JP4794753B2 - 形状測定方法 - Google Patents
形状測定方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4794753B2 JP4794753B2 JP2001168154A JP2001168154A JP4794753B2 JP 4794753 B2 JP4794753 B2 JP 4794753B2 JP 2001168154 A JP2001168154 A JP 2001168154A JP 2001168154 A JP2001168154 A JP 2001168154A JP 4794753 B2 JP4794753 B2 JP 4794753B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- measurement
- probe
- shape
- measured
- reference sphere
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
- G01B5/004—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points
- G01B5/008—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points using coordinate measuring machines
- G01B5/012—Contact-making feeler heads therefor
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- A Measuring Device Byusing Mechanical Method (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスクのピックアップレンズや光通信で使用されるファイバ集光用レンズなどの小径レンズ及びその金型の表面形状など、極小部分の形状を高精度で測定する形状測定装置及び方法、並びに被測定物の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
非球面レンズやその金型の形状など、極小部分の形状を50nm以下の高精度で測定できる超高精度三次元形状測定装置については、特開平4−299206号公報、特開平10−170243号公報等に記載されている。図1は形状測定装置の一構成例を示す斜視図である。
【0003】
形状測定装置は、石定盤1上に設置されたレンズ等の被測定物2の測定面2aに、移動体3に取り付けられたプローブ5の先端を追従させて、被測定物2の表面形状を測定するように構成されている。詳細には、被測定物2が載置される石定盤1には、支持部を介してプローブ5の位置座標を測定するためのX参照ミラー6、Y参照ミラー7、Z参照ミラー8が配置されている。一方、プローブ5が取り付けられた移動体3には、Xステージ9及びYステージ10が設けられており、被測定物2の測定面2aの表面形状に追従してX軸方向及びY軸方向にそれぞれ移動体3及びプローブ5を走査可能となっている。また、移動体3にはレーザ測長光学系4が設けられており、既知の光干渉法によりX参照ミラー6を基準としたプローブ5のX座標、Y参照ミラー7を基準としたプローブ5のY座標、Z参照ミラー8を基準としたプローブ5のZ座標がそれぞれ測長される。
【0004】
次に、このような形状測定装置における測定手順について説明する。最初に、被測定物2の測定面2aの設計式などの設計情報を形状測定装置に入力していく。次に、プローブ5を被測定物2の測定面2aに一定の測定圧で追従させ、プローブ5をXY方向に軸上走査させることで被測定物2の中心出しを行う。この中心出し処理の詳細については、特開平2−254307号公報に記載されている。その後、実際に被測定物2の測定面2a上において、プローブ5をXY方向に面走査して形状測定を行う。
【0005】
図10は、形状測定装置において、プローブ5の先端のスタイラス31が被測定物2の測定面2aに追従している様子を、Z−X座標について拡大して示したものである。このスタイラス31により検出された三次元座標は、図10において、スタイラス31の先端Tの座標(X0 ,Y0 ,Z0 )に相当する。しかし、図示したように、スタイラス31の先端部32が曲率半径Rを有し、被測定物2の表面形状に追従している場合には、実際の測定点Pの三次元座標(Xi ,Yi ,Zi )と、プローブ5を走査することにより得られたスタイラス31の先端Tの座標(X0 ,Y0 ,Z0 )との間には、測定誤差が生じることになる。
【0006】
このスタイラス31の先端部32が曲率半径Rを有していることで生じる測定誤差は、実際の測定点Pの位置において測定面2aの傾斜角θが分かれば、スタイラス31の先端Tの座標(X0 ,Y0 ,Z0 )から、実際の測定点Pの座標(Xi ,Yi ,Zi )が算出できる。このスタイラス31の先端Tを基準にした実際の測定点Pの位置(2つの座標の相対距離)を加算または減算することによって測定誤差を補正する。
【0007】
Z−X座標においては、プローブ5のスタイラス31の先端座標T(X0 ,Y0 ,Z0 )、実際の測定点の座標P (Xi ,Yi ,Zi )、測定点Pにおける測定面2aのX方向の傾斜角θx とすると、
(Xi,Yi,Zi)=(X0−R・sinθx,Y0,Z0+R・(1−cosθx))
(ただし、Z−X座標においてはY方向の座標成分Yi ,Y0 は不定)
となる。同様に、実際の測定点Pの位置における測定面2aのY方向の傾斜角θy が分かれば、Z−Y座標においても同様の補正ができる。以後、このようなプローブ先端のスタイラス先端部における曲率半径Rによる測定誤差(プローブ先端R誤差)の補正をプローブR補正と呼ぶ。このときの傾斜角θは、取り込まれた前後の測定データから算出することができるし、また、スタイラス31の先端Tの座標と被測定物2の設計式からも求めることができる。
【0008】
スタイラス31で検出した被測定物2の形状測定データには、被測定物2の設置時の設置誤差(アライメント誤差)があり、入力した設計式との誤差を求める場合には、前記プローブR補正した後のデータを三次元的に回転・平行移動して座標変換することによって設計式との最適な重ねあわせを行う。これにより前記アライメント誤差が補正される。以後、前記プローブR補正とこの座標変換とを合わせて、アライメント処理と呼ぶ。
【0009】
前記アライメント処理後、入力した設計式と被測定物2の測定データとのZ方向の形状誤差(偏差)を求め、この偏差データを出力する。ここで、設計式と実際の被測定物との形状誤差が大きい場合には、その偏差データを加工機にフィードバックして、被測定物2の実際の形状が設計式と比較して所望の精度以内になるまで(例えば、光ディスクのピックアップ用非球面レンズの場合、形状誤差が±0.1μm以内)加工を繰り返し、被測定物2である非球面レンズやその金型などを高精度に製作する。
