DE112016001137B4

DE112016001137B4 - Mit Abschnitt zur Positionsbestimmung versehenes Element und Messverfahren

Info

Publication number: DE112016001137B4
Application number: DE112016001137.7T
Authority: DE
Inventors: Takahiro Fujioka; Atsuya Fushiki; Hironori Horikiri; Katsumoto Ikeda
Original assignee: Nalux Co Ltd
Current assignee: Nalux Co Ltd
Priority date: 2015-03-11
Filing date: 2016-01-21
Publication date: 2024-01-18
Anticipated expiration: 2036-01-22
Also published as: WO2016143395A1; CN107430221A; DE112016001137T5; JPWO2016143395A1; US10295336B2; US20170350695A1; JP6248236B2; CN107430221B

Abstract

Element (200, 1200), aufweisend eine erste ebene Fläche (201) und eine zweite ebene Fläche (203), die in einem Winkel zu der ersten ebenen Fläche (201) ist,
wobei die zweite ebene Fläche (203) darauf mit mindestens drei Abschnitten zur Positionsbestimmung (101A, 101B, 101C, 101D) versehen ist, wobei die Abschnitte zur Positionsbestimmung (101A, 101B, 101C, 101D) derart in einem Abstand angeordnet sind, dass eine Position der zweiten ebenen Fläche (203) definiert werden kann, und
jeder von den Abschnitten zur Positionsbestimmung (101A, 101B, 101C, 101D) auf der zweiten ebenen Fläche (203) eine konvexe Form hat, wobei die konvexe Form auf einer Grenzlinie mit der zweiten ebenen Fläche (203) eine Tangentialebene (TL) hat, und derart konfiguriert ist, dass ein Winkel, der von der Tangentialebene (TL) und der zweiten ebenen Fläche (203) gebildet wird, in einem Bereich von 20 Grad bis 70 Grad ist, und die Tangentialebenen (TL) auf den Grenzlinien der mindestens drei Abschnitte zur Positionsbestimmung (101A, 101B, 101C, 101D) parallel zueinander sind.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Element, das mit Abschnitten zur Positionsbestimmung versehen ist, und ein Messverfahren.
Hintergrundtechnik
Bei einem Element, das zum Beispiel mit einer Prismenfläche versehen ist, muss ein Wert eines Winkels, den die Prismenfläche mit einer anderen Fläche ausbildet, durch die ein Lichtstrahl hindurchgeht, mit einer hohen Genauigkeit sichergestellt sein. Dementsprechend muss der Winkel, den die Prismenfläche mit einer anderen Fläche ausbildet, durch die ein Lichtstrahl hindurchgeht, mit einer hohen Genauigkeit gemessen werden. Wenn ein Winkel, den zwei Flächen eines Elements ausbilden, gemessen wird, wird das Element herkömmlicherweise durch eine entsprechende Ebene geschnitten und wird der Winkel, den die beiden Flächen ausbilden, im Schnitt gemessen. Das herkömmliche Messverfahren bringt jedoch die folgenden Probleme mit sich. Erstens bringt das Schneiden eines Elements viele Probleme mit sich. Zweitens verhindern eine Verformung des Elements aufgrund des Schneidens sowie Schnittgrate, die durch das Schneiden erzeugt werden, eine hochgenaue Messung des Winkels. Drittens variieren Messwerte in Abhängigkeit von einem ausgewählten Abschnitt. Somit ist es schwierig, den Winkel, den die beiden Flächen ausbilden, mit dem herkömmlichen Messverfahren mit einer hohen Genauigkeit zu messen.
Auf der anderen Seite wurden herkömmlicherweise Verfahren zum Ausrichten von zwei Elementen mittels einer Positionsmarke entwickelt, die einem Abschnitt zur Positionsbestimmung entspricht (Patentdokument 1 und Patentdokument 2). Ein Verfahren zum Messen eines Winkels, den zwei Flächen eines Elements ausbilden, mittels der Verwendung von Abschnitten zur Positionsbestimmung, sowie ein Element, welches derart konfiguriert ist, dass ein Winkel, den zwei Flächen des Elements ausbilden, durch die Verwendung von Abschnitten zur Positionsbestimmung gemessen werden kann, sind jedoch nicht entwickelt worden.
Dokumente des Standes der Technik
Patentdokumente

Patentdokument 1: JP 2008-216905A
Patentdokument 2: JP 2014-137410A

US 2013 / 0 266 262 A1 beschreibt ein Optischer-Pfad-Änderungselement, das einen Elementhauptkörper aufweist, der aus einem transparenten Material gebildet ist und in dem ein Reflexionsabschnitt ausgebildet ist, der die optische Faser optisch mit dem Lichteingangs- und -ausgangsende verbindet, wobei der Reflexionsabschnitt eine erste Linse ist, die eine konkave Form hat, wenn sie aus einer Einfallsrichtung betrachtet wird, und bewirkt, dass Licht, das von einer der optischen Faser und dem Lichteingangs- und -ausgangsende auf die Innenseite des Element-Hauptkörpers einfällt, intern in dem Element-Hauptkörper reflektiert und in Richtung der anderen der optischen Faser und das Lichteingangs- und -ausgangsende geleitet wird, wobei eine zweite Linse, die eine konvexe Form in Richtung der optischen Komponente hat, in einer Lichteinfalls- und -emissionsfläche des Element-Hauptkörpers ausgebildet ist, die der optischen Komponente gegenüberliegt.
Zusammenfassung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösendes Problem
Dementsprechend besteht ein Bedarf an einem Verfahren zum Messen eines Winkels, den zwei Flächen eines Elements ausbilden, durch die Verwendung von Abschnitten zur Positionsbestimmung, sowie an einem Element, das derart konfiguriert ist, dass ein Winkel, den zwei Flächen des Elements ausbilden, durch die Verwendung von Abschnitten zur Positionsbestimmung gemessen werden kann.
