JPH11211426A - 面形状測定装置 - Google Patents
面形状測定装置Info
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- JPH11211426A JPH11211426A JP1658598A JP1658598A JPH11211426A JP H11211426 A JPH11211426 A JP H11211426A JP 1658598 A JP1658598 A JP 1658598A JP 1658598 A JP1658598 A JP 1658598A JP H11211426 A JPH11211426 A JP H11211426A
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- rotation axis
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- Measurement Of Optical Distance (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 被測定面が複雑な非球面であっても、被測定
面の面形状を漏れなく高精度で測定することが可能な面
形状測定装置を提供する。 【解決手段】 プローブ保持部８ｂが有する角度調整機
構によってプローブ保持部８ｂに対する測定プローブ６
の光軸６ａの角度を調整する。制御部は、並進ステージ
５によって被測定物４を並進移動させ、第１および第２
の回転ステージ７，８によって測定プローブ６の光軸６
ａを被測定面４ａのうち着目する部分面４ｂの法線の平
均方向に一致させる。測定プローブ６は、着目する部分
面４ｂ上の各点との距離を光学的に測定する。この測定
を被測定面４ａ上の全ての部分面４ｂについて行い、各
部分面４ｂについての測定結果を繋ぎ合わせることによ
って被測定面４ａ全面の測定結果を得る。
面の面形状を漏れなく高精度で測定することが可能な面
形状測定装置を提供する。 【解決手段】 プローブ保持部８ｂが有する角度調整機
構によってプローブ保持部８ｂに対する測定プローブ６
の光軸６ａの角度を調整する。制御部は、並進ステージ
５によって被測定物４を並進移動させ、第１および第２
の回転ステージ７，８によって測定プローブ６の光軸６
ａを被測定面４ａのうち着目する部分面４ｂの法線の平
均方向に一致させる。測定プローブ６は、着目する部分
面４ｂ上の各点との距離を光学的に測定する。この測定
を被測定面４ａ上の全ての部分面４ｂについて行い、各
部分面４ｂについての測定結果を繋ぎ合わせることによ
って被測定面４ａ全面の測定結果を得る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、レーザー
プリンター等に搭載される非球面レンズのように複雑な
非球面の面形状を光学的に非接触で測定する面形状測定
装置に関し、特に、面形状をレーザーの波長の数分の１
レベルの高精度で測定する面形状測定装置に関する。
プリンター等に搭載される非球面レンズのように複雑な
非球面の面形状を光学的に非接触で測定する面形状測定
装置に関し、特に、面形状をレーザーの波長の数分の１
レベルの高精度で測定する面形状測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の面形状測定装置としては、例え
ば、特開平３−２６４８０４号公報に示されるものがあ
る。図１０は、その面形状測定装置を示す。なお、Ｘ方
向，Ｙ方向，Ｚ方向は、同図に示す方向とする。この装
置５０は、被測定物４をＸ方向，Ｙ方向，Ｚ方向に並進
移動させる並進ステージ５１と、フレーム５２に取り付
けられ、Ｚ方向に設けられた回転軸線θ1 の回りにアー
ム５３ａを回転させる第１の回転ステージ５３と、アー
ム５３ａに取り付けられ、回転軸線θ1 と９０度をなす
方向の回転軸線θ2 の回りにアーム５４ａを回転させる
第２の回転ステージ５４と、アーム５４ａに取り付けら
れた光変位センサ５５とを有する。
ば、特開平３−２６４８０４号公報に示されるものがあ
る。図１０は、その面形状測定装置を示す。なお、Ｘ方
向，Ｙ方向，Ｚ方向は、同図に示す方向とする。この装
置５０は、被測定物４をＸ方向，Ｙ方向，Ｚ方向に並進
移動させる並進ステージ５１と、フレーム５２に取り付
けられ、Ｚ方向に設けられた回転軸線θ1 の回りにアー
ム５３ａを回転させる第１の回転ステージ５３と、アー
ム５３ａに取り付けられ、回転軸線θ1 と９０度をなす
方向の回転軸線θ2 の回りにアーム５４ａを回転させる
第２の回転ステージ５４と、アーム５４ａに取り付けら
れた光変位センサ５５とを有する。
【０００３】図１１は、光変位センサ５５を示す。この
光変位センサ５５は、光ビームを投光レンズ５５ｂを介
して投光する光源５５ａと、被測定物４の被測定面４ａ
で反射した反射ビームを結像レンズ５５ｃを介して入力
する光検出素子５５ｄとを備える。光源５５ａから投光
レンズ５５ｂを介して投光された光ビームは、光変位セ
ンサ５５の端面５５ｅから所定の距離Ｌ0 離れた基準位
置Ｐにある被測定面４ａに照射されると、光検出素子５
５ｄ上のＫ点に照射点の像をつくる。光変位センサ５５
は、被測定物４が基準位置Ｐより＋ΔＬあるいは−ΔＬ
ずれた位置にあってもその上下の位置Ｑ，Ｒに応じた信
号を出力する。
光変位センサ５５は、光ビームを投光レンズ５５ｂを介
して投光する光源５５ａと、被測定物４の被測定面４ａ
で反射した反射ビームを結像レンズ５５ｃを介して入力
する光検出素子５５ｄとを備える。光源５５ａから投光
レンズ５５ｂを介して投光された光ビームは、光変位セ
ンサ５５の端面５５ｅから所定の距離Ｌ0 離れた基準位
置Ｐにある被測定面４ａに照射されると、光検出素子５
５ｄ上のＫ点に照射点の像をつくる。光変位センサ５５