【0010】
上述したような50nm以下の高精度で測定することができる超高精度三次元形状測定装置において、被測定物2の表面形状に追従するプローブ5に取り付いているスタイラス31の先端部32は、0.02〜0.03μm以下の高い真球度と繰り返し測定に対する耐久性が要求されるため、機械研磨により高い真球度を達成でき、また優れた加工性と硬度特性を有する外径φ1mm前後のルビー球が一般に広く使用されている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
近年、光通信分野において、光電変換接続装置に用いられている光ファイバ集光用レンズは、レンズ径が約φ2mm以下と小さく、表面の傾斜角度が40度以上の傾斜角を有したものがある。このような光ファイバ集光用レンズにおいては、取扱いを容易にするために、鏡筒とレンズをプレス成形時に一体結合させる鏡筒一体型非球面ガラスレンズなどが使われている。
【0012】
図11は、光ファイバ集光用レンズ41をプローブ5に取り付けたスタイラス31で測定する際のスタイラス31の接触状態の一例について図示したものである。スタイラス31の先端部32はφ1mm程度のルビー球であるため、レンズ径φ2mm以下の光ファイバ集光用レンズ41の形状測定を行う場合、レンズの有効径Wの端においてスタイラス31又はその先端部32であるルビー球と光ファイバ集光用レンズ41の鏡筒42とが干渉してしまい、光ファイバ集光用レンズ41の有効径Wの全範囲を測定できないという問題点がある。
【0013】
このため、光ファイバ集光用レンズ41の有効径Wの全体を測定するには、スタイラス31の先端部32の曲率半径を数μm程度まで小さくする必要がある。このとき、例えば、φ1mmのルビー球の代わりにダイヤモンドを取り付け、これを研磨してスタイラス先端の曲率半径を数μm程度まで小さくするような場合を考える。この場合、ダイヤモンドはルビー球のようにころがし研磨で製作できないため、熟練技術者による手作業の研磨を必要とし、またダイヤモンド結晶が方向性を有していることによる加工性の悪さと合わせると、所望の真球度を得るのが困難である。例えば、先端部32の開き角が120度以内では、真球度が0.1μm程度から悪い場合になると0.2μm以上となり、従来のルビー球と比較して数倍からそれ以上悪くなってしまう。
【0014】
このような真球度の悪いダイヤモンド製のスタイラス31で被測定物2の表面形状を測定すると、上述したプローブR補正では、スタイラス31の先端部32の形状誤差までは補正していないため、前記真球度の悪さがそのまま被測定物2の形状誤差として測定データに現れてしまい、高精度の測定ができないという問題点があった。
【0015】
また、光ディスクなどに使用されるピックアップ用の小径レンズにおいても、近年、高NA化が進んでおり、従来の接触式の形状測定装置においては、40度を越える傾斜角を有した被測定物であるレンズやその金型の形状を測定しようとすると、プローブ先端とコバ面とが干渉するために、レンズ及び金型の有効径全体を測定できないという上記と同じ問題点があった。
【0016】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、光通信分野において使用される光ファイバ集光用レンズや光ディスクなどに使用されるピックアップ用のレンズなどの小径レンズやその金型の表面形状測定においても、プローブ先端が小径レンズのコバ面や鏡筒などに干渉することなく、かつ高精度の測定を行うことが可能な形状測定装置及び方法、並びに被測定物の製造方法を提供することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第1に、被測定物の測定面に、先端に曲率半径が10μm未満の探針を備えたプローブを追従させて、前記被測定物の表面形状を測定する形状測定方法であって、校正の基準となる基準球の測定面に前記プローブを追従させて前記基準球の測定面を測定することにより前記基準球の中心出しを行い、前記基準球の中心出しを行った後、前記基準球の測定面を測定し、前記基準球の測定データに対して、前記基準球と前記探針との接触位置を求め、その接触位置における測定面の傾斜角から前記探針の曲率半径による位置誤差を補正し、前記補正された前記基準球の測定データを座標変換して前記基準球の設計式と重ね合わせを行い、前記座標変換後の補正された前記基準球の測定データと前記基準球の設計式との形状誤差量を算出し、前記探針の前記基準球との接触位置における測定面の傾斜角を用いて、この探針の接触位置に対応する前記基準球測定時の基準球上の位置を特定し、この特定された基準球上の位置における前記基準球測定時の前記形状誤差量を前記探針の接触位置における形状誤差量として記憶し、前記被測定物の測定面に前記プローブを追従させて前記被測定物の測定面を測定することにより前記被測定物の中心出しを行い、前記被測定物の中心出しを行った後、前記被測定物の測定面を測定し、前記被測定物の測定データに対して、前記被測定物と前記探針との接触位置を求め、その接触位置における測定面の傾斜角から前記探針の曲率半径による位置誤差を補正し、前記探針の曲率半径による位置誤差を補正された前記被測定物の測定データに対して、接触位置における測定面の傾斜角に対応した、前記形状誤差量を加算または減算して前記探針の曲率半径からの形状誤差を補正し、前記形状誤差を補正された前記被測定物の測定データを座標変換して前記被測定物の設計式と重ね合わせを行い、前記補正された被測定物の測定データと設計式との形状誤差量を算出することを特徴とする。
【0026】
本発明では、先端に曲率半径が10μm未満の細径の探針を備えたプローブによって、被測定物の測定面にプローブの先端を追従させて、被測定物の表面形状を測定する際に、校正の基準となる基準球を測定することにより探針の曲率半径からの形状誤差を求め、この基準球の測定により求めた探針の形状誤差データを用いて、被測定物の測定データを補正する。このとき、被測定物の測定データに対して、被測定物と探針との接触位置を求め、その接触位置における測定面の傾斜角から探針の曲率半径による位置誤差を補正するとともに、探針の形状誤差データより前記接触位置における形状誤差量を抽出し、この形状誤差量を加算または減算して探針の曲率半径からの形状誤差を補正する。
【0027】
これにより、基準球の測定により求めた探針の形状誤差を予め考慮して測定データに反映することができ、被測定物の形状について適正に校正されたより正確な測定データを得ることが可能となる。また、光通信分野において使用される光ファイバ集光用レンズや光ディスクなどに使用されるピックアップ用のレンズなどの小径レンズやその金型の表面形状測定においても、プローブ先端が小径レンズのコバ面や鏡筒などに干渉することなく、例えば50nm以下の高精度でレンズの有効範囲全域にわたって測定することが可能である。
