JPH07286830A - Method for measuring surface shape - Google Patents
Method for measuring surface shapeInfo
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- JPH07286830A JPH07286830A JP10337694A JP10337694A JPH07286830A JP H07286830 A JPH07286830 A JP H07286830A JP 10337694 A JP10337694 A JP 10337694A JP 10337694 A JP10337694 A JP 10337694A JP H07286830 A JPH07286830 A JP H07286830A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、レンズ等の被測定物の
表面形状を精度よく測定する面形状測定方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface shape measuring method for accurately measuring the surface shape of an object to be measured such as a lens.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、レンズ等の被測定物の表面形状を
測定する手段として、プローブを用いた方法が知られて
おり、その方法は、例えば特開平１−１７３８０５号公
報に開示されている。この方法を実施する測定装置は、
図８に示すようなもので、旋回軸受けａおよびエンコー
ダｂはそれぞれ定盤ｅに固着されている。また、被測定
物ｊは、旋回軸受けａと、被測定物ｊの曲率中心と旋回
軸ｃとを一致させるためのＲ合わせガイドｄに固着され
ている。さらに、定盤ｅには旋回ガイドｆが固着されて
いる。ここで、Ｒ合わせスライドｋに、割り出し軸受け
ｇおよび割り出しモータｈが固着され、割り出し軸受け
ｇに対して割り出し軸ｉが構成される。非球面レンズ等
の被測定物ｊは、その先端が割り出し軸ｉと一致するよ
うに割り出し軸受けｇに固着される。Ｒ合わせガイドｄ
に対して、Ｒ合わせスライドｋを摺動することにより、
被測定物ｊの曲率中心を旋回軸ｃに一致せしめるための
Ｒ合わせ機構が構成される。2. Description of the Related Art Conventionally, a method using a probe has been known as a means for measuring the surface shape of an object to be measured such as a lens, and the method is disclosed in, for example, Japanese Unexamined Patent Publication No. 1-173805. . The measuring device implementing this method is
As shown in FIG. 8, the rotary bearing a and the encoder b are fixed to the surface plate e, respectively. The object to be measured j is fixed to the swivel bearing a and an R alignment guide d for matching the center of curvature of the object to be measured j with the swivel axis c. Further, a swivel guide f is fixed to the surface plate e. Here, the indexing bearing g and the indexing motor h are fixed to the R alignment slide k, and the indexing shaft i is configured with respect to the indexing bearing g. An object to be measured j such as an aspherical lens is fixed to the indexing bearing g so that the tip thereof coincides with the indexing axis i. R alignment guide d
On the other hand, by sliding the R matching slide k,
An R-matching mechanism for matching the center of curvature of the object to be measured j with the turning axis c is configured.
【０００３】また、定盤ｅには、粗動ガイドｗと粗動ス
ライドｍが固着されている。粗動ガイドｗに固着された
粗動モータｎと粗動スライドｍとは、回転直進変換機構
であるところのボールネジ等によるねじｎ’により連結
されている。粗動スライドｍに固着された粗動格子スケ
ールｏと粗動ガイドｗに固着された粗動格子ピッチ読み
取り装置ｐとにより粗動スライドｍの移動量を測定する
ようになっている。また、粗動スライドｍには、微動ガ
イドｑと微動スライドｒが固着されている。微動モータ
ｓは粗動スライドｍに固着され、そのスライド部は微動
ガイドｑを嵌通して微動スライドｒに固着されている。
オートフォーカス顕微鏡ｔは微動スライドｒに固着さ
れ、オートフォーカス顕微鏡ｔに固着された微動格子ス
ケールｕと微動格子ピッチ読み取り装置ｖとにより、オ
ートフォーカス顕微鏡ｔの移動量を測定するようになっ
ている。A coarse movement guide w and a coarse movement slide m are fixed to the surface plate e. The coarse movement motor n fixed to the coarse movement guide w and the coarse movement slide m are connected by a screw n ′ such as a ball screw which is a rotation / linear movement converting mechanism. The amount of movement of the coarse movement slide m is measured by the coarse movement lattice scale o fixed to the coarse movement slide m and the coarse movement lattice pitch reading device p fixed to the coarse movement guide w. A fine movement guide q and a fine movement slide r are fixed to the coarse movement slide m. The fine movement motor s is fixed to the coarse movement slide m, and the slide portion is fixed to the fine movement slide r through the fine movement guide q.
The autofocus microscope t is fixed to the fine movement slide r, and the movement amount of the autofocus microscope t is measured by the fine movement grating scale u and the fine movement grating pitch reading device v fixed to the autofocus microscope t.