は、被測定物４が基準位置Ｐより＋ΔＬあるいは−ΔＬ
ずれた位置にあってもその上下の位置Ｑ，Ｒに応じた信
号を出力する。
【０００４】このような光変位センサ５５を用いて被測
定面４ａの形状を測定する場合は、被測定面４ａの測定
箇所が基準位置Ｐとなるように並進ステージ５１で被測
定物４を移動させるとともに、光変位センサ５５の光軸
と被測定面４ａの法線とが一致するように第１および第
２の回転ステージ５３，５４を制御し、並進ステージ５
１および回転ステージ５３，５４の位置情報に基づいて
被測定物４の被測定面４ａの面形状を測定する。この構
成によれば、光変位センサ５５の光軸を被測定面４ａ全
面にわたって被測定面４ａの法線に一致させることがで
きるので、被測定面４ａが曲面を有する場合でもその面
形状を測定することが可能になる。
定面４ａの形状を測定する場合は、被測定面４ａの測定
箇所が基準位置Ｐとなるように並進ステージ５１で被測
定物４を移動させるとともに、光変位センサ５５の光軸
と被測定面４ａの法線とが一致するように第１および第
２の回転ステージ５３，５４を制御し、並進ステージ５
１および回転ステージ５３，５４の位置情報に基づいて
被測定物４の被測定面４ａの面形状を測定する。この構
成によれば、光変位センサ５５の光軸を被測定面４ａ全
面にわたって被測定面４ａの法線に一致させることがで
きるので、被測定面４ａが曲面を有する場合でもその面
形状を測定することが可能になる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の面形状
測定装置によると、第２の回転ステージ５４のアーム５
４ａに対する光変位センサ５５の取り付け誤差を考慮し
ていないため、多少でも取り付け誤差があると、回転ス
テージ５３，５４によってアーム５３ａ，５４ａをどの
ように回転させても第１の回転ステージ５３の回転軸線
θ1 の方向に変位センサ５５の光軸方向を完全に一致さ
せることはできず、そのとき発生する誤差が光変位セン
サ５５の許容値を超える場合、その方向に法線を有する
部分の面形状を測定できないという問題がある。また、
面形状を漏れなく測定するためには、着目する部分面に
含まれる全ての点の変位を一度に測定できる干渉計のよ
うなセンサの使用が望ましい。しかし、このようなセン
サは光軸方向に対する誤差の許容値が小さい。よって上
記問題点が顕在化する可能性が高い。
測定装置によると、第２の回転ステージ５４のアーム５
４ａに対する光変位センサ５５の取り付け誤差を考慮し
ていないため、多少でも取り付け誤差があると、回転ス
テージ５３，５４によってアーム５３ａ，５４ａをどの
ように回転させても第１の回転ステージ５３の回転軸線
θ1 の方向に変位センサ５５の光軸方向を完全に一致さ
せることはできず、そのとき発生する誤差が光変位セン
サ５５の許容値を超える場合、その方向に法線を有する
部分の面形状を測定できないという問題がある。また、
面形状を漏れなく測定するためには、着目する部分面に
含まれる全ての点の変位を一度に測定できる干渉計のよ
うなセンサの使用が望ましい。しかし、このようなセン
サは光軸方向に対する誤差の許容値が小さい。よって上
記問題点が顕在化する可能性が高い。
【０００６】従って、本発明の目的は、被測定面が複雑
な非球面であっても、被測定面の面形状を漏れなく高精
度で測定することが可能な面形状測定装置を提供するこ
とにある。
な非球面であっても、被測定面の面形状を漏れなく高精
度で測定することが可能な面形状測定装置を提供するこ
とにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、被測定物の表面のうち着目する部分面との
距離を光学的に測定する測定プローブと、前記測定プロ
ーブに対し前記被測定物を相対的に並進移動させる並進
移動手段と、前記被測定面が有する複数の法線方向のい
ずれかと一致する方向に第１の回転軸線を有する第１の
回転手段と、前記第１の回転軸線と所定の角度をなす第
２の回転軸線を有し、前記第１の回転手段によって前記
第１の回転軸線の回りに回転されるとともに、前記測定
プローブを前記第２の回転軸線の回りに回転させる第２
の回転手段と、前記第２の回転手段に対する前記測定プ
ローブの光軸の角度を調整する角度調整機構とを備えた
ことを特徴とする面形状測定装置を提供する。本発明
は、上記目的を達成するため、被測定物の表面のうち着
目する部分面との距離を光学的に測定する測定プローブ
と、前記測定プローブに対し前記被測定物を相対的に並
進移動させる並進移動手段と、前記被測定面が有する複
数の法線方向のいずれかと一致する方向に第１の回転軸
線を有する第１の回転手段と、前記第１の回転軸線と所
定の角度をなす第２の回転軸線を有し、前記第１の回転
手段によって前記第１の回転軸線の回りに回転されると
ともに、前記測定プローブを前記第２の回転軸線の回り
に回転させる第２の回転手段と、前記並進移動手段に対
し前記被測定物を傾斜させる傾斜手段とを備えたことを
特徴とする面形状測定装置を提供する。本発明は、上記
目的を達成するため、被測定物の表面のうち着目する部
分面との距離を光学的に測定する測定プローブと、前記
測定プローブに対し前記被測定物を相対的に並進移動さ
せる並進移動手段と、前記被測定面が有する複数の法線
方向のいずれとも一致しない第１の回転軸線を有する第
１の回転手段と、前記第１の回転軸線と所定の角度をな
す第２の回転軸線を有し、前記第１の回転手段によって
前記第１の回転軸線の回りに回転されるとともに、前記
測定プローブを前記第２の回転軸線の回りに回転させる
第２の回転手段とを備えたことを特徴とする面形状測定
装置を提供する。
成するため、被測定物の表面のうち着目する部分面との
距離を光学的に測定する測定プローブと、前記測定プロ
ーブに対し前記被測定物を相対的に並進移動させる並進
移動手段と、前記被測定面が有する複数の法線方向のい