【0028】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図1は形状測定装置の一構成例を示す斜視図、図2は本実施形態の形状測定装置に用いるプローブ先端の寸法形状を示す説明図、図3は本実施形態における基準球測定時の形状測定装置を示す側面図、図4は基準球測定時のプローブ先端の接触状態を示す説明図である。
【0029】
本実施形態では、プローブ先端に取り付けるスタイラス(探針)として曲率半径を小さく加工したダイヤモンドを用い、被測定物の形状測定に先立って、スタイラスの形状誤差を補正するために校正基準となるよう真球度が高く形成された基準球の測定を行うようにする。
【0030】
図1に示すように、形状測定装置は、50nm以下の超高精度の三次元測定を可能としたもので、石定盤1上に設置されたレンズ等の被測定物2の測定面2aに、移動体3に取り付けられたプローブ5の先端を追従させて、被測定物2の表面形状を測定するように構成されている。
【0031】
被測定物2が載置される石定盤1には、支持部を介してプローブ5の位置座標を測定するためのX参照ミラー6、Y参照ミラー7、Z参照ミラー8が配置されている。一方、プローブ5が取り付けられた移動体3には、Xステージ9及びYステージ10が設けられており、被測定物2の測定面2aの表面形状に追従してX軸方向及びY軸方向にそれぞれ移動体3及びプローブ5を走査可能となっている。また、移動体3にはレーザ測長光学系4が設けられており、既知の光干渉法によってX参照ミラー6を基準としたプローブ5のX座標、Y参照ミラー7を基準としたプローブ5のY座標、Z参照ミラー8を基準としたプローブ5のZ座標がそれぞれ測長されるようになっている。なお図示しないが、形状測定装置にはプローブ5の走査の制御や測定データの処理などを行うためのプロセッサ及びメモリ等を備えた制御手段が設けられている。以降で述べる測定手順は、形状測定装置の制御手段によって動作制御が行われて実行される。
【0032】
プローブ5の先端には、図2に示すような円錐形状のスタイラス21が取り付けられている。このスタイラス21は、先端部22の曲率半径Rが数μmオーダーに加工されたダイヤモンドからなり、先端開き角θが35〜45度程度の円錐形状に形成されている。先端開き角θは45度以上であっても良いが、60度以上の高い傾斜角を有した被測定物を測定する場合には、測定面にスタイラス21の側面が干渉して正しく被測定物の表面形状を測定できないことがあるため、55度以内が好ましく、さらには35〜45度ぐらいがより好ましい。
【0033】
このスタイラス21をプローブ5の先端に装着した後、始めに基準球の面形状測定を行う。図3に示すように、石定盤1を含む設置治具部50上に、基準球51が載置される。この基準球51は、底部に3つの足が突設された台座52上にほぼ上半球が露呈した状態で設けられ、石定盤1に対して3点支持で載置されるようになっている。設置治具部50は、上から回転ステージ53、あおり調整ステージ54、Z移動ステージ55を備えて構成され、形状測定装置の設置ベースに固定されている。
【0034】
基準球51は、通常、鋼球やセラミック球などで形成され、外表面が球面であるため干渉計などで設計式からの実際の形状のずれ量を評価することが可能であり、真球度が0.02μm以内のものを製作することができる。本実施形態では、ダイヤモンド製のスタイラス21の先端部22における設計上の曲率半径Rからの形状誤差を校正するために、このような高精度な形状を有した基準球51を使用する。この場合、図4に示すように、基準球51の外表面にスタイラス21の先端部22を追従させて基準球51の表面形状を測定する。
【0035】
図5はスタイラス21を用いた基準球51の表面形状の測定手順を示すフローチャートである。最初に、校正用の被測定物である基準球51の測定面51aの設計式などの設計情報を形状測定装置に入力する(ステップS11)。次に、プローブ5に取り付けたスタイラス21を基準球51の測定面51aに一定の測定圧で追従させ、プローブ5をXY方向に軸上走査させることで基準球51の中心出しを行う(ステップS12)。この中心出し処理は、特開平2−254307号公報に記載の方法を用いればよい。その後、実際に基準球51の測定面51a上において、プローブ5をXY方向に面走査して形状測定を行う(ステップS13)。
【0036】
次いで、前述した従来の技術と同様に、スタイラス21の先端部22が曲率半径Rを有していることで生じる測定誤差(プローブ先端R誤差)の補正、すなわちプローブR補正を行う(ステップS14)。これにより、スタイラスの先端Tと実際の測定点Pr(スタイラス21の先端部22と基準球51の測定面51aとの接触位置)との位置誤差が補正される。そして、プローブR補正した後のデータを三次元的に回転・平行移動して座標変換することによって、基準球51の設計式との最適な重ねあわせを行い、基準球51の設置時の設置誤差(アライメント誤差)の補正を行う(ステップS15)。次に、前記プローブR補正と座標変換とによるアライメント処理を行った後、入力した基準球51の設計式と測定データとの形状誤差(偏差)を求め、この偏差データをスタイラス形状誤差データとして出力する(ステップS16)。
【0037】
図6は、校正に使用する基準球51(材質:Si3N4、設計半径Rm=5.55587mm)を先端部の曲率半径2μmのダイヤモンド製のスタイラス21で測定した場合のスタイラス形状誤差データを示したグラフである。図6の偏差データは、形状測定装置によって位置検出され取り込まれた離散的な測定データを、取り込まれた順番に直線でつないで表示したものである。この偏差データは、基準球51の設計式と実際の測定データとの差分、つまり設計式に対する基準球51の測定面51aの形状誤差(偏差)を示している。しかし、実際には、上述したように基準球51は形状誤差がほとんどないため、得られた偏差データはスタイラス21の先端部22の設計値からの形状誤差を示したスタイラス形状誤差データとなる。
【0038】
スタイラス21の面走査によって実際の被測定物の形状測定を行う際には、上記のように基準球の測定によって予め取得したスタイラス形状誤差データを用いて、測定データ取得後のプローブR補正の過程においてこのスタイラス形状誤差データを加算して補正する。これによって、スタイラス21の先端形状の校正が行われることになる。
【0039】
以下に、前記基準球の測定で求めたスタイラス形状誤差データによるスタイラス21の先端部22の形状誤差補正の手順を、実際の測定例に当てはめて説明する。図7は本実施形態のスタイラス21によって光ファイバ集光用レンズ41を測定する際のスタイラス21の接触状態の一例について示した説明図、図8はスタイラスの形状誤差補正を含む被測定物の形状測定手順を示すフローチャートである。