Mittel zum Lösen des Problems
Erfindungsgemäß sind ein Element gemäß Anspruch 1, ein Messverfahren zum Messen einer Position einer Zielfläche gemäß Anspruch 7 und ein Verfahren zum Messen eines Winkels in einem Element gemäß Anspruch 9 bereitgestellt. Beispielhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen definiert.
Ein Element gemäß einem ersten Aspekt ist ein Element, das eine erste Ebene und eine zweite Ebene aufweist, die in einem Winkel zu der ersten Ebene liegt, wobei die zweite Ebene darauf mit mindestens drei Abschnitten zur Positionsbestimmung versehen ist, wobei die Abschnitte zur Positionsbestimmung derart angeordnet sind, dass ein Abstand zwischen den Abschnitten zur Positionsbestimmung groß genug ist, um die zweite Ebene zu lokalisieren, und jeder der Abschnitte zur Positionsbestimmung auf der zweiten Ebene eine konvexe Form hat und derart konfiguriert ist, dass eine Tangentialebene einer Fläche jedes Abschnitts zur Positionsbestimmung an jedem beliebigen Punkt auf der Grenzlinie zwischen der zweiten Ebene und der Fläche eine Ebene ausbildet, die parallel zu der ersten Ebene ist.
Bei dem Element gemäß dem vorliegenden Aspekt lässt sich die Position der zweiten Ebene in Bezug auf die Position der ersten Ebene durch Bestimmen der Positionen der Grenzlinien der Abschnitte zur Positionsbestimmung bestimmen, und lässt sich dadurch der Winkel, den die erste Ebene und die zweite Ebene ausbilden, mit hoher Genauigkeit messen. Wenn bei dem Element gemäß dem vorliegenden Aspekt der Winkel, den die erste Ebene und die zweite Ebene ausbilden, gemessen wird, muss mit anderen Worten das Element nicht durch eine Ebene zum Messen eines Winkels geschnitten werden. Dementsprechend sind viele Umstände bezüglich des Schneidens des Elements nicht erforderlich, verschlechtert sich die Messgenauigkeit nicht aufgrund einer Verformung des Elements aufgrund des Schneidens und der Schnittgrate, die durch das Schneiden erzeugt werden, und variieren die Messwerte nicht in Abhängigkeit von einem ausgewählten Abschnitt.
Bei einem Element gemäß einer ersten Ausführungsform des ersten Aspekts sind die Abschnitte zur Positionsbestimmung auf dem Umfang der zweiten Ebene angeordnet.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann die Position der zweiten Ebene durch die mindestens drei Abschnitte zur Positionsbestimmung, die auf dem Umfang der zweiten Ebene angeordnet sind, mit einer hohen Genauigkeit bestimmt werden, und kann dadurch der Winkel, den die erste Ebene und die zweite Ebene ausbilden, mit einer hohen Genauigkeit gemessen werden.
Ein Element gemäß einer zweiten Ausführungsform des ersten Aspekts ist mit vier Abschnitten zur Positionsbestimmung versehen.
Ein Element gemäß einer dritten Ausführungsform des ersten Aspekts wird für optische Anwendungen verwendet.
Ein Element gemäß einer vierten Ausführungsform des ersten Aspekts ist das Element gemäß der dritten Ausführungsform, wobei mindestens eine von der ersten Ebene und der zweiten Ebene eine Prismenebene ist.
Ein Element gemäß einer fünften Ausführungsform des ersten Aspekts ist das Element gemäß der dritten Ausführungsform, wobei mindestens eine von der ersten Ebene und der zweiten Ebene darauf mit einer Linse versehen ist.
Ein Element gemäß einer sechsten Ausführungsform des ersten Aspekts ist das Element gemäß der dritten Ausführungsform, wobei mindestens eine von der ersten Ebene und der zweiten Ebene eine Fläche zum Installieren eines Lichtwellenleiters ist.
Ein Element gemäß einer siebten Ausführungsform des ersten Aspekts ist mit mindestens drei Positionsmarken versehen, wobei jede Positionsmarke einem einzelnen Abschnitt zur Positionsbestimmung entspricht.
Ein Element gemäß einer achten Ausführungsform des ersten Aspekts ist das Element gemäß der siebten Ausführungsform, wobei die Länge der Grenzlinie jeder Positionsmarke von 0,1 mm bis 3,0 mm beträgt.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann eine ausreichende Anzahl von Messpunkten entlang der Grenzlinie angeordnet sein, wobei jeder Messpunkt eine Größe hat, die der Größe eines einzelnen Bildpunktes eines Bild-Messsystems entspricht.
Ein Element gemäß einer neunten Ausführungsform des ersten Aspekts ist mit mindestens zwei Positionsmarken versehen, die mindestens eine Positionsmarke aufweisen, die mehreren Abschnitten zur Positionsbestimmung entspricht.
Ein Element gemäß einer zehnten Ausführungsform des ersten Aspekts ist das Element gemäß irgendeiner der siebten bis neunten Ausführungsform, wobei die Fläche jeder Positionsmarke, die die Grenzlinie aufweist, als eine gekrümmte Fläche ausgebildet ist, und der Krümmungsradius der Fläche an der Grenzlinie 0,03 mm bis 0,2 mm beträgt.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird eine Position der Grenzlinie dank der Reflexion auf der Fläche, die die Grenzlinie jeder Positionsmarke enthält, in einem Bild deutlich dargestellt.