ずれかと一致する方向に第１の回転軸線を有する第１の
回転手段と、前記第１の回転軸線と所定の角度をなす第
２の回転軸線を有し、前記第１の回転手段によって前記
第１の回転軸線の回りに回転されるとともに、前記測定
プローブを前記第２の回転軸線の回りに回転させる第２
の回転手段と、前記第２の回転手段に対する前記測定プ
ローブの光軸の角度を調整する角度調整機構とを備えた
ことを特徴とする面形状測定装置を提供する。本発明
は、上記目的を達成するため、被測定物の表面のうち着
目する部分面との距離を光学的に測定する測定プローブ
と、前記測定プローブに対し前記被測定物を相対的に並
進移動させる並進移動手段と、前記被測定面が有する複
数の法線方向のいずれかと一致する方向に第１の回転軸
線を有する第１の回転手段と、前記第１の回転軸線と所
定の角度をなす第２の回転軸線を有し、前記第１の回転
手段によって前記第１の回転軸線の回りに回転されると
ともに、前記測定プローブを前記第２の回転軸線の回り
に回転させる第２の回転手段と、前記並進移動手段に対
し前記被測定物を傾斜させる傾斜手段とを備えたことを
特徴とする面形状測定装置を提供する。本発明は、上記
目的を達成するため、被測定物の表面のうち着目する部
分面との距離を光学的に測定する測定プローブと、前記
測定プローブに対し前記被測定物を相対的に並進移動さ
せる並進移動手段と、前記被測定面が有する複数の法線
方向のいずれとも一致しない第１の回転軸線を有する第
１の回転手段と、前記第１の回転軸線と所定の角度をな
す第２の回転軸線を有し、前記第１の回転手段によって
前記第１の回転軸線の回りに回転されるとともに、前記
測定プローブを前記第２の回転軸線の回りに回転させる
第２の回転手段とを備えたことを特徴とする面形状測定
装置を提供する。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１の実施の形
態に係る面形状測定装置を示す。なお、Ｘ方向，Ｙ方
向，Ｚ方向は、同図に示す方向とする。この装置１は、
装置１全体に振動が伝わるのを防ぐ防振台２と、防振台
２上に固定されたフレーム３とを有し、防振台２上に、
被測定物４をＸ方向，Ｙ方向，Ｚ方向にそれぞれ移動、
位置決めする並進ステージ５を設け、フレーム３に、対
向する面との距離を光学的に測定する測定プローブ６を
回転させる第１の回転ステージ７および第２の回転ステ
ージ８を設けている。
態に係る面形状測定装置を示す。なお、Ｘ方向，Ｙ方
向，Ｚ方向は、同図に示す方向とする。この装置１は、
装置１全体に振動が伝わるのを防ぐ防振台２と、防振台
２上に固定されたフレーム３とを有し、防振台２上に、
被測定物４をＸ方向，Ｙ方向，Ｚ方向にそれぞれ移動、
位置決めする並進ステージ５を設け、フレーム３に、対
向する面との距離を光学的に測定する測定プローブ６を
回転させる第１の回転ステージ７および第２の回転ステ
ージ８を設けている。
【０００９】並進ステージ５は、被測定物４をＸ方向に
移動させるＸ軸ステージ５ａと、被測定物４をＹ方向に
移動させるＹ軸ステージ５ｂと、被測定物４をＺ方向に
移動させるＺ軸ステージ５ｃとからなり、各Ｘ軸ステー
ジ５ａ，Ｙ軸ステージ５ｂ，Ｚ軸ステージ５ｃは、被測
定物４を移動させる駆動源となる図示しないモータと、
被測定物４の移動方向の位置を検出して位置検出信号を
出力する図示しない検出器とをそれぞれ備えている。
移動させるＸ軸ステージ５ａと、被測定物４をＹ方向に
移動させるＹ軸ステージ５ｂと、被測定物４をＺ方向に
移動させるＺ軸ステージ５ｃとからなり、各Ｘ軸ステー
ジ５ａ，Ｙ軸ステージ５ｂ，Ｚ軸ステージ５ｃは、被測
定物４を移動させる駆動源となる図示しないモータと、
被測定物４の移動方向の位置を検出して位置検出信号を
出力する図示しない検出器とをそれぞれ備えている。
【００１０】第１の回転ステージ７は、Ｚ方向に第１の
回転軸線θ1 を有し、フレーム３に連結された連結部７
ａと、第１の回転軸線θ1 の回りにアーム７ｂを回転さ
せる図示しないモータと、アーム７ｂの回転角度を検出
して角度検出信号を出力する図示しない検出器とを備え
ている。
回転軸線θ1 を有し、フレーム３に連結された連結部７
ａと、第１の回転軸線θ1 の回りにアーム７ｂを回転さ
せる図示しないモータと、アーム７ｂの回転角度を検出
して角度検出信号を出力する図示しない検出器とを備え
ている。
【００１１】第２の回転ステージ８は、第１の回転軸線
θ1 と所定の角度（例えば３０°）をなす方向に第２の
回転軸線θ2 を有し、第１の回転ステージ７のアーム７
ｂに連結された連結部８ａと、測定プローブ６を保持す
るプローブ保持部８ｂと、プローブ保持部８ｂを第２の
回転軸線θ2 の回りに回転させる図示しないモータと、
プローブ保持部８ｂの回転角度を検出して位置検出信号
を出力する図示しない検出器とを備えている。
θ1 と所定の角度（例えば３０°）をなす方向に第２の
回転軸線θ2 を有し、第１の回転ステージ７のアーム７
ｂに連結された連結部８ａと、測定プローブ６を保持す
るプローブ保持部８ｂと、プローブ保持部８ｂを第２の
回転軸線θ2 の回りに回転させる図示しないモータと、
プローブ保持部８ｂの回転角度を検出して位置検出信号
を出力する図示しない検出器とを備えている。
【００１２】測定プローブ６は、被測定物４の被測定面
４ａのうち着目する部分面（例えば１ｍｍ2 の範囲）４
ｂの法線の平均方向と光軸６ａとが一致したとき、着目
する部分面４ｂ上の各点との距離を光学的に測定して面
情報として出力するものであり、例えば、白色干渉計，
レーザ変位計等を用いることができる。また、測定プロ
ーブ６の光軸６ａは、Ｚ方向に設けられ、測定プローブ
６は、その測定レンジの中心点が第１の回転軸線θ1 と
第２の回転軸線θ2 との交点と略一致するように設けら
れている。
４ａのうち着目する部分面（例えば１ｍｍ2 の範囲）４
ｂの法線の平均方向と光軸６ａとが一致したとき、着目