【0040】
まず、測定したい被測定物の測定面にプローブ5に取り付けたスタイラス21を追従させて、測定面の表面形状を測定する。このとき、レンズ径φ2mm以下の光ファイバ集光用レンズ41の形状測定を行う場合、従来例の先端部がφ1mm程度のルビー球ではレンズ41の有効径Wの全てを測定できなかったが、本実施形態のような先端部の曲率半径が数μm程度である細径のダイヤモンド円錐形状のスタイラス21では、図7のように先端部21が光ファイバ集光用レンズ41の鏡筒42などと干渉しないため、レンズ有効径Wの全範囲を測定できる。
【0041】
前記基準球測定時と同様に、始めに、被測定物2の測定面2aの設計式などの設計情報を形状測定装置に入力する(ステップS21)。次に、プローブ5に取り付けたスタイラス21を被測定物2の測定面2aに一定の測定圧で追従させ、プローブ5をXY方向に軸上走査させることで被測定物2の中心出しを行う(ステップS22)。その後、実際に被測定物2の測定面2a上において、プローブ5をXY方向に面走査して形状測定を行う(ステップS23)。
【0042】
そして、得られた被測定物2の測定データに対して、まず基準球測定時と同様にプローブR補正を行うことで、プローブ5に付いているスタイラス21の先端部22が曲率半径Rを有していることによる測定誤差(プローブ先端R誤差)を取り除く(ステップS24)。これにより、スタイラスの先端Tと実際の測定点Pi(スタイラス21の先端部22と被測定物2である光ファイバ集光用レンズ41の表面との接触位置)との位置誤差が補正される。
【0043】
次に、プローブR補正された測定データに対して、基準球の測定によって事前に求めたスタイラス21の先端部22の形状誤差(スタイラス形状誤差データ)による補正を行う。ここで、校正用の基準球以外の被測定物における形状測定を行う場合に、上記スタイラス形状誤差データを用いて、プローブR補正した測定データを補正するには、スタイラス21の先端部22のどの部分が被測定物2の測定面2aに接していたのかを特定して、その特定された接触位置(測定点)Piに対応する図6に示した形状誤差量を加算してやらないと正しく補正できない。そこで、まずスタイラス21上での被測定物2との接触位置Piを特定し、基準球測定時におけるこの接触位置に対応する基準球上の座標Prを特定する(ステップS25)。
【0044】
このとき、前段階のステップS24でのプローブR補正時において、前述したように被測定物2の測定面2aとスタイラス21の先端部22とが接触する測定点におけるX及びY方向の傾斜角θx 、θy を求めるため、この傾斜角の情報を用いることにより、形状測定に使用しているスタイラス21上における被測定物2との接触位置Piと、この接触位置に対応する基準球測定時の基準球上の位置Prとが一意に特定できる。換言すれば、プローブR補正時に求めた測定点における測定面の傾斜角に基づいて、基準球測定時にこれと同一の傾斜角となる場合の基準球上でのスタイラスと接触する測定点の位置、すなわち前記傾斜角が得られる状態となったときにスタイラスが接触している基準球上での位置を特定することができる。結果として、実際の形状測定時に被測定物2と接触しているスタイラス21上の位置と、基準球測定時にこのスタイラス21上の位置に対して接触する基準球上の位置との対応関係が求められ、校正用のスタイラス形状誤差データの中からこの特定位置における適切な形状誤差量を抽出できる。
【0045】
具体的には、プローブR補正時に求めたX方向の傾斜角θx を用いて、基準球上のX位置は、
X=Rm・sinθx
として特定できる。ここで、Rmは基準球の設計半径(この例ではRm=5.55587mm)である。例えば、X方向の傾斜角θx が30度(つまり、被測定物2の測定面2aの傾斜角が30度)の場合には、
X=5.55587× sin30°=2.778mm
となる。このX位置における基準球の形状誤差を、スタイラス21の先端部22の形状誤差量として加算して補正してやればよい。なお、この場合傾斜角30度となる位置は、X軸上では2箇所あるが、傾斜角を符号付きで扱うことによって、一つに特定できる。同様に、基準球上のY位置についても特定する。
【0046】
そして、上記のように特定した基準球上の位置(X,Y)について、前記基準球測定により求めた図6に示すスタイラス形状誤差データを参照して、この特定位置での基準球の形状誤差、すわなちスタイラス形状誤差量を抽出する。このスタイラス形状誤差量をプローブR補正した測定データの各点ごとに加えることによって、スタイラス21の先端部22の曲率半径からの形状誤差補正を行う(ステップS26)。
【0047】
なお、スタイラス形状誤差データは、基準球上の各位置に対応する補正値として保持してもよいし、スタイラス先端上での各位置に対応する補正値として保持してもよい。この場合、前記プローブR補正の後に、被測定物に接触しているスタイラスの測定点の位置に対応するスタイラス形状誤差量を、基準球測定によって事前に求めた形状誤差量のデータから直接読み出して補正することも可能である。
【0048】
以上のように、被測定物2の測定面2aに対するプローブR補正量と、実際の測定点Pに対応する基準球の測定から算出したスタイラス21の先端部22の形状誤差量とを測定データに加算することで、スタイラス21の先端部22における曲率半径からの形状誤差補正を含む測定誤差の補正を正確に行うことができるため、高精度の測定が可能となる。
【0049】
このステップS24〜S26によるプローブR補正を含むスタイラス形状誤差補正の後、前記基準球測定時と同様に、補正後のデータを三次元的に回転・平行移動して座標変換することによって、被測定物2の設計式との最適な重ねあわせを行い、被測定物2の設置時の設置誤差(アライメント誤差)の補正を行う(ステップS27)。そして、入力した被測定物2の設計式と測定データとの形状誤差(偏差)を求め、この偏差データを出力する(ステップS28)。
【0050】
このような形状測定によって得られた偏差データは、例えば加工装置にフィードバックして、被測定物の実際の形状が設計式と比較して所望の精度以内になるまで、例えば、光ディスクのピックアップ用非球面レンズの場合は形状誤差が±0.1μm以内となるまで、加工を繰り返し、被測定物の形状を製作する。これにより、高精度な形状加工が可能となる。
【0051】
上述した測定手順により、スタイラスとして先端部が極細径のダイヤモンド製のものを用いた場合であっても、被測定物の表面形状を高精度に測定することができる。図9は、上記スタイラス形状誤差補正の処理を加えて基準球の測定を行った場合の出力結果の形状誤差データを示したグラフである。図6に比べて誤差がほとんど無く、正しく基準球の形状を測定できていることがわかる。この場合、細径のスタイラスによる実際の被測定物の測定において、上記手順のように、プローブ先端R誤差の補正とアライメント誤差の補正とを行うのに加えて、基準球測定によって求めたスタイラス先端部の形状誤差データに基づいてスタイラス形状誤差の補正を行うことによって、測定誤差に対してより正確な補正を実行可能となる。