Ein Verfahren zum Messen eines Winkels gemäß einem zweiten Aspekt ist ein Verfahren zum Messen eines Winkels bei einem Element, das eine erste Ebene und eine zweite Ebene aufweist, die in einem Winkel zu der ersten Ebene ist, wobei die zweite Ebene darauf mit mindestens drei Abschnitten zur Positionsbestimmung versehen ist, wobei die Abschnitte zur Positionsbestimmung derart angeordnet sind, dass ein Abstand zwischen den Abschnitten zur Positionsbestimmung groß genug ist, um die zweite Ebene zu lokalisieren, und wobei jeder der Abschnitte zur Positionsbestimmung auf der zweiten Ebene eine konvexe Form hat und derart konfiguriert ist, dass eine Tangentialebene einer Fläche jedes Abschnitts zur Positionsbestimmung an jedem beliebigen Punkt auf der Grenzlinie zwischen der zweiten Ebene und der Fläche eine Ebene ausbildet, die parallel zu der ersten Ebene ist. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Bestimmen von Positionen der Grenzlinien der mindestens drei Abschnitte aus einem Bild der zweiten Ebene und Bestimmen des Winkels zwischen der ersten Ebene und der zweiten Ebene mittels der Positionen der mindestens drei Abschnitte.
Bei dem Verfahren zum Messen eines Winkels gemäß dem vorliegenden Aspekt kann eine Position der zweiten Ebene relativ zu der ersten Ebene durch Bestimmen von Positionen der Grenzlinien der mindestens drei Abschnitte aus einem Bild der zweiten Ebene bestimmt werden, und kann dadurch der Winkel, den die erste Ebene und die zweite Ebene ausbilden, mit einer hohen Genauigkeit gemessen werden. Mit anderen Worten muss das Element bei dem Verfahren zum Messen eines Winkels gemäß dem vorliegenden Aspekt zum Messen eines Winkels nicht durch eine Ebene geschnitten werden. Dementsprechend sind viele mit dem Schneiden des Elements verbundene Probleme nicht erforderlich, verschlechtert sich die Messgenauigkeit nicht aufgrund einer Verformung des Elements aufgrund des Schneidens und aufgrund von Schnittgraten, die durch das Schneiden verursacht werden, und variieren Messwerte nicht in Abhängigkeit von einem ausgewählten Abschnitt.
Bei einem Verfahren zum Messen eines Winkels gemäß einer ersten Ausführungsform des zweiten Aspekts werden die Positionen der Grenzlinien der mindestens drei Abschnitte mittels mehrerer Bildpunkte im Bild erhalten.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden die Positionen der Grenzlinien der mindestens drei Abschnitte mittels mehrerer Bildpunkte im Bild erhalten und kann deshalb die Messgenauigkeit weiter erhöht werden.
Ein Messverfahren gemäß einem dritten Aspekt ist ein Verfahren zum Messen einer Position einer Zielfläche, die mit mehreren Abschnitten zur Positionsbestimmung versehen ist. Die Abschnitte zur Positionsbestimmung haben auf der Zielfläche eine konvexe Form, und jeder der Abschnitte zur Positionsbestimmung ist derart konfiguriert, dass eine Tangentialebene einer Fläche jedes Abschnitts zur Positionsbestimmung an jedem beliebigen Punkt auf der Grenzlinie mit der Zielfläche eine einzige Ebene ausbildet und Tangentialebenen der mehreren Abschnitte zur Positionsbestimmung parallel zueinander sind. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Bestimmen von Positionen der Grenzlinien der mehreren Abschnitte zur Positionsbestimmung aus einem Bild der Zielfläche und Bestimmen der Position der Zielfläche aus den Positionen der Grenzlinien der mehreren Abschnitte zur Positionsbestimmung.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen

1 zeigt ein Element gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
2 ist ein Ablaufdiagramm zum Darstellen, wie der Winkel zwischen der ersten Ebene und der zweiten Ebene durch die Verwendung der vier Positionsmarken zu bestimmen ist,
3 ist ein Ablaufdiagramm zum Darstellen, wie x-, y- und z- Koordinaten der vier Positionsmarken zu bestimmen sind,
4 zeigt einen Querschnitt des Elements, wobei der Querschnitt senkrecht zu der ersten Ebene ist,
5 zeigt einen Querschnitt des Elements, wobei der Querschnitt senkrecht zu der ersten Ebene ist, sowie Lichtstrahlbahnen, die die Positionsmarke beleuchten, 6 zeigt eine vergrößerte Ansicht der Positionsmarke,
7 zeigt eine Form eines Formwerkzeugs für eine Positionsmarke mit einer konkaven Form,
8 zeigt eine Form eines Formwerkzeugs für eine Positionsmarke mit einer konvexen Form,
9 zeigt, wie ein Winkel zu messen ist, der durch zwei Ebenen eines Elements ausgebildet ist,
10 zeigt ein Element, das auf einer Fläche, die mit mehreren Nuten zum Anordnen von Lichtwellenleitern versehen ist, mit Positionsmarken versehen ist, und
11 zeigt ein Element gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung der Ausführungsformen
1 zeigt ein Element gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Element gemäß der Ausführungsform ist ein optisches Element 200, das mit einer mit Linsen versehenen Fläche sowie einer Prismenfläche versehen ist. Das optische Element 200 ist mit einer Referenzebene 201, einer Ebene (ebenen Fläche) 205, die senkrecht zu der Referenzebene 201 ist, und mit einer Ebene (ebenen Fläche) 203 versehen, die einen Winkel (einen spitzen Winkel) mit der Referenzebene 201 ausbildet. Die Ebene 203 ist eine Prismenfläche. Die Referenzebene 201 ist mit mehreren Linsen 301 versehen, die in einer geraden Linie angeordnet sind. Darüber hinaus ist die Ebene 205 mit mehreren Linsen 301 versehen, die in einer geraden Linie angeordnet sind. Lichtstrahlen, die sich in der Richtung senkrecht zu der Referenzebene 201 bewegen und in die mehreren Linsen 301 eintreten, die in einer geraden Linie auf der Referenzebene 201 angeordnet sind, werden durch die Ebene 203 im optischen Element 200 reflektiert und erreichen die mehreren Linsen 305, die in einer geraden Linie auf der Ebene 205 angeordnet sind. Somit ist das optische Element 200 derart konfiguriert, dass Lichtstrahlen, die sich in der Richtung senkrecht zu der Referenzebene 201 bewegen und in die mehreren Linsen 301 eintreten, die in einer geraden Linie auf der Referenzebene 201 angeordnet sind, das optische Element 200 verlassen, nachdem sie die Linsen 301 und die Linsen 305 durchquert haben. Die Ebene 203 ist mit vier Positionsmarken 101A, 101B, 101C und 101D versehen. Jede der vier Positionsmarken 101A, 101B, 101C und 101D hat auf der Ebene 203 eine konvexe Form. Im Allgemeinen sind Positionsmarken eines optischen Elements auf einer Fläche des optischen Elements außerhalb des Bereichs installiert, der als eine optische Fläche verwendet wird.