する部分面４ｂ上の各点との距離を光学的に測定して面
情報として出力するものであり、例えば、白色干渉計，
レーザ変位計等を用いることができる。また、測定プロ
ーブ６の光軸６ａは、Ｚ方向に設けられ、測定プローブ
６は、その測定レンジの中心点が第１の回転軸線θ1 と
第２の回転軸線θ2 との交点と略一致するように設けら
れている。
【００１３】図２(a) 〜(c) は、プローブ保持部８ｂを
示す。プローブ保持部８ｂは、測定プローブ６の取り付
け角度の微調整が可能な角度調整機構を有しており、同
図(a) に示すように、第２の回転ステージ８の連結部８
ａに固定された基台８０と、測定プローブ６の上部を保
持する上部保持部８１と、測定プローブ６の下部を保持
する下部保持部８２と、上部保持部８１，下部保持部８
２同士を連結するリブ８３と、上部保持部８１と下部保
持部８２とを基台８０に連結するリブ８４とを備える。
プローブ保持部８ｂは、このようにリブ構造としている
ので、軽量化が図れる。測定プローブ６の下部保持部８
２に接触する部分に、ドーナツ形状の位置決めデータム
６ｂを取り付けている。上部保持部８１は、同図(b) に
示すように、角度調整ねじ８５が円周上に等間隔に３本
設けられている。下部保持部８２は、同図(c) に示すよ
うに、位置決めデータム６ｂに対し凹凸の反転したドー
ナツ形状を半円状に２分割した一対の雌型位置決めデー
タム８２Ａ，８２Ｂからなり、雌型位置決めデータム８
２Ａ，８２Ｂ同士を固定ねじ８６で連結することによっ
て測定プローブ６の位置決めデータム６ｂを挟み付ける
構造になっている。
示す。プローブ保持部８ｂは、測定プローブ６の取り付
け角度の微調整が可能な角度調整機構を有しており、同
図(a) に示すように、第２の回転ステージ８の連結部８
ａに固定された基台８０と、測定プローブ６の上部を保
持する上部保持部８１と、測定プローブ６の下部を保持
する下部保持部８２と、上部保持部８１，下部保持部８
２同士を連結するリブ８３と、上部保持部８１と下部保
持部８２とを基台８０に連結するリブ８４とを備える。
プローブ保持部８ｂは、このようにリブ構造としている
ので、軽量化が図れる。測定プローブ６の下部保持部８
２に接触する部分に、ドーナツ形状の位置決めデータム
６ｂを取り付けている。上部保持部８１は、同図(b) に
示すように、角度調整ねじ８５が円周上に等間隔に３本
設けられている。下部保持部８２は、同図(c) に示すよ
うに、位置決めデータム６ｂに対し凹凸の反転したドー
ナツ形状を半円状に２分割した一対の雌型位置決めデー
タム８２Ａ，８２Ｂからなり、雌型位置決めデータム８
２Ａ，８２Ｂ同士を固定ねじ８６で連結することによっ
て測定プローブ６の位置決めデータム６ｂを挟み付ける
構造になっている。
【００１４】図３は、本装置１の制御系を示す。この装
置１は、本装置１全体の制御を司る制御部１０を有し、
この制御部１０に、制御部１０のプログラム等を記憶す
るメモリ１１と、上記並進ステージ５、測定プローブ
６、第１の回転ステージ７および第２の回転ステージ８
とを接続している。
置１は、本装置１全体の制御を司る制御部１０を有し、
この制御部１０に、制御部１０のプログラム等を記憶す
るメモリ１１と、上記並進ステージ５、測定プローブ
６、第１の回転ステージ７および第２の回転ステージ８
とを接続している。
【００１５】次に、本装置１の動作を説明する。 (1) 測定プローブ６の取り付け角度調整 図４は、第１および第２の回転軸線θ1 ，θ2 と測定プ
ローブ６の光軸６ａとの位置関係を示す。本実施の形態
では、Ｚ方向に対し傾斜６０度までの被測定面４ａを対
象としているため、第１の回転軸線θ1 と第２の回転軸
線θ2 が３０度の角度をなすように、第１の回転ステー
ジ７に対して第２の回転ステージ８が取り付けられてい
る。この取り付け精度は、アーム部７ｂが有する機械加
工した基準面の精度に依存しているため、正確に３０度
にはならず、ある程度の誤差が含まれる。また、測定プ
ローブ６は、その光軸６ａと第２の回転軸線θ2 とが３
０度の角度をなすように第２の回転ステージ８に取り付
けられている。この取り付け精度は、測定プローブ６が
有する機械加工した基準面の精度に依存しているため、
正確に３０度にはならず、ある程度の誤差が含まれる。
従って、第１の回転ステージ７に対する第２の回転ステ
ージ８の実際の取り付け角度をα1 、第２の回転ステー
ジ８に対する測定プローブ６の実際の取り付け角度をα
2 とすると、第１の回転軸線θ1 と測定プローブ６の光
軸６ａとの間に誤差（取り付け角度誤差）△αが生じて
しまう。特に、本実施の形態では、第１の回転ステージ
７、第２の回転ステージ８および測定プローブ６が直列
で接続されているため、測定の誤差原因となる振動を減
らすためには直列方向の長さはなるべく短くすることが
望ましい。一方、直列方向の長さを短くすると、取り付
け角度のための基準面の長さも短くなってしまい、取り
付け角度誤差△αが大きくなることが予想される。
ローブ６の光軸６ａとの位置関係を示す。本実施の形態
では、Ｚ方向に対し傾斜６０度までの被測定面４ａを対
象としているため、第１の回転軸線θ1 と第２の回転軸
線θ2 が３０度の角度をなすように、第１の回転ステー
ジ７に対して第２の回転ステージ８が取り付けられてい
る。この取り付け精度は、アーム部７ｂが有する機械加
工した基準面の精度に依存しているため、正確に３０度
にはならず、ある程度の誤差が含まれる。また、測定プ
ローブ６は、その光軸６ａと第２の回転軸線θ2 とが３
０度の角度をなすように第２の回転ステージ８に取り付
けられている。この取り付け精度は、測定プローブ６が
有する機械加工した基準面の精度に依存しているため、
正確に３０度にはならず、ある程度の誤差が含まれる。
従って、第１の回転ステージ７に対する第２の回転ステ
ージ８の実際の取り付け角度をα1 、第２の回転ステー