【0052】
また、上記測定手順におけるスタイラス21の先端部22の曲率半径からの形状誤差を求める過程において、測定データの間隔をX方向及びY方向ともにほぼ等間隔にして測定し、その等間隔の格子状のデータから、例えば既知のスプライン曲線等により補間して形状誤差曲面を作成すれば、離散データから外れた位置のスタイラス形状誤差データを、その周辺の格子状の形状誤差の離散データから推定することができる。なお、測定データは、上記のように必ずしもXY共に等間隔に取る必要はなく、取り込んだ離散的データから、補間しやすいように補正用のデータを作成しても良い。
【0053】
また、求めたスタイラスの形状誤差データは、形状測定装置の制御手段がいつでも任意に参照できるように、例えば Windows(登録商標)などのOSを用いた装置においては、DLL(ダイナミック・リンク・ライブラリ)などの形式で記憶手段に記憶しておくと良い。
【0054】
本実施形態の形状測定方法は、従来の方法と比較して、基準球の測定という作業工程が増えるものの、基準球の測定及び形状誤差(偏差)の算出は形状測定装置の日常点検も兼ねているために、通常の測定においても一番最初に測定者により行われるようなものであるため、測定者の作業はほとんど変わらない。なお、測定者が別のダイヤモンド製のスタイラスを用いて形状測定を行う場合には、そのスタイラスの形状誤差を、再度基準球の測定によって求めてから被測定物を測定する必要があるのはいうまでもない。
【0055】
上述のように、本実施形態の形状測定装置及び方法では、光ディスクのピックアップレンズや光通信で使用される光ファイバ集光用レンズなどの、小径レンズや鏡筒及びその金型の表面形状を測定する場合であっても、プローブ先端のスタイラスが小径レンズのコバ面や鏡筒などに干渉することなく、また、スタイラスの形状誤差を適正に補正して測定できるため、高精度の測定が実行可能である。よって、従来測定できなかった高NA化した小径レンズや金型などにも対応することができる。
【0056】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、光通信分野において使用される光ファイバ集光用レンズや光ディスクなどに使用されるピックアップ用のレンズなどの小径レンズやその金型の表面形状測定においても、プローブ先端が小径レンズのコバ面や鏡筒などに干渉することなく、かつ高精度の測定を行うことが可能となる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】形状測定装置の一構成例を示す斜視図である。
【図2】本実施形態の形状測定装置に用いるプローブ先端の寸法形状を示す説明図である。
【図3】本実施形態における基準球測定時の形状測定装置を示す側面図である。
【図4】本実施形態における基準球測定時のプローブ先端の接触状態を示す説明図である。
【図5】本実施形態におけるスタイラスを用いた基準球の表面形状の測定手順を示すフローチャートである。
【図6】校正に使用する基準球を先端部が細径のダイヤモンド製のスタイラスで測定した場合のスタイラス形状誤差データを示したグラフである。
【図7】本実施形態のスタイラスによって光ファイバ集光用レンズを測定する際のスタイラスの接触状態の一例について示した説明図である。
【図8】スタイラスの形状誤差補正を含む被測定物の形状測定手順を示すフローチャートである。
【図9】スタイラス形状誤差補正の処理を加えて基準球の測定を行った場合の出力結果の形状誤差データを示したグラフである。
【図10】形状測定装置においてプローブ先端のスタイラスが被測定物の測定面に追従している様子を示す説明図である。
【図11】光ファイバ集光用レンズを従来のスタイラスによって測定する際のスタイラスの接触状態の一例について示した説明図である。
【符号の説明】
1 石定盤
2 被測定物
2a 測定面
5 プローブ
21 スタイラス
22 先端部
41 光ファイバ集光用レンズ
42 鏡筒
51 基準球
Claims (1)
- 被測定物の測定面に、先端に曲率半径が10μm未満の探針を備えたプローブを追従させて、前記被測定物の表面形状を測定する形状測定方法であって、
校正の基準となる基準球の測定面に前記プローブを追従させて前記基準球の測定面を測定することにより前記基準球の中心出しを行い、前記基準球の中心出しを行った後、前記基準球の測定面を測定し、前記基準球の測定データに対して、前記基準球と前記探針との接触位置を求め、その接触位置における測定面の傾斜角から前記探針の曲率半径による位置誤差を補正し、前記補正された前記基準球の測定データを座標変換して前記基準球の設計式と重ね合わせを行い、前記座標変換後の補正された前記基準球の測定データと前記基準球の設計式との形状誤差量を算出し、前記探針の前記基準球との接触位置における測定面の傾斜角を用いて、この探針の接触位置に対応する前記基準球測定時の基準球上の位置を特定し、この特定された基準球上の位置における前記基準球測定時の前記形状誤差量を前記探針の接触位置における形状誤差量として記憶し、
前記被測定物の測定面に前記プローブを追従させて前記被測定物の測定面を測定することにより前記被測定物の中心出しを行い、前記被測定物の中心出しを行った後、前記被測定物の測定面を測定し、前記被測定物の測定データに対して、前記被測定物と前記探針との接触位置を求め、その接触位置における測定面の傾斜角から前記探針の曲率半径による位置誤差を補正し、前記探針の曲率半径による位置誤差を補正された前記被測定物の測定データに対して、接触位置における測定面の傾斜角に対応した、前記形状誤差量を加算または減算して前記探針の曲率半径からの形状誤差を補正し、前記形状誤差を補正された前記被測定物の測定データを座標変換して前記被測定物の設計式と重ね合わせを行い、前記補正された被測定物の測定データと設計式との形状誤差量を算出することを特徴とする形状測定方法。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001168154A JP4794753B2 (ja) | 2001-06-04 | 2001-06-04 | 形状測定方法 |
GB0212537A GB2378254B (en) | 2001-06-04 | 2002-05-30 | Profilometer and method for measuring surface profile |
US10/159,565 US6763319B2 (en) | 2001-06-04 | 2002-05-31 | Profilometer and method for measuring, and method for manufacturing object of surface profiling |