Die vier Positionsmarken 101A, 101B, 101C und 101D werden verwendet, um den Winkel zu messen, den die Ebene 203 mit der Referenzebene 201 ausbildet. Die Referenzebene 201 entspricht einer ersten Ebene und die Ebene 203 entspricht einer zweiten Ebene. Der Winkel, den die erste Ebene und die zweite Ebene ausbilden, ist größer als 0° und kleiner als 90°.
2 ist ein Ablaufdiagramm zum Darstellen, wie der Winkel zwischen der ersten Ebene und der zweiten Ebene durch die Verwendung der vier Positionsmarken zu bestimmen ist.
In Schritt S1010 der 2 werden x-, y-, und z-Koordinaten der vier Positionsmarken bestimmt. Eine x-Achse und eine y-Achse, die orthogonal zueinander sind, werden in der ersten Ebene (Referenzebene) 201 bestimmt. Eine z-Achse wird derart bestimmt, dass sie orthogonal zu der Referenzebene 201 ist. Wie die x-, y- und z-Koordinaten der vier Positionsmarken zu bestimmen sind, wird an späterer Stelle im Einzelnen erläutert. Im Allgemeinen wird ein Abschnitt zum Bestimmen der x-, y- und z-Koordinaten als ein Abschnitt zur Positionsbestimmung bezeichnet. In der vorliegenden Ausführungsform bilden die vier Positionsmarken vier Abschnitte zur Positionsbestimmung aus.
In Schritt S1020 der 2 wird die Position der zweiten Ebene aus den x-, y- und z-Koordinaten der vier Positionsmarken bestimmt. Die Position der zweiten Ebene kann durch die Methode der kleinsten Quadrate mittels der vier Sätze von x-, y- und z-Koordinaten bestimmt werden.
Im Allgemeinen kann eine Position einer Ebene bestimmt werden, wenn die Anzahl von Abschnitten zur Positionsbestimmung drei oder mehr beträgt.
Die vier Positionsmarken 101A, 101 B, 101C und 101D sind derart angeordnet, dass ein Abstand zwischen ihnen groß genug ist, um die Position der zweiten Ebene durch die vier Sätze von x-, y- und z-Koordinaten zu lokalisieren. Die vier Positionsmarken können auf dem Umfang der zweiten Ebene angeordnet sein.
In Schritt S1030 der 2 wird der Winkel, den die erste Ebene 201 und die zweite Ebene 203 ausbilden, erhalten. Die erste Ebene 201 ist in der xy-Ebene enthalten, und die Position der zweiten Ebene 203 wurde durch den Schritt S1020 bestimmt. Dementsprechend kann der Winkel zwischen den beiden Ebenen erhalten werden.
Wie die x-, y- und z-Koordinaten der vier Positionsmarken zu bestimmen sind, wird nachfolgend beschrieben. Beispielhaft wird nachfolgend ein Verfahren beschrieben, bei dem ein Bild-Messsystem verwendet wird.
3 ist ein Ablaufdiagramm zum Darstellen, wie x-, y- und z-Koordinaten der vier Positionsmarken zu bestimmen sind.
In Schritt S2010 der 3 wird mit dem Bild-Messsystem ein Bild der zweiten Ebene 203 aus der Richtung senkrecht zu der ersten Ebene (der Referenzebene) 201 aufgenommen.
In Schritt S2020 der 3 werden x- und y-Koordinaten von Rändern der vier Positionsmarken mittels des erhaltenen Bildes im folgenden Verfahren bestimmt. Ein beliebiger Bildpunkt im Bild wird als der Ursprung des Koordinatensystems definiert. Im Bild werden die Bildpunkte bestimmt, die den Rändern der vier Positionsmarken 101A, 101B, 101C und 101D entsprechen. Die x-Koordinaten der Ränder der Positionsmarken werden aus der Position in der x-Achsen-Richtung des Ursprungsbildpunktes und den Positionen in der x-Achsen-Richtung der Bildpunkte bestimmt, die den Rändern der Positionsmarken entsprechen, und die y-Koordinaten der Ränder der Positionsmarken werden aus der Position in der y-Achsen-Richtung des Ursprungsbildpunktes und den Positionen in der y-Achsen-Richtung der Bildpunkte bestimmt, die den Rändern der Positionsmarken entsprechen. Die Positionen der Ränder, d.h. der Grenzen der Positionsmarken werden durch Detektieren von Unterschieden in der Dichte von Bildpunkten im Bild bestimmt. Dementsprechend ist es wichtig, dass die Ränder der Positionsmarken im Bild deutlich dargestellt sind. Die Genauigkeit einer Messung mittels eines Bildes ist durch die Bildpunktgröße eines Bildsensors eines Bild-Messsystems beschränkt. Wenn ein Bild durch ein Mikroskop aufgenommen wird, beträgt zum Beispiel die Genauigkeit bezüglich der Bildpunktgröße ungefähr 0,5 µm.