ジ８に対する測定プローブ６の実際の取り付け角度をα
2 とすると、第１の回転軸線θ1 と測定プローブ６の光
軸６ａとの間に誤差（取り付け角度誤差）△αが生じて
しまう。特に、本実施の形態では、第１の回転ステージ
７、第２の回転ステージ８および測定プローブ６が直列
で接続されているため、測定の誤差原因となる振動を減
らすためには直列方向の長さはなるべく短くすることが
望ましい。一方、直列方向の長さを短くすると、取り付
け角度のための基準面の長さも短くなってしまい、取り
付け角度誤差△αが大きくなることが予想される。
【００１６】図５は、取り付け角度誤差△αによる問題
点を示す。取り付け角度誤差△αがあると、第１の回転
軸線θ1 の方向を中心に±△αだけは測定プローブ６の
光軸６ａを第１の回転軸線θ1 の方向（Ｚ方向）に合わ
せることができず、測定できない領域が発生してしま
う。そこで△αが測定プローブ６の角度測定レンジより
小さくなるよに取り付け角度を調整する。 まず、オペ
レータは、角度調整ねじ８５、固定ねじ８６に多少の遊
びを残して測定プローブ６をプローブ保持部８ｂに取り
付ける。次に、オペレータは、被測定面の頂点に反射率
の異なる点状のマーカを設けた調整用レンズを並進ステ
ージ５上に載置し、マーカが測定プローブ６の測定レン
ジに入るように並進ステージ５で移動、位置決めする。
次に、オペレータは、測定プローブ６の光軸６ａがＺ方
向と極力平行になるように回転ステージ７，８を回転さ
せた上で調整用レンズの被測定面の頂点が測定プローブ
６で見えるように角度調整ねじ８５で調整する。調整が
完了したら、オペレータは、角度調整ねじ８５、固定ね
じ８６を遊びがないように締め付け、調整用レンズを並
進ステージ５から取り外す。
点を示す。取り付け角度誤差△αがあると、第１の回転
軸線θ1 の方向を中心に±△αだけは測定プローブ６の
光軸６ａを第１の回転軸線θ1 の方向（Ｚ方向）に合わ
せることができず、測定できない領域が発生してしま
う。そこで△αが測定プローブ６の角度測定レンジより
小さくなるよに取り付け角度を調整する。 まず、オペ
レータは、角度調整ねじ８５、固定ねじ８６に多少の遊
びを残して測定プローブ６をプローブ保持部８ｂに取り
付ける。次に、オペレータは、被測定面の頂点に反射率
の異なる点状のマーカを設けた調整用レンズを並進ステ
ージ５上に載置し、マーカが測定プローブ６の測定レン
ジに入るように並進ステージ５で移動、位置決めする。
次に、オペレータは、測定プローブ６の光軸６ａがＺ方
向と極力平行になるように回転ステージ７，８を回転さ
せた上で調整用レンズの被測定面の頂点が測定プローブ
６で見えるように角度調整ねじ８５で調整する。調整が
完了したら、オペレータは、角度調整ねじ８５、固定ね
じ８６を遊びがないように締め付け、調整用レンズを並
進ステージ５から取り外す。
【００１７】(2) 測定動作 測定プローブ６の取り付け角度調整を終えたら、オペレ
ータは、並進ステージ５上に被測定物４を載置し、図示
しない起動スイッチを押下する。制御部１０は、起動ス
イッチの押下に基づいてメモリ１１に記憶されたプログ
ラムに従い、被測定物４の被測定面４ａの形状測定を行
う。すなわち、制御部１０は、被測定面４ａ全面を複数
に区切られた部分面４ａのうち着目する部分面４ｂが測
定プローブ６の測定レンジ内に入るように並進ステージ
５を制御して位置決めする。次に、制御部１０は、第１
および第２の回転ステージ７，８を回転させて、測定プ
ローブ６の光軸６ａの方向を着目する部分面４ｂの法線
の平均方向に一致させる。制御部１０は、並進ステージ
５の検出器からのＸ方向，Ｙ方向，Ｚ方向の位置検出信
号、回転ステージ７，８の検出器からの角度検出信号、
および測定プローブ６からの部分面４ｂの面情報に基づ
いて部分面４ｂの面形状を測定し、その測定結果をメモ
リ１１に記憶する。制御部１０は、これを被測定面４ａ
上の全ての部分面４ｂに対し同様に行い、各部分面４ｂ
について得られた測定結果を繋ぎ合わせることによって
被測定面４ａ全面の測定結果を得てそれをメモリ１１に
記憶する。
ータは、並進ステージ５上に被測定物４を載置し、図示
しない起動スイッチを押下する。制御部１０は、起動ス
イッチの押下に基づいてメモリ１１に記憶されたプログ
ラムに従い、被測定物４の被測定面４ａの形状測定を行
う。すなわち、制御部１０は、被測定面４ａ全面を複数
に区切られた部分面４ａのうち着目する部分面４ｂが測
定プローブ６の測定レンジ内に入るように並進ステージ
５を制御して位置決めする。次に、制御部１０は、第１
および第２の回転ステージ７，８を回転させて、測定プ
ローブ６の光軸６ａの方向を着目する部分面４ｂの法線
の平均方向に一致させる。制御部１０は、並進ステージ
５の検出器からのＸ方向，Ｙ方向，Ｚ方向の位置検出信
号、回転ステージ７，８の検出器からの角度検出信号、
および測定プローブ６からの部分面４ｂの面情報に基づ
いて部分面４ｂの面形状を測定し、その測定結果をメモ
リ１１に記憶する。制御部１０は、これを被測定面４ａ
上の全ての部分面４ｂに対し同様に行い、各部分面４ｂ
について得られた測定結果を繋ぎ合わせることによって
被測定面４ａ全面の測定結果を得てそれをメモリ１１に
記憶する。
【００１８】上述した第１の実施の形態によれば、プロ
ーブ保持部８ｂが有する角度調整機構によって測定プロ
ーブ６の光軸６ａを第１の回転軸線θ1 に一致させるこ
とができるため、法線方向が第１の回転軸線θ1 と一致
する部分面４ｂも測定プローブ６で測定可能になり、被
測定面４ａが複雑な非球面であっても、被測定面４ａ全
面を漏れなく測定することができる。
ーブ保持部８ｂが有する角度調整機構によって測定プロ
ーブ６の光軸６ａを第１の回転軸線θ1 に一致させるこ
とができるため、法線方向が第１の回転軸線θ1 と一致
する部分面４ｂも測定プローブ６で測定可能になり、被