KR1020020031458A KR100869110B1 (ko) | 2001-06-04 | 2002-06-04 | 형상 측정 장치 및 방법, 및 피측정물의 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001168154A JP4794753B2 (ja) | 2001-06-04 | 2001-06-04 | 形状測定方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002357415A JP2002357415A (ja) | 2002-12-13 |
JP4794753B2 true JP4794753B2 (ja) | 2011-10-19 |
Family
ID=19010422
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001168154A Expired - Lifetime JP4794753B2 (ja) | 2001-06-04 | 2001-06-04 | 形状測定方法 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6763319B2 (ja) |
JP (1) | JP4794753B2 (ja) |
KR (1) | KR100869110B1 (ja) |
GB (1) | GB2378254B (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105203066A (zh) * | 2015-09-16 | 2015-12-30 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 用于超大口径面形检测的悬挂式摆臂轮廓仪 |
EP3217143A1 (en) | 2016-03-08 | 2017-09-13 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Stylus and measurement method |
CN108037730A (zh) * | 2017-11-22 | 2018-05-15 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种工件面形测量***及方法 |
Families Citing this family (29)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050235506A1 (en) * | 2004-04-22 | 2005-10-27 | Eastman Kodak Company | Method for profilometer position registration |
CN100395512C (zh) * | 2004-07-02 | 2008-06-18 | 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司 | 表面形貌测量用触针及其制备方法 |
KR100680779B1 (ko) * | 2004-11-12 | 2007-02-08 | 현대자동차주식회사 | 다이 페이스 자동 수정장치 및 방법 |
GB2422015B (en) | 2005-02-01 | 2007-02-28 | Taylor Hobson Ltd | A metrological instrument |
GB2429291B (en) | 2005-08-18 | 2008-08-20 | Taylor Hobson Ltd | A metrological apparatus |
US20090259435A1 (en) * | 2005-12-05 | 2009-10-15 | Masato Enomoto | Roundness Measuring Instrument and Method of Determining Quality of Tip Head |
JP4372759B2 (ja) * | 2006-02-10 | 2009-11-25 | 株式会社ミツトヨ | 形状測定装置、形状測定方法及び形状測定プログラム |
JP5155533B2 (ja) * | 2006-02-16 | 2013-03-06 | 株式会社ミツトヨ | 補正プログラム、及び測定装置 |
JP5006565B2 (ja) * | 2006-03-30 | 2012-08-22 | オリンパス株式会社 | 形状測定方法および形状測定装置 |
JP5064725B2 (ja) * | 2006-06-13 | 2012-10-31 | キヤノン株式会社 | 形状測定方法 |
JP5027450B2 (ja) * | 2006-06-15 | 2012-09-19 | パナソニック株式会社 | 形状測定方法 |
EP1939581A1 (en) * | 2006-12-27 | 2008-07-02 | Heliotis AG | Apparatus for the contact-less, interferometric determination of surface height profiles and depth scattering profiles |
JP5203028B2 (ja) * | 2007-05-30 | 2013-06-05 | 株式会社ミツトヨ | 形状測定機構の異常検出方法及び形状測定機構 |
JP5424581B2 (ja) * | 2008-06-06 | 2014-02-26 | キヤノン株式会社 | 部分測定を合成する形状測定方法 |
JP5205643B2 (ja) | 2009-01-19 | 2013-06-05 | 株式会社ミツトヨ | 表面性状測定装置、その接触子モデル生成方法、及びプログラム |
JP2010185804A (ja) | 2009-02-13 | 2010-08-26 | Mitsutoyo Corp | 形状測定装置、形状測定方法、及びプログラム |
US8197473B2 (en) | 2009-02-20 | 2012-06-12 | Vivant Medical, Inc. | Leaky-wave antennas for medical applications |
KR20120006979A (ko) | 2009-03-24 | 2012-01-19 | 코니카 미놀타 옵토 인코포레이티드 | 형상 측정 장치 |
JP5272248B2 (ja) | 2009-05-08 | 2013-08-28 | 株式会社ミツトヨ | 表面性状測定装置、表面性状測定方法、及びプログラム |