【０００４】測定に際しは、被測定物ｊを割り出し軸受
けｇに取り付け、Ｒ合わせスライドｋを測定位置に合わ
せる。測定を行う時、割り出しモータｈを回転させ、割
り出し軸受けｇを回転させる。また、旋回軸受けａも回
転させ、エンコーダｂにより、回転位置を読み込む。こ
のとき、オートフォーカス顕微鏡ｔにより、フォーカス
位置を検出するが、粗動スライドｍおよび微動スライド
ｒを粗動モータｎと微動モータｓによりスライドさせ、
フォーカス位置に一致させる。粗動スライドｍおよび微
動スライドｒを移動させるとき、フォーカスの合った位
置を粗動格子スケールｏと粗動格子ピッチ読み取り装置
ｐおよび微動格子スケールｕと微動格子ピッチ読み取り
装置ｖにより、被測定物ｊの各ポイントごとに、測定し
てゆく。そして、各ポイントの測定値をエンコーダｂに
合わせてつなぎ合わせ、被測定物ｊの形状を求める。At the time of measurement, the object j to be measured is attached to the indexing bearing g, and the R alignment slide k is aligned with the measurement position. When performing the measurement, the indexing motor h is rotated and the indexing bearing g is rotated. Further, the turning bearing a is also rotated, and the rotational position is read by the encoder b. At this time, the focus position is detected by the autofocus microscope t, but the coarse movement slide m and the fine movement slide r are slid by the coarse movement motor n and the fine movement motor s.
Match the focus position. When the coarse slide m and the fine slide r are moved, the in-focus position is adjusted by the coarse grating scale o, the coarse grating pitch reading device p, the fine grating scale u, and the fine grating pitch reading device v. Measure each point of. Then, the measured values at the respective points are connected to the encoder b and connected to obtain the shape of the measured object j.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
においては、以下のような問題点があり、被測定物ｊの
面形状測定手段として満足できるものではなかった。す
なわち、上記従来技術では、被測定物ｊを回転させるた
め、自由曲面がはかれなかった。また、回転ステージお
よびスライドステージにアッベ誤差が生ずるため、スケ
ールの位置と測定ポイントの位置に誤差が生じてしまっ
た。また、オートフォーカス顕微鏡ｔまたはレーザ測長
器を、直交ＸＹ方向に走査し、自由曲面を測定する方法
もある。しかし、ＸＹステージによるブレ（チルト誤
差）が生じるため、これによる被測定物上の測定点のＸ
Ｙ誤差が生じ、精度の良い測定ができなかった。この誤
差が大きくなると、被測定物上の傾きにより、ｚ方向の
測定誤差にもなってしまう。この誤差を小さくするため
には、レーザ測長器で、高精度に、被測定物上の測定点
のＸＹ位置を測定する必要があるが、被測定物上の測定
点はＸＹＺに移動するため、測定できなかった。However, the above-mentioned prior art has the following problems and is not satisfactory as the surface shape measuring means of the object j to be measured. That is, in the above-mentioned conventional technique, since the measured object j is rotated, the free curved surface is not formed. In addition, an Abbe error occurs in the rotary stage and the slide stage, so that an error occurs in the position of the scale and the position of the measurement point. There is also a method in which an autofocus microscope t or a laser length measuring device is scanned in the orthogonal XY directions to measure a free-form surface. However, since blurring (tilt error) occurs due to the XY stage, the X-ray of the measurement point on the measured object is caused by the blurring.
Y error occurred and accurate measurement could not be performed. When this error becomes large, it also causes a measurement error in the z direction due to the inclination on the object to be measured. In order to reduce this error, it is necessary to measure the XY position of the measurement point on the measured object with high accuracy using a laser length measuring device, but the measured point on the measured object moves to XYZ. , Could not be measured.
【０００６】請求項１〜３に係る発明は、かかる従来の
問題点に鑑みてなされたもので、自由曲面がはかれ、被
測定物上の測定点のＸＹ位置を精度良く測定する面形状
測定方法を提供することを目的とする。The inventions according to claims 1 to 3 have been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and a free-form surface is provided, and surface shape measurement for accurately measuring the XY position of a measurement point on an object to be measured. The purpose is to provide a method.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に係る発明は、ステージを移動し、１ポイ
ントごとに測長器で被測定物の高さを求めることによ
り、面形状を測定する面形状測定方法において、光源か
ら光束を射出し、この光束をビームエキスパンダにより
拡大し、前記ステージに取り付けられたコーナーキュー
ブにて光束を反射するとともに、反射された光束に基づ
いて、干渉方式による測長器により前記ステージの移動
距離を測定し、被測定物のｘｙ座標を求めることとし
た。請求項２に係る発明は、前記ステージの移動をコン
ピュータ制御するとともに、各測長器の測長データをコ
ンピュータにより演算処理して被測定物の形状を求める
こととした。請求項３に係る発明は、前記測長器にレー
ザ測長器を用いることとした。In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 moves a stage and obtains the height of an object to be measured by a length measuring device for every point. In the surface shape measuring method for measuring the shape, a light flux is emitted from a light source, the light flux is expanded by a beam expander, and the light flux is reflected by a corner cube attached to the stage, based on the reflected light flux. The moving distance of the stage is measured by an interferometer length measuring device to determine the xy coordinates of the measured object. In the invention according to claim 2, the movement of the stage is controlled by a computer, and the length measurement data of each length measuring device is arithmetically processed by a computer to obtain the shape of the object to be measured. In the invention according to claim 3, a laser length measuring device is used as the length measuring device.