測定面４ａが複雑な非球面であっても、被測定面４ａ全
面を漏れなく測定することができる。
【００１９】図６および図７は、本発明の第２の実施の
形態に係る面形状測定装置を示す。この装置１は、図６
に示すように、並進ステージ５の上に被測定物４を傾斜
させる傾斜ステージ２０を設けたものであり、プローブ
保持部８ｂは、測定プローブ６の角度調整機能を備えて
いないものであり、制御部１０には、図７に示すように
傾斜ステージ２０も接続され、他は第１の実施の形態と
同様に構成されている。
形態に係る面形状測定装置を示す。この装置１は、図６
に示すように、並進ステージ５の上に被測定物４を傾斜
させる傾斜ステージ２０を設けたものであり、プローブ
保持部８ｂは、測定プローブ６の角度調整機能を備えて
いないものであり、制御部１０には、図７に示すように
傾斜ステージ２０も接続され、他は第１の実施の形態と
同様に構成されている。
【００２０】傾斜ステージ２０は、被測定物４を傾斜さ
せる図示しないモータと、傾斜角度を検出する傾斜角検
出器２０ａとを備えている。
せる図示しないモータと、傾斜角度を検出する傾斜角検
出器２０ａとを備えている。
【００２１】図８(a) ，(b) は、傾斜ステージ２０の動
作を示す。測定プローブ６の角度調整機能を備えていな
い場合は、測定プローブ６の取り付け角度誤差Δαを完
全になくすことができないことから、被測定面４ａの頂
点に位置する第１の回転軸線θ1 の方向と等しい法線平
均方向を有する部分面４ｃは、同図(a) に示すように、
測定不可能な領域となるため、他の部分面と同時には測
定できない。そこで、他の部分面の測定終了後に同図
(b) に示すように、傾斜ステージ２０を用いて被測定面
４ａの傾きを変化させて測定できなかった部分面４ｃを
頂点から移動し、この部分面４ｃについて面形状を測定
し、他の部分面の測定結果とつなぎ合わせて全面の測定
結果を求める。なお、つなぎ合わせ計算には傾斜ステー
ジ２０の傾斜角度を検出する傾斜検出器２０ａの検出デ
ータを用いる。
作を示す。測定プローブ６の角度調整機能を備えていな
い場合は、測定プローブ６の取り付け角度誤差Δαを完
全になくすことができないことから、被測定面４ａの頂
点に位置する第１の回転軸線θ1 の方向と等しい法線平
均方向を有する部分面４ｃは、同図(a) に示すように、
測定不可能な領域となるため、他の部分面と同時には測
定できない。そこで、他の部分面の測定終了後に同図
(b) に示すように、傾斜ステージ２０を用いて被測定面
４ａの傾きを変化させて測定できなかった部分面４ｃを
頂点から移動し、この部分面４ｃについて面形状を測定
し、他の部分面の測定結果とつなぎ合わせて全面の測定
結果を求める。なお、つなぎ合わせ計算には傾斜ステー
ジ２０の傾斜角度を検出する傾斜検出器２０ａの検出デ
ータを用いる。
【００２２】この第２の実施の形態によれば、傾斜ステ
ージ２０によって被測定物４を傾斜させて被測定面４ａ
の頂点の測定不可能領域を測定可能領域へ移動できるの
で、被測定面４ａが複雑な非球面であっても、被測定面
４ａ全面を漏れなく測定することができる。
ージ２０によって被測定物４を傾斜させて被測定面４ａ
の頂点の測定不可能領域を測定可能領域へ移動できるの
で、被測定面４ａが複雑な非球面であっても、被測定面
４ａ全面を漏れなく測定することができる。
【００２３】図９は、本発明の第３の実施の形態に係る
面形状測定装置を示す。この装置１は、第１の回転軸線
θ1 を被測定面４ａが有する複数の法線方向のいずれと
も一致しないようにＺ方向に対して傾斜した方向にした
ものであり、他は第１の実施の形態と同様に構成されて
いる。
面形状測定装置を示す。この装置１は、第１の回転軸線
θ1 を被測定面４ａが有する複数の法線方向のいずれと
も一致しないようにＺ方向に対して傾斜した方向にした
ものであり、他は第１の実施の形態と同様に構成されて
いる。
【００２４】この第３の実施の形態によれば、第１の回
転軸線θ1 が被測定面４ａが有するどの法線方向とも一
致しないため、測定プローブ６の光軸６ａの方向を合わ
せることができない部分面４ｂが被測定面４ａ上に存在
しないので、面倒な光軸調整なしに被測定面４ａ全面を
漏れなく測定することが可能になる。
転軸線θ1 が被測定面４ａが有するどの法線方向とも一
致しないため、測定プローブ６の光軸６ａの方向を合わ
せることができない部分面４ｂが被測定面４ａ上に存在
しないので、面倒な光軸調整なしに被測定面４ａ全面を
漏れなく測定することが可能になる。
【００２５】なお、本発明は、上記実施の形態に限定さ
れず、種々な形態が可能である。例えば、上記各実施の
形態では、回転ステージ７，８をフレーム３側に取り付
けたが、並進ステージ５側に取り付けてもよい。
れず、種々な形態が可能である。例えば、上記各実施の
形態では、回転ステージ７，８をフレーム３側に取り付
けたが、並進ステージ５側に取り付けてもよい。
【００２６】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明の面形状測定
装置によれば、被測定面の全ての法線方向に測定プロー
ブの光軸を一致させることができるので、被測定面が複
雑な非球面であっても、被測定面の面形状を漏れなく高
精度で測定することが可能になる。
装置によれば、被測定面の全ての法線方向に測定プロー
ブの光軸を一致させることができるので、被測定面が複
雑な非球面であっても、被測定面の面形状を漏れなく高
精度で測定することが可能になる。
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る面形状測定装
置を示す概略構成図である。
置を示す概略構成図である。
【図２】(a) は第１の実施の形態に係るプローブ保持部
の断面図、(b) はプローブ保持部の上部保持部の断面
図、(c) はプローブ保持部の下部保持部の断面図であ
る。