JP4829359B2 (ja) * | 2010-03-31 | 2011-12-07 | ファナック株式会社 | 機上計測装置のプローブ取り付け位置算出方法 |
JP5946259B2 (ja) * | 2011-10-20 | 2016-07-06 | 東芝機械株式会社 | 測定装置、測定方法およびタッチプローブ |
CN103453847B (zh) * | 2012-06-05 | 2016-12-14 | 上海微电子装备有限公司 | 一种用于运动台误差校准的方法 |
EP2990754B1 (en) * | 2013-04-26 | 2017-10-11 | Tokyo Seimitsu Co., Ltd. | Shape measurement machine |
US10005303B2 (en) * | 2014-03-31 | 2018-06-26 | Xerox Corporation | System for detecting inoperative inkjets in three-dimensional object printing using a profilometer and predetermined test pattern printing |
JP2016011912A (ja) * | 2014-06-30 | 2016-01-21 | 日本精機宝石工業株式会社 | 測定子、コンタクトゲージ及び加工測定装置 |
JP6438251B2 (ja) * | 2014-09-19 | 2018-12-12 | キヤノン株式会社 | 算出方法、プログラム、情報処理装置及び計測装置 |
JP6436707B2 (ja) * | 2014-09-26 | 2018-12-12 | キヤノン株式会社 | 算出方法、計測装置、プログラム及び情報処理装置 |
EP3317608A4 (en) * | 2014-10-06 | 2019-03-06 | US Synthetic Corporation | PROBES, STYLETS, SYSTEMS COMPRISING THE SAME, AND METHODS OF MANUFACTURE |
CN114719804A (zh) * | 2022-04-29 | 2022-07-08 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种用于高精度位移传感器的标定方法 |
Family Cites Families (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02172657A (ja) * | 1988-12-27 | 1990-07-04 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | スタイラスの真球度補正機能付倣い制御装置 |
JPH03225201A (ja) * | 1990-01-31 | 1991-10-04 | Dainippon Printing Co Ltd | 微小孔の断面形状測定装置 |
JP2892826B2 (ja) * | 1990-11-29 | 1999-05-17 | 松下電器産業株式会社 | 三次元測定機の校正方法 |
JP2748702B2 (ja) * | 1991-02-04 | 1998-05-13 | 松下電器産業株式会社 | 三次元測定機の誤差補正方法 |
JP3046635B2 (ja) | 1991-03-28 | 2000-05-29 | 松下電器産業株式会社 | 超高精度三次元測定機 |
JPH05256603A (ja) * | 1992-03-16 | 1993-10-05 | Fuji Electric Co Ltd | 磁気記録媒体の表面粗さ測定方法 |
JP3000819B2 (ja) * | 1993-03-15 | 2000-01-17 | 松下電器産業株式会社 | 三次元測定用プローブ及び形状測定方法 |
JP3025413B2 (ja) * | 1994-08-02 | 2000-03-27 | 株式会社東京精密 | 輪郭形状測定方法及びその装置 |
US5861549A (en) * | 1996-12-10 | 1999-01-19 | Xros, Inc. | Integrated Silicon profilometer and AFM head |
JPH10170243A (ja) | 1996-12-11 | 1998-06-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 形状測定装置及び方法 |
JPH11257945A (ja) * | 1998-03-11 | 1999-09-24 | Ricoh Co Ltd | プローブ式形状測定装置及び形状測定方法 |
JP3768688B2 (ja) * | 1998-07-29 | 2006-04-19 | キヤノン株式会社 | 3次元形状測定装置及び3次元形状測定方法 |
US6112423A (en) * | 1999-01-15 | 2000-09-05 | Brown & Sharpe Manufacturing Co. | Apparatus and method for calibrating a probe assembly of a measuring machine |
GB2350429B (en) * | 1999-05-28 | 2003-11-12 | Taylor Hobson Ltd | A metrological instrument |
-
2001
- 2001-06-04 JP JP2001168154A patent/JP4794753B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
2002
- 2002-05-30 GB GB0212537A patent/GB2378254B/en not_active Expired - Fee Related
- 2002-05-31 US US10/159,565 patent/US6763319B2/en not_active Expired - Lifetime
- 2002-06-04 KR KR1020020031458A patent/KR100869110B1/ko active IP Right Grant
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105203066A (zh) * | 2015-09-16 | 2015-12-30 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 用于超大口径面形检测的悬挂式摆臂轮廓仪 |
