能に支持された前記プローブの前記第1の方向の変位量から、前記被測定物の表面形状に対応した前記プローブの中心座標の軌跡を測定する測定工程と、
前記走査方向および前記第1の方向に直交する第2の方向において、前記プローブと前記被測定物との相対位置を所定量ずつステップ移動させる移動工程と、
前記測定工程で測定された前記プローブの中心座標の軌跡から、前記走査方向における表面形状の曲率半径を推定する曲率半径推定工程と、
前記移動工程によって移動された前記第2の方向の各位置において、前記測定工程と前記曲率半径推定工程とを行って、前記各位置における曲率半径の推定値を取得して、前記第2の方向における前記曲率半径の推定値の変動推移から、前記第2の方向における前記被測定物の面頂の頂点位置を検出する検出工程と、
を備えていることを特徴とする形状測定方法。 - 請求項1に記載の形状測定方法において、
前記検出工程では、
前記各位置毎の前記曲率半径の推定値の変動推移の変化量から、該変化量がゼロ近傍となる位置を前記被測定物の頂点位置と推定する
ことを特徴とする形状測定方法。 - 請求項2に記載の形状測定方法において、
前記検出工程では、
前記第2の方向における前記各位置のうち少なくとも3箇所以上の位置での前記曲率半径の推定値を二次関数に当てはめることにより、前記被測定物の頂点位置を推定する
ことを特徴とする形状測定方法。 - 請求項3に記載の形状測定方法において、
前記検出工程では、
前記曲率半径の推定値を最小二乗法によって前記二次関数に当てはめる
ことを特徴とする形状測定方法。 - 面頂を有する被測定物にプローブを接触させた状態で前記プローブと前記被測定物とを相対的に走査させ、前記被測定物の前記面頂の頂点位置を測定する形状測定装置であって、
前記プローブを走査方向に直交し前記被測定物に向かう第1の方向に沿って、移動可能に支持する支持部と、
該支持部と前記被測定物とを、前記走査方向に相対的に移動させると共に、該走査方向および前記第1の方向に直交する第2の方向において、前記プローブと前記被測定物との相対位置を所定量ずつステップ移動させる駆動手段と、
前記第2の方向にステップ移動させられた各位置で走査を行ったときの、前記プローブの前記第1の方向の変位量から、前記被測定物の表面形状に対応した前記プローブの中心座標の軌跡を測定するステップ測定手段と、
該ステップ測定手段で測定された前記プローブの軌跡から、前記各位置における前記被測定物の曲率半径を算出する演算手段と、
該演算手段で算出された前記各位置における曲率半径の変動推移から、前記被測定物の頂点位置を検出する検出手段と、
を備えていることを特徴とする形状測定装置。
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