の断面図、(b) はプローブ保持部の上部保持部の断面
図、(c) はプローブ保持部の下部保持部の断面図であ
る。
【図３】第１の実施の形態に係る制御系を示すブロック
図である。
図である。
【図４】第１の実施の形態における回転軸線θ1 ，θ2
と測定プローブの光軸との位置関係を示す図である。
と測定プローブの光軸との位置関係を示す図である。
【図５】取り付け角度誤差△αによる問題点を説明する
ための図である。
ための図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る面形状測定装
置を示す概略構成図である。
置を示す概略構成図である。
【図７】第２の実施の形態に係る制御系を示すブロック
図である。
図である。
【図８】(a) ，(b) は第２の実施の形態の傾斜ステージ
の動作を示す図である。
の動作を示す図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態に係る面形状測定装
置を示す概略構成図である。
置を示す概略構成図である。
【図１０】従来の面形状測定装置を示す概略構成図であ
る。
る。
【図１１】従来の光変位センサを示す図である。
１ 面形状測定装置 ２ 防振台 ３ フレーム ４ 被測定物 ４ａ 被測定面 ４ｂ 部分面 ５ 並進ステージ ５ａ Ｘ軸ステージ ５ｂ Ｙ軸ステージ ５ｃ Ｚ軸ステージ ６ 測定プローブ ６ａ 測定プローブの光軸 ６ｂ 位置決めデータム ７ 第１の回転ステージ ７ａ 連結部 ７ｂ アーム ８ 第２の回転ステージ ８ａ 連結部 ８ｂ プローブ保持部 １０ 制御部 １１ メモリ ２０ 傾斜ステージ ２０ａ 傾斜角検出器 ８０ 基台 ８１ 上部保持部 ８２ 下部保持部 ８２Ａ，８２Ｂ 雌型位置決めデータム ８３，８４ リブ ８５ 角度調整ねじ ８６ 固定ねじ θ1 第１の回転軸線 θ2 第２の回転軸線 α1 ，α2 実際の取り付け角度 △α α1 とα2 の差
Claims (9)
- 【請求項１】被測定物の表面のうち着目する部分面との
距離を光学的に測定する測定プローブと、 前記測定プローブに対し前記被測定物を相対的に並進移
動させる並進移動手段と、 前記被測定面が有する複数の法線方向のいずれかと一致
する方向に第１の回転軸線を有する第１の回転手段と、 前記第１の回転軸線と所定の角度をなす第２の回転軸線
を有し、前記第１の回転手段によって前記第１の回転軸
線の回りに回転されるとともに、前記測定プローブを前
記第２の回転軸線の回りに回転させる第２の回転手段
と、 前記第２の回転手段に対する前記測定プローブの光軸の
角度を調整する角度調整機構とを備えたことを特徴とす
る面形状測定装置。 - 【請求項２】前記測定プローブは、その測定レンジの中
心点が前記第１の回転軸線と前記第２の回転軸線との交
点と略一致する構成の請求項１記載の面形状測定装置。 - 【請求項３】前記並進移動手段は、前記被測定物を鉛直
方向に相対的に並進移動させる鉛直方向ステージと、前
記被測定物を水平方向に相対的に並進移動させる水平方
向ステージとを備え、 前記第１の回転軸線および前記測定プローブの前記光軸
は、鉛直方向に設けられた構成の請求項１記載の面形状
測定装置。 - 【請求項４】被測定物の表面のうち着目する部分面との
距離を光学的に測定する測定プローブと、 前記測定プローブに対し前記被測定物を相対的に並進移
動させる並進移動手段と、 前記被測定面が有する複数の法線方向のいずれかと一致
する方向に第１の回転軸線を有する第１の回転手段と、 前記第１の回転軸線と所定の角度をなす第２の回転軸線
を有し、前記第１の回転手段によって前記第１の回転軸
線の回りに回転されるとともに、前記測定プローブを前
記第２の回転軸線の回りに回転させる第２の回転手段
と、 前記並進移動手段に対し前記被測定物を傾斜させる傾斜
手段とを備えたことを特徴とする面形状測定装置。 - 【請求項５】前記測定プローブは、その測定レンジの中
心点が前記第１の回転軸線と前記第２の回転軸線との交
点と略一致する構成の請求項４記載の面形状測定装置。 - 【請求項６】前記並進移動手段は、前記被測定物を鉛直
方向に相対的に並進移動させる鉛直方向ステージと、前
記被測定物を水平方向に相対的に並進移動させる水平方
向ステージとを備え、 前記第１の回転軸線および前記測定プローブの光軸は、
鉛直方向に設けられた構成の請求項４記載の面形状測定
装置。 - 【請求項７】被測定物の表面のうち着目する部分面との
距離を光学的に測定する測定プローブと、 前記測定プローブに対し前記被測定物を相対的に並進移
動させる並進移動手段と、 前記被測定面が有する複数の法線方向のいずれとも一致
しない第１の回転軸線を有する第１の回転手段と、 前記第１の回転軸線と所定の角度をなす第２の回転軸線
を有し、前記第１の回転手段によって前記第１の回転軸
線の回りに回転されるとともに、前記測定プローブを前
記第２の回転軸線の回りに回転させる第２の回転手段と
を備えたことを特徴とする面形状測定装置。 - 【請求項８】前記測定プローブは、その測定レンジの中
心点が前記第１の回転軸線と前記第２の回転軸線との交
点と略一致する構成の請求項７記載の面形状測定装置。 - 【請求項９】前記並進移動手段は、前記被測定物を鉛直
方向に相対的に並進移動させる鉛直方向ステージと、前
記被測定物を水平方向に相対的に並進移動させる水平方
向ステージとを備え、 前記第１の回転軸線および前記測定プローブの光軸は、
鉛直方向に設けられた構成の請求項７記載の面形状測定
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1658598A JPH11211426A (ja) | 1998-01-29 | 1998-01-29 | 面形状測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1658598A JPH11211426A (ja) | 1998-01-29 | 1998-01-29 | 面形状測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11211426A true JPH11211426A (ja) | 1999-08-06 |
Family
ID=11920363
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1658598A Pending JPH11211426A (ja) | 1998-01-29 | 1998-01-29 | 面形状測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11211426A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005172810A (ja) * | 2003-11-18 | 2005-06-30 | Olympus Corp | ３次元形状測定方法及び３次元形状測定装置 |
| DE10019962B4 (de) * | 1999-04-22 | 2006-08-17 | Linos Photonics Gmbh & Co. Kg | Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung von Flächen, insbesondere zur Messung von sphärischen und von asphärischen Flächen |
| US7099008B2 (en) | 2001-08-08 | 2006-08-29 | Mitutoyo Corporation | Alignment adjuster of probe, measuring instrument and alignment adjusting method of probe |
| EP1703252A1 (en) | 2005-03-07 | 2006-09-20 | Mitutoyo Corporation | Method and program for leveling aspherical workpieces |
| DE102006009809A1 (de) * | 2006-03-01 | 2007-09-06 | Fries Research & Technology Gmbh | Messvorrichtung und Verfahren zur Bestimmung der Topographie und/oder von Profilen eines Probenkörpers |
| JP2007292617A (ja) * | 2006-04-25 | 2007-11-08 | Anritsu Corp | 三次元形状測定装置 |
-
1998
- 1998-01-29 JP JP1658598A patent/JPH11211426A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10019962B4 (de) * | 1999-04-22 | 2006-08-17 | Linos Photonics Gmbh & Co. Kg | Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung von Flächen, insbesondere zur Messung von sphärischen und von asphärischen Flächen |
| US7099008B2 (en) | 2001-08-08 | 2006-08-29 | Mitutoyo Corporation | Alignment adjuster of probe, measuring instrument and alignment adjusting method of probe |
| DE10236453B4 (de) | 2001-08-08 | 2020-04-23 | Mitutoyo Corp. | Ausrichteinsteller für einen Prüfkopf, Messinstrument und Ausrichteinstellverfahren des Prüfkopfs |
| JP2005172810A (ja) * | 2003-11-18 | 2005-06-30 | Olympus Corp | ３次元形状測定方法及び３次元形状測定装置 |
| EP1703252A1 (en) | 2005-03-07 | 2006-09-20 | Mitutoyo Corporation | Method and program for leveling aspherical workpieces |
| US7277818B2 (en) | 2005-03-07 | 2007-10-02 | Mitutoyo Corporation | Method and program for leveling aspherical workpieces |
| DE102006009809A1 (de) * | 2006-03-01 | 2007-09-06 | Fries Research & Technology Gmbh | Messvorrichtung und Verfahren zur Bestimmung der Topographie und/oder von Profilen eines Probenkörpers |
| JP2007292617A (ja) * | 2006-04-25 | 2007-11-08 | Anritsu Corp | 三次元形状測定装置 |
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