EP3217143A1 (en) | 2016-03-08 | 2017-09-13 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Stylus and measurement method |
CN108037730A (zh) * | 2017-11-22 | 2018-05-15 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种工件面形测量***及方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20020092838A (ko) | 2002-12-12 |
GB2378254A (en) | 2003-02-05 |
US6763319B2 (en) | 2004-07-13 |
GB0212537D0 (en) | 2002-07-10 |
US20020183964A1 (en) | 2002-12-05 |
KR100869110B1 (ko) | 2008-11-17 |
GB2378254B (en) | 2004-11-10 |
JP2002357415A (ja) | 2002-12-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4794753B2 (ja) | 形状測定方法 | |
JP4917088B2 (ja) | 非球形表面の高分解能の精密測定方法 | |
JP4732362B2 (ja) | 多軸計測システムの幾何学配置を較正するための方法 | |
JP2010164388A (ja) | 測定方法及び測定装置 | |
JP2013160680A (ja) | 面形状計測方法、面形状計測装置、プログラム、光学素子、および、光学素子の製造方法 | |
JPH10253346A (ja) | 非球面形状測定器および非球面光学部材の製造方法 | |
US8184301B2 (en) | Surface alignment and positioning method and apparatus | |
JP2000081329A (ja) | 形状測定方法及び装置 | |
JP3772444B2 (ja) | ステージ装置、座標測定装置および位置測定方法 | |
JP3317100B2 (ja) | 光コネクタ研磨面自動検査装置及び光コネクタ研磨面検査法 | |
JP2006133059A (ja) | 干渉測定装置 | |
JP5389579B2 (ja) | 表面形状の測定方法 | |
JP2021534983A (ja) | ロボットと共に使用される位置合わせセンサを含む補足計測位置座標決定システム | |
EP3056855B1 (en) | Shape measuring method, shape measuring apparatus, program, recording medium and method of manufacturing optical element | |
JP3633863B2 (ja) | 校正用の被検体を用いた表面形状測定系の系統誤差の自律的決定方法 | |
JPH11281306A (ja) | 座標測定機の校正値検出方法及びこの校正値を用いた形状データ校正方法 | |
JP4242700B2 (ja) | 三次元形状測定方法および三次元形状測定機 | |
JP2017072447A (ja) | 位置算出方法、形状計測方法、形状計測装置、プログラム、記録媒体及び部品の製造方法 | |
JP2022026771A (ja) | 非接触真円度及び直径測定方法 | |
Karodkar et al. | Traceable radius of curvature measurements on a micro-interferometer | |
JPH10221053A (ja) | 球面曲率半径測定方法 | |
JPH1068602A (ja) | 形状測定装置 | |
JP2002286440A (ja) | 高傾斜角形状測定方法および測定用プローブ | |
JP2004226305A (ja) | 座標校正方法 | |
JP2022026621A (ja) | 非接触真円度及び直径測定方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20060324 |
|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20071114 |
|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20071121 |
|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20071128 |
|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20071205 |
|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20071212 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080312 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100430 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100518 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100622 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110215 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110328 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110426 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110607 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20110628 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20110727 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4794753 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140805 Year of fee payment: 3 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |