KR101138149B1 - Three-dimensional shape measuring method - Google Patents

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KR101138149B1 KR1020090086820A KR20090086820A KR101138149B1 KR 101138149 B1 KR101138149 B1 KR 101138149B1 KR 1020090086820 A KR1020090086820 A KR 1020090086820A KR 20090086820 A KR20090086820 A KR 20090086820A KR 101138149 B1 KR101138149 B1 KR 101138149B1
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Abstract

렌즈 등의 측정물(測定物)의 고경사(高傾斜) 부분을 고정밀도로 측정한다. 렌즈(11)를 측정기(1)의 Y축 주위로 기울어진 제1 설치 상태로 한다(S3-1). 렌즈(11)를 제1 설치 상태로부터 설계 좌표계의 Z축을 중심으로 해서 90도 회전시켜서 제2 설치 상태로 한다(S3-8). 제1 및 제2 설치 상태의 각각에 대해서, 렌즈(11)의 설계상의 정점 좌표를 지나가는 X축 방향의 직선 상에 표면의 XYZ축 좌표를 측정해서 제1 측정 데이터 군(群)을 취득하고, 렌즈(11)의 설계상의 정점 좌표를 지나가는 Y축 방향의 직선 상에 표면의 XYZ축 좌표를 측정해서 제2 측정 데이터 군을 취득한다(S3-4, S3-11). 제1 및 제2 설치 상태의 각각에 대해서, 제1 및 제2 측정 데이터 군을 사용해서 설계 형상과의 차(差)를 산출한다. 산출한 설계 형상과의 차를 합성한다(S3-15).The high inclination part of a measurement object, such as a lens, is measured with high precision. The lens 11 is placed in a first installation state inclined around the Y axis of the measuring device 1 (S3-1). The lens 11 is rotated 90 degrees about the Z axis of the design coordinate system from the first installation state to be the second installation state (S3-8). For each of the first and second mounting states, the first measurement data group is obtained by measuring the surface XYZ axis coordinates on a straight line in the X axis direction passing through the design vertex coordinates of the lens 11, The second measurement data group is obtained by measuring the surface XYZ axis coordinates on a straight line in the Y axis direction passing through the design vertex coordinates of the lens 11 (S3-4, S3-11). The difference with a design shape is computed about each of a 1st and 2nd installation state using a 1st and 2nd measurement data group. The difference with the calculated design shape is synthesize | combined (S3-15).

Description

3차원 형상 측정 방법{THREE-DIMENSIONAL SHAPE MEASURING METHOD}Three-dimensional shape measurement method {THREE-DIMENSIONAL SHAPE MEASURING METHOD}

본 발명은, 카메라 부착 휴대전화에 사용되는 렌즈, BD(blue-ray disc) 등의 광디스크 기억장치에 사용되는 픽업 렌즈 등, 렌즈면의 광축에 대한 경사가 고경사로 구성된 렌즈의 3차원 형상 평가에 적합한 3차원 형상 측정 방법에 관한 것이다.Industrial Applicability The present invention relates to three-dimensional shape evaluation of a lens in which the inclination to the optical axis of the lens surface is high inclination, such as a lens used in a mobile phone with a camera, a pickup lens used in an optical disk storage device such as a blue-ray disc (BD), and the like. It relates to a suitable three-dimensional shape measurement method.

종래의 렌즈 형상을 측정 평가하는 방법으로서는, 마이크로 에어 슬라이더에 의해 구성된 프로브(probe)에 의해 고경사면을 측정하는 방법이 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조). 도 26은, 특허 문헌 1에 기재된 종래의 3차원 형상 측정 방법을 나타내는 것이다.As a method of measuring and evaluating a conventional lens shape, there is a method of measuring a high inclined plane by a probe formed of a micro air slider (see Patent Document 1, for example). FIG. 26 shows a conventional three-dimensional shape measuring method described in Patent Document 1. As shown in FIG.

도 26에서, 프로브 유닛(100)은, 하단(下端)에 스타일러스(stylus)(101)를 갖는 프로브(102)를 구비한다. 프로브(102)의 상단 측의 마이크로 에어 슬라이더(103)는 공기 축받이에 의해 비접촉으로 지지되어 있다. 반도체 레이저(104)의 레이저 광 Fr이 스타일러스(7)의 상단에 설치한 미러(mirror)(105)에 인도된다. 스타일러스(101)와 측정물(106)과의 사이에 동작하는 원자간 힘은, 미러(105)에 의해 반사되어서 핀홀(107)을 통과한 레이저 광 Fr의 광량(光量)의 강약에 따른 오차 신호를 발생하는 오차 신호 발생부(108)에 의해, 프로브 유닛(100)의 상하 방향의 힘으로 변환된다. 오차 신호 발생부(108)로부터의 출력에 근거해서 서보 회로(109) 및 리니어 모터(110)에 의해, 프로브 유닛(100) 전체의 위치가 피드백 제어된다. 미러(105)에서 반사된 He-Ne 레이저(도시하지 않음)로부터의 레이저 광 Fz에 의해 프로브(102)의 Z 좌표가 측정된다. 이 방법에 의해 고경사면을 고정밀도로 측정하는 것이 가능하지만, 개량된 현재에서도 75°의 경사면의 측정이 한계이다. In FIG. 26, the probe unit 100 includes a probe 102 having a stylus 101 at a lower end thereof. The micro air slider 103 on the upper side of the probe 102 is supported in a non-contact manner by an air bearing. The laser light Fr of the semiconductor laser 104 is guided to the mirror 105 provided on the top of the stylus 7. An atomic force operating between the stylus 101 and the workpiece 106 is reflected by the mirror 105 and an error signal according to the strength of the amount of light of the laser light Fr that has passed through the pinhole 107. By the error signal generating unit 108 for generating a, it is converted into a force in the vertical direction of the probe unit 100. The position of the entire probe unit 100 is feedback-controlled by the servo circuit 109 and the linear motor 110 based on the output from the error signal generator 108. The Z coordinate of the probe 102 is measured by the laser light Fz from the He-Ne laser (not shown) reflected by the mirror 105. Although it is possible to measure the high inclined plane with high accuracy by this method, the measurement of the inclined plane of 75 degrees is a limit even in the improved present.

그러나, 카메라 부착 휴대전화에 사용되는 렌즈, BD(blue-ray disc) 등의 광디스크 기억장치에 사용되는 픽업 렌즈 등의 용도에서는, 해상도의 향상, 집광(集光) 빔 직경의 소직경화를 위해서, 경사면의 경사 각도가 80°를 초과하는 렌즈가 필요하게 되고 있으며, 더욱 고경사면까지의 평가가 요구되고 있다.However, in applications such as lenses used in mobile phones with cameras and pickup lenses used in optical disk storage devices such as blue-ray discs (BDs), for the purpose of improving the resolution and reducing the diameter of the condensed beam, It is necessary to have a lens whose inclination angle of the inclined surface exceeds 80 degrees, and further evaluation to a high inclined surface is required.

그래서, 렌즈를 3 방향으로 기울여, 각각의 설치 방향에서 측정하고, 이 3 방향의 측정 데이터에서 측정 영역이 겹친 2 군데의 데이터를, XZ면 내에서 일치하도록 합성하고, 이 합성한 데이터와 설계 형상과의 차를 평가하는 것이 있었다(예를 들면, 특허 문헌 2 및 비특허 문헌 1 참조).Therefore, the lens is tilted in three directions, measured in each installation direction, and two pieces of data in which the measurement areas overlap in the three-direction measurement data are synthesized to coincide in the XZ plane, and the synthesized data and the design shape are obtained. Some differences were evaluated (for example, refer patent document 2 and nonpatent literature 1).

도 27은, 특허 문헌 2에 기재된 종래의 렌즈의 측정 평가 방법을 나타내는 것이다. 우선, 렌즈를 3 방향으로 기울이고, 각각의 설치 방향에서 측정한다. 이어서, 얻은 3 방향의 측정 데이터(200a, 200b, 200c)를, 측정 영역이 겹친 부분이 XZ 평면 내에서 일치하도록 회전 위치, 좌우 위치를 조정해서 합성한다. 그리고, 합성 후의 데이터(200d)와 설계 형상과의 차를 평가한다.FIG. 27 shows a measurement evaluation method for a conventional lens described in Patent Document 2. As shown in FIG. First, the lens is tilted in three directions and measured in each installation direction. Next, the obtained measurement data 200a, 200b, 200c are synthesized by adjusting the rotational position and the left and right positions so that the portions where the measurement regions overlap with each other coincide in the XZ plane. Then, the difference between the data 200d after the synthesis and the design shape is evaluated.

또한, 종래의 렌즈 특성을 측정 평가하는 방법으로서는, 렌즈를 3 방향으로 기울여, 각각의 설치 방향에서 측정하고, 이 3 방향 중 1개를 참조 데이터로서 정의하고, 이 참조 데이터에 대하여, 다른 2 방향의 측정 데이터에서 측정 영역이 겹친 데이터를, XZ면 내에서 일치하도록 합성하고, 이 합성한 데이터와 설계 형상과의 차를 평가하는 것이 있었다(예를 들면, 특허 문헌 3 참조).In addition, as a method of measuring and evaluating conventional lens characteristics, the lens is inclined in three directions, measured in each installation direction, one of these three directions is defined as reference data, and the other two directions with respect to the reference data. The data in which the measurement areas overlap in the measurement data of was synthesized so as to coincide in the XZ plane, and the difference between the synthesized data and the design shape was evaluated (see Patent Document 3, for example).

도 28은, 특허 문헌 3에 기재된 종래의 렌즈의 측정 평가 방법을 나타내는 것이다. 우선, 렌즈(금형)를 수평으로 설치하고, 중앙부(301a)를 측정한다. 그 후, 렌즈를 기울여(설계 광축(302)을 Y축 주위로 경사지게 함), 렌즈면의 측정기에 대한 경사가 작아진 부분(301b)을 측정한다. 또한, 렌즈를 설계 광축(302)을 중심으로 180도 회전시키고, 렌즈를 경사지게 측정한 동일한 축 상의, 반대 측의 부분(301c)을 측정한다. 그리고, 중앙부(301a)를 기준으로 해서 301b, 301c 부분과 중앙 부분 301a의 측정 영역이 겹친 부분에서 측정 데이터가 일치하도록, 301b, 301c 부분의 측정 데이터를 각각 회전 및 평행 이동시킨다. 즉, 3 방향에서 측정한 데이터를, 중앙부 301a를 기준으로 합성한다. 그리고, 합성 후의 데이터로 형상을 평가한다.FIG. 28 shows a measurement evaluation method for a conventional lens described in Patent Document 3. As shown in FIG. First, the lens (mold) is installed horizontally, and the center portion 301a is measured. After that, the lens is tilted (the design optical axis 302 is inclined around the Y axis) to measure the portion 301b where the tilt of the lens surface with respect to the measuring device is reduced. In addition, the lens is rotated 180 degrees about the design optical axis 302, and the portion 301c on the opposite side on the same axis on which the lens is measured obliquely is measured. Then, the measurement data of the 301b and 301c parts are rotated and moved in parallel so that the measurement data coincides at the portions where the measurement areas of the 301b and 301c parts and the central part 301a overlap with respect to the center part 301a. In other words, data measured in three directions is synthesized based on the central portion 301a. And the shape is evaluated by the data after synthesis | combination.

(특허 문헌 1)(Patent Document 1)

일본국 특개평 6-265340호 공보Japanese Patent Laid-Open No. 6-265340

(특허 문헌 2)(Patent Document 2)

일본국 특개 2005-201656호 공보Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2005-201656

(특허 문헌 3)(Patent Document 3)

국제 공개 제06/082368호 팸플릿International Publication No. 06/082368 Pamphlet

(비특허 문헌 1)(Non-Patent Document 1)

미우라 카쯔히로, 「레이저 프로브 방식에 의한 렌즈 형상 계측 시스템」, O plus E, 주식회사 신기술 커뮤니케이션즈, 서기 2004년 9월, 제46권, 제3호, p1070-1074Miura Katshiro, "Lens shape measurement system by laser probe method", O plus E, New Technology Communications, Inc., September, 2004, Vol. 46, No. 3, p1070-1074

그러나, 종래의 방법에서는, 렌즈를 경사지게 한 축(Y축)과는 다른 축(X축) 주위로 렌즈가 어긋나서 설치되어 있을 경우, 형상 오차가 된다. 즉, X단면의 측정 형상을 얻는 것에 있어서 Y단면의 측정을 실행하고 있지 않고, X축 주위의 회전 방향에 의한 렌즈의 설치 편차가 있으면, 측량 값에 오차를 포함한다. 이하에, 이 점에 대해서 구체적으로 설명한다.However, in the conventional method, when the lens is shifted around an axis (X axis) different from the axis (Y axis) in which the lens is inclined, a shape error occurs. In other words, if the measurement of the Y cross section is not carried out in obtaining the measurement shape of the X cross section, and there is an installation deviation of the lens due to the rotational direction around the X axis, the measurement value includes an error. This point is demonstrated concretely below.

예를 들면 도 29에 나타낸 바와 같이, 유효 직경 1.6mm(반경 R=0.8mm), R=0.8mm의 최외주(最外周) 부분에서의 단면 방향의 렌즈면의 경사각이 75°, 렌즈 정점으로부터의 깊이인 새그(sag)량이 0.5mm인 비구면(非球面) 렌즈를 측정하였을 경우를 생각한다. 도 29에 있어서 X, Y, Z축 주위로 회전을, 각각 A, B 및 C축으로 하고 있다.For example, as shown in FIG. 29, the inclination angle of the lens surface of the cross-sectional direction in the outermost part of effective diameter 1.6mm (radius R = 0.8mm) and R = 0.8mm is 75 degree from the lens vertex. Consider a case where an aspherical lens having a sag amount of 0.5 mm is measured. In FIG. 29, rotations are made around the X, Y, and Z axes as the A, B, and C axes, respectively.

실선(401a)은 X축 주위의 회전(A축)에 의한 편차가 없을 경우의 렌즈 단면을 나타낸다. 한편, 점선(401b)은 측정기의 좌표계에 대하여 X축 주위의 회전(A축)에 1° 기울어서 설치되어 있을 경우의 렌즈 단면을 나타낸다. 렌즈의 정점 부분으로부터 측정을 시작하였을 경우, 렌즈가 측정기의 좌표계에 대하여 A축에서 1° 기울어져 있으면(점선 401b), X=-0.8mm의 위치에서, 스타일러스가 주사(走査)하는 렌즈면 상의 Y축 방향의 위치 Y'는, 새그량 h*sin(1°)로부터, 이하의 식(1)로 나타낸 바와 같이 측정기의 Y축에서 8.73㎛ 어긋난 위치가 된다.The solid line 401a represents the lens cross section when there is no deviation due to rotation about the X axis (A axis). In addition, the dotted line 401b shows the lens cross section when it is installed inclining 1 degree with respect to the coordinate system of a measuring machine (axis A) about an X axis. When the measurement is started from the apex part of the lens, if the lens is inclined 1 ° from the A axis with respect to the coordinate system of the measuring instrument (dotted line 401b), at the position of X = -0.8mm, on the lens surface to which the stylus scans The position Y 'in the Y-axis direction is a position shifted from the sag amount h * sin (1 °) by 8.73 µm from the Y axis of the measuring instrument as shown by the following equation (1).

(식 1)(Equation 1)

Figure 112009056584472-pat00001
Figure 112009056584472-pat00001

또한, Y' 위치에서의 X는, 이하의 식 (2)로 나타내는 값이 된다.In addition, X in a Y 'position becomes a value shown by following formula (2).

(식 2)(Equation 2)

Figure 112009056584472-pat00002
Figure 112009056584472-pat00002

따라서, 렌즈가 측정기의 좌표계에 대하여 A축에서 1° 기울어져 있는 것에 기인하는 Z방향의 오차는, 이하의 식 (3)으로 나타내는 값이 된다.Therefore, the error in the Z direction due to the inclination of the lens by 1 ° with respect to the coordinate system of the measuring instrument becomes a value represented by the following equation (3).

(식 3)(Equation 3)

Figure 112009056584472-pat00003
Figure 112009056584472-pat00003

이 계측 오차에 기인하는 렌즈의 형상 오차가 수정되지 않으면, BD용 등의 렌즈에서는 빔을 작게 죌 수 없어, 카메라 부착 휴대전화용의 렌즈에서는 상이 흐리게 되는 등의 문제가 발생한다.If the shape error of the lens due to this measurement error is not corrected, the beam cannot be made small in a lens such as a BD, and a problem such as an image blurring occurs in a lens for a mobile phone with a camera.

또한, 종래의 방법에서는, 중앙부의 측정 데이터를 기준으로 좌우 부분의 측정 데이터가 겹치도록 합성하므로, 측정 데이터로 데이터를 서로 연결시킬 경우, mm 오더(order)의 형상 변화에 대하여 ㎛ 이하 오더에서의 특징적인 형상으로 데이터를 맞출 필요가 있어, 합성이 용이하지 않다. 또한, 종래의 방법에서는, 프로브 선단(先端)의 반경(프로브 R)에 관한 보정 계산에 오차가 생긴다. 또한, 종래의 방법은, 1 단면의 측정 데이터를 얻기 위해서, 3 방향으로 렌즈를 기울여서 측정할 필요가 있으므로, 측정에 시간이 걸린다.Further, in the conventional method, since the measurement data of the left and right parts are synthesized so as to overlap each other based on the measurement data of the center part, when the data are connected to each other with the measurement data, the order of the shape of the mm order is smaller than the order of µm or less. It is necessary to fit the data in the characteristic shape, and the synthesis is not easy. Moreover, in the conventional method, an error occurs in the correction calculation regarding the radius of the probe tip (probe R). In addition, the conventional method requires measurement by tilting the lens in three directions in order to obtain measurement data of one section.

본 발명은, 상기 종래의 과제를 해결하는 것으로, 렌즈 등의 측정 대상물의 고경사 부분을 고정밀도로 측정하는 것이 가능한 3차원 형상 측정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.This invention solves the said conventional subject and aims at providing the three-dimensional shape measuring method which can measure the high inclined part of measurement objects, such as a lens, with high precision.

본 발명은, 측정물을 Y축 주위로 기울여서 설치한 제1 설치 상태로 하여, 상기 측정물을 상기 제1 설치 상태로부터 상기 측정물의 설계 좌표계의 Z축을 중심으로 90도의 2 이하의 자연수 배(倍)의 각도 증분(增分)으로 1회 이상 회전시켜서 1개 이상의 제2 설치 상태로 하고, 상기 제1 및 제2 설치 상태의 각각에 대해서, 상기 측정물의 설계상의 정점 좌표를 지나가는 X축 방향의 직선 상에 상기 측정물 표면의 X축, Y축 및 Z축의 좌표를 측정해서 제1 측정 데이터 군을 취득하는 동시에, 상기 측정물의 설치상의 정점 좌표를 지나가는 Y축 방향의 직선 상에 상기 측정물 표면의 X축, Y축 및 Z축의 좌표를 측정해서 제2 측정 데이터 군을 취득하고, 상기 제1 및 제2 설치 상태의 각각에 대해서, 상기 제1 및 제2 측정 데이터 군을 사용해서 상기 설계 형상과의 차를 산출하여, 상기 제1 및 제2 설치 상태에 대한 상기 설계 형상과의 차를 합성하는, 3차원 형상 측정 방법을 제공한다.The present invention provides a first installation state in which the measurement object is inclined around the Y-axis, and the measured object is a natural number of 2 or less of 90 degrees around the Z axis of the design coordinate system of the measurement object from the first installation state. In the X-axis direction passing through the vertex coordinates in the design of the measurement object for each of the first and second installation states by rotating one or more times in an angular increment of Measure the coordinates of the X-axis, Y-axis and Z-axis of the workpiece surface on a straight line to obtain a first measurement data group, and simultaneously measure the surface of the workpiece on a straight line in the Y-axis direction passing the vertex coordinates on the installation of the workpiece. Measure the coordinates of the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis to obtain a second measurement data group, and use the first and second measurement data groups for each of the first and second installation states to design the design. Calculate the difference between W, and provides a three-dimensional shape measuring method for synthesis of a difference between the design shape on the first and second installation.

본 발명의 3차원 측정 방법에서는, X축 방향의 직선 상의 기 측정물 표면의 X축, Y축 및 Z축의 좌표인 제1 측정 데이터 군뿐만 아니라, Y축 방향의 직선 상의 기 측정물 표면의 X축, Y축 및 Z축의 좌표인 제2 측정 데이터 군을 사용해서, 설계 형상과의 차를 산출한다. 따라서, X축 주위로 측정물의 설치 위치에 편차가 생기고 있어도, 측정 데이터 군의 X축, Y축 및 Z축 좌표를 바르게 산출할 수 있어, 고경사면을 포함하는 측정물의 단면 형상과 설계 형상과의 차를 고정밀도로 측정할 수 있다. 또한, 제1 설치 상태와, 이 제1 설치 상태로부터 측정물의 설계 좌표계의 Z축 주위로 회전시킨 제2 설치 상태에 대해서, 측정물의 표면을 측정하므로 고경사면을 포함하는 측정물의 하나의 단면 전체에 대해서 설계 형상과의 차를 얻을 수 있다.In the three-dimensional measuring method of the present invention, not only the first measurement data group which is the coordinates of the X-axis, Y-axis, and Z-axis of the surface of the base workpiece on the straight line in the X-axis direction, but also the X of the surface of the base-object on the straight line in the Y-axis direction The difference with a design shape is computed using the 2nd measurement data group which is the coordinate of an axis, a Y axis, and a Z axis. Therefore, even if there is a deviation in the mounting position of the workpiece around the X axis, the X, Y, and Z axis coordinates of the measurement data group can be calculated correctly, and the cross-sectional shape of the workpiece including the high inclined plane and the design shape The difference can be measured with high precision. In addition, since the surface of a workpiece is measured with respect to the 1st mounting state and the 2nd mounting state rotated about the Z axis of the design coordinate system of a workpiece from this 1st installation state, the whole surface of one measuring object including a high inclined surface is measured. The difference from the design shape can be obtained.

예를 들면, 상기 각도 증분은 180도이며, 상기 제2 설치 상태가 1개이다. 이 경우, 측정물의 설계 좌표계의 X축 상의 단면에 대해서 설계 형상과의 차를 고정밀도로 측정할 수 있다.For example, the angle increment is 180 degrees, and the second installation state is one. In this case, the difference with a design shape can be measured with high precision with respect to the cross section on the X axis of the design coordinate system of a workpiece.

또한, 상기 각도 증분은 90도이며, 상기 제2 설치 상태가 3개이어도 좋다. 이 경우, 측정물의 설계 좌표계의 X축 및 Y축의 단면에 대해서 설계 형상과의 차를 고정밀도로 측정할 수 있다.The angle increment may be 90 degrees, and the second installation state may be three. In this case, the difference with a design shape can be measured with high precision about the cross section of the X-axis and Y-axis of the design coordinate system of a workpiece.

구체적으로는, 상기 제1 및 제2 측정 데이터 군을 사용한 상기 설계 형상과의 차의 산출은, 상기 제1 및 제2 측정 데이터 군을 상기 Y축 주위의 경사에 따라서 회전 및 병진(竝進) 이동시켜, 상기 Y축 주위의 경사가 없을 때의 상기 측정물의 상기 설계 좌표계에 좌표 변환하는 예비 좌표 변환을 실행하고, 상기 예비 좌표 변환이 이루어진 상기 제1 및 제2 측정 데이터 군을 상기 측정물의 설계 형상에 맞추도록 좌표 변환하는 얼라인먼트(alignment)를 실행하고, 상기 얼라인먼트가 이루어진 제1 측정 데이터 군과 상기 측정물의 상기 설계 형상과의 차를 산출하는 것이다.Specifically, the calculation of the difference from the design shape using the first and second measurement data groups includes the rotation and translation of the first and second measurement data groups according to the inclination around the Y axis. Move and perform a preliminary coordinate transformation to coordinate transform the design coordinate system of the workpiece when there is no inclination around the Y axis, and design the first and second measurement data groups in which the preliminary coordinate transformation is performed. An alignment is performed to coordinate coordinates to fit the shape, and the difference between the first measurement data group in which the alignment is made and the design shape of the measurement object is calculated.

혹은, 상기 제1 및 제2 측정 데이터 군을 사용한 상기 설계 형상과의 차의 산출은, 상기 제1 및 제2 측정 데이터 군을 상기 Y축 주위의 경사에 따라서 회전 및 병진 이동시켜서, 상기 Y축 주위의 경사가 없을 때의 상기 측정물의 상기 설계 좌표계에 좌표 변환하는 예비 좌표 변환을 실행하고, 상기 예비 좌표 변환이 이루어진 상기 제1 및 제2 측정 데이터 군을 상기 측정물의 설계 형상에 맞추는 제1 얼라인먼트량을 X축, Y축, Z축, A축 및 B축에 대해서 산출하고, 상기 X축, Y축, Z축, A축 및 B축의 제1 얼라인먼트량 중에서 2개 또는 3개를 고정 얼라인먼트량으로서 선택하여, 상기 예비 좌표 변환이 이루어진 상기 제1 측정 데이터 군을, 상기 고정 얼라인먼트량으로 좌표 변환하는 제1 좌표 변환을 실행하고, 상기 제1 좌표 변환이 이루어진 상기 제1 측정 데이터 군을 상기 측정물의 설계 형상에 맞추는 제2 얼라인먼트량을 상기 X축, Y축, Z축, A축 및 B축 중 상기 고정 얼라인먼트량 이외의 축에 대해서 산출하여, 상기 예비 좌표 변환이 이루어진 상기 제1 측정 데이터 군을 상기 고정 얼라인먼트량과 상기 제2 얼라인먼트량으로 좌표 변환하는 제2 얼라인먼트를 실행하고, 상기 제2 얼라인먼트가 이루어진 제1 측정 데이터 군과 상기 측정물의 상기 설계 형상과의 차를 산출하는 것이다.Or calculation of the difference with the said design shape using the said 1st and 2nd measurement data group rotates and translates the said 1st and 2nd measurement data group according to the inclination around the said Y axis, and the said Y axis A first alignment for performing a preliminary coordinate transformation for performing coordinate transformation on the design coordinate system of the measurement object when there is no inclination of the surroundings, and for fitting the first and second measurement data groups in which the preliminary coordinate transformation is performed to the design shape of the measurement object Amounts are calculated for the X-axis, Y-axis, Z-axis, A-axis and B-axis, and two or three of the first alignment amounts of the X-axis, Y-axis, Z-axis, A-axis and B-axis are fixed alignment amounts. Selects as, and performs the first coordinate transformation for coordinate transformation of the first measurement data group subjected to the preliminary coordinate transformation into the fixed alignment amount, and the first measurement data group for which the first coordinate transformation is performed. The first measurement in which the preliminary coordinate transformation is performed by calculating a second alignment amount matching the design shape of the measurement object with respect to an axis other than the fixed alignment amount among the X, Y, Z, A, and B axes. And performing a second alignment for transforming a data group into the fixed alignment amount and the second alignment amount, and calculating a difference between the first measurement data group in which the second alignment is made and the design shape of the measurement object.

이 경우, 설계 데이터의 중심에 대하여, 측정 데이터 군의 점수(點數)가 불균일하게 분포되어 있을 경우, 측정물의 비구면량이 적을 경우나 중간 정도의 경우에서도, 고경사면을 포함하는 측정물의 단면 형상을 고정밀도로 측정할 수 있다.In this case, when the scores of the measurement data groups are unevenly distributed with respect to the center of the design data, the cross-sectional shape of the measured object including the high inclined surface may be reduced even when the aspheric amount of the measured object is small or medium. It can measure with high precision.

상기 예비 좌표 변환을 실행하기 위한 설계 형상은, 실제의 측정물의 형상에 따라서 설계 파라미터를 변환한 것이어도 좋다. 이 경우, 예비 좌표 변환이나 그것에 이어지는 처리를 더욱 고정밀도로 실행하여, 고경사면의 고정밀도 측정이 가능하게 된다.The design shape for performing the said preliminary coordinate conversion may convert the design parameter according to the shape of an actual measured object. In this case, the preliminary coordinate transformation and subsequent processing can be performed with higher accuracy, and high precision measurement of the high inclined surface becomes possible.

상기 제1 및 제2 설치 상태에 대한 상기 설계 형상과의 차의 합성은, 상기 제1 및 제2 설치 상태에 대한 상기 설계 형상과의 차의 중첩을 수동으로 조정하는 것을 포함해도 좋다. 또한, 상기 제1 및 제2 설치 상태에 대한 상기 설계 형상과의 차의 합성은, 상기 제1 및 제2 설치 상태에 대한 상기 설계 형상과의 차에 대해서 각각 최소 제곱법에 의해 근사(近似) 직선을 구하고, 상기 제1 및 제2 설치 상태의 상기 근사 직선이 겹치도록, 상기 제1 및 제2 설치 상태에 대한 상기 설계 형상과의 차를 좌표 변환하는 것을 포함해도 좋다. 이러한 처리에 의해, 고경사면을 포함하는 측정물의 단면 형상과 설계 형상의 차를 더욱 고정밀도로 얻을 수 있다.Synthesis of the difference with the design shape for the first and second installation states may include manually adjusting the overlap of the difference with the design shape for the first and second installation states. Moreover, the synthesis | combination of the difference with the said design shape with respect to the said 1st and 2nd installation state is approximated by the least square method with respect to the difference with the said design shape with respect to the said 1st and 2nd installation state, respectively. A straight line may be obtained and coordinate transformation of the difference with the said design shape with respect to the said 1st and 2nd installation state may be included so that the said approximation straight line of a said 1st and 2nd installation state may overlap. By this processing, the difference between the cross-sectional shape and the design shape of the workpiece including the high inclined surface can be obtained with higher accuracy.

상기 제2 측정 데이터 군 대신에 면상(面上) 측정 데이터를 사용하면, 측정물의 3차원 형상을 측정 가능하게 된다.If planar measurement data is used instead of the second measurement data group, the three-dimensional shape of the measurement object can be measured.

이상과 같이, 본 발명의 3차원 형상 측정 방법에서는, 측정물을 기울게 해서 설치한 제1 설치 상태와, 이 제1 설치 상태로부터 측정물의 설계 좌표계의 Z축 주위로 회전시킨 제2 설치 상태에 대해서, X축 방향의 직선 상의 측정물 표면의 X축, Y축 및 Z축의 좌표인 제1 측정 데이터 군뿐만 아니라, Y축 방향의 직선 상의 측정물 표면의 X축, Y축 및 Z축의 좌표인 제2 측정 데이터 군을 사용해서, 설계 형상과의 차를 산출한다. 따라서, X축 주위로 측정물의 설치 위치에 편차가 생기고 있어도, 측정 데이터 군의 X축, Y축 및 Z축 좌표를 바르게 산출할 수 있어, 고경사면을 포함하는 측정물의 어느 단면 전체의 형상과 설계 형상과의 차를 고정밀도로 측정할 수 있다.As described above, in the three-dimensional shape measuring method of the present invention, the first installation state in which the measurement object is inclined and the second installation state rotated around the Z axis of the design coordinate system of the measurement object from the first installation state. , The first measurement data group that is the coordinates of the X, Y, and Z axes of the workpiece surface on the straight line in the X axis direction, as well as the coordinates of the X, Y, and Z axes of the workpiece surface on the straight line in the Y axis direction. The difference with a design shape is computed using 2 measurement data groups. Therefore, even if there is a deviation in the mounting position of the workpiece around the X axis, the X, Y, and Z axis coordinates of the measurement data group can be calculated correctly, and the shape and design of the entire cross section of the workpiece including the high inclined plane can be calculated. The difference from the shape can be measured with high accuracy.

이어서, 첨부 도면을 참조해서 본 발명의 실시형태를 상세히 설명한다. 첨부 도면에 있어서, 좌표 축에 대해서 측정기 자체에 대해 설정된 3차원 공간에 고정 직교 좌표 축과, 렌즈의 설계 좌표 축을 구별할 필요가 있을 경우, 전자(前者)에 「(UA3P)」를 첨부하고 후자(後者)에는 「(Lens)」를 첨부하고 있다.Next, embodiment of this invention is described in detail with reference to an accompanying drawing. In the accompanying drawings, when it is necessary to distinguish between the fixed Cartesian coordinate axis and the design coordinate axis of the lens in the three-dimensional space set for the measuring device itself with respect to the coordinate axis, the former is attached with (UA3P) and the latter. "(Lens)" is attached to (者).

(제1 실시형태)(First embodiment)

도 1은 본 발명의 3차원 형상 측정 방법을 실행 가능한 3차원 형상 측정기(이하에, 간단히 측정기)(1)를 나타낸다. 측정기(1)는 하부 석정반(石定盤)(2) 상에 모터 구동의 X축 스테이지(3)와 Y축 스테이지(4)를 통해서 탑재된 상부 석정반(5)을 구비한다. 상부 석정반(5)에는 프로브 유닛(100)(도 26을 참조해서 설명한 것과 같음)이 Z축 방향으로 이동 가능하게 탑재되어 있다. He-Ne 레이저(6)로부터의 레이저 광은 광학계(7)에 의해 XYZ축 방향의 레이저 광 Fx, Fy, Fz에 분기(分岐)된다. 레이저 광 Fx는, 하부 석정반(2)에 고정된 X축 미러(8)에 조사(照射)되어 X 좌표가 측정된다. 마찬가지로, 레이저 광 Fy는, 하부 석정반(2)에 고정된 Y축 미러(9)에 조사되어 Y 좌표가 측정된다. Z축 레이저 광 Fz는 2개로 분기되어, 하부 석정반(2)의 상부에 고정된 Z축 미러와 스타일러스(101) 상단의 미러(105)(도 26 참조)의 반사광으로부터 측정면 상의 Z 좌표가 측정된다.1 shows a three-dimensional shape measuring device (hereinafter, simply a measuring device) 1 capable of executing the three-dimensional shape measuring method of the present invention. The measuring device 1 includes an upper stone panel 5 mounted on a lower stone panel 2 via an X-axis stage 3 and a Y-axis stage 4 driven by a motor. The probe unit 100 (as described with reference to FIG. 26) is mounted on the upper stone panel 5 so as to be movable in the Z-axis direction. The laser light from the He-Ne laser 6 branches into the laser light Fx, Fy, Fz in the XYZ axis direction by the optical system 7. The laser beam Fx is irradiated to the X-axis mirror 8 fixed to the lower stone tablet 2, and X coordinate is measured. Similarly, laser light Fy is irradiated to the Y-axis mirror 9 fixed to the lower stone tablet 2, and Y coordinate is measured. The Z-axis laser light Fz is bifurcated into two, so that the Z-coordinate on the measurement surface is determined from the reflected light of the Z-axis mirror fixed to the upper part of the lower stone tablet plate 2 and the mirror 105 (see FIG. 26) on the top of the stylus 101. Is measured.

도 2를 아울러 참조하면, 측정물인 렌즈(11)(렌즈에 한정되지 않고, 예를 들면 렌즈 성형용의 금형이어도 좋음) 설치용의 치구(治具)(12)는, A축 고니오스테이지(gonio-stage)(13), 랙 피니언(rack pinion)식의 XY 스테이지(14) 및 B축 고니오스테이지(15)(모두 수동식임)를 통해서 하부 석정반(2) 상에 배치되어 있다. 렌즈(11)를 Y축 주위로 B축 고니오스테이지(14)에서 회전해서 비스듬히 설치하고, A축 고니오스테이지(13)에서 X축 주위의 회전 방향을 조정할 수 있다. 또한, XY 스테이지(14)에 의해 렌즈(11)의 XY축 방향의 위치를 미세 조정할 수 있다. 치구(12)는 B축 고니오스테이지(15)에 고정된 테이퍼 스페이서(taper spacer)(16)와, 이 테이퍼 스페이서(16) 상에 배치되는 상부 플레이트(upper plate)(17)를 구비한다. 렌즈(11)는 지지 클로(support claw)(18)에 의해 상부 플레이트(17)에 착탈(着脫) 가능하게 장착된다. 테이퍼 스페이서(16)의 상면은 수평에 대하여 10도의 경사를 이루고 있다. 상부 플레이트(17)는 테이퍼 스페이서(16)의 상면에 대하여 3점(點) 지지되어 있다. 테이퍼 스페이서(16)에 대한 상부 플레이트(17)는 2개의 위치 결정 핀(19)으로써 테이퍼의 상면에 대한 C축의 각도 위치가 위치 결정되어 있으며, 위치 결정 핀(19)에서 떼어내 기계적으로 회전시킴으로써, 상부 플레이트(17)를 테이퍼 스페이서(16)에 대하여 90도씩 기계적으로 회전 가능하게 구성되어 있다.2, the jig | tool 12 for installation of the lens 11 (it is not limited to a lens but may be a metal mold | die for lens formation) which is a measurement object is A-axis gonio stage (gonio) stage 13, rack pinion-type XY stage 14, and B-axis gonio stage 15 (both of which are manual) are arranged on lower stone platform 2. The lens 11 can be rotated around the Y-axis at the B-axis goni stage 14 and installed at an angle, and the rotation direction around the X-axis can be adjusted at the A-axis goni stage 13. In addition, the position in the XY axis direction of the lens 11 can be finely adjusted by the XY stage 14. The jig 12 includes a taper spacer 16 fixed to the B-axis gonio stage 15 and an upper plate 17 disposed on the taper spacer 16. The lens 11 is detachably attached to the upper plate 17 by a support claw 18. The upper surface of the taper spacer 16 has the inclination of 10 degrees with respect to the horizontal. The upper plate 17 is supported by three points with respect to the upper surface of the tapered spacer 16. The upper plate 17 with respect to the taper spacer 16 has two positioning pins 19 for positioning the angular position of the C axis with respect to the upper surface of the taper, and is detached from the positioning pins 19 and mechanically rotated. The upper plate 17 is configured to be rotatable mechanically by 90 degrees with respect to the tapered spacer 16.

컴퓨터 및 그 주변기기에 의해 구성되는 제어?연산 장치(21)는, 미리 기억된 프로그램에 근거해서 측정기(1) 전체의 동작을 제어해서 측정을 실행하는 동시에, 측정 데이터에 대한 각종 연산을 실행한다. 구체적으로는, 제어?장치(21)는, 프로브(103)의 하단의 스타일러스(101)에 대하여 측정물로서의 렌즈(11)의 표면으로부터 동작하는 힘이 일정하게 되도록 프로브 유닛(100) 전체를 Z 방향에 피드백 제어하는 서보(servo)를 걸면서, X축 스테이지(3), Y축 스테이지(4)에 의해, Z 방향으로 이동하는 프로브 유닛(100)을 X 혹은 Y 방향에 순차 주사하여, 소정의 XY 방향의 공급 피치로, 형상 데이터의 점 군을 취득해서 기억한다. 제어?연산 장치(21)에는, 예를 들면 디스플레이와 그 주변기기인 출력 장치(22)와, 키보드, 마우스 등을 포함하는 입력 장치(23)가 접속되어 있다. 출력 장치(22)에 의해 제어?장치(21)의 연산 결과 등이 출력 또는 표시되며, 입력 장치(23)에 의해 제어?장치(21)에 대한 지령을 입력할 수 있다.The control and computing device 21 constituted by the computer and its peripheral device controls the operation of the entire measuring device 1 based on the program stored in advance, performs the measurement, and executes various operations on the measurement data. Specifically, the control device 21 is configured to Z the entire probe unit 100 such that the force acting from the surface of the lens 11 as a measurement object with respect to the stylus 101 at the lower end of the probe 103 is constant. While applying a servo for feedback control in the direction, the probe unit 100 moving in the Z direction is sequentially scanned in the X or Y direction by the X-axis stage 3 and the Y-axis stage 4. At a supply pitch in the XY direction, a point group of shape data is acquired and stored. The control and computing device 21 is connected to, for example, a display, an output device 22 serving as a peripheral device thereof, and an input device 23 including a keyboard, a mouse, and the like. The output result of the operation of the control device 21 or the like is output or displayed by the output device 22, and the command to the control device 21 can be input by the input device 23.

이하에, 도 3의 플로차트를 참조해서, 본 실시형태의 3차원 형상 측정 방법을 설명한다. 우선, 하부 석정반(2)에 대하여 렌즈(11)를 기울여서 설치한다(단계 S3-1). 구체적으로는, 도 6에 나타낸 바와 같이, 렌즈(11)의 마크(11a)가 측정기(1)의 Y축 마이너스 측에 오도록 렌즈(11)를 설치한다. 마크(11a)는 성형 시의 플라스틱의 주입 부분이나, 금형 가공 시의 마킹 등을 이용해서 형성할 수 있다. 또한, 렌즈(11)는 Y축을 회전 중심으로 해서(B축 방향에) 비스듬히 경사지어서 설치한다. 이 렌즈(11)의 Y축 주위의 경사는, B축 고니오스테이지(15)에 의해 조정할 수 있다. 측정기(1)의 측정 가능 한계 각도가 60도이고, 렌즈면의 최대 경사 각도가 80도인 경우, 렌즈(11)를 Y축 주위의 경사 각도를 20도로 하면, 렌즈면의 X축 방향의 마이너스 측의 X축 상의 부분은, 측정기(1)의 측정 가능 한계 각도 내에 측정면의 각도를 억제할 수 있어, 3차원 측정이 가능하게 된다.Below, the three-dimensional shape measuring method of this embodiment is demonstrated with reference to the flowchart of FIG. First, the lens 11 is inclined with respect to the lower stone slab 2 (step S3-1). Specifically, as shown in FIG. 6, the lens 11 is provided so that the mark 11a of the lens 11 is on the negative side of the Y axis of the measuring device 1. The mark 11a can be formed using the injection part of the plastic at the time of shaping | molding, the marking at the time of metal mold | die processing, etc. In addition, the lens 11 is installed inclined at an angle with the Y-axis as the rotation center (in the B-axis direction). The inclination of the lens 11 around the Y axis can be adjusted by the B axis gonio stage 15. When the measurable limit angle of the measuring device 1 is 60 degrees and the maximum tilt angle of the lens surface is 80 degrees, when the tilt angle of the lens 11 around the Y axis is 20 degrees, the negative side of the lens surface in the X-axis direction The part on the X-axis of a part can suppress the angle of a measurement surface within the measurable limit angle of the measuring device 1, and three-dimensional measurement becomes possible.

이어서, 측정용 NC 경로를 설정한다(단계 S3-2). 도 6을 참조하면, 측정용 NC 경로에는, X축 방향의 측정 경로(실선 L11)와 Y축 방향의 측정 경로(점선 L12)가 있다. X축 방향의 측정 경로 L11은, B축으로 비스듬히 기울여서 설치한 상태에서의 렌즈(11)의 정점 위치 Pt(Z축 방향의 위치가 가장 높은 점)를 통과하는 축의 단면에 따른 X축 방향의 직선 상으로 한다. Y축 방향의 측정 경로 L22는, B축으로 비스듬히 기울여서 설치한 상태에서의 렌즈(11)의 정점 위치 Pt를 지나는 축의 단면에 따른 Y축 방향의 직선 상으로 한다. 또한, X축 및 Y축 방향의 측정 경로 L11, L12는, Y축 주위로 기울여서 설치된 렌즈면을 측정할 때에, 측정의 최대 경사각의 범위 내에 들어가도록 설정한다.Next, a measuring NC path is set (step S3-2). Referring to FIG. 6, the measurement NC path includes a measurement path in the X-axis direction (solid line L11) and a measurement path in the Y-axis direction (dashed line L12). The measurement path L11 in the X-axis direction is a straight line in the X-axis direction along the cross section of the axis passing through the vertex position Pt (the point in which the Z-axis position is the highest point) of the lens 11 in a state inclined at an angle to the B-axis. Let's do it. The measurement path L22 in the Y-axis direction is a straight line in the Y-axis direction along the cross section of the axis passing through the vertex position Pt of the lens 11 in a state inclined at an angle to the B-axis. In addition, the measurement paths L11 and L12 in the X-axis and Y-axis directions are set so as to fall within the range of the maximum inclination angle of the measurement when measuring the lens surface inclined around the Y-axis.

이어서, Y축 주위로 비스듬히 향한 상태를 유지한 채로, 렌즈(11)의 정점 위치 Pt에 스타일러스(101)를 이동시키는 센터링(centering)을 실행한다(단계 S3-3). 이 센터링은, XY 스테이지(3, 4)에 의해 스타일러스(101)가 렌즈 정점 위치 Pt에 오도록 XY축 방향으로 이동시킴으로써 실행한다.Subsequently, centering is performed to move the stylus 101 to the vertex position Pt of the lens 11 while maintaining the state facing obliquely around the Y axis (step S3-3). This centering is performed by moving the stylus 101 in the XY axis direction so that the stylus 101 is at the lens vertex position Pt by the XY stages 3 and 4.

이어서, 측정과 측정 데이터의 보존을 실행한다(단계 S3-4). 구체적으로는, 전술(前述)한 측정 경로 L11, L12를 따라 X축 방향 및 Y축 방향의 축 상에서 스타 일러스(101)를 이동시킨다. 우선, 비스듬히 설치한 상태에서의 렌즈(11)의 정점 위치 Pt를 측정의 개시점으로 하고, X축 방향의 축 상을 측정기(1)의 최대 경사각의 범위 내에서, 스타일러스(101)와 렌즈(11)에 동작하는 힘을 일정하게 하도록 서보를 걸면서 스타일러스(101)를 주사하여, 그 때의 스타일러스(101)의 위치(XYZ 좌표)를 순차 측정하고, X축 방향의 측정 데이터 군으로서 기억 내지 보존한다. 또한, 비스듬히 설치한 상태에서의 렌즈(11)의 정점 위치 Pt를 측정의 개시점으로 하고, Y축 방향의 축 상을 측정기(1)의 최대 경사각의 범위 내에서, 스타일러스(101)와 렌즈(11)에 동작하는 힘을 일정하게 하도록 서보를 걸면서 스타일러스(101)를 주사하여, 그 때의 스타일러스(101)의 위치(XYZ 좌표)를 순차 측정하고, Y축 방향의 측정 데이터 군으로서 기억 내지 보존한다.Next, measurement and storage of the measurement data are executed (step S3-4). Specifically, the stylus 101 is moved on the X-axis direction and the Y-axis direction along the aforementioned measurement paths L11 and L12. First, the apex position Pt of the lens 11 in an oblique position is set as a starting point of the measurement, and the axial image and the lens (in the X-axis direction are within the range of the maximum tilt angle of the measuring device 1). 11) Scan the stylus 101 while applying the servo to make the operating force constant, and measure the position (XYZ coordinate) of the stylus 101 at that time sequentially and store it as a measurement data group in the X-axis direction. Preserve In addition, the apex position Pt of the lens 11 in an oblique position is set as a starting point of the measurement, and the axial image and the lens (the axial image in the Y-axis direction are within the range of the maximum tilt angle of the measuring device 1). 11) Scan the stylus 101 while applying the servo to make the operating force constant, and measure the position (XYZ coordinate) of the stylus 101 at that time sequentially and store it as a measurement data group in the Y-axis direction. Preserve

그 후, X축 및 Y축 방향의 측정 데이터 군과, 렌즈(11)의 설계식과의 차를 구하는 얼라인먼트 처리를 실행한다(단계 S3-5). 계속해서, 얼라인먼트 처리의 결과에 기초하여 틸트 조정의 필요와 불필요를 판단한다(단계 S3-6). 구체적으로는, 얼라인먼트 처리의 결과, 측정기(1)의 X축 주위의 회전 방향(A축)에서의 설치 편차가 클 경우(예를 들면 1° 이상), 얼라인먼트 처리에 의해 얻어지는 X축 주위의 (A축)의 회전량(측정 데이터 군을 렌즈(11)의 설계식에 맞추기 위해서 필요한 X축 주위의 회전량)에 상당하는 양만큼, A축 고니오스테이지(13)를 조작해서 렌즈(11)를 X축 주위로 회전시켜, 렌즈(11)의 X축 주위의 설치 각도가, 측정기(1)에 경사지지 않도록 틸트 조정한다(단계 S3-7). 틸트 조정 후, 다시 센터링으로부터 틸트 조정의 필요와 불필요 판단까지를 반복한다(단계 S3-6). 한편, 얼라인먼트 처리의 결과, 측정기(1)의 X축 주위의 회전 방향에서의 렌즈(11)의 설치 편차가 충분히 작아져 있다면(예를 들면 10분 이하 정도), 단계 S3-1에서 설정한 자세에서의 렌즈(11)의 X축 방향 및 Y축 방향의 측정을 종료하고, 단계 S3-8에 이행한다. 이 틸트 조정이 불필요하게 된 시점에서, 단계 S3-1에서 설정한 자세로 측정한 렌즈(11)의 최종적인 X축 및 Y축 방향의 측정 데이터 군을 얻을 수 있다. 최종적으로 얻은 X축 방향의 측정 데이터 군은, 렌즈(11)의 X축의 마이너스 방향의 고경사면의 데이터이다.After that, an alignment process for calculating the difference between the measurement data group in the X-axis and Y-axis directions and the design formula of the lens 11 is executed (step S3-5). Subsequently, it is determined whether or not the tilt adjustment is necessary based on the result of the alignment process (step S3-6). Specifically, as a result of the alignment process, when the installation deviation in the rotation direction (A axis) around the X axis of the measuring device 1 is large (for example, 1 ° or more), the area around the X axis obtained by the alignment process ( The lens 11 is operated by operating the A-axis gonio stage 13 by an amount corresponding to the amount of rotation of the A-axis) (the amount of rotation around the X-axis necessary for fitting the measurement data group to the design formula of the lens 11). Is rotated around the X axis, and the tilt angle is adjusted so that the installation angle around the X axis of the lens 11 is not inclined to the measuring device 1 (step S3-7). After the tilt adjustment, the process is repeated from the centering to the necessity and unnecessary determination of the tilt adjustment (step S3-6). On the other hand, if the mounting deviation of the lens 11 in the rotation direction around the X axis of the measuring device 1 is sufficiently small as a result of the alignment process (for example, about 10 minutes or less), the attitude set in step S3-1 The measurement of the X-axis direction and the Y-axis direction of the lens 11 at is finished, and the flow proceeds to step S3-8. When this tilt adjustment is no longer necessary, the final measurement data group in the X- and Y-axis directions of the lens 11 measured in the posture set in step S3-1 can be obtained. The measurement data group in the X-axis direction finally obtained is data of the high inclined plane in the negative direction of the X-axis of the lens 11.

단계 S3-8에서는, 렌즈면 상의 측정 개소를 변경하기 위해서, 렌즈(11)의 경사를 변경한다. 구체적으로는, 렌즈(11)의 설계 좌표계에서의 Z축을 기준으로, 렌즈(11)의 마크(11a)가 Y축 상의 플러스 측에 오도록, 렌즈(11)를 180도 회전시켜서 고쳐 설치한다. 이 렌즈(11)의 회전은, 설치용 치구(12)의 상부 플레이트(17)를 테이퍼 스페이서(16)로부터 일단 떼어내서 180도 방향을 변경한 후, 다시 테이퍼 스페이서(16)에 대하여 위치 결정 핀(19)으로 위치 결정해서 부착함으로써 가능하다.In step S3-8, the inclination of the lens 11 is changed in order to change the measurement location on the lens surface. Specifically, the lens 11 is rotated 180 degrees so as to be fixed so that the mark 11a of the lens 11 is on the plus side on the Y axis with respect to the Z axis in the design coordinate system of the lens 11. Rotation of the lens 11 removes the upper plate 17 of the mounting jig 12 from the tapered spacer 16 once, changes the direction of 180 degrees, and then again moves the positioning pin (with respect to the tapered spacer 16). 19) by positioning and attaching.

렌즈(11)의 경사를 변경한 후, 경사 변경 전과 마찬가지로, 측정용 NC 경로의 설정(단계 S3-9)을 실행하고, 측정기(1)의 X축 주위의 회전 방향에서의 렌즈(11)의 설치 편차가 충분히 작아질 때까지, 센터링(단계 S3-10), X축 방향 및 Y축 방향의 측정과 측정 데이터의 보존(단계 S3-11) 및 틸트 조정(단계 S3-14)을 반복한다. 렌즈(11)의 경사를 변경한 후의 측정용 NC 경로는 경사 변경 전과 마찬가지이며, X축 방향의 측정 경로는, B축으로 비스듬히 기울여서 설치한 상태에서의 렌즈(11)의 정점 위치 Pt를 지나는 축의 단면을 따른 X축 방향의 직선 상이며, Y축 방향의 측정 경로 L22는, B축으로 비스듬히 기울여서 설치한 상태에서의 렌즈(11)의 정점 위치 Pt를 지나는 축의 단면을 따른 Y축 방향의 직선 상으로 한다. 측정기(1)의 X축 주위의 회전 방향에서의 렌즈(11)의 설치 편차가 충분히 작아져, 단계 S3-13에서 틸트 조정이 불필요하게 된 시점에서, 단계 S3-8에서 변경한 자세에서의 렌즈(11)의 최종적인 X축 및 Y축 방향의 측정 데이터 군을 얻을 수 있다. 최종적으로 얻은 X축 방향의 측정 데이터 군은, 렌즈(11)의 X축의 플러스 방향 고경사면의 데이터이다.After changing the inclination of the lens 11, the setting of the measuring NC path (step S3-9) is performed as before the inclination change, and the lens 11 in the rotational direction around the X axis of the measuring device 1 Centering (step S3-10), measurement in the X-axis direction and Y-axis direction, storage of measurement data (step S3-11) and tilt adjustment (step S3-14) are repeated until the installation deviation becomes small enough. The measuring NC path after changing the inclination of the lens 11 is the same as before changing the inclination, and the measuring path in the X-axis direction of the axis passing through the vertex position Pt of the lens 11 in a state inclined at an angle to the B axis is installed. A straight line in the X-axis direction along the cross section, and the measuring path L22 in the Y-axis direction is in a straight line in the Y-axis direction along the cross section of the axis passing through the vertex position Pt of the lens 11 in a state inclined at an angle to the B-axis. It is done. The lens in the posture changed in step S3-8 when the installation deviation of the lens 11 in the rotational direction around the X axis of the measuring device 1 becomes small enough, and the tilt adjustment becomes unnecessary in step S3-13. The measurement data group of the final X-axis and Y-axis directions of (11) can be obtained. The measurement data group in the X-axis direction finally obtained is data of the positive direction high inclined plane of the X-axis of the lens 11.

이어서, 2개의 자세에서 각각 측정한 X축 방향 및 Y축 방향의 측정 데이터 군에 대하여, 좌표 변환, 얼라인먼트 처리 및 데이터 합성을 실행한다(단계 S3-15). 이하에, 도 4를 참조하여, 좌표 변환, 얼라인먼트 및 데이터 합성을 구체적으로 설명한다.Subsequently, coordinate transformation, alignment processing, and data combining are performed on the measurement data groups in the X-axis direction and the Y-axis direction measured in each of the two postures (step S3-15). Hereinafter, with reference to FIG. 4, coordinate transformation, alignment, and data synthesis are demonstrated concretely.

우선, 비스듬히 기울여서 설치(단계 S3-1, S3-8)된 렌즈(11)의, 렌즈 설계 좌표계(렌즈(11)를 수평으로 설치하였을 경우)에 대한 오프셋량(offset amount)을 산출한다(단계 S4-1). 렌즈(11)를 비스듬히 설치하였을 경우의 측정 데이터 군은 도 7A의 점선으로 나타내는 상태에 있다. 그래서, 렌즈 설계 좌표계에서의, 설계식 상의 경사 설치 위치에서의 오프셋, 즉 도 7B에 나타내는 렌즈의 정점 오프셋 위치(Xtoff, Ytoff, Ztoff)를 산출한다.First, an offset amount with respect to the lens design coordinate system (when the lens 11 is installed horizontally) of the lens 11 installed at an inclined angle (steps S3-1 and S3-8) is calculated (steps). S4-1). The measurement data group in the case where the lens 11 is provided at an angle is in a state indicated by a dotted line in FIG. 7A. Thus, the offset at the tilting installation position in the design formula in the lens design coordinate system, that is, the vertex offset positions Xtoff, Ytoff, and Ztoff of the lens shown in Fig. 7B are calculated.

이어서, 2개의 비스듬히 기울인 설치(단계 S3-1, S3-8)에서 측정한 X축 및 Y축의 측정 데이터(단계 S3-1~S3-7 및 단계 S3-8~S3-14), 즉 경사 설치 위치 측정 데이터를, 단계 S4-1에서 산출한 오프셋량으로 좌표 변환한다(단계 S4-2). 구체적으로는, 모든 경사 설치 위치 측정 데이터를, 단계 S4-1에서 산출한 오프셋량에 근거하여, 우선 B만 회전 이동하고, 계속해서 렌즈 설계 좌표계에서의 정점 위치와, 렌즈를 비스듬히 설치하였을 경우의 정점 위치 Pt의 차 분량만큼 병진 이동시켜, 도 7B에서 점선으로 나타내는 바와 같이 좌표 변환한다.Subsequently, the measurement data (steps S3-1 to S3-7 and steps S3-8 to S3-14) measured in the two obliquely installed stages (steps S3-1 and S3-8), that is, the sloped installation The position measurement data is coordinate-converted to the offset amount calculated in step S4-1 (step S4-2). Specifically, based on the offset amount calculated in step S4-1, all inclination-mounted position measurement data is first rotated only by B, and then the vertex position in the lens design coordinate system and the lens are installed at an angle. The translation is performed by the difference amount of the vertex position Pt, and coordinate-converted as shown by the dotted line in FIG. 7B.

그 후, 도 9에 나타낸 바와 같이, 측정 시에 렌즈(11)를 Z축 주위로 회전시켜서 설치한 분량만큼, Z축 주위의 좌표 변환을 실행하여, 설계 위치에 좌표 변환한다(단계 S4-3).Then, as shown in FIG. 9, coordinate conversion about a Z axis | shaft is performed by the amount of the lens 11 rotated around the Z axis | shaft at the time of a measurement, and it carries out coordinate conversion to a design position (step S4-3). ).

단계 S4-2, S4-3의 좌표 변환 후의 측정 데이터는, 프로브(102) 하단의 스타일러스(101)가 있는 유한한 반경을 갖는 것에 기인하는 오프셋(프로브 R 분량의 오프셋)을 포함하고 있다. 그래서, 단계 S4-4에 있어서, 단계 S4-2, S4-3의 좌표 변환 후의 측정 데이터에 대하여, 프로브 R 분량의 오프셋을 제거하는 보정 프로브 R을 실행한 뒤에, 렌즈(11)의 설계식(設計式) 형상과의 차를 최소화해서 그때의 차를 구하는 설계식으로의 얼라인먼트 처리를 실행한다. 이하에, 단계 S4-4의 설계식으로의 얼라인먼트 처리에 대해서 도 5를 참조해서 설명한다.The measurement data after the coordinate transformation of steps S4-2 and S4-3 includes an offset (probe R offset) due to having a finite radius with the stylus 101 at the bottom of the probe 102. Thus, in step S4-4, the design formula of the lens 11 is executed after the correction probe R for removing the offset of the probe R amount is performed on the measurement data after the coordinate transformation of steps S4-2 and S4-3. The alignment process is executed in a design formula that minimizes the difference with the shape and finds the difference at that time. Hereinafter, the alignment process by the design formula of step S4-4 is demonstrated with reference to FIG.

우선, 수동으로의 이동 계산을 실행한다(단계 S5-1). 구체적으로는, 출력 장치(22)의 디스플레이에 그래픽으로서 측정 데이터와 설계식을 표시하고, 입력 장치(23)의 조작에 의해 설계식에 가능한 한 맞추도록 측정 데이터를 평행 이동이나 회전 이동시킨다.First, manual movement calculation is performed (step S5-1). Specifically, the measurement data and the design formula are displayed graphically on the display of the output device 22, and the measurement data is parallel-moved or rotated so as to match the design formula as much as possible by the operation of the input device 23.

단계 S5-2에서 후술하는 RMS값의 산출이 첫 회일 경우, 즉 단계 S5-1~S5-8 의 루프를 최초로 실행할 때는, 후술하는 누적 얼라인먼트 결과는 미산출이므로 단계 S5-3을 실행하는 일 없이, 단계 S5-4의 프로브 R 보정을 실행한다.When the calculation of the RMS value to be described later in step S5-2 is the first time, that is, when the loop of steps S5-1 to S5-8 is executed for the first time, the cumulative alignment result described later is not calculated, so that step S5-3 is not executed. The probe R correction of step S5-4 is executed.

도 8을 참조해서 프로브 R 보정(단계 S5-4)의 순서를 설명한다. 도 8에 있어서, 선단 형상이 구형(球型)인 스타일러스(101)에 대하여 렌즈(11)에 포커스(focus)를 더한 상태에서, 렌즈 좌표계로 X축 방향에 소정의 샘플링 피치로 주사해서 얻은 측정 데이터 군은 점선 L31로 나타내진다. 렌즈면의 형상(X, Y, Z)이 Z=f(X, Y)로 나타내져 있을 경우, 도 8의 프로브 위치에서의 프로브 중심 좌표 Xm에서의, 렌즈면의 법선 방향의 경사는 화살표 V11로 나타난다. Xm에서의 프로브 중심 위치를 기점으로 하여, 이 화살표 V11의 역방향의 벡터 V12와 렌즈면과의 교점 X'는, 벡터 V12와 Z=f(X, Y)를 조합함으로써 구할 수 있다. 그러나, 이 X' 점은 스타일러스(101)와 렌즈면과의 참된 접촉점으로부터 떨어진 위치에 있다. 이 계산 오차를 줄이기 위해서, X'의 X 위치에서의 렌즈면의 법선과 역방향의 벡터 V13을 산출하고, 이 벡터 V13이 Xm에서의 프로브 중심 위치를 기점으로 하는 때의 렌즈면과의 교점 X''를 구한다(X'는 벡터 V13과 Z=f(X, Y)를 조합함으로써 구할 수 있다). 이어서, X''를 새롭게 X'로 해서 재차 X''를 구한다. X'와 X''의 2점 간 거리의 차가 측정기(1)의 분해능보다 충분히 작아질 때까지 이 계산을 반복하여, 참된 접촉점에 근사한 값으로서 산출한다.The procedure of probe R correction (step S5-4) is demonstrated with reference to FIG. In Fig. 8, the measurement obtained by scanning at a predetermined sampling pitch in the X-axis direction with a lens coordinate system while focusing on the lens 11 with respect to the stylus 101 having a spherical tip shape. The data group is represented by dashed line L31. When the shape (X, Y, Z) of the lens surface is represented by Z = f (X, Y), the inclination in the normal direction of the lens surface at the probe center coordinate Xm at the probe position of FIG. 8 is indicated by the arrow V11. Appears. From the probe center position at Xm as a starting point, the intersection X 'between the vector V12 in the reverse direction of the arrow V11 and the lens surface can be obtained by combining the vector V12 and Z = f (X, Y). However, this X 'point is at a position away from the true point of contact between the stylus 101 and the lens surface. In order to reduce this calculation error, the vector V13 in the opposite direction to the normal of the lens surface at the X position of X 'is calculated, and the intersection point X' with the lens surface when the vector V13 is based on the probe center position at Xm. '(X' can be obtained by combining the vectors V13 and Z = f (X, Y)). Subsequently, X '' is newly determined as X ', and X' is obtained again. This calculation is repeated until the difference between the distance between the two points X 'and X' 'becomes smaller than the resolution of the measuring device 1, and is calculated as a value close to the true contact point.

프로브 R 보정 후, 프로브 R 보정된 측정 데이터 군 중, 미리 설정된 렌즈(11)의 유효 반경 ER 영역 내의 데이터를 추출한다(단계 S5-5). 즉, 본 실시형태에서 설계식과의 얼라인먼트의 대상 영역(얼라인먼트 유효 직경)은, 렌즈(11)의 유효 반경 ER에 포함되는 모든 측정 데이터이다.After the probe R correction, the data in the effective radius ER region of the lens 11 set in advance is extracted from the probe R corrected measurement data group (step S5-5). That is, in this embodiment, the target area (alignment effective diameter) of alignment with a design formula is all the measurement data contained in the effective radius ER of the lens 11.

이어서, 최소 제곱법에 의해 XYZAB축의 얼라인먼트량을 산출한다(단계 S5-6). 구체적으로는, 단계 S5-5에서 추출된 프로브 R 보정 완료된 측정 데이터 군의 각각의 점과, 렌즈(11)의 설계 형상(렌즈(11)의 설계식이 대응하는 점)과의 차의 제곱 합을 최소로 하는 최소 제곱법을 실행하여, 추출된 프로브 R 보정 완료된 측정 데이터 군과 설계 형상과의, X축, Y축 및 Z축의 병진 방향의 편차인 얼라인먼트량 dX, dY, dZ, X축 및 Y축 주위의 회전의 편차인 얼라인먼트량 dA, dB를 산출한다. 이 산출한 얼라인먼트량 dX, dY, dZ, dA, dB는 누적 얼라인먼트 결과로서 기억한다.Next, the alignment amount of the XYZAB axis is calculated by the least square method (step S5-6). Specifically, the sum of the squares of the differences between the respective points of the probe R-corrected measurement data group extracted in step S5-5 and the design shape of the lens 11 (the point corresponding to the design formula of the lens 11). By performing the least square method to minimize the alignment amount dX, dY, dZ, X and Y which are deviations of the translational direction of the X, Y, and Z axes from the extracted probe R-compensated measurement data group and the design shape. The amount of alignment dA, dB, which is a deviation of rotation about the axis, is calculated. The calculated amount of alignment dX, dY, dZ, dA, dB is stored as a cumulative alignment result.

이어서, 단계 S5-6에서 산출한 얼라인먼트량 dX, dY, dZ, dA, dB에 의해, 단계 S5-4에서 추출한 프로브 R 보정 완료된 측정 데이터 군을 좌표 변환한다(S5-7).Next, the coordinates of the probe R corrected measurement data extracted in step S5-4 are coordinate-converted by the alignment amounts dX, dY, dZ, dA, and dB calculated in step S5-6 (S5-7).

이어서, 단계 S5-7에서 얼라인먼트량에 의해 좌표 변환된 측정 데이터 군과, 설계 형상과의 차의 제곱 합인 RMS값을 산출해서 기억한다(단계 S5-8).Next, the RMS value which is the sum of squares of the difference between the measurement data group coordinate-converted by the alignment amount and the design shape in step S5-7 is calculated and stored (step S5-8).

수동으로의 이동 계산(단계 S5-1)으로부터 RMS값의 산출(단계 S5-8)까지의 처리를 전회(前回)의 RMS값의 산출 결과와, 이번의 RMS값의 산출 결과의 변동률이 소정의 범위보다 작아질 때까지 반복한다(단계 S5-9). 단계 S5-1~S5-8의 루프를 2회째 이후 실행하는 때에는, 수동으로의 이동 계산(단계 S5-1) 후에 있어서 프로브 R 보정(단계 S5-4)의 이전에, 누적 얼라인먼트 결과(전회의 루프 실행 시의 단계 S5-6에서 산출된 얼라인먼트량 dX, dY, dZ, dA, dB)에 의한 좌표 변환을 실행한다(단계 S5-3).The calculation result of the RMS value before the process from manual movement calculation (step S5-1) to calculation of RMS value (step S5-8), and the variation rate of the calculation result of this RMS value are predetermined | prescribed. It repeats until it becomes smaller than a range (step S5-9). When the loop of steps S5-1 to S5-8 is executed after the second time, the cumulative alignment result (last time) before probe R correction (step S5-4) after the manual movement calculation (step S5-1). Coordinate transformation by the alignment amount dX, dY, dZ, dA, dB calculated in step S5-6 at the time of loop execution is performed (step S5-3).

단계 S5-6에 있어서 최소 제곱법으로 산출하는 얼라인먼트량 dX, dY, dZ, dA, dB는 엄밀해(嚴密解)가 아니고 근사해(近似解)이지만, 단계 S5-1~S5-8의 처리를 반복함으로써, 더욱 정확한 얼라인먼트 처리가 가능하게 된다.Although the alignment amounts dX, dY, dZ, dA, and dB calculated by the least square method in step S5-6 are not exact solutions but approximate solutions, the processes of steps S5-1 to S5-8 are repeated. By this, more accurate alignment processing becomes possible.

단계 S5-9에서 RMS값의 산출 결과의 변동률이 소정의 범위보다 작아지면 설계식으로의 얼라인먼트 처리가 종료된다. 이때, 직전의 단계 S5-7에 있어서 얼라인먼트량 dX, dY, dZ, dA, dB로 좌표 변환한 프로브 R 보정 완료된 측정 데이터 군이, 최종적인 설계식으로 얼라인먼트된 측정 데이터(얼라인먼트 데이터)가 된다.When the rate of change of the calculation result of the RMS value in step S5-9 becomes smaller than the predetermined range, the alignment process to the design formula is completed. At this time, the probe R-corrected measurement data group coordinate-converted into alignment amounts dX, dY, dZ, dA, and dB in the previous step S5-7 becomes measurement data (alignment data) aligned by the final design formula.

설계식으로의 얼라인먼트(도 4의 단계 S4-3, 도 5) 종료 후, 도 9에 나타낸 바와 같이, 측정 시에 렌즈(11)를 Z축 주위로 회전해서 설치한 분량만큼, 얼라인먼트 데이터에 대하여 Z축 주위의 좌표 변환을 실행하여, 얼라인먼트 데이터를 렌즈 좌표계에서의 측정된 위치에 좌표 변환한다.After completion of the alignment in the design formula (steps S4-3 in FIG. 4 and FIG. 5), as shown in FIG. 9, the alignment data is rotated by the amount of the lens 11 rotated around the Z axis during the measurement. Coordinate transformation around the Z axis is performed to coordinate alignment data to the measured position in the lens coordinate system.

단계 S4-1~S4-4의 처리를 2 방향 모두(렌즈(11)의 경사 배치의 모두)에 대해서 계산한 후(단계 S4-5), 2 방향 모두에 대해서 렌즈(11)의 설계 형상과 측정한 렌즈(11)의 형상과의 차를 구하고, 구한 데이터를 합성해서 기억하여, 필요에 따라서 출력 장치(22)에 출력한다(단계 S4-6).After the processing of steps S4-1 to S4-4 is calculated for both directions (all of the inclination arrangements of the lens 11) (step S4-5), the design shape of the lens 11 for both directions and The difference with the shape of the measured lens 11 is calculated | required, the obtained data are synthesize | combined and stored, and it outputs to the output apparatus 22 as needed (step S4-6).

제1 실시형태의 계산 결과의 그래프를 도 10에 나타낸다. 이 그래프의 가로 축은 X축으로 단위는 mm, 세로 축은 설계 형상과의 Z 방향의 차 Zd(= (측정 데이터)- (설계 값))로 단위는 mm이다. 이 도 10에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태의 3차원 형상 측정 방법에 의해, 80도의 경사면을 갖는 렌즈면의 형상 평가가 가능하게 된다.The graph of the calculation result of 1st Embodiment is shown in FIG. The horizontal axis of this graph is in the X-axis, the unit is mm, and the vertical axis is the difference Zd (= (measurement data)-(design value)) in the Z direction with the design shape, and the unit is mm. As shown in this FIG. 10, the shape evaluation of the lens surface which has the inclined surface of 80 degree is enabled by the three-dimensional shape measuring method of this embodiment.

제1 실시형태에서는, 측정할 때, 렌즈를 180도 회전해서 2 방향에서 측정하여, X축 상의 데이터를 측정하였지만, 렌즈(11)의 회전을 90도씩 실행하여, X축 상의 데이터와 마찬가지로, Y축 상의 데이터를 취득하고, 렌즈(11)의 X축 및 Y축 상의 단면 데이터를 측정할 수 있다. 즉, 제1 실시형태에서는, 렌즈(11)를 설계 좌표계의 Z축을 중심으로 180도의 각도 증분으로 회전시킨 2개의 설치 상태에 대해서 측정을 실행함으로써 렌즈(11)의 설계 좌표계의 X축에 대해서 단면 데이터를 얻고 있지만, 렌즈(11)를 설계 좌표계의 Z축을 중심으로 90도의 각도 증분으로 회전시킨 4개의 설치 상태에 대해서 측정을 실행함으로써 렌즈(11)의 설계 좌표계의 X축 및 Y축에 대해서 단면 데이터를 얻을 수 있다.In the first embodiment, when the measurement was performed, the lens was rotated 180 degrees and measured in two directions to measure data on the X axis, but the rotation of the lens 11 was carried out by 90 degrees, similarly to the data on the X axis, Y Data on the axis can be obtained, and cross-sectional data on the X and Y axes of the lens 11 can be measured. That is, in 1st Embodiment, a cross section with respect to the X axis of the design coordinate system of the lens 11 by performing a measurement about the two installation states which rotated the lens 11 by 180 degree angle increments about the Z axis of the design coordinate system. Although data has been obtained, the cross-section of the X and Y axes of the design coordinate system of the lens 11 is measured by performing measurements on four installation states in which the lens 11 is rotated by an angle increment of 90 degrees about the Z axis of the design coordinate system. You can get data.

(제2 실시형태)(2nd embodiment)

카메라 부착 휴대, DSC(디지털 스틸 카메라)에서 사용되는 렌즈의 대부분이 축 대칭 비구면 렌즈이다. 그러나, 설계 형상과 실제 형상과의 편차가 클 경우는, 얼라인먼트 데이터가 수평으로 되지 않고 끌어 당겨질 경우가 있다. 이 현상은, 데이터 점수가 설계 중심을 기준으로, 대칭으로 분포되지 않는 것에 의해 발생한다. 전술한 도 10의 측정 결과에서도, 상기 현상에 의해 X축 상의 약 ±0.4mm의 영역에서, 중앙 부분에서 측정 데이터가 겹치지 않고, 부자연스러운 데이터로 되고 있다.Most of the lenses used in portable cameras and DSCs (digital still cameras) are axial symmetric aspherical lenses. However, when the deviation between the design shape and the actual shape is large, the alignment data may be pulled instead of being horizontal. This phenomenon occurs because the data scores are not symmetrically distributed about the design center. Also in the measurement result of FIG. 10 mentioned above, in the area | region of about +/- 0.4mm on an X-axis, the measurement data does not overlap in the center part and becomes unnatural data by the said phenomenon.

이에 대해서 도 11에 나타내는 다른 데이터를 분석하면, 렌즈 설계 좌표의 0점을 기준으로 원래 대칭이 되어야 할 데이터가, X축의 마이너스 측에 있는 데이터 때문에, 실선 L41로 경향을 나타내는 바와 같이 X축의 플러스 방향이 내려온 데이터로 되어 있다. 이 도 11의 데이터에서, 렌즈 설계 좌표에서, X=0을 중심으로 데이터 점수가 좌우 대칭이 되는 데이터를 추출하고, 이 추출한 데이터에서의 얼라인먼트 결과를 도 12에 나타낸다. 중심에서 데이터 점수가 좌우 대칭이 되도록 측정 데이터를 추출하였을 경우, 실선 L42로 경향을 나타내는 바와 같이 얼라인먼트 데이터도 좌우 거의 대칭으로 되어, 실상에 따라가는 데이터가 된다.On the other hand, when analyzing the other data shown in FIG. 11, since the data which should be originally symmetric with respect to the zero point of the lens design coordinates is on the negative side of the X axis, the positive direction of the X axis is indicated by the solid line L41. This data is taken down. From the data of this FIG. 11, the data whose data score becomes symmetrical about X = 0 from lens design coordinates is extracted, and the alignment result in this extracted data is shown in FIG. When the measurement data is extracted such that the data score is symmetrical at the center, the alignment data is also substantially symmetrical to the left and right as shown by the solid line L42, resulting in data that is actually followed.

렌즈 형상의 비구면량이 클 경우는, 렌즈 설계 좌표에서 중앙의 대칭 영역(대칭 영역 CER)에서 추출된 측정 데이터 군을 사용함으로써 설계 형상에 대한 정확한 얼라인먼트를 실행할 수 있다. 그러나, 비구면량이 충분하지 않을 경우, X축 방향의 이동과, Y축 주위의 회전을 분리해서 얼라인먼트할 수 없다. 이하에, 이 점에 대해서 도 13A~13C를 참조해서 설명한다.When the aspherical amount of the lens shape is large, accurate alignment of the design shape can be performed by using the measurement data group extracted from the central symmetry area (symmetry area CER) in the lens design coordinates. However, when the aspherical amount is not sufficient, the alignment in the X axis direction and the rotation around the Y axis cannot be aligned. This point will be described below with reference to FIGS. 13A to 13C.

도 13A에 나타내는 비구면량이 큰 렌즈면의 경우, 렌즈면의 설계 형상(실선)은, 구면에서 괴리한 형상이 되어 있으므로, 렌즈면의 측정 데이터 군(점선)을 설계 형상에 중첩하려고 움직일 경우, X축 방향의 병진 이동량과 Y축 주위의 회전 이동 각도를 정확하게 구할 수 있다.In the case of a lens surface having a large aspherical surface amount shown in Fig. 13A, since the design shape (solid line) of the lens surface is a shape different from the spherical surface, when moving to superimpose the measurement data group (dotted line) on the lens surface on the design shape, X The translational movement in the axial direction and the rotational movement angle around the Y-axis can be accurately determined.

그러나, 도 13C에 나타내는 비구면량이 작은 렌즈면의 경우, 렌즈면의 설계 형상(실선)은 구면에 가까운 형상이 되어 있으므로, 렌즈면의 측정 데이터 군(점선)을 설계 형상에 중첩하려고 움직일 경우, X축 방향의 병진 이동량과 Y축 주위의 회전 이동량을 개별로 구하는 것은 어렵다.However, in the case of the lens surface having a small aspherical surface shown in Fig. 13C, since the design shape (solid line) of the lens surface is close to the spherical surface, when moving to superimpose the measurement data group (dotted line) on the lens surface on the design shape, X It is difficult to separately determine the translational movement in the axial direction and the rotational movement around the Y axis.

또한, 도 13B에 나타낸 바와 같이, 렌즈의 설계 형상에 따라서는, 렌즈 중앙 부분의 형상은 구면에 가깝고, 렌즈의 외측 부분에 비구면량이 많을 경우(비구면량이 중간인 경우)도 있다. 이 경우, 렌즈면의 측정 데이터 군(점선)을 설계 형상(실선)에 중첩하려고 움직일 경우, 렌즈 전체면의 측정 데이터를 이용하면, X축 방향의 병진 이동량과 Y축 주위의 회전 이동량을 정확하게 구할 수 있다. 그러나, 중앙 부근의 비구면량이 작은 영역만의 측정 데이터 군을 사용하면, X축 방향의 병진 이동량과 Y축 주위의 회전 이동 각도를 나누어서 구하는 것은 어렵다.In addition, as shown in Fig. 13B, depending on the design shape of the lens, the shape of the center portion of the lens is close to the spherical surface, and there may be a case where the aspherical amount is large in the outer portion of the lens (the aspherical amount is medium). In this case, when moving the measurement data group (dotted line) of the lens surface to overlap the design shape (solid line), the measurement data of the entire lens surface can be used to accurately calculate the translational movement in the X-axis direction and the rotational movement around the Y-axis. Can be. However, when using the measurement data group only in an area with a small aspherical surface in the vicinity of the center, it is difficult to obtain by dividing the translational movement amount in the X axis direction and the rotational movement angle around the Y axis.

제2 실시형태의 3차원 측정 방법은, 이상의 2점, 즉 렌즈 설계 좌표에 있어서의 X=0 또는 Y=0을 중심으로 하는 데이터 점수의 대칭성과, 각종의 비구면 렌즈에의 대응을 고려한 것이다.The three-dimensional measurement method of the second embodiment considers the symmetry of the data score centering on the above two points, that is, X = 0 or Y = 0 in the lens design coordinates, and correspondence to various aspherical lenses.

이 제2 실시형태의 3차원 측정 방법은, 도 3을 참조해 설명한 제1 실시형태와 마찬가지이지만, 좌표 변환으로부터 데이터 합성까지(도 3의 단계 S3-15)의 구체적인 처리가 다르다.The three-dimensional measurement method of this second embodiment is the same as that of the first embodiment described with reference to FIG. 3, but the specific processes from coordinate transformation to data synthesis (step S3-15 in FIG. 3) differ.

도 14는, 제2 실시형태에 있어서의 좌표 변환으로부터 데이터 합성(도 3의 단계 S3-15)까지의 처리를 나타낸다. 이 도 14에 있어서, 설계식 상의 설치 위치의 오프셋량의 산출과 그것에 근거하는 측정 데이터의 좌표 변환(단계 S14-1, S14-2), 렌즈(11)의 설치 방향에 따른 얼라인먼트 데이터의 C축 방향의 회전(단계 S14-3) 및 데이터 합성까지의 처리(S14-8, S14-9)는, 제1 실시형태의 경우와 마찬가지이다(도 4의 단계 S4-1~S4-3, S4-5, S4-6).FIG. 14 shows a process from coordinate transformation in the second embodiment to data synthesis (step S3-15 in FIG. 3). In this FIG. 14, calculation of the offset amount of the installation position in a design formula, coordinate transformation of the measurement data based on it (step S14-1, S14-2), and the C-axis of the alignment data according to the installation direction of the lens 11 The rotation in the direction (step S14-3) and the processes up to data synthesis (S14-8 and S14-9) are similar to those in the first embodiment (steps S4-1 to S4-3 and S4- in FIG. 4). 5, S4-6).

설계식 상의 설치 위치의 오프셋량의 산출과 그것에 근거하는 측정 데이터의 좌표 변환(단계 S14-1, S14-2) 및 얼라인먼트 데이터의 C축 방향의 회전(단계 S14-3) 후, 제1 실시형태(도 5)와 마찬가지로, 얼라인먼트 유효를 렌즈(11)의 유효 반경 ER에 포함되는 전체 데이터로서 렌즈(11)의 설계식 형상과의 차를 최소화해서 그때의 차를 구하는 설계식으로의 얼라인먼트 처리의 반복 계산을 실행한다. 단계 S14-4에서 RMS의 변화율이 소정의 범위 내에 수렴할 경우에는, 단계 S14-5에 이행한다. 1st Embodiment after calculation of the offset amount of the installation position on a design formula, coordinate transformation (step S14-1, S14-2) of measurement data based on it, and rotation in the C-axis direction of alignment data (step S14-3) As in Fig. 5, the alignment effect is the total data included in the effective radius ER of the lens 11, and the alignment process according to the design formula for minimizing the difference with the design shape of the lens 11 to obtain the difference at that time. Run an iterative calculation. If the rate of change of RMS converges within the predetermined range in step S14-4, the process proceeds to step S14-5.

단계 S14-5에서는, Y축 및 A축의 얼라인먼트량 dY, dA를 단계 S14-3에서 산출한 값에 고정해 dY, dA로 측정 데이터 점열(點列)을 좌표 변환한 뒤에, 얼라인먼트 유효 직경을 대칭 영역 CER에 설정해서 설계식으로의 얼라인먼트 처리의 반복 계산을 실행해서 dX',dB'를 산출한다. 단계 S14-5에서 RMS의 변화율이 소정의 범위 내에 수렴할 경우, 얼라인먼트 완료이므로 단계 S14-8에 이행한다. 한편, 단계 S14-5에서 RMS의 변화율이 소정의 범위 내에 수렴하지 않을 경우, 단계 S14-6에 이행한다. 단계 S14-6에서는, Y축, A축 및 X축의 얼라인먼트량 dY, dA, dX를 단계 S14-4에서 산출한 값에 고정해 dY, dA, dX로 측정 데이터 점열을 좌표 변환한 뒤에, 얼라인먼트 유효 직경을 대칭 영역 CER에 설정해서 설계식으로의 얼라인먼트 처리의 반복 계산을 실행해서 dB'를 산출하여, 얼라인먼트를 완료시킨다.In step S14-5, the alignment amount dY and dA of the Y-axis and the A-axis are fixed to the value calculated in step S14-3, the coordinates of the measurement data are converted into dY and dA, and then the alignment effective diameter is symmetrical. It is set in the area CER and iterative calculation of the alignment process in the design formula is performed to calculate dX ', dB'. When the rate of change of the RMS converges within the predetermined range in step S14-5, the alignment is completed and the process proceeds to step S14-8. On the other hand, if the rate of change of RMS does not converge within the predetermined range in step S14-5, the process proceeds to step S14-6. In step S14-6, the alignment amount dY, dA, and dX of the Y-axis, the A-axis, and the X-axis are fixed to the value calculated in step S14-4, and the coordinates of the measurement data are converted into dY, dA, and dX, and then alignment is effective. The diameter is set in the symmetrical area CER, repeat calculation of the alignment process in the design formula is performed to calculate dB ', and the alignment is completed.

단계 S14-4에서 RMS의 변화율이 소정의 범위 내에 수렴하지 않을 경우에는, 단계 S14-7에 이행한다. 단계 S14-7에서는, Y축 및 X축의 얼라인먼트량 dY, dX를 단계 S14-4에서 산출한 값에 고정해 dY, dX로 측정 데이터 점열을 좌표 변환한 뒤에, 얼라인먼트 유효 직경을 대칭 영역 CER에 설정해서 설계식으로의 얼라인먼트 처리의 반복 계산을 실행해서 dB'를 산출하여, 얼라인먼트를 완료시킨다.If the rate of change of RMS does not converge within the predetermined range in step S14-4, the process proceeds to step S14-7. In step S14-7, the alignment amounts dY and dX of the Y-axis and the X-axis are fixed to the values calculated in step S14-4, coordinate coordinate conversion of the measurement data points is performed by dY and dX, and then the alignment effective diameter is set in the symmetry area CER. By repeating the alignment process in the design formula, dB 'is calculated to complete the alignment.

도 14에 있어서, 단계 S14-4에서부터 단계 S14-5를 경유해서 얼라인먼트가 완료될 경우는, 렌즈(11)의 비구면량이 클 경우(도 13A)에 상당한다. 또한, 단계 S14-4에서부터, 단계 S14-5 및 S14-6을 경유해서 얼라인먼트가 완료될 경우는, 렌즈(11)의 비구면량이 중간 정도인 경우(도 13B)에 상당한다. 또한, 단계 S14-4에서부터 S14-7을 경유해서 얼라인먼트가 완료될 경우는, 렌즈(11)의 비구면량이 작을 경우(도 13C)에 상당한다. 이하에, 단계 S14-4~S14-7의 처리 내용을 구체적으로 설명한다.In FIG. 14, when alignment is completed via step S14-5 from step S14-4, it corresponds to the case where the aspherical amount of the lens 11 is large (FIG. 13A). In addition, when alignment is completed through step S14-5 and S14-6 from step S14-4, it corresponds to the case where the aspherical amount of the lens 11 is moderate (FIG. 13B). In addition, when alignment is completed via step S14-4 through S14-7, it corresponds to the case where the aspherical amount of the lens 11 is small (FIG. 13C). Below, the process content of step S14-4-S14-7 is demonstrated concretely.

도 15는 도 14의 단계 S14-4의 상세를 나타낸다. 도 15는 반복 계산에 의해 RMS값의 변동률이 소정의 범위에 들어갈 것인가 아닌가(수렴할 것인가 아닌가)를 제외하고, 제1 실시형태에 있어서의 설계식으로의 얼라인먼트(단계 S4-3, 도 5)와 마찬가지이다.15 shows details of step S14-4 of FIG. Fig. 15 shows alignment in the design formula in the first embodiment except for whether the rate of change of the RMS value falls within a predetermined range by iterative calculation (step S4-3, Fig. 5). Same as

우선, 반복 계산 횟수(回數)의 카운터를 초깃값인 0에 설정한다(단계 S15-1). 이어서, 카운터를 1만큼 증분한다(단계 S15-2).First, the counter of the number of repetition counts is set to 0, which is the initial value (step S15-1). Next, the counter is incremented by one (step S15-2).

이어서, 수동으로의 이동 계산을 실행한다(단계 S5-1). 구체적으로는 얼라인먼트량 dX, dY, dZ, dA, dB의 디폴트값(default value)은 0이지만, 출력 장치(22)의 디스플레이에 그래픽으로서 측정 데이터와 설계식을 표시하고, 입력 장치(23)의 조작에 의해 설계식에 가능한 한 맞추도록 측정 데이터를 평행 이동이나 회전 이동시킨다.Subsequently, a manual movement calculation is performed (step S5-1). Specifically, the default values of the alignment amounts dX, dY, dZ, dA, and dB are 0, but the measurement data and design formula are displayed graphically on the display of the output device 22, and the The measurement data is translated or rotated so as to conform to the design formula by operation.

단계 S15-4에서 N-1(단계 S15-2~S15-10의 루프의 최초 실행)의 경우에는, 단계 S15-3을 실행하는 일 없이, 프로브 R 보정을 실행한다(단계 S15-6). 이 프로브 R 보정은 도 8을 참조해서 설명한 제1 실시형태에 있어서의 프로브 R 보정(도 5의 단계 S5-4)과 마찬가지이다.In the case of N-1 (first execution of the loop of steps S15-2 to S15-10) in step S15-4, probe R correction is performed without executing step S15-3 (step S15-6). This probe R correction is the same as the probe R correction (step S5-4 in FIG. 5) in the first embodiment described with reference to FIG.

프로브 R 보정 후, 프로브 R 보정된 측정 데이터 군 중, 렌즈(11)의 유효 반경 ER의 영역 내의 데이터를 추출해(단계 S15-7), 최소 제곱법에 의해 XYZAB축의 얼라인먼트량을 산출한다(단계 S5-8). 구체적으로는, 단계 S15-7에서 추출된 프로브 R 보정 완료된 측정 데이터 군의 각각의 점과, 렌즈(11)의 설계 형상과의 차의 제곱 합을 최소로 하는 최소 제곱법을 실행하여, 추출된 프로브 R 보정 완료된 측정 데이터 군과 설계 형상과의, X축, Y축 및 Z축의 병진 방향의 편차인 얼라인먼트량 dX, dY, dZ, X축 및 Y축 주위의 회전의 편차인 얼라인먼트량 dA, dB를 산출한다. 이 산출한 얼라인먼트량 dX, dY, dZ, dA, dB는 누적 얼라인먼트 결과로서 기억한다. 계속해서, 단계 S15-8에서 산출한 얼라인먼트량 dX, dY, dZ, dA, dB에 의해, 단계 S15-7에서 추출한 프로브 R 보정 완료된 측정 데이터 군을 좌표 변환한다(S15-9). 또한, 얼라인먼트량에 의해 좌표 변환된 측정 데이터 군과, 설계 형상과의 차의 제곱 합인 RMS값을 산출해서 기억한다(단계 S15-10).After the probe R correction, the data in the area of the effective radius ER of the lens 11 is extracted from the probe R-corrected measurement data group (step S15-7), and the alignment amount of the XYZAB axis is calculated by the least square method (step S5). -8). Specifically, a minimum square method is performed by minimizing the sum of squares of the differences between each point of the probe R-corrected measurement data group extracted in step S15-7 and the design shape of the lens 11, and extracted. Probe R Compensation Alignment amount dX, dY, dZ, deviation of rotation around X and Y axes, deviation of translational direction of X, Y and Z axes from the measured data group and design shape Calculate The calculated amount of alignment dX, dY, dZ, dA, dB is stored as a cumulative alignment result. Subsequently, the alignment amount dX, dY, dZ, dA, and dB calculated in step S15-8 is coordinate-converted to the probe R corrected measurement data group extracted in step S15-7 (S15-9). Moreover, the RMS value which is the sum of squares of the difference between the measurement data group coordinate-converted by the alignment amount and the design shape is calculated and stored (step S15-10).

RMS값의 변동률이 소정의 범위보다 작아질 때까지 단계 S15-2~S15-10의 처리를 반복한다(단계 S15-11). 단계 S15-2~S15-10의 루프를 2회째 이후 실행할 때는, 수동으로의 이동 계산(단계 S15-3) 후로서 프로브 R 보정(단계 S15-6)의 이전에, 누적 얼라인먼트 결과(전회의 루프 실행 시의 단계 S5-6에서 산출된 얼라인먼트량 dX, dY, dZ, dA, dB)에 의한 좌표 변환을 실행한다(단계 S15-5).The process of steps S15-2 to S15-10 is repeated until the rate of change of the RMS value becomes smaller than the predetermined range (step S15-11). When the loops of steps S15-2 to S15-10 are executed after the second time, the cumulative alignment result (last loop) after the manual movement calculation (step S15-3) and before the probe R correction (step S15-6). Coordinate transformation by the alignment amount dX, dY, dZ, dA, dB) calculated in step S5-6 at the time of execution is performed (step S15-5).

단계 S15-2~S15-10의 루프의 반복 횟수가 N회까지 RMS값의 변동률이 소정의 범위보다 작아질 경우(RMS값이 수렴할 경우)에는, 단계 S14-5(도 16)에 이행하지만, 루프의 반복 횟수가 N회를 초과할 경우(RMS값이 수렴하지 않을 경우)에는, 단계 S14-7(도 18)에 이행한다(단계 S15-11, S15-12).If the rate of change of the RMS value becomes smaller than the predetermined range (when the RMS value converges) until the number of iterations of the loops of steps S15-2 to S15-10 is less than N times, the process proceeds to step S14-5 (Fig. 16). When the number of repetitions of the loop exceeds N times (when the RMS value does not converge), the process proceeds to step S14-7 (Fig. 18) (steps S15-11, S15-12).

도 16은 도 14의 단계 S14-5의 상세를 나타낸다. 도 16에서는, 얼라인먼트 유효 직경을 렌즈(11)의 유효 반경 ER 내의 전체 데이터로 한 설계식으로의 얼라인먼트 처리로 RMS값이 수렴할 경우(얼라인먼트량 dX, dY, dZ, dA, dB의 해(解)를 얻을 수 있을 경우)에, 렌즈(11)의 중앙 부근의 작은 영역(대칭 영역 CER)만의 측정 데이터 군을 대상으로 삼고, 또한 얼라인먼트량 dY, dA 이외의 나머지 축의 얼라인먼트량 dX', dZ', dB'를 새롭게 산출한다. 그리고, 얻은 얼라인먼트량 dY, dA, dX', dZ', dB'로 설계식 상의 설치 위치의 오프셋량으로 좌표 변환한 측정 데이터(단계 S14-2)를 좌표 변환한다. 즉, 도 16의 처리는 Y축과 A축의 얼라인먼트량은 전체 데이터를 대상으로 삼아서 산출한 값에 고정하고, 나머지 축의 얼라인먼트량을 대칭 영역 CER의 측정 데이터를 이용해서 산출하는 것이다. 이 도 16(도 14의 단계 S14-5)의 처리에 의해, 도 11을 참조해서 설명한 바와 같이 설계 데이터의 중심에 대하여 측정 데이터 군의 점수가 불균일하게 분포되고 있을 경우이어도, 측정기(1)에 대한 렌즈(11)의 설치 위치 편차의 영향을 배제해서 렌즈(11)의 형상을 고정밀도로 측정할 수 있다. 이하에, 도 16의 처리를 구체적으로 설명한다.FIG. 16 shows the details of step S14-5 of FIG. In FIG. 16, when the RMS value converges by the alignment process by the design formula which made the alignment effective diameter the whole data in the effective radius ER of the lens 11 (solution of alignment amount dX, dY, dZ, dA, dB) ), The measurement data group of only a small area (symmetric area CER) near the center of the lens 11 is used as an object, and the alignment amounts dX 'and dZ' of the remaining axes other than the alignment amounts dY and dA. Calculate new dB '. The measurement data (step S14-2) coordinate coordinate-converted to the offset amount of the mounting position in the design formula is obtained by the alignment amounts dY, dA, dX ', dZ', and dB 'obtained. That is, in the processing of Fig. 16, the alignment amounts of the Y-axis and the A-axis are fixed to values calculated by using the entire data as an object, and the alignment amounts of the remaining axes are calculated using the measurement data of the symmetrical area CER. By the process of FIG. 16 (step S14-5 of FIG. 14), even if the score of a measurement data group is unevenly distributed with respect to the center of design data as demonstrated with reference to FIG. The shape of the lens 11 can be measured with high accuracy by removing the influence of the deviation of the mounting position of the lens 11. Hereinafter, the process of FIG. 16 is demonstrated concretely.

우선, 반복 계산 횟수의 카운터를 초깃값인 0에 설정한다(단계 S16-1). 이어서, 카운터를 1만큼 증분한다(단계 S16-2).First, a counter of the number of iterations is set to 0, which is the initial value (step S16-1). Next, the counter is incremented by one (step S16-2).

이어서, 단계 S14-3에서 구한 얼라인먼트량 dY, dA를 사용해서 측정 데이터를 좌표 변환한다(단계 S16-3). 이 좌표 변환의 대상이 되는 측정 데이터는, 설계식 상의 설치 위치의 오프셋량에 근거하는 좌표 변환(단계 S14-1, S14-2) 및 렌즈(11)의 설치 방향에 따른 C축 방향의 회전(단계 S14-3) 완료된 측정 데이터이다.Next, coordinate data is converted into coordinates using the alignment amounts dY and dA obtained in step S14-3 (step S16-3). The measurement data to be subjected to this coordinate transformation is coordinate transformation (steps S14-1, S14-2) based on the offset amount of the installation position on the design formula and rotation in the C-axis direction along the installation direction of the lens 11 ( Step S14-3) Completed measurement data.

단계 S16-4에서 N-1(단계 S16-2~S16-10의 루프의 최초 실행)의 경우에는, 단계 S16-3을 실행하는 일 없이, 프로브 R 보정을 실행한다(단계 S16-6). 이 프로브 R 보정은 도 8을 참조해서 설명한 제1 실시형태에 있어서의 프로브 R 보정(도 5의 단계 S5-4)과 마찬가지이다.In the case of N-1 (first execution of the loop of steps S16-2 to S16-10) in step S16-4, probe R correction is performed without executing step S16-3 (step S16-6). This probe R correction is the same as the probe R correction (step S5-4 in FIG. 5) in the first embodiment described with reference to FIG.

프로브 R 보정 후, 프로브 R 보정된 측정 데이터 군 중, 대칭 영역 CER 내의 데이터를 추출해(단계 S16-7), 최소 제곱법에 의해 XZB축의 얼라인먼트량을 산출한다(단계 S16-8). 구체적으로는, 단계 S16-7에서 추출된 프로브 R 보정 완료된 측정 데이터 군의 각각의 점과, 렌즈(11)의 설계 형상과의 차의 제곱 합을 최소로 하는 최소 제곱법을 실행하여, 추출된 프로브 R 보정 완료된 측정 데이터 군과 설계 형상과의 얼라인먼트량 dX', dZ', dB'를 산출한다. 이 산출한 얼라인먼트량 dX', dZ', dB'는 누적 얼라인먼트 결과로서 기억한다. 계속해서, 얼라인먼트량 dX', dY, dZ', dA, dB'에 의해, 측정 데이터 군을 좌표 변환한다(S16-9). 이 좌표 변환으로 대상이 되는 것은, 도 15의 단계 S15-6에서 얻은 프로브 R 보정 완료된 측정 데이터(유효 반경 ER 내의 전체 데이터)이다. 또한, 대칭 영역 CER 내에서 얼라인먼트량에 의해 좌표 변환된 측정 데이터 군과, 설계 형상과의 차의 제곱 합인 RMS값을 산출해서 기억한다(단계 S16-10).After the probe R correction, the data in the symmetric region CER is extracted from the probe R corrected measurement data group (step S16-7), and the alignment amount of the XZB axis is calculated by the least square method (step S16-8). Specifically, a minimum square method is performed by minimizing the sum of squares of the differences between the respective points of the probe R-corrected measurement data group extracted in step S16-7 and the design shape of the lens 11, and extracted. The amount of alignment dX ', dZ', dB 'between the probe R-corrected measurement data group and the design shape is calculated. The calculated amount of alignment dX ', dZ', dB 'is stored as a cumulative alignment result. Subsequently, coordinate measurement is carried out by the alignment amounts dX ', dY, dZ', dA, and dB '(S16-9). The object of this coordinate transformation is the probe R corrected measurement data (all data in the effective radius ER) obtained in step S15-6 in FIG. 15. In addition, the RMS value which is the sum of squares of the difference between the measured data group coordinate-converted by the alignment amount and the design shape in the symmetric area CER is calculated and stored (step S16-10).

RMS값의 변동률이 소정의 범위보다 작아질 때까지 단계 S16-2~S16-10의 처리를 반복한다(단계 S16-11). 단계 S16-2~S16-10의 루프를 2회째 이후 실행할 때는, 얼라인먼트량 dY, dA에 의한 좌표 변환(단계 S16-3) 후로서 프로브 R 보정(단 계 S15-6) 이전에, 누적 얼라인먼트 결과(전회의 루프 실행 시의 단계 S5-6에서 산출된 얼라인먼트량 dX', dY, dZ', dA, dB')에 의한 좌표 변환을 실행한다(단계 S16-5).The process of steps S16-2 to S16-10 is repeated until the rate of change of the RMS value becomes smaller than the predetermined range (step S16-11). When the loops of steps S16-2 to S16-10 are executed after the second time, after the coordinate transformation (step S16-3) by the alignment amounts dY and dA, the accumulated alignment result before the probe R correction (step S15-6). Coordinate transformation by (alignment amount dX ', dY, dZ', dA, dB 'calculated in step S5-6 at the time of last loop execution) is performed (step S16-5).

단계 S16-2~S16-10의 루프의 반복 횟수가 N회까지 RMS값의 변동률이 소정의 범위보다 작아질 경우(RMS값이 수렴할 경우)는, 측정 데이터 군의 설계 형상에 대한 얼라인먼트가 완료되고 있으므로, 도 14의 단계 S14-8에 이행하고, 루프의 반복 횟수가 N회를 초과할 경우(RMS값이 수렴하지 않을 경우)에는, 단계 S14-6(도 17)에 이행한다(단계 S16-11, S16-12).If the rate of change of the RMS value becomes smaller than a predetermined range (when the RMS value converges) until the number of iterations of the loops of steps S16-2 to S16-10 is smaller than N, the alignment of the design shape of the measurement data group is completed. Therefore, the process proceeds to step S14-8 of FIG. 14, and when the number of loop repetitions exceeds N times (when the RMS value does not converge), the process proceeds to step S14-6 (FIG. 17) (step S16). -11, S16-12).

도 17은 도 14의 단계 S14-6의 상세를 나타낸다. 도 17은 도 16(도 14의 단계 S14-4)에서 RMS값이 수렴하지 않을 경우, Y축 및 A축의 얼라인먼트량을 고정하고, 또한 대칭 영역 CER을 얼라인먼트 유효 반경으로 한 얼라인먼트로 나머지 얼라인먼트량이 결정되지 않을 경우에, 더욱 X축의 얼라인먼트량 dX를 고정해서 마찬가지의 처리를 실행하는 것이다. 이 도 17(도 14의 단계 S14-5)의 처리에 의해, 도 13B를 참조해서 설명한 렌즈 중앙 부분의 형상은 구면에 가깝고, 렌즈의 외측 부분에 비구면량이 많을 경우(비구면량이 중간인 경우)이어도, 측정기(1)에 대한 렌즈(11)의 설치 편차의 영향을 배제해서 렌즈(11)의 형상을 고정밀도로 측정할 수 있다. 이하에, 도 17의 처리를 구체적으로 설명한다.17 shows details of step S14-6 of FIG. FIG. 17 shows the amount of alignment on the Y-axis and the A-axis when the RMS values do not converge in FIG. 16 (step S14-4 in FIG. 14), and the remaining alignment amount is determined by the alignment using the symmetry area CER as the alignment effective radius. If it does not, the same processing is further performed by fixing the alignment amount dX of the X axis. Even when the shape of the center portion of the lens described with reference to FIG. 13B is close to the spherical surface by the process of FIG. The shape of the lens 11 can be measured with high accuracy by eliminating the influence of the installation deviation of the lens 11 on the measuring device 1. Hereinafter, the process of FIG. 17 is demonstrated concretely.

우선, 단계 S14-3에서 구한 얼라인먼트량 dY, dA, dX를 사용해서 측정 데이터를 좌표 변환한다(단계 S17-1). 이 좌표 변환의 대상이 되는 측정 데이터는, 설계식 상의 설치 위치의 오프셋량에 근거하는 좌표 변환(단계 S14-1, S14-2) 및 렌즈(11)의 설치 방향에 따른 C축 방향의 회전(단계 S14-3) 완료된 측정 데이터이다.First, measurement data is coordinate-converted using the alignment amounts dY, dA, and dX obtained in step S14-3 (step S17-1). The measurement data to be subjected to this coordinate transformation is coordinate transformation (steps S14-1, S14-2) based on the offset amount of the installation position on the design formula and rotation in the C-axis direction along the installation direction of the lens 11 ( Step S14-3) Completed measurement data.

단계 S17-2에서 RMS값의 산출이 첫 회(단계 S17-1~S17-8의 루프의 최초 실행)인 경우에는, 단계 S17-3을 실행하는 일 없이, 단계 S17-4의 프로브 R 보정을 실행한다. 이 프로브 R 보정은 도 8을 참조해서 설명한 제1 실시형태에 있어서의 프로브 R 보정(도 5의 단계 S5-4)과 마찬가지이다.In the case where the calculation of the RMS value is the first time (first execution of the loop of steps S17-1 to S17-8) in step S17-2, the probe R correction of step S17-4 is performed without executing step S17-3. Run This probe R correction is the same as the probe R correction (step S5-4 in FIG. 5) in the first embodiment described with reference to FIG.

프로브 R 보정 후, 프로브 R 보정된 측정 데이터 군 중, 대칭 영역 CER 내의 데이터를 추출해(단계 S17-5), 최소 제곱법에 의해 ZB축의 얼라인먼트량을 산출한다(단계 S17-6). 구체적으로는, 단계 S17-5에서 추출된 프로브 R 보정 완료된 측정 데이터 군의 각각의 점과, 렌즈(11)의 설계 형상과의 차의 제곱 합을 최소로 하는 최소 제곱법을 실행하여, 추출된 프로브 R 보정 완료된 측정 데이터 군과 설계 형상과의 얼라인먼트량 dZ', dB'를 산출한다. 이 산출한 얼라인먼트량 dZ', dB'는 누적 얼라인먼트 결과로서 기억한다. 계속해서, 얼라인먼트량 dX, dY, dZ', dA, dB'에 의해, 측정 데이터 군을 좌표 변환한다(S17-7). 이 좌표 변환으로 대상이 되는 것은, 도 15의 단계 S15-6에서 얻은 프로브 R 보정 완료된 측정 데이터(유효 반경 ER 내의 전체 데이터)이다. 또한, 대칭 영역 CER 내의 데이터를 얼라인먼트량에 의해 좌표 변환된 측정 데이터 군과, 설계 형상과의 차의 제곱 합인 RMS값을 산출해서 기억한다(단계 S17-8). 단계 S17-9에서 RMS값을 얻을 수 있을 때까지 이상의 처리를 반복한다. 단계 S17-2~S17-8의 루프를 2회째 이후 실행할 때는, 얼라인먼트량 dY, dA, dX에 의한 좌표 변환(단계 S17-1) 후로서 프로브 R 보정(단계 S17-4) 이전에, 누적 얼라인먼트 결과(전회의 루프 실행 시의 단계 S5-6에서 산출된 얼라인먼트량 dX, dY, dZ', dA, dB')에 의한 좌표 변환을 실행한다(단계 S17-3).After the probe R correction, the data in the symmetric region CER is extracted from the probe R corrected measurement data group (step S17-5), and the alignment amount of the ZB axis is calculated by the least square method (step S17-6). Specifically, a minimum square method is performed by minimizing the sum of squares of the differences between the respective points of the probe R-corrected measurement data group extracted in step S17-5 and the design shape of the lens 11, and extracted. The amount of alignment dZ ', dB' between the probe R-corrected measurement data group and the design shape is calculated. The calculated amount of alignment dZ ', dB' is stored as a cumulative alignment result. Subsequently, the measurement data group is coordinate-converted by the alignment amounts dX, dY, dZ ', dA, and dB' (S17-7). The object of this coordinate transformation is the probe R corrected measurement data (all data in the effective radius ER) obtained in step S15-6 in FIG. 15. Furthermore, the RMS value which is the sum of squares of the difference between the measurement data group coordinate coordinate-converted by the alignment amount and the design shape of the data in the symmetric area CER is calculated and stored (step S17-8). The above process is repeated until an RMS value can be obtained in step S17-9. When the loop of steps S17-2 to S17-8 is executed after the second time, after the coordinate transformation (step S17-1) by the alignment amounts dY, dA, and dX, before the probe R correction (step S17-4), the accumulated alignment is performed. Coordinate transformation is performed by the result (alignment amount dX, dY, dZ ', dA, dB' calculated in step S5-6 at the time of the previous loop execution) (step S17-3).

도 18은 도 14의 단계 S14-7의 상세를 나타낸다. 도 18은 도 15(도 14의 단계 S14-4)에서 RMS값이 수렴하지 않을 경우, 즉 얼라인먼트 유효 직경을 렌즈(11)의 유효 반경 ER 내의 전체 데이터로 한 설계식으로의 얼라인먼트 처리로 RMS값이 수렴할 경우(얼라인먼트량 dX, dY, dZ, dA, dB의 해를 얻을 수 없을 경우)의 처리이다. 이 도 18(도 14의 단계 S14-7)의 처리에 의해, 도 13C를 참조해서 설명한 렌즈면의 비구면량이 작을 경우이어도, 측정기(1)에 대한 렌즈(11)의 설치 편차의 영향을 가능한 한 배제해서 렌즈(11)의 형상을 고정밀도로 측정할 수 있다.18 shows details of step S14-7 of FIG. FIG. 18 shows the RMS value when the RMS value does not converge in FIG. 15 (step S14-4 in FIG. 14), that is, the alignment process is performed by the alignment formula according to the design formula in which the alignment effective diameter is the entire data in the effective radius ER of the lens 11. This convergence (when the solution of alignment amount dX, dY, dZ, dA, dB cannot be obtained) is the process. By the process of FIG. 18 (step S14-7 of FIG. 14), even if the aspherical surface amount of the lens surface described with reference to FIG. 13C is small, the influence of the deviation of the installation of the lens 11 with respect to the measuring device 1 as much as possible is possible. By removing, the shape of the lens 11 can be measured with high precision.

우선, 단계 S18-1에 있어서, 얼라인먼트량 dA, dB를 0에 설정해서 얼라인먼트 유효 반경을 전체 데이터로 한 얼라인먼트로 나머지 얼라인먼트량 dX', dY', dZ'를 구한다. 이 단계 S18-1의 계산 순서는 도 15와 마찬가지이다. 도 18의 단계 S18-2~S19-10의 처리는, Y축과 X축의 얼라인먼트량을 단계 S18-1에서 전체 데이터를 대상으로 삼아서 산출한 dX', dY'에 고정하고, 대칭 영역 CER만의 측정 데이터 군을 대상으로 삼아서 나머지 축의 얼라인먼트량 dZ'',dA'',dB''를 구하는 점을 제외하고, 도 17의 단계 S17-1~S17-9의 처리와 마찬가지이다.First, in step S18-1, the alignment amounts dA and dB are set to 0, and the remaining alignment amounts dX ', dY', and dZ 'are obtained from the alignment with the alignment effective radius as the total data. The calculation procedure of this step S18-1 is the same as that of FIG. In the processing of steps S18-2 to S19-10 in Fig. 18, the alignment amounts of the Y-axis and the X-axis are fixed to dX 'and dY' calculated by using the entire data in step S18-1, and only the symmetrical area CER is measured. It is similar to the processing of steps S17-1 to S17-9 in Fig. 17, except that the alignment amounts dZ ", dA ", and dB "

도 19는 제2 실시형태의 계산 결과의 일례를 나타낸다. 이 도 19는 도 14에 있어서 단계 S14-5에서 RMS값이 수렴하였을 경우이다. 이 그래프의 가로 축은 X축이고 단위는 mm, 세로 축은 설계 형상과의 Z 방향의 차 Zd(= (측정 데이터)- (설계))이고 단위는 mm이다. 이 도 10에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태의 3차원 형상 측정 방법에 의해, 80도의 경사면을 갖는 렌즈면의 형상 평가를, 렌즈의 중앙부에서 데이터가 겹치도록 실행할 수 있다.19 shows an example of the calculation result of the second embodiment. FIG. 19 shows the case where the RMS values converge in step S14-5 in FIG. The horizontal axis of the graph is the X axis, the unit is mm, the vertical axis is the difference Zd (= (measurement data)-(design)) in the Z direction with the design shape, and the unit is mm. As shown in this FIG. 10, by the three-dimensional shape measuring method of this embodiment, shape evaluation of the lens surface which has an inclined surface of 80 degrees can be performed so that data may overlap in the center part of a lens.

제2 실시형태에서는, 측정할 때, 렌즈를 180도 회전해서 2 방향에서 측정하여, X축 상의 데이터를 측정하였지만, 렌즈(11)의 회전을 90도씩 실행하여, X축 상의 데이터와 마찬가지로, Y축 상의 데이터를 취득하여, 렌즈(11)의 X축 및 Y축 상의 단면 데이터를 측정할 수 있다. 도 20은 이 경우의 계산 결과를 나타낸다.In the second embodiment, at the time of measurement, the lens was rotated 180 degrees and measured in two directions to measure the data on the X axis, but the rotation of the lens 11 was carried out by 90 degrees, similarly to the data on the X axis, Y The data on the axis can be obtained, and the cross-sectional data on the X and Y axes of the lens 11 can be measured. 20 shows the calculation result in this case.

(제3 실시형태)(Third embodiment)

렌즈(11)가 카메라 부착 휴대전화 등에 이용되는 직경 약 2mm 정도, 구면에 근사하였을 경우의 구(球)의 반경이 1.03mm 정도의 비구면 렌즈일 경우, 구면(球面)에 대한 렌즈면의 비구면량이 수 μm 정도밖에 되지 않는 것도 있다. 이러한 렌즈(11)의 경우, 금형을 설계 형상대로 제작한 후, 렌즈(11)를 플라스틱 재료 등을 이용해서 성형할 경우, 성형 시에 수축에 의해, 비구면량과 동일한 오더인 수 μm인 오더의 왜곡이 발생할 경우가 있다. 이 경우, 실제 형상으로부터 설계 형상을 추정하고, 이 추정한 설계 형상을 이용해서 측정기(1)에 설치해서 측정한 측정 데이터를 좌표 변환하여, 얼라인먼트함으로써, 고경사부를 포함하는 3차원 형상을 고정밀도로 측정할 수 있다. 이하에, 구체 예를 이용해 설명한다.When the lens 11 is an aspherical lens having a diameter of about 2 mm and a spherical radius of about 1.03 mm when used in a mobile phone with a camera or the like, the aspheric amount of the lens surface relative to the spherical surface Some are only a few μm long. In the case of such a lens 11, when a mold is manufactured in a design shape and then the lens 11 is molded using a plastic material or the like, shrinkage at the time of molding causes the order of several μm, which is the same order as the aspheric amount. Distortion may occur. In this case, the design shape is estimated from the actual shape, coordinate measurement of the measurement data installed and measured in the measuring device 1 using the estimated design shape, and alignment is performed to precisely correct the three-dimensional shape including the high inclined portion. It can be measured. Below, it demonstrates using a specific example.

도 21을 참조하면, 축 대칭 비구면 렌즈의 설계식은, 예를 들면 이하의 식 (4)로 나타내진다. 이 설계식은 구면의 항(구면 반경 R)과, 타원, 쌍 곡면의 특성을 나타내는 코닉(conic) 계수 K 및 구면에서의 차를 나타내는 비구면 계수 Ai(i=1~20 정도)로서 구성되어 있다.With reference to FIG. 21, the design formula of an axial symmetric aspherical lens is represented by following formula (4), for example. This design formula consists of the terms of the spherical surface (spherical radius R), the conic coefficient K representing the characteristics of the ellipse and the hyperbolic surface, and the aspherical coefficient Ai (about i = 1 to 20) representing the difference between the spherical surfaces.

(식 4)(Equation 4)

Figure 112009056584472-pat00004
Figure 112009056584472-pat00004

R: 구면 반경R: spherical radius

K: 코닉 계수K: conic coefficient

Ai: 비구면 계수Ai: Aspherical Modulus

X: X 좌표 방향 좌표값X: X coordinate direction coordinate value

Y: Y 좌표 방향 좌표값Y: Y coordinate direction coordinate value

여기서, 측정 데이터 군을 설계 형상에 얼라인먼트할 때, 왜곡 형상 오차가, 식 (4)의 설계식 중, 구면 반경 R만이 변화되었다고 해서, 구면 반경 R의 값을 변화시킨다. 그리고, 이 구면 반경 R을 변화시킨 설계 형상에 대하여, 측정 데이터 군을 얼라인먼트해 RMS값이 최소가 되는 베스트 피트(best fit) R 값을 산출한다. 도 22에, 산출한 베스트 피트 R을 이용한 설계 형상과, 측정 데이터 점 군과의 차의 결과를 나타낸다. 도 22는 본래의 설계 형상으로 얼라인먼트한 도 19보다 Zd 방향의 오차가 적고, 더욱 설계 형상에 맞춘 설계식으로 되어 있다.Here, when the measurement data group is aligned with the design shape, the distortion shape error changes the value of the spherical radius R because only the spherical radius R is changed in the design formula of Equation (4). Then, with respect to the design shape in which the spherical radius R is changed, the best fit R value at which the RMS value is minimum is calculated by aligning the measurement data group. 22 shows the results of the difference between the design shape using the calculated best fit R and the measurement data point group. FIG. 22 has a smaller error in the Zd direction than FIG. 19 aligned with the original design shape, and has a design formula that fits the design shape.

이 구한 베스트 피트 R 값을 설계 형상으로서, 제1 실시형태나 제2 실시형태의 순서에서 각각의 상태에서의 좌표 XYZAB의 변환량을 산출하고, 기억한다. 그 후, 설계 형상을 본래의 설계 형상으로 되돌려, 기억한 좌표 변환량으로, 순차 좌표 변환과 프로브 R 보정 처리를 실행하여, 측정 데이터 군과 본래의 설계 형상의 차로서 3차원 형상 데이터를 표시한다. 이에 의해 비스듬히 설치한 상태로부터의 좌표 변환과 프로브 R 보정을 더욱 고정밀도로 실행하여, 고경사면의 고정밀도 측정을 실행할 수 있다.Using the obtained best fit R value as a design shape, the conversion amount of coordinate XYZAB in each state is calculated and stored in the order of 1st Embodiment or 2nd Embodiment. Thereafter, the design shape is returned to the original design shape, and the coordinate transformation amount stored therein is used to perform sequential coordinate transformation and probe R correction processing to display three-dimensional shape data as a difference between the measurement data group and the original design shape. . Thereby, coordinate transformation and probe R correction from the state installed at an angle can be performed more accurately, and high precision measurement of a high inclined surface can be performed.

또한, 더욱 고정밀도로, 측정 데이터 군의 좌표 변환량을 산출해서 고정밀도의 중앙부의 오버랩 부분에서의 접속을 실행하기 위해서, 측정 데이터 군 바로 그것의 설계 형상을 추정해도 좋다. 예를 들면, 축 대칭 비구면의 설계식이 식 (4)로 나타내질 경우, 전술한 베스트 피트 R의 파라미터의 산출에 더해, 비구면 항인 Ai의 항에 대해서 측정 데이터 군을 얼라인먼트한 RMS값이 최소가 되도록 맞추어 고친 추정 설계 형상식을 구한다. 이 구한 추정 설계 형상을 설계 형상으로 해서, 제1 실시형태나 제2 실시형태의 순서로서 각각의 상태에서의 좌표 XYZAB의 변환량을 산출하여, 기억한다. 그 후, 설계 형상을 본래의 설계 형상으로 되돌려, 기억한 좌표 변환량으로 순차 좌표 변환과 프로브 R 보정 처리를 실행하여, 측정 데이터 군과 본래의 설계 형상의 차로서 3차원 형상 데이터를 표시한다. 이에 의해 비스듬히 설치한 상태로부터의 좌표 변환과 프로브 R 보정을 더욱 고정밀도로 실행하여, 고경사면의 고정밀도 측정을 실행할 수 있다.In addition, in order to more accurately calculate the coordinate conversion amount of the measurement data group and to perform the connection at the overlap portion of the high precision center part, the design shape of the measurement data group may be just estimated. For example, when the design expression of the axial symmetric aspherical surface is represented by equation (4), in addition to the above-described calculation of the best fit R parameter, the RMS value of aligning the measurement data group with respect to the term Ai of the aspherical surface is minimized. Obtain the estimated design geometry corrected accordingly. Using the obtained estimated design shape as the design shape, the conversion amount of the coordinates XYZAB in each state is calculated and stored in the order of the first embodiment or the second embodiment. After that, the design shape is returned to the original design shape, and the coordinate conversion amount and the probe R correction process are sequentially performed at the stored coordinate conversion amount to display three-dimensional shape data as the difference between the measurement data group and the original design shape. Thereby, coordinate transformation and probe R correction from the state installed at an angle can be performed more accurately, and high precision measurement of a high inclined surface can be performed.

또한, 더욱 중앙 부분의 중첩을 맞춤으로써, 대칭성 좋게 데이터를 평가하기 위해서, 제1 실시형태나 제2 실시형태의 순서로서 처리한, 도 10의 출력 데이터를 수동으로 조정해도 좋다. 구체적으로는, 출력 장치(22)의 디스플레이로 도 10의 출력 데이터를 모니터하면서, 2 방향 측정 데이터의 왼쪽 영역의 데이터에 대해서 Y축 주위의 회전과 Z축 방향의 수평 이동을 입력 장치(23)에 의해 수동으로 실행한다. 또한, 오른쪽 영역의 데이터에 대해서 Y축 주위의 회전과 Z축 방향의 수평 이동을 수동으로 실행한다. 이 수동 조정으로 2개 데이터의 대칭 CER의 중앙 영역에서, 2개의 데이터가 겹치도록 이동시켜, 합성함으로써, 측정 데이터의 일부분에 렌즈면 상의 먼지 등에 기인하는 노이즈 데이터가 포함될 경우이어도, 각각의 중앙 부분의 데이터가 겹치도록, 고경사면의 고정밀도 측정을 실행할 수 있다.In addition, the output data of FIG. 10 processed in the order of the first embodiment or the second embodiment may be manually adjusted in order to evaluate the data in a symmetrical manner by matching the overlap of the central portion. Specifically, while monitoring the output data of FIG. 10 on the display of the output device 22, the rotation around the Y axis and the horizontal movement in the Z axis direction with respect to the data in the left area of the two-way measurement data are input device 23. Run manually by Further, rotation about the Y axis and horizontal movement in the Z axis direction are manually performed on the data in the right area. This manual adjustment causes the two data to overlap and overlap each other in the central region of the symmetric CER of the two data, so that even if a part of the measurement data contains noise data due to dust on the lens surface, etc. The high-precision measurement of the high inclined surface can be performed so that the data may overlap.

또한, 더욱 중앙 부분의 중첩을 맞춤으로써, 대칭성 좋게 데이터를 평가하기 위해서, 제1 실시형태나 제2 실시형태의 순서로서 처리한, 도 23의 출력 데이터로 최소 제곱 직선을 이용한 이동과 합성을 실행해도 좋다. 구체적으로는, 설계 형상의 중앙에 대하여 대칭형으로 측정 데이터를 취득한 대칭 영역 CER에 있어서의, 2 방향 측정 데이터, 즉 왼쪽 영역의 측정 데이터 군 DL과, 오른쪽 영역의 측정 데이터 군 DR에 대하여 이하의 처리를 실행한다.In addition, in order to evaluate the data with good symmetry by matching the overlapping of the central portions, the movement and synthesis using the least square straight line are performed on the output data of FIG. 23 processed in the order of the first embodiment or the second embodiment. You may also Specifically, the following processing is performed on two-way measurement data, that is, the measurement data group DL in the left area and the measurement data group DR in the right area, in the symmetrical area CER in which measurement data are acquired symmetrically with respect to the center of the design shape. Run

1) 각 측정 데이터 DL, DR의 중심 부분을 XZ면에서 최소 제곱법에 의해 직선 근사한다(도 23의 부호 L51, L52).1) The center portion of each measurement data DL and DR is linearly approximated by the least square method in the XZ plane (symbols L51 and L52 in Fig. 23).

2) 2개의 근사 직선 L51, L52가 각각 X축과 겹치도록, Y축 주위의 회전량(근사 직선 L51, L52의 X축에 대한 경사)과 Z축 방향의 이동량을 산출한다.2) The amount of rotation about the Y axis (inclined to the X axis of the approximate straight lines L51 and L52) and the amount of movement in the Z axis direction are calculated so that the two approximated straight lines L51 and L52 overlap with the X axis, respectively.

3) 2개의 측정 데이터 군 DL, DR을, 2)에서 산출한 Y축 주위의 회전량과 Z축 방향의 수평 이동량으로 회전 및 수평 이동을 실행하여, 측정 데이터 군 DL, DR을 합성한다.3) The two measurement data groups DL and DR are rotated and moved horizontally in the amount of rotation around the Y axis and the horizontal movement amount in the Z axis direction calculated in 2) to synthesize the measurement data groups DL and DR.

이상의 처리에 의해, 측정 데이터 군 DL, DR의 일부분에 렌즈면 상의 먼지 등에 기인하는 노이즈 데이터가 포함될 경우라도, 수동 조정을 실행하는 일 없이, 각각의 중앙 부분의 데이터가 중첩되도록 해서 고경사면의 고정밀도 측정을 실행할 수 있다.By the above processing, even when noise data resulting from dust on the lens surface or the like is included in a part of the measurement data groups DL and DR, the data of each center portion is superimposed without performing manual adjustment, so that the high inclination surface is high precision. Degree measurements can be performed.

(제4 실시형태)(4th Embodiment)

제1 실시형태나 제2 실시형태에서는, 비스듬히 설치한 렌즈(11)에 대하여, 측정기(1)의 좌표계로 X축 및 Y축 방향에, 즉 XY면에서 보면 십자 방향으로, 프로브(102)를 주사한 측정 결과를 처리하였다. 렌즈면을 면 형상으로서 평가하기 위해서는, 도 24에 나타내는 것 같은 일필서(一筆書) 상의 면상 주사 경로에 의해, 프로브(102)에 포커스를 더한 상태에서, 렌즈면에서 스타일러스(101)를 XY 방향에 연속적으로 주사하여, 면상의 측정 데이터 군을 얻으면 좋다. 도 24에 있어서 부호 A1은 렌즈(11)의 유효 영역을 나타내고, 부호 A2는 측정기(11)의 프로브(102)가 표면 형상에 추종 가능한 영역을 나타낸다.In the first and second embodiments, the probe 102 is positioned in the X and Y axis directions in the coordinate system of the measuring device 1 with respect to the lens 11 provided at an angle, in the cross direction when viewed in the XY plane. Injected measurement results were processed. In order to evaluate the lens surface as a planar shape, the stylus 101 is moved in the XY direction on the lens surface in a state in which the focus is added to the probe 102 by the planar scanning path on the writing as shown in FIG. 24. Scanning may be performed continuously to obtain a planar measurement data group. In FIG. 24, code | symbol A1 represents the effective area of the lens 11, and code | symbol A2 represents the area | region which the probe 102 of the measuring device 11 can follow the surface shape.

이 면상의 측정 데이터 군을, X축 상 측정 데이터(실선) 군과, 그것 이외의 외측 데이터 군(점선)의 2군으로 분리한다. 그리고, 제1 실시형태나 제2 실시형태에 있어서, X축 상의 측정 데이터는 X축 상 측정 데이터 군(실선)에, Y축 상의 측정 데이터는 외측 데이터 군(점선)으로서, 처리를 실행함으로써, 면 데이터로서 고경사면의 고정밀도 측정을 실행할 수 있다.This planar measurement data group is separated into two groups, the X-axis-based measurement data (solid line) group and the other external data group (dashed line). In the first embodiment and the second embodiment, the measurement data on the X axis is executed as the measurement data group (solid line) on the X axis, and the measurement data on the Y axis is the outer data group (dashed line). High-precision measurement of a high inclined surface can be performed as surface data.

(제5 실시형태)(Fifth Embodiment)

제1 실시형태~제4 실시형태의 3차원 형상 측정 방법을 실행하는 데에서 측정기(1)의 측정 정밀도를 검증하기 위해서는, 도 25A, 도 25B에 나타내는 바와 같은 마스터워크(masterwork)(31)를 사용하는 것이 바람직하다. 이 마스터워크(31)는, Z축에 회전 대칭으로, XY 방향의 반경이 Rr이고, Z 방향의 반경이 Rz의 타원 형상부(31a)를 가지고, 초강(超鋼)으로 니켈 도금된 재질 등으로 구성되어 있다.In order to verify the measurement accuracy of the measuring device 1 in performing the three-dimensional shape measuring method of 1st Embodiment-4th Embodiment, the masterwork 31 as shown to FIG. 25A, 25B is shown. It is preferable to use. The master work 31 has an elliptical shape 31a of Rz in the XY direction, a radius in the XY direction, rotationally symmetrical to the Z-axis, and a nickel plated material such as super steel. It consists of.

이 때, 타원 형상부(31a)는 이하의 설계식으로 나타내진다. 우선, 대칭 축을 수직, 즉 Z축 방향에 설치하였을 경우의 설계식은, 이하의 식 (5)와 같이 된다. At this time, the elliptic portion 31a is represented by the following design formula. First, the design formula in the case where the symmetry axis is provided vertically, that is, in the Z-axis direction, is as shown in the following formula (5).

(식 5)(Eq. 5)

Figure 112009056584472-pat00005
Figure 112009056584472-pat00005

XZ면을 수평으로 설치하였을 경우의 설계식은, 이하의 식 (6)과 같이 된다. The design formula at the time of providing the XZ plane horizontally becomes as following formula (6).

(식 6)(Equation 6)

Figure 112009056584472-pat00006
Figure 112009056584472-pat00006

YZ면을 수평으로 설치하였을 경우의 설계식은, 이하의 식 (7)과 같이 된다.The design formula at the time of providing a YZ plane horizontally becomes as following formula (7).

(식 7)(Eq. 7)

Figure 112009056584472-pat00007
Figure 112009056584472-pat00007

타원 형상부(31a)를 갖는 것에 의해, 도 25A 에 나타낸 바와 같이, Z축의 위쪽에서 0도~60도 부근까지의 형상을 평가해서 형상 정밀도를 확인하는 것이 가능하다. 그 후, 도 25B에 나타낸 바와 같이, X축 주위로 90도 회전하여, Z축의 위쪽에서 마스터워크의 0도~60도 부근까지의 형상을 평가해 형상 정밀도를 확인하는 것이 가능하다. 각각의 방향에서의 마스터워크(31)의 타원 형상부(31a)의 설계 형상으로부터의 편차가 소정의 값 이내에 들어가 있는 것을 확인함으로써, 대칭 축을 수직 방향으로 해서 보았을 경우, 상면에서 0~90°의 각도로, 측정기(1)의 정밀도 검증을 실행할 수 있다.By having ellipse-shaped part 31a, as shown to FIG. 25A, it is possible to evaluate the shape from 0 degree | times to 60 degree vicinity from the upper side of a Z-axis, and to confirm shape precision. Then, as shown in FIG. 25B, it is possible to rotate 90 degrees around the X axis, evaluate the shape from the upper side of the Z axis to the vicinity of 0 degree to 60 degree of a masterwork, and confirm shape accuracy. By checking that the deviation from the design shape of the elliptic portion 31a of the master work 31 in each direction falls within a predetermined value, when viewed in the vertical direction, the axis of symmetry is 0 to 90 °. By the angle, the accuracy verification of the measuring device 1 can be performed.

이상의 실시형태에서는, X축을 기준으로 할 경우를 예로 설명을 실행하였지만, X 좌표와 Y 좌표를 교체해서 Y축을 기준으로 해도 본 발명의 방법을 실행 가능하다.In the above embodiment, the description has been made by taking the case where the X-axis is a reference, but the method of the present invention can be executed even when the X-axis and the Y-coordinate are replaced with the Y-axis as the reference.

본 발명의 3차원 형상 측정 방법은, 종래의 3차원 형상 측정기의 측정 가능한 경사각을 초과한 경사면을 고정밀도로 측정하는 것이 가능해서, 카메라 부착 휴대전화에 사용되는 렌즈, BD 등의 광디스크 기억장치에 사용되는 픽업 렌즈 등, 렌즈면의 광축에 대한 경사가 고경사로 구성된 렌즈 형상을 고정밀도로 3차원 형상 측정하는 용도에 적용할 수 있다.The three-dimensional shape measuring method of the present invention can accurately measure the inclined plane exceeding the measurable inclination angle of the conventional three-dimensional shape measuring device, and is used in optical disk storage devices such as lenses and BDs used in mobile phones with cameras. It is applicable to the use of the lens shape of which the inclination with respect to the optical axis of the lens surface which consists of high inclinations, such as a pick-up lens, becomes high-precision three-dimensional shape.

도 1은 제1 실시형태의 3차원 형상 측정 방법을 실행하는 3차원 형상 측정 장치를 나타내는 사시도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The perspective view which shows the three-dimensional shape measuring apparatus which implements the three-dimensional shape measuring method of 1st Embodiment.

도 2는 렌즈(측정물)의 치구를 나타내는 모식적인 측면도.2 is a schematic side view showing a jig of a lens (measured object).

도 3은 제1 실시형태의 3차원 형상 측정 방법을 나타내는 플로차트.3 is a flowchart showing a three-dimensional shape measuring method according to the first embodiment.

도 4는 도 3의 단계 S3-15의 상세를 나타내는 플로차트.4 is a flowchart showing details of step S3-15 of FIG.

도 5는 도 4의 단계 S4-4의 상세를 나타내는 플로차트.5 is a flowchart showing details of step S4-4 in FIG.

도 6은 측정 경로를 설명하기 위한 모식적인 사시도.6 is a schematic perspective view for explaining a measurement path.

도 7A는 좌표 변환 전의 측정 경로를 나타내는 모식적인 측면도.7A is a schematic side view illustrating a measurement path before coordinate transformation.

도 7B는 좌표 변환 후의 측정 경로를 나타내는 모식적인 측면도.7B is a schematic side view illustrating a measurement path after coordinate transformation.

도 8은 프로브 R 보정을 설명하기 위한 모식도.8 is a schematic diagram for explaining probe R correction.

도 9는 C축에서의 좌표 변환을 설명하기 위한 개념도.9 is a conceptual diagram for explaining coordinate transformation in the C axis.

도 10은 제1 실시형태의 측정 결과의 일례를 나타내는 그래프.The graph which shows an example of the measurement result of 1st Embodiment.

도 11은 제1 실시형태의 측정 결과의 다른 일례(측정 데이터 점수에 비대칭성이 있을 경우)를 나타내는 그래프.FIG. 11 is a graph showing another example of the measurement result of the first embodiment (when there is asymmetry in the measurement data score). FIG.

도 12는 측정 데이터 점수에 비대칭성이 있을 경우의 제1 실시형태의 측정 결과를 중앙에 대칭이 되는 데이터를 추출해서 얼라인먼트한 결과를 나타내는 그래프.FIG. 12 is a graph showing a result of extracting and aligning data whose symmetry is at the center of the measurement result when the measurement data score has asymmetry. FIG.

도 13A는 비구면량이 클 경우의 측정 데이터 군과 설계 형상의 관계를 나타내는 모식도.It is a schematic diagram which shows the relationship between the measurement data group and a design shape when an aspherical amount is large.

도 13B는 비구면량이 중간일 경우의 측정 데이터 군과 설계 형상의 관계를 나타내는 모식도.Fig. 13B is a schematic diagram showing the relationship between the measurement data group and the design shape when the aspheric amount is medium;

도 13C는 비구면량이 작을 경우의 측정 데이터 군과 설계 형상의 관계를 나타내는 모식도.Fig. 13C is a schematic diagram showing the relationship between the measurement data group and the design shape when the aspherical amount is small.

도 14는 제2 실시형태의 3차원 형상 측정 방법을 나타내는 플로차트.14 is a flowchart showing a three-dimensional shape measuring method according to the second embodiment.

도 15는 도 14의 단계 S14-3의 상세를 나타내는 플로차트.FIG. 15 is a flowchart showing details of step S14-3 of FIG. 14;

도 16은 도 14의 단계 S14-4의 상세를 나타내는 플로차트.FIG. 16 is a flowchart showing details of step S14-4 in FIG. 14;

도 17은 도 14의 단계 S14-5의 상세를 나타내는 플로차트.FIG. 17 is a flowchart showing details of step S14-5 of FIG. 14;

도 18은 도 14의 단계 S14-6의 상세를 나타내는 플로차트.FIG. 18 is a flowchart showing details of step S14-6 in FIG. 14;

도 19는 제2 실시형태의 측정 결과의 일례를 나타내는 그래프.The graph which shows an example of the measurement result of 2nd Embodiment.

도 20은 제2 실시형태의 다른 측정 결과를 나타내는 그래프.20 is a graph showing another measurement result of the second embodiment.

도 21은 축 대칭 비구면 렌즈의 설계식을 설명하기 위한 모식적인 사시도.21 is a schematic perspective view for explaining a design formula of an axial symmetric aspherical lens.

도 22는 제3 실시형태의 베스트 피트 R을 사용한 측정 결과의 일례를 나타내는 그래프.The graph which shows an example of the measurement result using the best fit R of 3rd Embodiment.

도 23은 제3 실시형태의 최소 제곱법을 사용한 중첩을 설명하기 위한 그래프.The graph for demonstrating the superposition using the least square method of 3rd Embodiment.

도 24는 제4 실시형태의 면상 주사를 나타내는 모식적인 평면도.FIG. 24 is a schematic plan view showing a planar scan of a fourth embodiment. FIG.

도 25A는 마스터워크(대칭 축을 Z 방향에 설치)를 나타내는 모식적인 측면도.25A is a schematic side view of a master work (installing a symmetrical axis in the Z direction).

도 25B는 마스터워크(XZ면에 수평으로 설치)를 나타내는 모식적인 측면도.25B is a schematic side view of the master work (installed horizontally on the XZ plane).

도 26은 3차원 형상 측정 장치의 프로브 유닛의 일례를 나타내는 모식도.It is a schematic diagram which shows an example of the probe unit of a three-dimensional shape measuring apparatus.

도 27은 종래의 3차원 형상 측정 방법의 일례를 설명하기 위한 개념적 도면.27 is a conceptual view for explaining an example of a conventional three-dimensional shape measuring method.

도 28은 종래의 3차원 형상 측정 방법의 다른 일례를 설명하기 위한 개념도.28 is a conceptual view for explaining another example of the conventional three-dimensional shape measuring method.

도 29는 X축 주위의 회전에 기인하는 측정 오차를 설명하기 위한 모식도.It is a schematic diagram for demonstrating the measurement error resulting from rotation about an X axis.

*부호의 설명* Description of the sign

1: 3차원 형상 측정기1: 3D shape measuring instrument

2: 하부 석정반(石定盤)2: lower stone tablet

3: X축 스테이지3: X-axis stage

4: Y축 스테이지4: Y-axis stage

5: 상부 석정반5: upper stone tablet

6: He-Ne 레이저6: He-Ne laser

7: 광학계7: optical system

8: X축 미러(mirror)8: X-axis mirror

9: Y축 미러9: Y-axis mirror

11: 렌즈11: lens

12: 치구(治具)12: jig

13: A축 고니오스테이지13: A-axis Konio stage

14: XY 스테이지14: XY stage

15: B축 고니오스테이지15: B-axis gonio stage

16: 테이퍼 스페이서16: tapered spacer

17: 상부 플레이트17: top plate

18: 지지 클로(claw)18: support claw

19: 위치 결정 핀19: positioning pin

21: 제어?연산 장치21: control?

22: 출력 장치22: output device

23: 입력 장치23: input device

31: 마스터워크31: Masterwork

31a: 타원 원형부31a: elliptic circular part

Claims (9)

측정물을 3차원 측정기의 Y축 주위로 기울여서 설치한 제1 설치 상태로 하고,Set the measurement object to the first installation state inclined around the Y axis of the three-dimensional measuring instrument, 상기 측정물을 상기 제1 설치 상태로부터 상기 측정물의 Z축을 중심으로 90도의 2 이하의 자연수 배(倍)의 각도 증분(增分)으로 1회 이상 회전시켜서 1개 이상의 제2 설치 상태로 하고,At least one second installation state is caused by rotating the measurement object one or more times from the first installation state by an angular increment of two or less natural numbers of 90 degrees about the Z axis of the measurement object. 상기 제1 및 제2 설치 상태의 각각에 대해서, 상기 측정물의 정점을 지나가는 상기 3차원 측정기의 X축 방향의 직선 상에 상기 측정물 표면을 상기 3차원 측정기로 측정하여 제1 측정 데이터 군(群)을 취득하는 것과 더불어, 상기 측정물의 정점을 지나가는 상기 3차원 측정기의 Y축 방향의 직선 상에 상기 측정물 표면을 상기 3차원 측정기로 측정하여 제2 측정 데이터 군을 취득하고,For each of the first and second installation states, the measurement object surface is measured by the three-dimensional measuring instrument on a straight line in the X-axis direction of the three-dimensional measuring instrument passing through the vertex of the measuring object, and the first measurement data group In addition to acquiring), a second measurement data group is obtained by measuring the surface of the workpiece with the three-dimensional measuring instrument on a straight line in the Y-axis direction of the three-dimensional measuring instrument passing through the vertex of the measuring object, 상기 제1 및 제2 설치 상태의 각각에 대해서,For each of the first and second installation states, 상기 제1 및 제2 측정 데이터 군을 상기 3차원 측정기의 Y축 주위의 경사에 따라서 회전 및 병진 이동시켜서, 상기 측정물을 상기 3차원 측정기에 수평으로 설치한 상태로 좌표 변환하는 예비 좌표 변환을 실행하고,A preliminary coordinate transformation for rotating and translating the first and second measurement data groups according to the inclination around the Y axis of the 3D measuring instrument to coordinate transformation of the measuring object in a state where the measuring apparatus is installed horizontally. Run it, 상기 예비 좌표 변환이 이루어진 상기 제1 및 제2 측정 데이터 군을 상기 측정물의 설계식에 맞추는 제1 얼라인먼트량을 상기 측정물의 X축, Y축, Z축, 상기 측정물의 X축 주위의 회전 방향인 A축, 상기 측정물의 Y축 주위의 회전 방향인 B축에 대해서 산출하고,The first alignment amount for fitting the first and second measurement data groups in which the preliminary coordinate transformation is performed to the design formula of the measurement object is a rotational direction around the X-axis, Y-axis, Z-axis, and X-axis of the measurement object. A axis | shaft is calculated about the B axis | shaft which is a rotation direction around the Y axis | shaft of the said measured object, 상기 측정물의 X축, Y축, Z축, A축 및 B축의 제1 얼라인먼트량 중에서 2개 또는 3개를 고정 얼라인먼트량으로서 선택하고,Two or three of the first alignment amounts of the X-axis, Y-axis, Z-axis, A-axis and B-axis of the measurement object are selected as fixed alignment amount, 상기 예비 좌표 변환이 이루어진 상기 제1 및 제2 측정 데이터 군을, 상기 고정 얼라인먼트량으로 좌표 변환하는 제1 좌표 변환을 실행하고,A first coordinate transformation is performed for coordinate transformation of the first and second measurement data groups in which the preliminary coordinate transformation has been performed into the fixed alignment amount; 상기 제1 좌표 변환이 이루어진 상기 제1 및 제2 측정 데이터 군을 상기 측정물의 설계식(設計式)에 맞추는 제2 얼라인먼트량을 상기 측정물의 X축, Y축, Z축, A축 및 B축 중 상기 고정 얼라인먼트량 이외의 축에 대해서 산출하고,X-axis, Y-axis, Z-axis, A-axis and B-axis of the second alignment amount for fitting the first and second measurement data group having the first coordinate transformation to the design formula of the measurement object For axes other than the fixed alignment amount in the 상기 예비 좌표 변환이 이루어진 상기 제1 및 제2 측정 데이터 군을 상기 고정 얼라인먼트량과 상기 제2 얼라인먼트량으로 좌표 변환하는 제2 얼라인먼트를 실행하고,Performing a second alignment for coordinate-converting the first and second measurement data groups in which the preliminary coordinate transformation is performed into the fixed alignment amount and the second alignment amount, 상기 제2 얼라인먼트가 이루어진 제1 및 제2 측정 데이터 군과 상기 측정물의 상기 설계식과의 차를 산출하고,Calculate a difference between the first and second measurement data groups in which the second alignment is made and the design formula of the measurement object; 상기 제1 및 제2 설치 상태에 대한 상기 설계식과의 차를 합성하는To synthesize a difference from the design formula for the first and second installation states. 3차원 형상 측정 방법.3D shape measurement method. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 각도 증분은 180도이며, 상기 제2 설치 상태가 1개인 The angle increment is 180 degrees, and the second installation state is one 3차원 형상 측정 방법.3D shape measurement method. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 각도 증분은 90도이며, 상기 제2 설치 상태가 3개인The angle increment is 90 degrees, and the second installation state is three 3차원 형상 측정 방법.3D shape measurement method. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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