In Schritt S2030 der 3 werden z-Koordinaten der Ränder der Positionsmarken bestimmt. Die z-Koordinaten der Ränder der Positionsmarken können durch die Verwendung einer Autofokus-Funktion des Bild-Messsystems bestimmt werden. Sie können auch durch die Verwendung eines kontaktfreien Wegsensors, der einen Laser oder dergleichen verwendet, bestimmt werden.
4 zeigt einen Querschnitt des Elements 200, wobei der Querschnitt senkrecht zu der ersten Ebene 201 ist. Die eingekreiste Zeichnung zeigt eine vergrößerte Ansicht des Querschnitts senkrecht zu der ersten Ebene 201, der Positionsmarke 101A und ihrer Umgebung. Eine Linie AX zeigt eine gerade Linie, die durch die Grenze zwischen der Positionsmarke 101A und der zweiten Ebene 203 hindurchverläuft und senkrecht zu der ersten Ebene 201 ist. Eine Linie TL zeigt die Tangentialebene der Fläche der Positionsmarke 101A an der Grenze zwischen der Positionsmarke 101A und der zweiten Ebene 203. Die Fläche der Positionsmarke 101A kann an der Grenze eine flache Fläche oder eine gekrümmte Fläche sein. In 4 ist die Grenze als der Punkt dargestellt und ist die Tangentialebene als die Linie dargestellt. Die Linie TL ist orthogonal zu der Linie AX. Das bedeutet, dass jede Tangentialebene (die Linie TL in 4) der Fläche der Positionsmarke 101A an jedem Punkt auf der Grenzlinie zwischen der Positionsmarke 101A und der zweiten Ebene 203 eine einzige Ebene ausbildet, die orthogonal zu der Linie AX und parallel zu der ersten Ebene 201 ist. Die Grenzlinie zwischen der Positionsmarke 101A und der zweiten Ebene 203 ist in der Tangentialebene enthalten. Diese Grenzlinie, die in 4 als der Schnittpunkt der Linie AX und der Linie TL gezeigt ist, ist senkrecht zu dem Querschnitt, der in 4 gezeigt ist, und parallel zu der ersten Ebene 201. Der Winkel, den die Tangentialebene und die zweite Ebene 23 ausbilden, ist gleich dem Winkel, den die erste Ebene 201 und die zweite Ebene 203 ausbilden.
5 zeigt einen Querschnitt des Elements 200, wobei der Querschnitt senkrecht zu der ersten Ebene 201 ist und Lichtstrahlbahnen die Positionsmarke beleuchten. Die eingekreiste Zeichnung zeigt eine vergrößerte Ansicht des Querschnitts senkrecht zu der ersten Ebene 201, der Positionsmarke 101A und ihrer Umgebung. In der eingekreisten Zeichnung sind Lichtstrahlbahnen gezeigt, die die Positionsmarke beleuchten. Wenn ein Bild, das parallel zu der ersten Ebene 201 ist, mit dem Bild-Messgerät aufgenommen wird, wird die zweite Ebene 203 durch Licht beleuchtet, das sich in der Richtung bewegt, die senkrecht zu der ersten Ebene 201 ist. Wie oben beschrieben, ist die Tangentialebene (die Linie TL in 4) der Fläche der Positionsmarke 101A an der Grenze zwischen der Positionsmarke 101A und der zweiten Ebene 203 parallel zu der ersten Ebene 201 ausgebildet. Dementsprechend wird von den Lichtstrahlen, die sich in der Richtung senkrecht zu der ersten Ebene 201 zum Beleuchten bewegen, ein Lichtstrahl L1, der die Fläche der Positionsmarke 101A in der Umgebung der Grenze zwischen der Positionsmarke 101A und der zweiten Ebene 203 erreicht hat, derart reflektiert, dass er sich in der Richtung senkrecht zu der ersten Ebene 201 in Richtung hin zu dem Bild-Messsystem bewegt. Von den Lichtstrahlen, die sich zum Beleuchten in der Richtung senkrecht zu der ersten Ebene 201 bewegen, wird ein Lichtstrahl L2, der die zweite Ebene 203 erreicht hat, nicht reflektiert, so dass er sich in der Richtung zu dem Bildmesssystem hin bewegt, da die zweite Ebene 203 einen vorbestimmten Winkel mit der ersten Ebene 201 ausbildet. Dementsprechend wird bei dem Bild des Bild-Messsystems die Position der Grenze zwischen der Positionsmarke 101A und der zweiten Ebene 203 deutlich dargestellt. Der vorbestimmte Winkel, d.h. der Winkel, den die erste Ebene 201 und die zweite Ebene 203 ausbilden, liegt vorzugsweise in einem Bereich von 20° bis 70°, und noch bevorzugter in einem Bereich von 30° bis 60°.
Unter der Voraussetzung, dass ein Winkel, den die Tangentialebene der Fläche einer Positionsmarke an der Grenzlinie zwischen der Positionsmarke und der zweiten Ebene und die zweite Ebene ausbilden, in einem Bereich von 20° bis 70° und noch bevorzugter in einem Bereich von 30° bis 60° liegt, muss die Tangentialebene im Allgemeinen nicht parallel zu der ersten Ebene 201 sein. Die Tangentialebenen der mehreren Positionsmarken sollten vorzugsweise parallel zueinander sein. Vorausgesetzt, dass die Tangentialebenen der mehreren Positionsmarken parallel zueinander sind und der Winkel, den die Tangentialebenen und die zweite Ebene ausbilden, in einem Bereich von 20° bis 70° und noch bevorzugter in einem Bereich von 30° bis 60° liegt, kann ein Bild, bei dem die Positionen der Grenzen zwischen den Positionsmarken und der zweiten Ebene deutlich sind, aufgenommen werden, wenn die Richtung, aus der das Bild aufgenommen wird, und die Richtung der Beleuchtung entsprechend bestimmt sind.
6 zeigt eine vergrößerte Ansicht der Positionsmarke 101D. Wie in 6 gezeigt, ist die Grenzlinie zwischen der Positionsmarke 101D und der zweiten Ebene 203 parallel zu der ersten Ebene 201 ausgebildet. Das bedeutet, dass die z-Koordinate von jedem Punkt auf der Grenzlinie einen festen Wert zeigt. Darüber hinaus ist die Länge der Grenzlinie derart, dass sie fünf oder mehr Messpunkte enthält, die als schwarze Punkte dargestellt sind. Die Größe eines Messpunktes entspricht der Größe eines Bildpunktes des Bild-Messsystems. Beispielhaft liegt die Länge der Grenzlinie in einem Bereich von 0,1 mm bis 3,0 mm. Darüber hinaus beträgt der Krümmungsradius der Fläche der Positionsmarke auf der Grenzlinie, wenn die Fläche, die die Grenzlinie einer Positionsmarke enthält, als eine gekrümmte Fläche ausgebildet ist, vorzugsweise 0,03 mm bis 0,2 mm. Vorausgesetzt, dass der Krümmungsradius in dem oben beschriebenen Bereich liegt, wird die Grenze zwischen der Positionsmarke und der zweiten Ebene in einem Bild deutlich dargestellt. Obwohl die obige Beschreibung und die 6 auf die Positionsmarke 101D gerichtet sind, ist die Beschreibung auch auf die anderen Positionsmarken anwendbar.
Gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Position einer Grenzlinie, die durch mehrere Bildpunkte dargestellt ist, in einem Bild eines Bild-Messsystems deutlich dargestellt, so dass x- und y-Koordinaten der Grenzlinie leicht erkennbar sind. Darüber hinaus werden an mehreren Messpunkten, die mehreren Bildpunkten entsprechen, mehrere Sätze von x-, y- und z-Koordinaten bestimmt und werden der Durchschnittswert der x-Koordinaten, ein Durchschnittswert der y-Koordinaten und der Durchschnittswert der z-Koordinaten jeweils als x-, y- und z-Koordinaten der Positionsmarke definiert. Somit ist zu erwarten, dass Variationen bei den Messwerten durch die Verwendung der mehreren Sätze von x-, y- und z-Koordinaten reduziert werden.
Eine Form einer Positionsmarke ist nachfolgend beschrieben. Die Beschreibung erfolgt für einen Fall, in dem ein Element aus Kunststoff (Kunstharz) hergestellt ist und das Element, das mit Positionsmarken versehen ist, durch Spritzgießen unter Verwendung eines Formwerkzeugs hergestellt wird.
7 zeigt eine Form eines Formwerkzeugs für eine Positionsmarke mit einer konkaven Form. In 7 stellt der schraffierte Bereich das Formwerkzeug dar. 7(b) ist eine vergrößerte Ansicht des in 7 (a) mit A bezeichneten Abschnitts. 7 zeigt einen Fall, in dem die Positionsmarke eine konkave Form hat und das Formwerkzeug eine konvexe Form hat. Wenn das Formwerkzeug eine konvexe Form hat, gibt es am Rand der Positionsmarke einen Bereich, der nicht mittels eines Werkzeugs maschinell bearbeitet werden kann. Folglich bleibt der schwarze Bereich, der in 7(b) gezeigt ist, maschinell unbearbeitet, so dass die Grenzlinie der Positionsmarke nicht deutlich ausgebildet wird.
8 zeigt eine Form eines Formwerkzeugs für eine Positionsmarke mit einer konvexen Form. In 8 stellt der schraffiert Bereich das Formwerkzeug dar. 8(b) ist eine vergrößerte Ansicht des in 8(a) mit B bezeichneten Abschnitts. 8 zeigt einen Fall, in dem die Positionsmarke eine konvexe Form hat und das Formwerkzeug eine konkave Form hat. Wenn das Formwerkzeug eine konkave Form hat, gibt es am Rand der Positionsmarke keinen Bereich, der nicht mittels eines Werkzeugs maschinell bearbeitet werden kann. Folglich wird die Grenzlinie der Positionsmarke, wie in 8(b) gezeigt, deutlich ausgebildet.
Wenn ein Element durch Spritzgießen hergestellt wird, sollte dementsprechend eine Positionsmarke auf einer Fläche, wo die Positionsmarke installiert ist, vorzugsweise eine konvexe Form haben.
9 stellt dar, wie ein Winkel zu messen ist, der durch zwei Ebenen eines Elements ausgebildet ist. 9(a) zeigt Positionen, wo Winkel gemessen werden. Die Positionen von Querschnitten, die mit den Strichpunktlinien AA und BB markiert sind, sind Messpositionen. 9(b) zeigt einen Querschnitt des Elements an der Strichpunktlinie AA, und wenn ein Winkel, der durch die beiden Ebenen ausgebildet ist, in diesem Querschnitt gemessen wird, beträgt der Winkel 45°. 9(c) zeigt einen Querschnitt des Elements an der Strichpunktlinie BB, und wenn ein Winkel, der durch die beiden Ebenen ausgebildet ist, in diesem Querschnitt gemessen wird, beträgt der Winkel 43,219°. In einem herkömmlichen Verfahren, bei dem ein Winkel in einem Querschnitt eines Elements gemessen wird, variiert somit der Winkel in Abhängigkeit von einer Messposition (einer Messrichtung). Bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung dagegen werden Koordinaten von Positionen von zwei Ebenen bestimmt und tritt somit das Problem von Variationen, das oben beschrieben ist, nicht auf.
Tabelle 1 zeigt Messwerte eines Winkels einer Prismenebene, die mittels eines herkömmlichen Verfahrens, bei dem ein Winkel in einem Querschnitt eines Elements gemessen wird, und mittels des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten werden. Die Ziffern „1“, „2“ und „3“ repräsentieren den ersten, den zweiten bzw. den dritten Messwert. Die Einheit des Winkels ist Grad. Der „Durchschnittswert“ in Tabelle 1 repräsentiert den Durchschnittswert der drei Messwerte. Die Werte von „6σ“ in der Tabelle 1 werden durch das Schätzen von Werten von σ (Standardabweichung) aus den drei Messwerten und das Multiplizieren der Werte mit 6 erhalten. CP steht für einen Prozessfähigkeitsindex, der ein Verhältnis der Variation zum Toleranzbereich ist. Die CP-Werte in der Tabelle 1 werden durch Dividieren des Toleranzbereichs durch 6σ erhalten. Tabelle 1

Toleranzbereich 1 2 3 Durchschnittswert 6σ CP

Vorliegende Erfindung 0,6 44,99 45,03 44,92 44,98 0,35 1,72

Stand der Technik 0,6 44,80 44,99 44,75 44,85 0,76 0,79
Im Allgemeinen lässt sich feststellen, dass Messvariationen auf ausreichende Weise in den Toleranzbereich fallen, wenn der CP-Wert 1,33 oder mehr beträgt. Dementsprechend wird festgestellt, dass ein Toleranzbereich von 0,6 Grad, d.h. eine Messgenauigkeit von ±0,3 Grad durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten werden kann.
10 zeigt ein Element, das auf einer Fläche, die mit mehreren Nuten zum Anordnen von Lichtwellenleitern versehen ist, mit Positionsmarken ausgestattet ist. In der 10 sind die Positionsmarken eingekreist. Im Allgemeinen lässt sich die vorliegende Erfindung bei Elementen anwenden, die ausgestattet sind mit einer Prismenebene, einer Eingangsfläche und einer Ausgangsfläche, auf der Linsen geformt sind, einer Eingangsfläche und einer Ausgangsfläche, die in einem Winkel zueinander sind, wobei eine solche Fläche mit mehreren Nuten zum Anordnen von Lichtwellenleitern versehen ist, wie in 10 gezeigt, oder dergleichen.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen bildet eine einzelne Positionsmarke einen einzelnen Abschnitt zur Positionsermittlung. Im Allgemeinen kann eine einzelne Positionsmarke mehrere Abschnitte zur Positionsermittlung haben.
11 zeigt ein Element 1200 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 11(a) ist eine perspektivische Ansicht des Elements 1200, und 11(b) ist eine Draufsicht auf das Element 1200. Das Element 1200 ist auf einer Ebene 1203 mit zwei linearen Positionsmarken 1101A und 1101B versehen. Durch Verwenden von mindestens drei Positionen, einschließlich einer Position auf der Positionsmarke 1101A und einer Position auf der Positionsmarke 1101B als Abschnitte zur Positionsbestimmung kann der Winkel gemessen werden, der durch die Ebene 1203 und eine Ebene 1201 ausgebildet ist.
Darüber hinaus kann im Allgemeinen eine Position einer Fläche, die eine gekrümmte Fläche enthält, durch die vorliegende Erfindung ermittelt werden. Eine Fläche, deren Position bestimmt wird, ist als eine Fläche A definiert. Mehrere Abschnitte zur Positionsbestimmung sind auf der Fläche A vorgesehen. Jeder der Abschnitte zur Positionsbestimmung hat auf der Fläche A eine konvexe Form und ist derart konfiguriert, dass jede Tangentialebene der Fläche jedes Abschnitts zur Positionsbestimmung an jedem beliebigen Punkt auf der Grenzlinie mit der Fläche A eine einzige Ebene ausbildet. Darüber hinaus sind die mehreren Abschnitte zur Positionsbestimmung derart konfiguriert, dass die Tangentialebenen der mehreren Abschnitte zur Positionsbestimmung parallel zueinander sind. An jedem Punkt auf der Grenzlinie sollte der Winkel, der durch die Tangentialebene eines Abschnitts zur Positionsbestimmung und die Tangentialebene der Fläche A ausgebildet ist, vorzugsweise 20° bis 70° und noch bevorzugter 30° bis 60° betragen. Wenn die mehreren Abschnitte zur Positionsbestimmung mit Licht in einer Richtung beleuchtet werden, die im Wesentlichen senkrecht zu den Tangentialebenen der mehreren Abschnitte zur Positionsbestimmung ist, und ein Bild aufgenommen wird, können die Koordinaten der Grenzlinien der Abschnitte zur Positionsbestimmung durch das Verfahren erhalten werden, welches im Ablaufdiagramm der 3 gezeigt ist. Unter Verwendung der Koordinaten der Grenzlinien der Abschnitte zur Positionsbestimmung, die auf diese Art und Weise erhalten werden, kann die Position der Fläche A bestimmt werden. Wenn zum Beispiel die Fläche A kugelförmig ist, kann die Mitte der Kugel als der Punkt bestimmt werden, der im gleichen Abstand von drei Abschnitten zur Positionsbestimmung liegt.

Claims

Element (200, 1200), aufweisend eine erste ebene Fläche (201) und eine zweite ebene Fläche (203), die in einem Winkel zu der ersten ebenen Fläche (201) ist, wobei die zweite ebene Fläche (203) darauf mit mindestens drei Abschnitten zur Positionsbestimmung (101A, 101B, 101C, 101D) versehen ist, wobei die Abschnitte zur Positionsbestimmung (101A, 101B, 101C, 101D) derart in einem Abstand angeordnet sind, dass eine Position der zweiten ebenen Fläche (203) definiert werden kann, und jeder von den Abschnitten zur Positionsbestimmung (101A, 101B, 101C, 101D) auf der zweiten ebenen Fläche (203) eine konvexe Form hat, wobei die konvexe Form auf einer Grenzlinie mit der zweiten ebenen Fläche (203) eine Tangentialebene (TL) hat, und derart konfiguriert ist, dass ein Winkel, der von der Tangentialebene (TL) und der zweiten ebenen Fläche (203) gebildet wird, in einem Bereich von 20 Grad bis 70 Grad ist, und die Tangentialebenen (TL) auf den Grenzlinien der mindestens drei Abschnitte zur Positionsbestimmung (101A, 101B, 101C, 101D) parallel zueinander sind.
Element (200, 1200) gemäß Anspruch 1, wobei die Tangentialebenen (TL) parallel zu der ersten ebenen Fläche (201) sind.
Element (200, 1200) gemäß Anspruch 1, das mit vier Abschnitten zur Positionsbestimmung (101A, 101B, 101C, 101D) versehen ist.
Element (200, 1200) gemäß Anspruch 1, wobei mindestens eine von der ersten ebenen Fläche (201) und der zweiten ebenen Fläche (203) darauf mit einer Linse (301, 305) versehen ist.
Element (200, 1200) gemäß Anspruch 1, wobei mindestens eine von der ersten ebenen Fläche (201) und der zweiten ebenen Fläche (203) eine Fläche zum Installieren eines Lichtwellenleiters ist.
Element (200, 1200) gemäß Anspruch 1, das mit mindestens drei Positionsmarken versehen ist, wobei jede Positionsmarke einem einzelnen Abschnitt zur Positionsbestimmung (101A, 101B, 101C, 101D) entspricht.
Messverfahren zum Messen einer Position einer Zielfläche (203), die mit mindestens drei Abschnitten zur Positionsbestimmung (101A, 101B, 101C, 101D) versehen ist, wobei die Abschnitte zur Positionsbestimmung (101A, 101B, 101C, 101D) auf der Zielfläche (203) eine konvexe Form haben, wobei die konvexe Form eine Grenzlinie mit der Zielfläche (203) hat, und Tangentialebenen (TL) auf den Grenzlinien der mindestens drei Abschnitte zur Positionsbestimmung (101A, 101B, 101C, 101D) parallel zueinander sind, und wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Bestimmen von Positionen der Grenzlinien der mindestens drei Abschnitte zur Positionsbestimmung (101A, 101B, 101C, 101D) aus einem Bild der Zielfläche (203), und Bestimmen der Position der Zielfläche (203) aus den Positionen der Grenzlinien der mindestens drei Abschnitte zur Positionsbestimmung (101A, 101B, 101C, 101D), wobei die mindestens drei Abschnitte zur Positionsbestimmung (101A, 101B, 101C, 101D) derart in einem Abstand angeordnet sind, dass eine Position der Zielfläche (203) aus den Positionen der mindestens drei Abschnitte (101 A, 101B, 101C, 101D) definiert werden kann.
Verfahren zum Messen einer Position gemäß Anspruch 7, wobei ein Winkel, den die Tangentialebenen (TL) mit der Zielfläche (203) bilden, in einem Bereich von 20 Grad bis 70 Grad ist.
Verfahren zum Messen eines Winkels in einem Element (200, 1200), das eine erste ebene Fläche (201) und eine zweite ebene Fläche (203) aufweist, die in einem Winkel zu der ersten ebenen Fläche (201) ist, unter Verwendung eines Messverfahrens zum Messen einer Position gemäß Anspruch 7, wobei die zweite ebene Fläche (203), welche die Zielfläche (203) ist, darauf mit mindestens drei Abschnitten zur Positionsbestimmung (101A, 101B, 101C, 101D) versehen ist, wobei die Abschnitte zur Positionsbestimmung (101A, 101B, 101C, 101D) derart in einem Abstand angeordnet sind, dass eine Position der zweiten ebenen Fläche (203) aus den Positionen der mindestens drei Abschnitte (101A, 101B, 101C, 101D) definiert werden kann, und wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Bestimmen von Positionen der Grenzlinien der mindestens drei Abschnitte zur Positionsbestimmung (101A, 101B, 101C, 101D) aus einem Bild der zweiten ebenen Fläche (203), und Bestimmen des Winkels zwischen der ersten ebenen Fläche (201) und der zweiten ebenen Fläche (203) mittels der Positionen der Grenzlinien der mindestens drei Abschnitte zur Positionsbestimmung (101A, 101B, 101C, 101D).
Verfahren zum Messen eines Winkels gemäß Anspruch 9, wobei ein Winkel, den die Tangentialebenen (TL) mit der zweiten ebenen Fläche (203) bilden, in einem Bereich von 20 Grad bis 70 Grad ist.
Verfahren zum Messen eines Winkels gemäß Anspruch 9, wobei die Tangentialebenen (TL) parallel zu der ersten ebenen Fläche (201) sind.
Verfahren zum Messen eines Winkels gemäß Anspruch 9, wobei die Position der Grenzlinie der mindestens drei Abschnitte (101A, 101B, 101C, 101D) mittels mehrerer Bildpunkte im Bild erhalten werden.