【０００８】図１は本発明の測定方法を概念的に示す図
で、この面形状測定装置１において、５で示すのは被測
定物であり、この被測定物５の上方には、被測定物５の
高さｚ方向の位置を測長するためのｚ軸測長器４が配置
されており、１ポイントごとの測長をするようになって
いる。３はｚ測長器４をｙ方向に移動させるためのｙ軸
ステージであり、このｙ軸ステージ３はｘ軸ステージ２
に取り付けられている。また、６はｚ軸測長器４の側面
に取り付けられたコーナーキューブである。１０はレー
ザ測長器であり、１１はレーザ測長器より出射入射する
測長光である。９はレーザ測長器１０からの光束を拡大
するビームエキスパンダであり、７はビームエキスパン
ダ９により拡大した光束を示す。また、８はコーナーキ
ューブ６からの反射光である。FIG. 1 is a diagram conceptually showing the measuring method of the present invention. In the surface shape measuring apparatus 1, 5 is an object to be measured, and above the object 5 to be measured is an object to be measured. A z-axis length measuring device 4 for measuring the position of the object 5 in the height z direction is arranged to measure the length of each point. 3 is a y-axis stage for moving the z length measuring device 4 in the y direction. The y-axis stage 3 is the x-axis stage 2
Is attached to. Further, 6 is a corner cube attached to the side surface of the z-axis length measuring device 4. Reference numeral 10 is a laser length measuring device, and 11 is a length measuring light emitted and incident from the laser length measuring device. Reference numeral 9 denotes a beam expander that expands the light beam from the laser length measuring device 10, and reference numeral 7 denotes the light beam expanded by the beam expander 9. Further, 8 is the reflected light from the corner cube 6.
【０００９】[0009]
【作用】次に、図１に基づいて本発明の作用を説明す
る。被測定物５の面形状を測定するには、被測定物５の
形状に合わせて、ｘ軸ステージ２およびｙ軸ステージ３
を動かし、ｚ軸測長器４を走査する。このとき、ｚ軸測
長器４により被測定物５のｚ軸方向の高さを１ポイント
ずつ求めるが、これと同時に、レーザ測長器１０からの
測長光１１をビームエキスパンダ９により広げる。そし
て、光束７として、コーナーキューブ６に照射する。こ
こに、このコーナーキューブ６は、ｘ軸ステージ２およ
びｙ軸ステージ３のチルトによる傾きがでても、レーザ
測長器１０からの測長光１１および拡大した光束７の入
射方向に対してそのまま方向を変えず、反射させる特徴
があり、傾きによるコサイン誤差を生じない。Next, the operation of the present invention will be described with reference to FIG. In order to measure the surface shape of the DUT 5, the x-axis stage 2 and the y-axis stage 3 are matched with the shape of the DUT 5.
Is moved, and the z-axis length measuring device 4 is scanned. At this time, the height of the DUT 5 in the z-axis direction is obtained point by point by the z-axis length measuring device 4. At the same time, the length measuring light 11 from the laser length measuring device 10 is expanded by the beam expander 9. . Then, the corner cube 6 is irradiated with the light flux 7. Here, even if the corner cube 6 is tilted by the tilt of the x-axis stage 2 and the y-axis stage 3, the corner cube 6 remains as it is with respect to the incident direction of the length measuring light 11 from the laser length measuring device 10 and the expanded light beam 7. It has the characteristic of reflecting without changing the direction, and does not cause cosine error due to tilt.
【００１０】コーナーキューブ６からの反射光８は、ビ
ームエキスパンダ９、レーザ測長器１０に戻り、ｚ軸測
長器４のｘ軸方向の移動量をレーザ測長器１０より測長
する。このとき、ビームエキスパンダ９により拡大した
光束７は、ｚ軸測長器４のｙ軸ステージの移動範囲をカ
バーしているため、ｚ軸測長器４が、ｙ軸方向に移動し
ても、反射光８は、レーザ測長器１０に戻るようになっ
ており、ｚ軸測長器４が、ｙ軸方向に移動しても、ｘ軸
位置を求めることができる。このｘ軸位置を求めるのと
同様にしてｙ軸位置も求めることができる。この方法に
より、ｚ軸測長器４による被測定物５のｚ軸高さに対す
るｘｙ軸位置が求まり、被測定物５の形状が求まる。The reflected light 8 from the corner cube 6 returns to the beam expander 9 and the laser length measuring device 10, and the laser length measuring device 10 measures the amount of movement of the z axis length measuring device 4 in the x axis direction. At this time, since the light beam 7 expanded by the beam expander 9 covers the movement range of the y-axis stage of the z-axis length measuring device 4, even if the z-axis length measuring device 4 moves in the y-axis direction. The reflected light 8 is returned to the laser length measuring device 10, and the x-axis position can be obtained even if the z-axis length measuring device 4 moves in the y-axis direction. The y-axis position can be obtained in the same manner as the x-axis position is obtained. By this method, the xy axis position with respect to the z-axis height of the DUT 5 by the z-axis length measuring device 4 is obtained, and the shape of the DUT 5 is obtained.
【００１１】[0011]
【実施例１】図２〜６に、本実施例で用いた面形状測定
装置の構成図を示す。図２はその面形状測定装置を示す
斜視図、図３は正面図、図４は図３におけるＡ−Ａ線断
面矢視図、図５は側面図、図６は要部側面図である。な
お、各図において座標関係（ｘ，ｙ，ｚ，α，β，θ）
を図の傍らに示した。[Embodiment 1] FIGS. 2 to 6 are block diagrams of the surface profile measuring apparatus used in this embodiment. 2 is a perspective view showing the surface shape measuring device, FIG. 3 is a front view, FIG. 4 is a sectional view taken along the line AA in FIG. 3, FIG. 5 is a side view, and FIG. In each figure, coordinate relations (x, y, z, α, β, θ)
Is shown beside the figure.
【００１２】この面形状測定装置１において、１５で示
すのは、ｚ軸ステージであり、図２および図６に示すよ
うに、略Ｌ字形に形成されており、反射光がｘ軸方向に
反射されるように、その側面にコーナーキューブ２３，
２９，２２が配置されている。図６に示すように、コー
ナーキューブ２９とコーナーキューブ２２とは、中心間
にＬ1 の間隔があり、コーナーキューブ２９とコーナー
キューブ２３とは、中心間にＬ2 の間隔がある。また、
反射光がｙ軸方向にも反射されるように、ｚ軸ステージ
１５の背面にはコーナーキューブ２８，３４が配置され
ている。コーナーキューブ２８とコーナーキューブ３４
とは、中心間にＬ1 の間隔がある。さらに、反射光がｚ
軸方向に反射されるように、ｚ軸ステージ１５のｚ軸方
向には貫通孔が形成されており、その孔の下端にはコー
ナーキューブ２６が配置されている。また、そのコーナ
ーキューブ２６の下には、ｚ軸に平行に触針３４が配置
されている。そして、図６に示すように、触針３４の先
端よりコーナーキューブ２２，３４の中心までは、ｌの
間隔がある。In this surface shape measuring apparatus 1, reference numeral 15 is a z-axis stage, which is formed in a substantially L shape as shown in FIGS. 2 and 6, and the reflected light is reflected in the x-axis direction. Corner cube 23 on its side,
29 and 22 are arranged. As shown in FIG. 6, the corner cube 29 and the corner cube 22 have a distance L 1 between their centers, and the corner cube 29 and the corner cube 23 have a distance L 2 between their centers. Also,
Corner cubes 28 and 34 are arranged on the back surface of the z-axis stage 15 so that the reflected light is also reflected in the y-axis direction. Corner cube 28 and corner cube 34
Has a space of L 1 between the centers. Furthermore, the reflected light is z
A through hole is formed in the z-axis direction of the z-axis stage 15 so as to be reflected in the axial direction, and a corner cube 26 is arranged at the lower end of the hole. A stylus 34 is arranged below the corner cube 26 in parallel with the z-axis. Then, as shown in FIG. 6, there is an interval of 1 from the tip of the stylus 34 to the centers of the corner cubes 22, 34.
【００１３】ｚ軸ステージ１５はベース１４に取り付け
られており、被測定物５のｚ軸の高さに従って、触針３
４により、ｚ軸ステージ１５が上下に可動するようにな
っている。また、ｚ軸ステージ１５の重量により触針３
４による触針圧が重くならないように、ｚ軸ステージ１
５は、ばね３５によりｚ軸方向に引っ張られている。３
はベース１４をｙ軸方向に移動させるためのモータ（図
示省略）が付いたｙ軸ステージである。２はｙ軸ステー
ジ３をｘ軸方向に移動させるためのモータ（図示省略）
が付いたｘ軸ステージである。つまり、ｘ軸ステージ２
およびｙ軸ステージ３により触針３４を被測定物５に対
してｘ軸ｙ軸方向に走査することができるようになって
いる。また、ｘ軸ステージ２およびｙ軸ステージ３は、
コントローラ２０によりモータが制御される。The z-axis stage 15 is attached to the base 14, and the stylus 3 is moved in accordance with the height of the object 5 to be measured in the z-axis.
4, the z-axis stage 15 is movable up and down. Also, depending on the weight of the z-axis stage 15, the stylus 3
Z axis stage 1 so that the stylus pressure by 4 does not become heavy.
5 is pulled in the z-axis direction by a spring 35. Three
Is a y-axis stage equipped with a motor (not shown) for moving the base 14 in the y-axis direction. 2 is a motor (not shown) for moving the y-axis stage 3 in the x-axis direction
It is an x-axis stage marked with. That is, the x-axis stage 2
And the y-axis stage 3 allows the stylus 34 to scan the DUT 5 in the x-axis and y-axis directions. Further, the x-axis stage 2 and the y-axis stage 3 are
The controller 20 controls the motor.
【００１４】１２はｚ軸方向を測長するためのｚ軸レー
ザ測長器であり、１３はｚ軸レーザ測長器１２の光束を
コーナーキューブ２６のｘ軸ｙ軸の移動範囲をカバーし
た大きさに広げるビームエキスパンダであり、ｚ軸に平
行である。なお、ｚ軸レーザ測長器１２は干渉方式によ
る測長器であり、本実施例の他の測長器も干渉方式であ
る。これにより、ｚ軸に平行に、コーナーキューブ２６
に照射する。そして、コーナーキューブ２６の反射光
は、ｚ軸レーザ測長器１２に戻り、コーナーキューブ２
６のｚ軸方向の移動量を測長する。Reference numeral 12 is a z-axis laser length measuring device for measuring the length in the z-axis direction, and 13 is a size which covers the moving range of the corner cube 26 on the x-axis and y-axis of the light flux of the z-axis laser length measuring device 12. It is a beam expander that spreads to the outside and is parallel to the z-axis. The z-axis laser length measuring device 12 is a length measuring device of the interference type, and the other length measuring devices of this embodiment also use the interference type. This allows the corner cube 26 to be parallel to the z-axis.
To irradiate. Then, the reflected light of the corner cube 26 returns to the z-axis laser length measuring device 12, and the corner cube 2
The amount of movement of 6 in the z-axis direction is measured.
【００１５】１８はｘ軸方向θ角を測長するためのｘ軸
θ角レーザ測長器であり、１６はｘ軸θ角レーザ測長器
１８の光束をコーナーキューブ２３のｙ軸ｚ軸の移動範
囲をカバーした大きさに広げるビームエキスパンダであ
り、ｘ軸に平行である。これにより、ｘ軸に平行に、コ
ーナーキューブ２３に照射する。そして、コーナーキュ
ーブ２３の反射光は、ｘ軸θ角レーザ測長器１８に戻
り、コーナーキューブ２３のｘ軸方向の移動量を測長す
る。Reference numeral 18 denotes an x-axis θ-angle laser length measuring device for measuring the θ-axis direction θ angle, and 16 denotes a luminous flux of the x-axis θ-angle laser length measuring device 18 of the y-axis z-axis of the corner cube 23. It is a beam expander that expands the moving range to a size that is parallel to the x-axis. This irradiates the corner cube 23 in parallel with the x-axis. Then, the reflected light of the corner cube 23 returns to the x-axis θ-angle laser length measuring device 18 to measure the movement amount of the corner cube 23 in the x-axis direction.
【００１６】１９はｘ軸方向基準位置を測長するための
ｘ軸基準レーザ測長器であり、１７はｘ軸基準レーザ測
長器１９の光束をコーナーキューブ２２のｙ軸ｚ軸の移
動範囲をカバーした大きさに広げるビームエキスパンダ
であり、ｘ軸に平行である。これにより、ｘ軸に平行
に、コーナーキューブ２２に照射する。そして、コーナ
ーキューブ２２の反射光は、ｘ軸基準レーザ測長器１９
に戻り、コーナーキューブ２２のｘ軸方向の移動量を測
長する。Reference numeral 19 is an x-axis reference laser length measuring device for measuring the reference position in the x-axis direction, and 17 is a range of movement of the light flux of the x-axis reference laser length measuring device 19 in the y-axis and z-axis of the corner cube 22. Is a beam expander that spreads to a size that covers the X axis and is parallel to the x axis. This irradiates the corner cube 22 parallel to the x-axis. The reflected light from the corner cube 22 is reflected by the x-axis reference laser length measuring device 19
Then, the movement amount of the corner cube 22 in the x-axis direction is measured.
【００１７】３１はｘ軸方向β角を測長するためのｘ軸
β角レーザ測長器であり、３０はｘ軸β角レーザ測長器
３１の光束をコーナーキューブ２９のｙ軸ｚ軸移動範囲
をカバーした大きさに広げるビームエキスパンダであ
り、ｘ軸に平行である。これにより、ｘ軸に平行に、コ
ーナーキューブ２９に照射する。そして、コーナーキュ
ーブ２９の反射光は、ｘ軸β角レーザ測長器３１に戻
り、コーナーキューブ２９のｘ軸方向の移動量を測長す
る。Reference numeral 31 denotes an x-axis β-angle laser length measuring instrument for measuring the β-angle in the x-axis direction, and reference numeral 30 denotes a light flux of the x-axis β-angle laser measuring instrument 31 moving the y-axis z-axis of the corner cube 29. A beam expander that expands to a size that covers the range and is parallel to the x-axis. This irradiates the corner cube 29 in parallel with the x-axis. Then, the reflected light of the corner cube 29 returns to the x-axis β-angle laser length measuring device 31 to measure the movement amount of the corner cube 29 in the x-axis direction.
【００１８】２７はｙ軸α角を測長するためのｙ軸α角
レーザ測長器であり、２５はｙ軸α角レーザ測長器２７
の光束をコーナーキューブ２８のｘ軸ｚ軸の移動範囲を
カバーした大きさに広げるビームエキスパンダであり、
ｙ軸に平行である。これにより、ｙ軸に平行に、コーナ
ーキューブ２８に照射する。そして、コーナーキューブ
２８の反射光は、ｙ軸α角レーザ測長器２７に戻り、コ
ーナーキューブ２８のｙ軸方向の移動量を測長する。Reference numeral 27 is a y-axis α-angle laser length measuring device for measuring the y-axis α-angle, and 25 is a y-axis α-angle laser length measuring device 27.
Is a beam expander that spreads the luminous flux of the light into a size that covers the movement range of the corner cube 28 on the x-axis and the z-axis,
It is parallel to the y-axis. This irradiates the corner cube 28 in parallel with the y-axis. Then, the reflected light of the corner cube 28 returns to the y-axis α-angle laser length measuring device 27 to measure the amount of movement of the corner cube 28 in the y-axis direction.
【００１９】３３はｙ軸基準位置を測長するためのｙ軸
基準レーザ測長器であり、３２はｙ軸基準レーザ測長器
３３の光束をコーナーキューブ３４のｘ軸ｚ軸の移動範
囲をカバーした大きさに広げるビームエキスパンダであ
り、ｙ軸に平行である。これにより、ｙ軸に平行に、コ
ーナーキューブ３４に照射する。そして、コーナーキュ
ーブ３４の反射光は、ｙ軸基準レーザ測長器３３に戻
り、コーナーキューブ３４のｙ軸方向の移動量を測長す
る。Reference numeral 33 denotes a y-axis reference laser length measuring device for measuring the y-axis reference position, and 32 denotes a light flux of the y-axis reference laser length measuring device 33 within the moving range of the corner cube 34 on the x-axis and z-axis. A beam expander that expands to the covered size, parallel to the y-axis. This irradiates the corner cube 34 parallel to the y-axis. Then, the reflected light of the corner cube 34 returns to the y-axis reference laser length measuring device 33 to measure the movement amount of the corner cube 34 in the y-axis direction.
【００２０】２１は、コントローラ２０の操作並びにｚ
軸レーザ測長器１２、ｘ軸θ角レーザ測長器１８、ｘ軸
基準レーザ測長器１９、ｘ軸β角レーザ測長器３１、ｙ
軸α角レーザ測長器２７およびｙ軸基準レーザ測長器３
３の測長データより、被測定物５の形状を計算するコン
ピュータである。このとき、コーナーキューブ２９，２
２の移動量の測長距離の差Δｌ1 より β＝ｓｉｎ
-1（Δｌ1 ／Ｌ1 ）、コーナーキューブ２８，３４の移
動量の測長距離の差ｌ2 より α＝ｓｉｎ-1（Δｌ2 ／
Ｌ1 ）、コーナーキューブ２９，２３の移動量の測長距
離の差Δｌ3 よりθ＝ｓｉｎ-1（Δｌ3 ／Ｌ2 ）をそれ
ぞれ求めることができ、これらにより触針３４のステー
ジによる傾きを算出することができる。また、ｘ軸方向
の触針３４のずれは、ｌｓｉｎ（β）、ｙ軸方向の触針
３４のずれは、ｌｓｉｎ（α）より算出される。Reference numeral 21 denotes the operation of the controller 20 and z.
Axis laser length measuring device 12, x-axis θ angle laser length measuring device 18, x-axis reference laser length measuring device 19, x-axis β angle laser length measuring device 31, y
Axis α-angle laser length measuring device 27 and y-axis reference laser length measuring device 3
This is a computer for calculating the shape of the DUT 5 from the length measurement data of 3. At this time, the corner cube 29,2
Based on the difference Δl 1 between the measured distances of the movement amounts of 2 and β = sin
−1 (Δl 1 / L 1 ), and from the difference l 2 between the distances of movement of the corner cubes 28 and 34, α = sin −1 (Δl 2 /
L 1 ), and the difference between the measured distances of the movement amounts of the corner cubes 29 and 23 Δl 3 , θ = sin −1 (Δl 3 / L 2 ) can be obtained, respectively, and the inclination of the stylus 34 depending on the stage can be obtained. It can be calculated. The displacement of the stylus 34 in the x-axis direction is calculated from lsin (β), and the displacement of the stylus 34 in the y-axis direction is calculated from lsin (α).
【００２１】次に、上記構成の面形状測定装置により被
測定物５の面形状を測定する方法について説明する。面
形状測定装置１において、被測定物５の形状を測定する
とき、コントローラ２０よりｘ軸ステージ２およびｙ軸
ステージ３を起動し、被測定物５の測定範囲内において
触針３４を走査する。このとき、ｚ軸レーザ測長器１
２、ｘ軸θ角レーザ測長器１８、ｘ軸基準レーザ測長器
１９、ｘ軸β角レーザ測長器３１、ｙ軸α角レーザ測長
器２７、ｙ軸基準レーザ測長器３３により、各コーナー
キューブ２２，２３，２９，２２，２８，３４の移動量
を測長し、この測長値をコンピュータ２１に送る。被測
定物５に対する触針３４の位置（ｘ，ｙ，ｚ，α，β，
θ）を前記の各式により算出し、得られた各座標位置に
より、被測定物５の面形状を求める。本実施例によれ
ば、自由曲面をはかることができ、ステージ２，３，１
５による触針３４の３次元的なブレを求めることがで
き、測定精度を上げることができる。Next, a method of measuring the surface shape of the object 5 to be measured by the surface shape measuring apparatus having the above-mentioned structure will be described. When measuring the shape of the object 5 to be measured in the surface shape measuring apparatus 1, the controller 20 activates the x-axis stage 2 and the y-axis stage 3 and scans the stylus 34 within the measurement range of the object 5 to be measured. At this time, the z-axis laser length measuring device 1
2, x-axis θ angle laser length measuring device 18, x-axis reference laser length measuring device 19, x-axis β angle laser length measuring device 31, y-axis α angle laser length measuring device 27, y-axis reference laser length measuring device 33 , The length of movement of each corner cube 22, 23, 29, 22, 28, 34 is measured, and this measured value is sent to the computer 21. The position of the stylus 34 with respect to the DUT 5 (x, y, z, α, β,
θ) is calculated by the above equations, and the surface shape of the DUT 5 is obtained from the obtained coordinate positions. According to this embodiment, it is possible to measure a free-form surface, and stages 2, 3, 1
It is possible to obtain the three-dimensional blurring of the stylus 34 due to 5, and it is possible to improve the measurement accuracy.
【００２２】[0022]
【実施例２】図７に本実施例で用いた面形状測定装置を
示す。本実施例の特徴は、前記実施例１のビームエキス
パンダ１６，１７，３０の代わりに、コーナーキューブ
２３，２２，２９のｙ軸ｚ軸の移動範囲をカバーするビ
ームエキスパンダ３７を使用し、ビームエキスパンダ２
５，３２の代わりに、コーナーキューブ２８，３４のｘ
軸ｙ軸の移動範囲をカバーするビームエキスパンダ３６
を使用したことであり、ビームエキスパンダ３７によ
り、ｘ軸θ角レーザ測長器１８、ｘ軸基準レーザ測長器
１９、ｘ軸β角レーザ測長器３１の光束を広げ、コーナ
ーキューブ２３，２２，２９に照射し、その反射光よ
り、各測長を行う。また、ビームエキスパンダ３６によ
り、ｙ軸α角レーザ測長器２７、ｙ軸基準レーザ測長器
３３の光束を広げ、コーナーキューブ２８，３４に照射
し、その反射光より、各測長を行う。その他の構成は、
実施例１と同一であるので、実施例１と同一符号を付し
てその説明は省略する。[Embodiment 2] FIG. 7 shows a surface shape measuring apparatus used in this embodiment. The feature of this embodiment is that, instead of the beam expanders 16, 17, 30 of the first embodiment, a beam expander 37 that covers the movement range of the y-axis and z-axis of the corner cubes 23, 22, 29 is used. Beam expander 2
Instead of 5,32, the corner cube 28,34 x
Beam expander 36 that covers the movement range of the y-axis
The beam expander 37 spreads the light fluxes of the x-axis θ-angle laser length measuring device 18, the x-axis reference laser length measuring device 19, and the x-axis β-angle laser length measuring device 31, and the corner cube 23, Irradiate 22 and 29, and measure each length from the reflected light. Further, the beam expander 36 spreads the luminous flux of the y-axis α-angle laser length measuring device 27 and the y-axis reference laser length measuring device 33, irradiates the corner cubes 28 and 34, and measures each length from the reflected light. . Other configurations are
Since it is the same as that of the first embodiment, the same reference numeral as that of the first embodiment is attached and the description thereof is omitted.
【００２３】次に、本実施例の測定方法について説明す
る。図７に示す面形状測定装置１において、被測定物５
の形状を測定するとき、コントローラ２０よりｘ軸ステ
ージ２およびｙ軸ステージ３を起動し、被測定物５の測
定範囲内において触針３４を走査する。このとき、ｚ軸
レーザ測長器１２、ｘ軸θ角レーザ測長器１８、ｘ軸基
準レーザ測長器１９、ｘ軸β角レーザ測長器３１、ｙ軸
α角レーザ測長器２７、ｙ軸基準レーザ測長器３３によ
り、各コーナーキューブ２２，２３，２９，２２，２
８，３４の移動量を測長し、この測長値をコンピュータ
２１に送る。被測定物５に対する触針３４の位置（ｘ，
ｙ，ｚ，α，β，θ）を前記実施例１で示した各式によ
り算出し、得られた各座標位置により、被測定物５の面
形状を求める。Next, the measuring method of this embodiment will be described. In the surface shape measuring device 1 shown in FIG.
When measuring the shape of, the controller 20 activates the x-axis stage 2 and the y-axis stage 3, and scans the stylus 34 within the measurement range of the DUT 5. At this time, the z-axis laser length measuring device 12, the x-axis θ angle laser length measuring device 18, the x-axis reference laser length measuring device 19, the x-axis β angle laser length measuring device 31, the y-axis α angle laser length measuring device 27, By the y-axis reference laser length measuring device 33, each corner cube 22, 23, 29, 22, 2
The moving amount of 8, 34 is measured, and the measured value is sent to the computer 21. Position of the stylus 34 with respect to the DUT 5 (x,
y, z, α, β, θ) is calculated by each equation shown in the first embodiment, and the surface shape of the DUT 5 is obtained from the obtained coordinate positions.
【００２４】本実施例によれば、実施例１と同様の効果
に加え、使用するビームエキスパンダが少なくてすみ、
ｘ軸ｙ軸ｚ軸の測定範囲の狭い時に有効である。According to this embodiment, in addition to the same effects as those of the first embodiment, the number of beam expanders used is small,
This is effective when the measurement range of x-axis, y-axis and z-axis is narrow.
【００２５】[0025]
【発明の効果】以上のように、請求項１〜３に係る発明
の面形状測定方法によれば、ステージのブレによる測定
誤差の影響を小さくすることができ、面形状測定の測定
精度の向上を図ることができ、また、自由形状の測定が
可能となる。As described above, according to the surface shape measuring method of the invention according to claims 1 to 3, the influence of the measurement error due to the blurring of the stage can be reduced, and the measurement accuracy of the surface shape measurement is improved. It is also possible to measure the free form.
【図１】本発明の面形状測定方法を示す概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram showing a surface shape measuring method of the present invention.
【図２】実施例１で用いた面形状測定装置を示す斜視図
である。2 is a perspective view showing a surface shape measuring apparatus used in Example 1. FIG.
【図３】実施例１で用いた面形状測定装置を示す正面図
である。FIG. 3 is a front view showing the surface shape measuring apparatus used in Example 1.
【図４】図３におけるＡ−Ａ線断面矢視図である。4 is a sectional view taken along the line AA in FIG.
【図５】実施例１で用いた面形状測定装置を示す側面図
である。5 is a side view showing the surface shape measuring device used in Example 1. FIG.
【図６】実施例１の装置におけるｚ軸ステージを示す側
面図である。FIG. 6 is a side view showing a z-axis stage in the apparatus of the first embodiment.
【図７】実施例２で用いた面形状測定装置を示す正面図
である。FIG. 7 is a front view showing a surface shape measuring apparatus used in Example 2.
【図８】従来の面形状測定装置を示す正面図である。FIG. 8 is a front view showing a conventional surface shape measuring apparatus.
１ 面形状測定装置 ２ ｘ軸ステージ ３ ｙ軸ステージ ４ ｚ軸測長器 ５ 被測定物 ６，２２，２３，２８，２９，３４ コーナーキューブ ７ 光束 ８ 反射光 ９，１３，１６，１７，，２５，３０，３２ ビームエ
キスパンダ １０，１２，１８，１９，，２７，３１，３３ レーザ
測長器 １１ 測長光 １５ ｚ軸ステージ ２１ コンピュータ ３４ 触針1 surface shape measuring device 2 x-axis stage 3 y-axis stage 4 z-axis length measuring device 5 object to be measured 6,22,23,28,29,34 corner cube 7 luminous flux 8 reflected light 9,13,16,17 ,, 25,30,32 beam expander 10,12,18,19,27,31,33 laser length measuring device 11 length measuring light 15 z-axis stage 21 computer 34 stylus
Claims (3)
長器で被測定物の高さを求めることにより、面形状を測
定する面形状測定方法において、光源から光束を射出
し、この光束をビームエキスパンダにより拡大し、前記
ステージに取り付けられたコーナーキューブにて光束を
反射するとともに、反射された光束に基づいて、干渉方
式による測長器により前記ステージの移動距離を測定
し、被測定物のｘｙ座標を求めることを特徴とする面形
状測定方法。1. In a surface shape measuring method for measuring a surface shape by moving a stage and measuring a height of an object to be measured by a length measuring device for each point, a light beam is emitted from a light source, and this light beam is measured. A beam expander is used to expand the beam, and the corner cube attached to the stage reflects the light beam, and based on the reflected light beam, the moving distance of the stage is measured by a length measuring device using an interference method. A surface shape measuring method, characterized in that the xy coordinates of the are obtained.
するとともに、各測長器の測長データをコンピュータに
より演算処理して被測定物の形状を求めることを特徴と
する請求項１に記載の面形状測定方法。2. The surface shape according to claim 1, wherein the movement of the stage is controlled by a computer, and the length measurement data of each length measuring device is arithmetically processed by a computer to obtain the shape of the object to be measured. Measuring method.
を特徴とする請求項１または２に記載の面形状測定方
法。3. The surface shape measuring method according to claim 1, wherein a laser length measuring device is used as the length measuring device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10337694A JPH07286830A (en) | 1994-04-18 | 1994-04-18 | Method for measuring surface shape |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10337694A JPH07286830A (en) | 1994-04-18 | 1994-04-18 | Method for measuring surface shape |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07286830A true JPH07286830A (en) | 1995-10-31 |
Family
ID=14352386
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10337694A Withdrawn JPH07286830A (en) | 1994-04-18 | 1994-04-18 | Method for measuring surface shape |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07286830A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012132784A (en) * | 2010-12-21 | 2012-07-12 | Tokai Kiyouhan Kk | Measurement head device of air micrometer |
| CN106017353A (en) * | 2016-07-22 | 2016-10-12 | 大连理工大学 | Honeycomb core surface shape measuring device |
-
1994
- 1994-04-18 JP JP10337694A patent/JPH07286830A/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012132784A (en) * | 2010-12-21 | 2012-07-12 | Tokai Kiyouhan Kk | Measurement head device of air micrometer |
| CN106017353A (en) * | 2016-07-22 | 2016-10-12 | 大连理工大学 | Honeycomb core surface shape measuring device |
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