校正用冶具、校正方法、及び該校正用冶具が搭載可能な形状測定装置
【課題】レンズの偏心を測定できる形状測定装置を簡易的に、かつ高精度に校正できる校正用冶具、校正方法、及び該校正用冶具が搭載可能な形状測定装置を提供する。
【解決手段】校正用冶具１００は、中心が円周上を３等分し、計測用基準球を接するように設置できる３個の基準球２を備える。形状測定装置は、該校正用冶具を配置可能であり、被測定物の形状に関する情報を取得するための第１プローブと、校正用冶具に対して第１プローブと反対側に設けられ被測定物の形状に関する情報を取得するための第２プローブと、第１プローブ及び第２プローブにより、配置された計測用基準球を測定して第１測定結果及び第２測定結果を求める測定部と、第１測定結果及び第２測定結果を比較してシフトを算出するシフト量算出部と、を備える。校正方法は、上記形状測定装置を用いた測定ステップとシフト量等を算出するシフト量算出ステップとを備える。
【解決手段】校正用冶具１００は、中心が円周上を３等分し、計測用基準球を接するように設置できる３個の基準球２を備える。形状測定装置は、該校正用冶具を配置可能であり、被測定物の形状に関する情報を取得するための第１プローブと、校正用冶具に対して第１プローブと反対側に設けられ被測定物の形状に関する情報を取得するための第２プローブと、第１プローブ及び第２プローブにより、配置された計測用基準球を測定して第１測定結果及び第２測定結果を求める測定部と、第１測定結果及び第２測定結果を比較してシフトを算出するシフト量算出部と、を備える。校正方法は、上記形状測定装置を用いた測定ステップとシフト量等を算出するシフト量算出ステップとを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズの偏心を測定できる形状測定装置の校正用冶具、校正方法、及び該校正用冶具が搭載可能な形状測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レンズは、カメラや光ディスクを中心に、民生用、業務用を問わず、様々な分野で活用されている。最近のカメラの小型化や光ディスクの高密度化の流れを受け、レンズに対しては作製精度の向上が求められている。中でも、レンズを構成する光の入出射面の間の偏心に対する許容値が厳しくなっている。
【０００３】
レンズの偏心を小さく作製するには、レンズの偏心量を計測する必要がある。レンズの偏心量を計測手段としては、一般には、測定するレンズを挟んで対向するように配置される２つの測定手段を用意し、各々の測定手段を用いてレンズの２面の形状を測定し、測定結果から偏心量を測定する、という形状測定装置が用いられている（特許文献１，２参照）。
【０００４】
特許文献１に開示されている技術においては、対向する２つの形状測定ユニットが備えられ、各々の偏心測定ユニットから、レンズの各々の面に光を照射し、各々の反射光から偏心を算出し、それらの計算結果から光軸の偏心量を算出している。形状測定ユニットを２つ有するので、１回の測定でレンズの両面を測定できることを特徴としている。
【０００５】
また、特許文献２に開示されている技術においては、対向するフィゾー型干渉計を形状測定ユニットとして２つ備えられ、一方のフィゾー型干渉計からレンズの一方の面に光を照射し、その反射光と参照面からの反射光とを干渉させて一方の面形状を算出する。同様の方法で他のフィゾー型干渉計を用いてレンズのもう一方の面の形状が算出され、レンズ両面の形状算出結果から、レンズの光軸偏心を算出する手段を有する。レンズをひっくり返さずとも両面を測定できることを特徴としている。
【０００６】
特許文献１，２において開示されている技術のように、２つの形状測定ユニットを用いて測定した形状データを基に偏心量を算出する技術においては、２つの形状測定ユニットの光軸を高精度に調整して合わせることや、調整後に残っている光軸差分を高精度に補正することが重要である。そこで、２つの形状測定ユニットの光軸のずれ量を測定する構成冶具が提案されている（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−５５２０２号公報
【特許文献２】特開２００３−２６９９０８号公報
【特許文献３】特開２０１０−１９６７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献３において開示されている技術においては、基準球を用い、基準球の形状を測定することを特徴としているが、使用したい基準球の径毎に冶具を用意する必要があり、また、冶具毎に取り置きする際の位置再現性を高めることが難しい。
【０００９】
本発明は、レンズの偏心を測定できる形状測定装置を簡易的に、かつ高精度に校正できる校正用冶具、校正方法、及び該校正用冶具が搭載可能な形状測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前述の目的は、下記に記載する発明により達成される。
【００１１】
１．中心が円周上を３等分し、計測用基準球を接するように設置できる３個の基準球を備えたことを特徴とする校正用冶具。
【００１２】
２．前記３個の基準球は、球径が略等しいことを特徴とする前記１に記載の校正用冶具。
【００１３】
３．前記３個の基準球の真球度は０．２５μｍ以下であることを特徴とする前記１または２に記載の校正用冶具。
【００１４】
４．前記計測用基準球が設置された状態で、設置された前記計測用基準球を、観察することができる開口を有することを特徴とする前記１から３の何れか一項に記載の校正用冶具。
【００１５】
５．前記計測用基準球が設置されたことを特徴とする前記１から４の何れか一項に記載の校正用冶具。
【００１６】
６．前記計測用基準球の表面は、鏡面にて構成されていることを特徴とする前記５に記載の校正用冶具。
【００１７】
７．前記５または６に記載の校正用冶具を配置可能であり、
被測定物の形状に関する情報を取得するための第１プローブと、
前記校正用冶具に対して前記第１プローブと反対側に設けられ前記被測定物の形状に関する情報を取得するための第２プローブと、
前記第１プローブ及び前記第２プローブにより、配置された前記計測用基準球を測定して第１測定結果及び第２測定結果を求める測定部と、
前記第１測定結果及び前記第２測定結果を比較してシフトを算出するシフト量算出部と、
を備えることを特徴とする形状測定装置。
【００１８】
８．前記５または６に記載の校正用冶具を配置可能であり、
被測定物の形状に関する情報を取得するための第１プローブと、
校正用冶具に対して前記第１プローブと反対側に設けられ前記被測定物の形状に関する情報を取得するための第２プローブと、
を備える形状測定装置を用いて、当該形状測定装置のシフトを算出する校正方法であって、
前記第１プローブ及び前記第２プローブにより前記計測用基準球を測定して第１測定結果及び第２測定結果を求める測定ステップと、
前記第１測定結果及び前記第２測定結果を比較してシフト量を算出するシフト量算出ステップと、
を備えることを特徴とする校正方法。
【００１９】
９．前記５または６に記載の校正用冶具を配置可能であり、
被測定物の形状に関する情報を取得するための第１プローブと、
校正用冶具に対して前記第１プローブと反対側に設けられ前記被測定物の形状に関する情報を取得するための第２プローブと、
前記第１プローブ及び前記第２プローブにより、複数の前記計測用基準球を測定して、前記計測用基準球毎に第１測定結果及び第２測定結果を求める測定部と、
前記計測用基準球毎の前記第１測定結果及び前記第２測定結果を比較して、前記第１プローブと前記第２プローブのチルト量を算出するチルト算出部と、
を備えることを特徴とする形状測定装置。
【００２０】
１０．前記５または６に記載の校正用冶具を配置可能であり、
被測定物の形状に関する情報を取得するための第１プローブと、
校正用冶具に対して前記第１プローブと反対側に設けられ前記被測定物の形状に関する情報を取得するための第２プローブと、
を備える形状測定装置を用いて、当該形状測定装置のチルトを算出する校正方法であって、
前記第１プローブ及び前記第２プローブにより、複数の前記計測用基準球を測定して、前記計測用基準球毎に第１測定結果及び第２測定結果を求める測定ステップと、
前記計測用基準球毎の前記第１測定結果及び前記第２測定結果を比較してチルト量を算出するチルト算出ステップと、
を備えることを特徴とする校正方法。
【発明の効果】
【００２１】
レンズの偏心を測定できる形状測定装置を簡易的に、かつ高精度に校正できる校正用冶具、校正方法、及び該校正用冶具が搭載可能な形状測定装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施形態に係る校正用冶具１００の概要図であり、図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）は側面図である。
【図２】台座５の上面図である。
【図３】被検体である基準球１１を搭載された校正用冶具１００の側面図である。図３（ａ）から（ｃ）は、各々直径の異なる基準球を校正用冶具１００に搭載した概要図である。図３（ｄ）は（ａ）から（ｃ）の基準球を重ねた描かれた図である。
【図４】実施形態にかかる形状測定装置２００の概要図である。
【図５】分割フォトダイオードの分割形状の模式図である。
【図６】フォーカス信号ＦとＺ方向の位置との関係を表す模式図である。
【図７】ホルダー４２の代わりに校正用冶具１００を設置された形状測定装置２００の模式図である。
【図８】形状測定装置２００の光軸Ｏ１，Ｏ２のシフト量を計測するフロー図である。
【図９】基準球１１の測定手順を示す模式図である。
【図１０】Ｙ方向のシフト量の概略説明図である。
【図１１】形状測定装置２００の光軸Ｏ１，Ｏ２のチルト量を計測するフロー図である。
【図１２】Ｙ方向のチルト量の概略説明図である。図１２（ａ）は上面から測定した時の模式図を表し、図１２（ｂ）は下面から測定した時の模式図を表す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に本発明の実施形態を図面により説明するが、本発明は以下に説明する実施形態に限られるものではない。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
【００２４】
（校正用冶具の構成）
図１は、本発明の実施形態に係る校正用冶具１００の概要図であり、図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）は側面図である。校正用冶具１００は、後述するプローブ９０，９１により測定されるものである。
【００２５】
校正用冶具１００は、同じ大きさで同じ形状の３個の基準球２と、台座５とを備える。図２は、台座５の上面図である。台座５の上面には座ぐり７が３つ備えられている。台座５は、環境温度の変化に対して変形し難い材料で形成することが望ましい。例えば低い線膨張係数を有する材料であるガラスやセラミックを採用することができる。線膨張係数が小さき金属を採用してもよい。
【００２６】
座ぐり７の中心は、仮想的な円の円周上を３分割する位置に配置されている。円の中心から各座ぐり７の中心を結んだ線である円の各半径は、１２０°の間隔を形成する。
【００２７】
３個の基準球２は、被検体である計測用の基準球を設置できる位置に設けられる。
【００２８】
円の中心には、台座５を貫通する穴８が形成されている。なお、座ぐり７は、基準球２を位置決めするためのものであるので、貫通穴であってもよい。
【００２９】
３個の基準球を各座ぐり７に配置することで、各基準球についても、中心の位置が円の円周上を３分割する位置に配置されることとなる。
【００３０】
台座５の上面６から、各基準球のｚ方向の頂点までの距離が同じになるように座ぐり７の直径は同じ値に形成される。
【００３１】
各基準球２は、台座５に接着剤等の固定手段を用いて固定される。接着剤を用いる場合には、基準球２と上面６との間に接着剤が入りこまないように、基準球２と上面６に肉盛り接着を行うことが望ましい。
【００３２】
かかる校正用冶具１００に計測用の基準球１１を搭載する。図３は、被検体である基準球１１を搭載された校正用冶具１００の側面図である。図３（ａ）から（ｃ）は、各々直径の異なる基準球を校正用冶具１００に搭載した概要図である。図３（ｄ）は（ａ）から（ｃ）の基準球を重ねた描かれた図である。
【００３３】
基準球１１の中心は、３個の基準球の中心を頂点とする三角形（不図示）の中心を通り、該三角形の法線と平行な軸１５の上に配置される。
【００３４】
このような、３個の基準球２と被検体である基準球１１との位置関係は、基準球１１の直径に依存しない。すなわち、図３（ａ）から（ｃ）の各場合において、軸１５は、図３（ｄ）に示すように、校正用冶具１００内において同じ位置になる。
【００３５】
後述するように、基準球１１の形状の測定に光プローブを用いる場合には、基準球１１の表面における光の反射率が大きいことが望ましいので、基準球１１の表面は鏡面に仕上げられ、光反射率の高い材料や誘電体多層膜を形成することが望ましい。光反射率の高い材料としては、アルミ、クロム、金、銀等が好ましい。これらの材料は蒸着装置やスパッタ装置を用いて成膜されることが望ましい。
【００３６】
（形状測定装置の構成と動作）
図４は、実施形態にかかる形状測定装置２００の概要図である。
【００３７】
形状測定装置２００は、第１プローブ９０、第２プローブ９１、及びＰＣ８０を有する。
【００３８】
第１プローブ９０は、半導体レーザ５０、コリメートレンズ４９、ビームスプリッタ４６、対物レンズ４５、検出レンズ４７、分割フォトダイオード４８、Ｚステージ５２、ＬＤ駆動装置５１、アンプ５３等を有する。
【００３９】
半導体レーザ５０は、コヒーレント光であるレーザ光を出射する。直線性に優れた光源であるので、三角測量法に向いており、被検体４１の形状測定に好適である。
【００４０】
コリメートレンズ４９は、入射する光を平行化する機能を有する。
【００４１】
ビームスプリッタ４６は、入射光直進方向と垂直方向とに分離する機能を有する。
【００４２】
検出レンズ４７は入射光を分割フォトダイオードの受光面に集光する機能を有する。
【００４３】
分割フォトダイオード４８は、例えば中心に十字線の分割線を有し、受光面が４分割されたフォトダイオードである。
【００４４】
アンプは、分割フォトダイオードの各々の分割面において光電変換された出力の各々を増幅する機能を有する回路である。
【００４５】
対物レンズ４５は、入射光を回折限界にまで集光する機能を有する。
【００４６】
Ｚステージ５２は、対物レンズをＺ方向に移動させる機能を有する公知の自動ステージである。
【００４７】
第２プローブ９１は、半導体レーザ６８、コリメートレンズ６７、ビームスプリッタ６３、対物レンズ６１、検出レンズ６４、分割フォトダイオード６５、Ｚステージ６２、ＬＤ駆動装置６９、アンプ６６等を有する。
【００４８】
各々の部品の機能は、第１プローブ９０において各々相当する部品と同様であるので説明を省略する。
【００４９】
パルス回路４４は、各々のプローブにおけるＺステージ５２，６２を制御するが、第１プローブ９０、第２プローブ９１の各々にパルス回路を設置してもよい。
【００５０】
被検体４１は、測定対象となるワークである。
【００５１】
ホルダー４２は被検体４１を保持するメカ部品である。
【００５２】
ＸＹステージ４３は、被検体４１を保持するホルダー４２をＸＹ方向に移動させる自動ステージである。ＸＹステージ４３は、パルス回路４４からのパルス信号を受けて駆動される。
【００５３】
ＰＣ８０は、制御部８１を有するパーソナルコンピュータである。制御部８１は図示しないＣＰＵやＲＡＭ，ＲＯＭなどのメモリを有する。
【００５４】
ＰＣ８０は、ＬＤ駆動装置５１，６９、パルス回路４４を駆動し、アンプ５３，６６からの電気出力を受信する。
【００５５】
次いで、形状測定装置２００の動作を説明する。
【００５６】
第１プローブ９０において、半導体レーザ５０は、制御部８がＬＤ駆動装置５１に駆動を指示する信号を送信することで、レーザ光１０１は発振する。レーザ光１０１はコリメートレンズ４９で平行化され、ビームスプリッタ４６に入射して直進し、対物レンズ４５に入射する。対物レンズ４５は、レーザ光１０１を集光し被検体４１（ここでは、レンズ）のレンズ面に集光する。レンズ面で反射したレーザ光１０１は、対物レンズ４５を通過し、ビームスプリッタ４６で反射され、検出レンズ４７に入射する。検出レンズ４７に入射したレーザ光１０１は、分割フォトダイオードの受光面上に集光される。
【００５７】
図５は、分割フォトダイオードの分割形状の模式図である。分割フォトダイオードは、図５に示すような形状に分割されており、各々の分割面において光電変換された出力はアンプ５３で増幅されて制御部８１に送られる。制御部８１においては、（Ａ−Ｂ＋Ｃ−Ｄ）というようにフォーカス信号出力を演算する。
【００５８】
図６は、フォーカス信号ＦとＺ方向の位置との関係を表す模式図である。被検体４１上にレーザ光１０１がフォーカスされている時のＺ方向座標を原点とすると、フォーカス信号ＦとＺ方向の位置との関係は、図６のようにＳ字カーブを描くこととなる。
【００５９】
制御部８１はこのフォーカス信号Ｆを参照しながら、パルス回路４４を通じてＺステージ５２を駆動することで、フォーカス信号Ｆが０になる位置を見つける。そして、フォーカス信号Ｆが０になる時のＺ方向の位置のデータを図示しない記憶部に記憶させる。
【００６０】
次に制御部は、ＸＹステージを用いて被検体４１を移動させ、同様にフォーカス信号Ｆが０となるＺ方向の座標を見つけて記憶部に記憶させる。そして。計測すべきＸＹの範囲において同様な動作を行った後に、記憶部からＸＹ座標と、これに相当するＺ座標の位置の値を呼び出し、レンズの一面の形状として図示しない表示部にグラフィック表示する。
【００６１】
第２プローブ９１においても同様の動作が行われるので説明を省略する。
【００６２】
かかる第１プローブ９０、第２プローブ９１との被検体４１の面形状の座標データから、被検体であるレンズの２面の偏心を算出する。算出に際しては、第１プローブ９０の光軸Ｏ１と第２プローブ９１の光軸Ｏ２とがＸＹ面内方向のシフトがなく、また光軸Ｏ１，Ｏ２とがチルトしていないことが前提となる。しかし、光軸Ｏ１，Ｏ２をシフトなく、かつチルトもないように各プローブを配置することは難しかった。本実施形態の校正用冶具１００を用いれば、光軸Ｏ１，Ｏ２のシフト量とチルト量を計測することができる。
【００６３】
（シフト量の測定）
次いで、校正用冶具１００を用いた形状測定装置２００の光軸Ｏ１，Ｏ２のシフト量の計測について図７から図１０を用いて説明する。
【００６４】
図７は、ホルダー４２の代わりに校正用冶具１００を設置された形状測定装置２００の模式図である。図８は、形状測定装置２００の光軸Ｏ１，Ｏ２のシフト量を計測するフロー図である。
【００６５】
最初にステップＳ１にて、測定部でもある制御部８１は、校正用冶具１００における基準球１１の上面に、第１プローブ９０からレーザ光１０１が対物レンズ４５を介して集光照射させ、前述のように形状測定を実施する。そして、基準球１１の上面の形状データを取得し、図示しない記憶部に第１測定結果として記憶させる。
【００６６】
基準球１１の形状測定は、次のように行う。図９は、基準球１１の測定手順を示す模式図である。校正用冶具１００はＸＹステージ４３によって（Ｘｎ，Ｙｎ）座標上をラスタスキャンされる。ここで、ｎは、自然数である。Ｘ座標とＹ座標は、測定範囲を均等分割された値である。例えば、基準球１１の直径が２ｍｍの場合、測定範囲を±０．５ｍｍとし、測定間隔を０．１ｍｍとする。このＸＹの範囲にて、レーザ光１０１が基準球１１の表面に集光されるように、Ｚステージ５２を制御する。この動作を各（Ｘｎ、Ｙｎ）の点で実施し、対応するＺ座標であるＺｎを求め、Ｚｎ（Ｘｎ、Ｙｎ）のデータを図示しない記憶部に記憶する。同図において黒丸は各測定点を表す。
【００６７】
ここで、便宜上、基準球１１の第１プローブ９０側の面を上面、基準球１１の第２プローブ９１側の面を下面と称する。
【００６８】
次に、ステップＳ２にて、制御部８１は、校正用冶具１００における基準球１１の下面に、第２プローブ９１からレーザ光１０２が対物レンズ６１を介して集光照射させ、前述のように形状測定をステップＳ１と同様に実施する。そして、基準球１１の下面の形状データを取得し、図示しない記憶部に第２測定結果として記憶させる。
【００６９】
次に、ステップＳ３にて、制御部８１は、基準球１１の上面の形状算出を行う。すなわち、基準球１１の上面の球面の直径、中心の位置を求める。取得した形状データを基に、球の形状にフィッティングを行う。フィッティングには、例えば、最小自乗法を用いることができる。具体的には、仮の中心位置、仮の直径を基にした球形状と、取得したＺｎ（Ｘｎ、Ｙｎ）のデータとの乖離が、最小自乗法により最も小さくなるように、中心位置と直径を求める。求めた中心位置と直径とを図示しない記憶部に記憶する。
【００７０】
次に、ステップＳ４にて、制御部８１は、基準球１１の下面の形状算出をステップＳ３と同様に行い、求めた中心位置と直径とを図示しない記憶部に記憶する。
【００７１】
次にステップＳ５にて、シフト量算出部でもある制御部８１は、形状測定装置２００の光軸Ｏ１，Ｏ２のシフト量を算出する。図１０は、Ｙ方向のシフト量の概略説明図である。図１０において、ＣＹ１は、上面の形状から算出された基準球のＹ方向の中心位置、ＣＹ２は、下面の形状から算出された基準球のＹ方向の中心位置、ＯＹ１は、第１プローブ９０のＹ方向の光軸であり、ＯＹ２は、第２プローブ９１のＹ方向の光軸である。
【００７２】
図９から、分かるように、Ｙ方向のシフト量は、ＣＹ１とＣＹ２の差であるＳＹである。Ｘ方向のシフト量も同様に算出できる。
【００７３】
なお、上記の説明においては、シルト角の算出を行うのに、基準球１１の中心位置を用いたが、他の代表的に位置、例えば、基準球１１の各プローブ側に面した頂点の位置を用いてもよい。
【００７４】
（チルト量の測定）
次いで、校正用冶具１００を用いた、形状測定装置２００の光軸Ｏ１，Ｏ２のチルト量の計測について図１１，１２を用いて説明する。
【００７５】
図１１は、形状測定装置２００の光軸Ｏ１，Ｏ２のチルト量を計測するフロー図である。図１２は、Ｙ方向のチルト量の概略説明図である。図１２（ａ）は上面から測定した時の模式図を表し、図１２（ｂ）は下面から測定した時の模式図を表す。
【００７６】
最初に、ステップＳ１１にて、測定部でもある制御部８１は、第１基準球１１（基準球１１を第１基準球とも称す）の上面と下面の形状データを取得する。詳細は、上述のステップＳ１、Ｓ２と同様であるので省略する。計測した形状データは図示しない記憶部に記憶する。
【００７７】
次に、ステップＳ１２にて、使用者は、校正用冶具１００上の基準球を第１基準球１１から第２基準球１２に入れ替える。そして、ステップＳ１１と同様に測定部でもある制御部８１は、第２基準球１２の上面と下面の形状データを取得する。計測した形状データは図示しない記憶部に記憶する。
【００７８】
次に、ステップＳ１３にて、使用者は、校正用冶具１００上の基準球を第２基準球１２から第３基準球１３を入れ替える。そして、ステップＳ１２と同様に測定部でもある制御部８１は、第３基準球１３の上面と下面の形状データを取得する。計測した形状データは図示しない記憶部に記憶する。
【００７９】
次に、ステップＳ１４にて、制御部８１は、ステップＳ３と同様にして、各基準球１１から１３の上面の形状算出を行う。求めた中心位置と直径とを図示しない記憶部に記憶する。
【００８０】
次に、ステップＳ１５にて、制御部８１は、ステップＳ４と同様にして、各基準球１１から１３の下面の形状算出を行う。求めた中心位置と直径とを図示しない記憶部に記憶する。
【００８１】
次にステップＳ１６にて、チルト量算出部でもある制御部８１は、形状測定装置２００の光軸Ｏ１，Ｏ２のシフト量を算出する。
【００８２】
チルト量の正確な算出のためには、各基準球１１，１２，１３の中心位置を結んだ線が直線状になることが望まれ、そのためには３個の基準球２の球径が略等しいことが好ましい。
【００８３】
また、３個の基準球２の真球度を０．２５μｍ（ＪＩＳＢ１５０１（転がり軸受−鋼球）の等級１０）以下とすれば、各基準球１１，１２，１３の中心位置を結んだ線が、より直線状になるので好ましい。
【００８４】
なお、３個の基準球２の真球度については、好ましくは真球度０．１３μｍ（等級５）、より好ましくは真球度０．０８μｍ（等級３）を用いることで、各基準球１１，１２，１３の中心位置を結んだ線が、真球度がよくなるに従い、より直線状になるので好ましい。
【００８５】
図１２（ａ）において、ＵＹ１、ＵＹ２、ＵＹ３は、各々上面の形状から算出された基準球１１，１２，１３のＹ方向の中心位置である。Ｙ方向のチルト量は、ＵＹ１、ＵＹ２、ＵＹ３を結んだ線Ｌ１とＺ軸との成す角θ１ｙで定義される。Ｚ方向のチルト角も同様に算出することができる。
【００８６】
図１２（ｂ）において、ＤＹ１、ＤＹ２、ＤＹ３は、各々下面の形状から算出された基準球１１，１２，１３のＹ方向の中心位置である。Ｙ方向のチルト量は、ＤＹ１、ＤＹ２、ＤＹ３を結んだ線Ｌ２とＺ軸との成す角θ２ｙで定義される。Ｚ方向のチルト角も同様に算出することができる。
【００８７】
なお、上記の説明においては、チルト角の算出を行うのに、基準球１１〜１３の中心位置を用いたが、他の代表的に位置、例えば、基準球１１〜１３の各プローブ側に面した頂点の位置を用いてもよい。
【００８８】
なお、以上の説明においては、プローブに光プローブを用いたが、接触式のプローブを用いてもよい。接触式のプローブとしては、例えば、ダイヤモンドのヘッドを装荷したスタイラスの位置を、レーザ干渉測定式のレーザ側長器で測定することで、被検体の形状を計測するタイプがある。
【００８９】
以上のように本実施形態によれば、中心が円周上を３等分し、計測用基準球を接するように設置できる３個の基準球を備えることで、位置再現性を高くできるので、簡易的に、かつ高精度に形状測定装置を校正する校正用冶具を提供できる。
【００９０】
また、本実施形態によれば、３個の基準球２の球径を略等しくすることで、各基準球１１，１２，１３の中心位置を結んだ線を直線状にできるので、チルト量の正確な算出に寄与する校正用冶具を提供できる。また、基準球２の接平面の法線が、台座５の法線と平行になるので、基準球１１を変更して計測して第１プローブ９０や第２プローブ９１のチルト量を算出する際の計算が容易になる。
【００９１】
また、本実施形態によれば、３個の基準球２の真球度を０．２５μｍ以下とすることで、各基準球１１，１２，１３の中心位置を結んだ線を直線状にでき、チルト量の正確な算出に寄与する校正用冶具を提供できる。
【００９２】
また、本実施形態によれば、基準球１１が設置された状態で、設置された基準球１１を、観察することができる開口を有するので、基準球２を保持する台座に位置方向からも、プローブを用いて形状計測を可能とできる。従って、形状測定装置のシフト量を測定できるとともに、台座方向のプローブのチルト量を計測することができる。さらに、上下から測定ワークの面頂の位置を確認し、上下に対向する測定機の光軸ズレを目視でも確認できる。
【００９３】
また、本実施形態によれば、上記の校正用冶具を配置可能であり、被測定物の形状に関する情報を取得するための第１プローブ９０と、校正用冶具に対して第１プローブ９０と反対側に設けられ被測定物の形状に関する情報を取得するための第２プローブ９１と、第１プローブ９０及び第２プローブ９１により、配置された計測用基準球を測定して第１測定結果及び第２測定結果を求める測定部と、第１測定結果及び第２測定結果を比較してシフトを算出するシフト量算出部と、を備えるので、第１プローブ９０と第２プローブ９１のシフト量を正確に計測することができる形状測定装置を提供できる。
【００９４】
また、本実施形態によれば、上記の校正用冶具を配置可能であり、被測定物の形状に関する情報を取得するための第１プローブ９０と、校正用冶具に対して第１プローブ９０と反対側に設けられ被測定物の形状に関する情報を取得するための第２プローブ９１と、を備える形状測定装置を用いて、当該形状測定装置のシフトを算出する校正方法であって、第１プローブ９０及び第２プローブ９１により計測用基準球を測定して第１測定結果及び第２測定結果を求める測定ステップと、第１測定結果及び第２測定結果を比較してシフト量を算出するシフト量算出ステップとを備えることで、第１プローブ９０と第２プローブ９１のシフト量を正確に計測することができる校正方法を提供できる。
【００９５】
また、本実施形態によれば、上記の校正用冶具を配置可能であり、被測定物の形状に関する情報を取得するための第１プローブ９０と、校正用冶具に対して第１プローブ９０と反対側に設けられ被測定物の形状に関する情報を取得するための第２プローブ９１と、第１プローブ９０及び第２プローブ９１により、複数の計測用基準球を測定して、計測用基準球毎に第１測定結果及び第２測定結果を求める測定部と、計測用基準球毎の第１測定結果及び第２測定結果を比較して、第１プローブ９０と第２プローブ９１のチルト量を算出するチルト算出部と、を備えることで、第１プローブ９０と第２プローブ９１の散ると量を正確に計測することができる形状測定装置を提供できる。
【００９６】
また、本実施形態によれば、上記の校正用冶具を配置可能であり、被測定物の形状に関する情報を取得するための第１プローブ９０と、校正用冶具に対して第１プローブ９０と反対側に設けられ被測定物の形状に関する情報を取得するための第２プローブ９１と、を備える形状測定装置を用いて、当該形状測定装置のチルトを算出する校正方法であって、第１プローブ９０及び第２プローブ９１により、複数の計測用基準球を測定して、計測用基準球毎に第１測定結果及び第２測定結果を求める測定ステップと、計測用基準球毎の第１測定結果及び第２測定結果を比較してチルト量を算出するチルト算出ステップとを備えることで、第１プローブ９０と第２プローブ９１のチルト量を正確に計測することができる校正方法を提供できる。
【符号の説明】
【００９７】
２ 基準球
５ 台座
８ 穴
１１ 第１基準球（基準球）
１２ 第２基準球
１３ 第３基準球
１５ 軸
４１ 被検体
４２ ホルダー
４３ ＸＹステージ
４４ パルス回路
４５ 対物レンズ
４６ ビームスプリッタ
４７ 検出レンズ
４８ 分割フォトダイオード
４９ コリメートレンズ
５０ 半導体レーザ
５１ ＬＤ駆動装置
５２ Ｚステージ
５３ アンプ
６１ 対物レンズ
６３ ビームスプリッタ
６４ 検出レンズ
６６ アンプ
６７ コリメートレンズ
６８ 半導体レーザ
６９ ＬＤ駆動装置
８０ ＰＣ
８１ 制御部
９０ 第１プローブ
９１ 第２プローブ
１００ 校正用冶具
１０１，１０２ レーザ光
Ｏ１，Ｏ２ 光軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズの偏心を測定できる形状測定装置の校正用冶具、校正方法、及び該校正用冶具が搭載可能な形状測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レンズは、カメラや光ディスクを中心に、民生用、業務用を問わず、様々な分野で活用されている。最近のカメラの小型化や光ディスクの高密度化の流れを受け、レンズに対しては作製精度の向上が求められている。中でも、レンズを構成する光の入出射面の間の偏心に対する許容値が厳しくなっている。
【０００３】
レンズの偏心を小さく作製するには、レンズの偏心量を計測する必要がある。レンズの偏心量を計測手段としては、一般には、測定するレンズを挟んで対向するように配置される２つの測定手段を用意し、各々の測定手段を用いてレンズの２面の形状を測定し、測定結果から偏心量を測定する、という形状測定装置が用いられている（特許文献１，２参照）。
【０００４】
特許文献１に開示されている技術においては、対向する２つの形状測定ユニットが備えられ、各々の偏心測定ユニットから、レンズの各々の面に光を照射し、各々の反射光から偏心を算出し、それらの計算結果から光軸の偏心量を算出している。形状測定ユニットを２つ有するので、１回の測定でレンズの両面を測定できることを特徴としている。
【０００５】
また、特許文献２に開示されている技術においては、対向するフィゾー型干渉計を形状測定ユニットとして２つ備えられ、一方のフィゾー型干渉計からレンズの一方の面に光を照射し、その反射光と参照面からの反射光とを干渉させて一方の面形状を算出する。同様の方法で他のフィゾー型干渉計を用いてレンズのもう一方の面の形状が算出され、レンズ両面の形状算出結果から、レンズの光軸偏心を算出する手段を有する。レンズをひっくり返さずとも両面を測定できることを特徴としている。
【０００６】
特許文献１，２において開示されている技術のように、２つの形状測定ユニットを用いて測定した形状データを基に偏心量を算出する技術においては、２つの形状測定ユニットの光軸を高精度に調整して合わせることや、調整後に残っている光軸差分を高精度に補正することが重要である。そこで、２つの形状測定ユニットの光軸のずれ量を測定する構成冶具が提案されている（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−５５２０２号公報
【特許文献２】特開２００３−２６９９０８号公報
【特許文献３】特開２０１０−１９６７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献３において開示されている技術においては、基準球を用い、基準球の形状を測定することを特徴としているが、使用したい基準球の径毎に冶具を用意する必要があり、また、冶具毎に取り置きする際の位置再現性を高めることが難しい。
【０００９】
本発明は、レンズの偏心を測定できる形状測定装置を簡易的に、かつ高精度に校正できる校正用冶具、校正方法、及び該校正用冶具が搭載可能な形状測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前述の目的は、下記に記載する発明により達成される。
【００１１】
１．中心が円周上を３等分し、計測用基準球を接するように設置できる３個の基準球を備えたことを特徴とする校正用冶具。
【００１２】
２．前記３個の基準球は、球径が略等しいことを特徴とする前記１に記載の校正用冶具。
【００１３】
３．前記３個の基準球の真球度は０．２５μｍ以下であることを特徴とする前記１または２に記載の校正用冶具。
【００１４】
４．前記計測用基準球が設置された状態で、設置された前記計測用基準球を、観察することができる開口を有することを特徴とする前記１から３の何れか一項に記載の校正用冶具。
【００１５】
５．前記計測用基準球が設置されたことを特徴とする前記１から４の何れか一項に記載の校正用冶具。
【００１６】
６．前記計測用基準球の表面は、鏡面にて構成されていることを特徴とする前記５に記載の校正用冶具。
【００１７】
７．前記５または６に記載の校正用冶具を配置可能であり、
被測定物の形状に関する情報を取得するための第１プローブと、
前記校正用冶具に対して前記第１プローブと反対側に設けられ前記被測定物の形状に関する情報を取得するための第２プローブと、
前記第１プローブ及び前記第２プローブにより、配置された前記計測用基準球を測定して第１測定結果及び第２測定結果を求める測定部と、
前記第１測定結果及び前記第２測定結果を比較してシフトを算出するシフト量算出部と、
を備えることを特徴とする形状測定装置。
【００１８】
８．前記５または６に記載の校正用冶具を配置可能であり、
被測定物の形状に関する情報を取得するための第１プローブと、
校正用冶具に対して前記第１プローブと反対側に設けられ前記被測定物の形状に関する情報を取得するための第２プローブと、
を備える形状測定装置を用いて、当該形状測定装置のシフトを算出する校正方法であって、
前記第１プローブ及び前記第２プローブにより前記計測用基準球を測定して第１測定結果及び第２測定結果を求める測定ステップと、
前記第１測定結果及び前記第２測定結果を比較してシフト量を算出するシフト量算出ステップと、
を備えることを特徴とする校正方法。
【００１９】
９．前記５または６に記載の校正用冶具を配置可能であり、
被測定物の形状に関する情報を取得するための第１プローブと、
校正用冶具に対して前記第１プローブと反対側に設けられ前記被測定物の形状に関する情報を取得するための第２プローブと、
前記第１プローブ及び前記第２プローブにより、複数の前記計測用基準球を測定して、前記計測用基準球毎に第１測定結果及び第２測定結果を求める測定部と、
前記計測用基準球毎の前記第１測定結果及び前記第２測定結果を比較して、前記第１プローブと前記第２プローブのチルト量を算出するチルト算出部と、
を備えることを特徴とする形状測定装置。
【００２０】
１０．前記５または６に記載の校正用冶具を配置可能であり、
被測定物の形状に関する情報を取得するための第１プローブと、
校正用冶具に対して前記第１プローブと反対側に設けられ前記被測定物の形状に関する情報を取得するための第２プローブと、
を備える形状測定装置を用いて、当該形状測定装置のチルトを算出する校正方法であって、
前記第１プローブ及び前記第２プローブにより、複数の前記計測用基準球を測定して、前記計測用基準球毎に第１測定結果及び第２測定結果を求める測定ステップと、
前記計測用基準球毎の前記第１測定結果及び前記第２測定結果を比較してチルト量を算出するチルト算出ステップと、
を備えることを特徴とする校正方法。
【発明の効果】
【００２１】
レンズの偏心を測定できる形状測定装置を簡易的に、かつ高精度に校正できる校正用冶具、校正方法、及び該校正用冶具が搭載可能な形状測定装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施形態に係る校正用冶具１００の概要図であり、図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）は側面図である。
【図２】台座５の上面図である。
【図３】被検体である基準球１１を搭載された校正用冶具１００の側面図である。図３（ａ）から（ｃ）は、各々直径の異なる基準球を校正用冶具１００に搭載した概要図である。図３（ｄ）は（ａ）から（ｃ）の基準球を重ねた描かれた図である。
【図４】実施形態にかかる形状測定装置２００の概要図である。
【図５】分割フォトダイオードの分割形状の模式図である。
【図６】フォーカス信号ＦとＺ方向の位置との関係を表す模式図である。
【図７】ホルダー４２の代わりに校正用冶具１００を設置された形状測定装置２００の模式図である。
【図８】形状測定装置２００の光軸Ｏ１，Ｏ２のシフト量を計測するフロー図である。
【図９】基準球１１の測定手順を示す模式図である。
【図１０】Ｙ方向のシフト量の概略説明図である。
【図１１】形状測定装置２００の光軸Ｏ１，Ｏ２のチルト量を計測するフロー図である。
【図１２】Ｙ方向のチルト量の概略説明図である。図１２（ａ）は上面から測定した時の模式図を表し、図１２（ｂ）は下面から測定した時の模式図を表す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に本発明の実施形態を図面により説明するが、本発明は以下に説明する実施形態に限られるものではない。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
【００２４】
（校正用冶具の構成）
図１は、本発明の実施形態に係る校正用冶具１００の概要図であり、図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）は側面図である。校正用冶具１００は、後述するプローブ９０，９１により測定されるものである。
【００２５】
校正用冶具１００は、同じ大きさで同じ形状の３個の基準球２と、台座５とを備える。図２は、台座５の上面図である。台座５の上面には座ぐり７が３つ備えられている。台座５は、環境温度の変化に対して変形し難い材料で形成することが望ましい。例えば低い線膨張係数を有する材料であるガラスやセラミックを採用することができる。線膨張係数が小さき金属を採用してもよい。
【００２６】
座ぐり７の中心は、仮想的な円の円周上を３分割する位置に配置されている。円の中心から各座ぐり７の中心を結んだ線である円の各半径は、１２０°の間隔を形成する。
【００２７】
３個の基準球２は、被検体である計測用の基準球を設置できる位置に設けられる。
【００２８】
円の中心には、台座５を貫通する穴８が形成されている。なお、座ぐり７は、基準球２を位置決めするためのものであるので、貫通穴であってもよい。
【００２９】
３個の基準球を各座ぐり７に配置することで、各基準球についても、中心の位置が円の円周上を３分割する位置に配置されることとなる。
【００３０】
台座５の上面６から、各基準球のｚ方向の頂点までの距離が同じになるように座ぐり７の直径は同じ値に形成される。
【００３１】
各基準球２は、台座５に接着剤等の固定手段を用いて固定される。接着剤を用いる場合には、基準球２と上面６との間に接着剤が入りこまないように、基準球２と上面６に肉盛り接着を行うことが望ましい。
【００３２】
かかる校正用冶具１００に計測用の基準球１１を搭載する。図３は、被検体である基準球１１を搭載された校正用冶具１００の側面図である。図３（ａ）から（ｃ）は、各々直径の異なる基準球を校正用冶具１００に搭載した概要図である。図３（ｄ）は（ａ）から（ｃ）の基準球を重ねた描かれた図である。
【００３３】
基準球１１の中心は、３個の基準球の中心を頂点とする三角形（不図示）の中心を通り、該三角形の法線と平行な軸１５の上に配置される。
【００３４】
このような、３個の基準球２と被検体である基準球１１との位置関係は、基準球１１の直径に依存しない。すなわち、図３（ａ）から（ｃ）の各場合において、軸１５は、図３（ｄ）に示すように、校正用冶具１００内において同じ位置になる。
【００３５】
後述するように、基準球１１の形状の測定に光プローブを用いる場合には、基準球１１の表面における光の反射率が大きいことが望ましいので、基準球１１の表面は鏡面に仕上げられ、光反射率の高い材料や誘電体多層膜を形成することが望ましい。光反射率の高い材料としては、アルミ、クロム、金、銀等が好ましい。これらの材料は蒸着装置やスパッタ装置を用いて成膜されることが望ましい。
【００３６】
（形状測定装置の構成と動作）
図４は、実施形態にかかる形状測定装置２００の概要図である。
【００３７】
形状測定装置２００は、第１プローブ９０、第２プローブ９１、及びＰＣ８０を有する。
【００３８】
第１プローブ９０は、半導体レーザ５０、コリメートレンズ４９、ビームスプリッタ４６、対物レンズ４５、検出レンズ４７、分割フォトダイオード４８、Ｚステージ５２、ＬＤ駆動装置５１、アンプ５３等を有する。
【００３９】
半導体レーザ５０は、コヒーレント光であるレーザ光を出射する。直線性に優れた光源であるので、三角測量法に向いており、被検体４１の形状測定に好適である。
【００４０】
コリメートレンズ４９は、入射する光を平行化する機能を有する。
【００４１】
ビームスプリッタ４６は、入射光直進方向と垂直方向とに分離する機能を有する。
【００４２】
検出レンズ４７は入射光を分割フォトダイオードの受光面に集光する機能を有する。
【００４３】
分割フォトダイオード４８は、例えば中心に十字線の分割線を有し、受光面が４分割されたフォトダイオードである。
【００４４】
アンプは、分割フォトダイオードの各々の分割面において光電変換された出力の各々を増幅する機能を有する回路である。
【００４５】
対物レンズ４５は、入射光を回折限界にまで集光する機能を有する。
【００４６】
Ｚステージ５２は、対物レンズをＺ方向に移動させる機能を有する公知の自動ステージである。
【００４７】
第２プローブ９１は、半導体レーザ６８、コリメートレンズ６７、ビームスプリッタ６３、対物レンズ６１、検出レンズ６４、分割フォトダイオード６５、Ｚステージ６２、ＬＤ駆動装置６９、アンプ６６等を有する。
【００４８】
各々の部品の機能は、第１プローブ９０において各々相当する部品と同様であるので説明を省略する。
【００４９】
パルス回路４４は、各々のプローブにおけるＺステージ５２，６２を制御するが、第１プローブ９０、第２プローブ９１の各々にパルス回路を設置してもよい。
【００５０】
被検体４１は、測定対象となるワークである。
【００５１】
ホルダー４２は被検体４１を保持するメカ部品である。
【００５２】
ＸＹステージ４３は、被検体４１を保持するホルダー４２をＸＹ方向に移動させる自動ステージである。ＸＹステージ４３は、パルス回路４４からのパルス信号を受けて駆動される。
【００５３】
ＰＣ８０は、制御部８１を有するパーソナルコンピュータである。制御部８１は図示しないＣＰＵやＲＡＭ，ＲＯＭなどのメモリを有する。
【００５４】
ＰＣ８０は、ＬＤ駆動装置５１，６９、パルス回路４４を駆動し、アンプ５３，６６からの電気出力を受信する。
【００５５】
次いで、形状測定装置２００の動作を説明する。
【００５６】
第１プローブ９０において、半導体レーザ５０は、制御部８がＬＤ駆動装置５１に駆動を指示する信号を送信することで、レーザ光１０１は発振する。レーザ光１０１はコリメートレンズ４９で平行化され、ビームスプリッタ４６に入射して直進し、対物レンズ４５に入射する。対物レンズ４５は、レーザ光１０１を集光し被検体４１（ここでは、レンズ）のレンズ面に集光する。レンズ面で反射したレーザ光１０１は、対物レンズ４５を通過し、ビームスプリッタ４６で反射され、検出レンズ４７に入射する。検出レンズ４７に入射したレーザ光１０１は、分割フォトダイオードの受光面上に集光される。
【００５７】
図５は、分割フォトダイオードの分割形状の模式図である。分割フォトダイオードは、図５に示すような形状に分割されており、各々の分割面において光電変換された出力はアンプ５３で増幅されて制御部８１に送られる。制御部８１においては、（Ａ−Ｂ＋Ｃ−Ｄ）というようにフォーカス信号出力を演算する。
【００５８】
図６は、フォーカス信号ＦとＺ方向の位置との関係を表す模式図である。被検体４１上にレーザ光１０１がフォーカスされている時のＺ方向座標を原点とすると、フォーカス信号ＦとＺ方向の位置との関係は、図６のようにＳ字カーブを描くこととなる。
【００５９】
制御部８１はこのフォーカス信号Ｆを参照しながら、パルス回路４４を通じてＺステージ５２を駆動することで、フォーカス信号Ｆが０になる位置を見つける。そして、フォーカス信号Ｆが０になる時のＺ方向の位置のデータを図示しない記憶部に記憶させる。
【００６０】
次に制御部は、ＸＹステージを用いて被検体４１を移動させ、同様にフォーカス信号Ｆが０となるＺ方向の座標を見つけて記憶部に記憶させる。そして。計測すべきＸＹの範囲において同様な動作を行った後に、記憶部からＸＹ座標と、これに相当するＺ座標の位置の値を呼び出し、レンズの一面の形状として図示しない表示部にグラフィック表示する。
【００６１】
第２プローブ９１においても同様の動作が行われるので説明を省略する。
【００６２】
かかる第１プローブ９０、第２プローブ９１との被検体４１の面形状の座標データから、被検体であるレンズの２面の偏心を算出する。算出に際しては、第１プローブ９０の光軸Ｏ１と第２プローブ９１の光軸Ｏ２とがＸＹ面内方向のシフトがなく、また光軸Ｏ１，Ｏ２とがチルトしていないことが前提となる。しかし、光軸Ｏ１，Ｏ２をシフトなく、かつチルトもないように各プローブを配置することは難しかった。本実施形態の校正用冶具１００を用いれば、光軸Ｏ１，Ｏ２のシフト量とチルト量を計測することができる。
【００６３】
（シフト量の測定）
次いで、校正用冶具１００を用いた形状測定装置２００の光軸Ｏ１，Ｏ２のシフト量の計測について図７から図１０を用いて説明する。
【００６４】
図７は、ホルダー４２の代わりに校正用冶具１００を設置された形状測定装置２００の模式図である。図８は、形状測定装置２００の光軸Ｏ１，Ｏ２のシフト量を計測するフロー図である。
【００６５】
最初にステップＳ１にて、測定部でもある制御部８１は、校正用冶具１００における基準球１１の上面に、第１プローブ９０からレーザ光１０１が対物レンズ４５を介して集光照射させ、前述のように形状測定を実施する。そして、基準球１１の上面の形状データを取得し、図示しない記憶部に第１測定結果として記憶させる。
【００６６】
基準球１１の形状測定は、次のように行う。図９は、基準球１１の測定手順を示す模式図である。校正用冶具１００はＸＹステージ４３によって（Ｘｎ，Ｙｎ）座標上をラスタスキャンされる。ここで、ｎは、自然数である。Ｘ座標とＹ座標は、測定範囲を均等分割された値である。例えば、基準球１１の直径が２ｍｍの場合、測定範囲を±０．５ｍｍとし、測定間隔を０．１ｍｍとする。このＸＹの範囲にて、レーザ光１０１が基準球１１の表面に集光されるように、Ｚステージ５２を制御する。この動作を各（Ｘｎ、Ｙｎ）の点で実施し、対応するＺ座標であるＺｎを求め、Ｚｎ（Ｘｎ、Ｙｎ）のデータを図示しない記憶部に記憶する。同図において黒丸は各測定点を表す。
【００６７】
ここで、便宜上、基準球１１の第１プローブ９０側の面を上面、基準球１１の第２プローブ９１側の面を下面と称する。
【００６８】
次に、ステップＳ２にて、制御部８１は、校正用冶具１００における基準球１１の下面に、第２プローブ９１からレーザ光１０２が対物レンズ６１を介して集光照射させ、前述のように形状測定をステップＳ１と同様に実施する。そして、基準球１１の下面の形状データを取得し、図示しない記憶部に第２測定結果として記憶させる。
【００６９】
次に、ステップＳ３にて、制御部８１は、基準球１１の上面の形状算出を行う。すなわち、基準球１１の上面の球面の直径、中心の位置を求める。取得した形状データを基に、球の形状にフィッティングを行う。フィッティングには、例えば、最小自乗法を用いることができる。具体的には、仮の中心位置、仮の直径を基にした球形状と、取得したＺｎ（Ｘｎ、Ｙｎ）のデータとの乖離が、最小自乗法により最も小さくなるように、中心位置と直径を求める。求めた中心位置と直径とを図示しない記憶部に記憶する。
【００７０】
次に、ステップＳ４にて、制御部８１は、基準球１１の下面の形状算出をステップＳ３と同様に行い、求めた中心位置と直径とを図示しない記憶部に記憶する。
【００７１】
次にステップＳ５にて、シフト量算出部でもある制御部８１は、形状測定装置２００の光軸Ｏ１，Ｏ２のシフト量を算出する。図１０は、Ｙ方向のシフト量の概略説明図である。図１０において、ＣＹ１は、上面の形状から算出された基準球のＹ方向の中心位置、ＣＹ２は、下面の形状から算出された基準球のＹ方向の中心位置、ＯＹ１は、第１プローブ９０のＹ方向の光軸であり、ＯＹ２は、第２プローブ９１のＹ方向の光軸である。
【００７２】
図９から、分かるように、Ｙ方向のシフト量は、ＣＹ１とＣＹ２の差であるＳＹである。Ｘ方向のシフト量も同様に算出できる。
【００７３】
なお、上記の説明においては、シルト角の算出を行うのに、基準球１１の中心位置を用いたが、他の代表的に位置、例えば、基準球１１の各プローブ側に面した頂点の位置を用いてもよい。
【００７４】
（チルト量の測定）
次いで、校正用冶具１００を用いた、形状測定装置２００の光軸Ｏ１，Ｏ２のチルト量の計測について図１１，１２を用いて説明する。
【００７５】
図１１は、形状測定装置２００の光軸Ｏ１，Ｏ２のチルト量を計測するフロー図である。図１２は、Ｙ方向のチルト量の概略説明図である。図１２（ａ）は上面から測定した時の模式図を表し、図１２（ｂ）は下面から測定した時の模式図を表す。
【００７６】
最初に、ステップＳ１１にて、測定部でもある制御部８１は、第１基準球１１（基準球１１を第１基準球とも称す）の上面と下面の形状データを取得する。詳細は、上述のステップＳ１、Ｓ２と同様であるので省略する。計測した形状データは図示しない記憶部に記憶する。
【００７７】
次に、ステップＳ１２にて、使用者は、校正用冶具１００上の基準球を第１基準球１１から第２基準球１２に入れ替える。そして、ステップＳ１１と同様に測定部でもある制御部８１は、第２基準球１２の上面と下面の形状データを取得する。計測した形状データは図示しない記憶部に記憶する。
【００７８】
次に、ステップＳ１３にて、使用者は、校正用冶具１００上の基準球を第２基準球１２から第３基準球１３を入れ替える。そして、ステップＳ１２と同様に測定部でもある制御部８１は、第３基準球１３の上面と下面の形状データを取得する。計測した形状データは図示しない記憶部に記憶する。
【００７９】
次に、ステップＳ１４にて、制御部８１は、ステップＳ３と同様にして、各基準球１１から１３の上面の形状算出を行う。求めた中心位置と直径とを図示しない記憶部に記憶する。
【００８０】
次に、ステップＳ１５にて、制御部８１は、ステップＳ４と同様にして、各基準球１１から１３の下面の形状算出を行う。求めた中心位置と直径とを図示しない記憶部に記憶する。
【００８１】
次にステップＳ１６にて、チルト量算出部でもある制御部８１は、形状測定装置２００の光軸Ｏ１，Ｏ２のシフト量を算出する。
【００８２】
チルト量の正確な算出のためには、各基準球１１，１２，１３の中心位置を結んだ線が直線状になることが望まれ、そのためには３個の基準球２の球径が略等しいことが好ましい。
【００８３】
また、３個の基準球２の真球度を０．２５μｍ（ＪＩＳＢ１５０１（転がり軸受−鋼球）の等級１０）以下とすれば、各基準球１１，１２，１３の中心位置を結んだ線が、より直線状になるので好ましい。
【００８４】
なお、３個の基準球２の真球度については、好ましくは真球度０．１３μｍ（等級５）、より好ましくは真球度０．０８μｍ（等級３）を用いることで、各基準球１１，１２，１３の中心位置を結んだ線が、真球度がよくなるに従い、より直線状になるので好ましい。
【００８５】
図１２（ａ）において、ＵＹ１、ＵＹ２、ＵＹ３は、各々上面の形状から算出された基準球１１，１２，１３のＹ方向の中心位置である。Ｙ方向のチルト量は、ＵＹ１、ＵＹ２、ＵＹ３を結んだ線Ｌ１とＺ軸との成す角θ１ｙで定義される。Ｚ方向のチルト角も同様に算出することができる。
【００８６】
図１２（ｂ）において、ＤＹ１、ＤＹ２、ＤＹ３は、各々下面の形状から算出された基準球１１，１２，１３のＹ方向の中心位置である。Ｙ方向のチルト量は、ＤＹ１、ＤＹ２、ＤＹ３を結んだ線Ｌ２とＺ軸との成す角θ２ｙで定義される。Ｚ方向のチルト角も同様に算出することができる。
【００８７】
なお、上記の説明においては、チルト角の算出を行うのに、基準球１１〜１３の中心位置を用いたが、他の代表的に位置、例えば、基準球１１〜１３の各プローブ側に面した頂点の位置を用いてもよい。
【００８８】
なお、以上の説明においては、プローブに光プローブを用いたが、接触式のプローブを用いてもよい。接触式のプローブとしては、例えば、ダイヤモンドのヘッドを装荷したスタイラスの位置を、レーザ干渉測定式のレーザ側長器で測定することで、被検体の形状を計測するタイプがある。
【００８９】
以上のように本実施形態によれば、中心が円周上を３等分し、計測用基準球を接するように設置できる３個の基準球を備えることで、位置再現性を高くできるので、簡易的に、かつ高精度に形状測定装置を校正する校正用冶具を提供できる。
【００９０】
また、本実施形態によれば、３個の基準球２の球径を略等しくすることで、各基準球１１，１２，１３の中心位置を結んだ線を直線状にできるので、チルト量の正確な算出に寄与する校正用冶具を提供できる。また、基準球２の接平面の法線が、台座５の法線と平行になるので、基準球１１を変更して計測して第１プローブ９０や第２プローブ９１のチルト量を算出する際の計算が容易になる。
【００９１】
また、本実施形態によれば、３個の基準球２の真球度を０．２５μｍ以下とすることで、各基準球１１，１２，１３の中心位置を結んだ線を直線状にでき、チルト量の正確な算出に寄与する校正用冶具を提供できる。
【００９２】
また、本実施形態によれば、基準球１１が設置された状態で、設置された基準球１１を、観察することができる開口を有するので、基準球２を保持する台座に位置方向からも、プローブを用いて形状計測を可能とできる。従って、形状測定装置のシフト量を測定できるとともに、台座方向のプローブのチルト量を計測することができる。さらに、上下から測定ワークの面頂の位置を確認し、上下に対向する測定機の光軸ズレを目視でも確認できる。
【００９３】
また、本実施形態によれば、上記の校正用冶具を配置可能であり、被測定物の形状に関する情報を取得するための第１プローブ９０と、校正用冶具に対して第１プローブ９０と反対側に設けられ被測定物の形状に関する情報を取得するための第２プローブ９１と、第１プローブ９０及び第２プローブ９１により、配置された計測用基準球を測定して第１測定結果及び第２測定結果を求める測定部と、第１測定結果及び第２測定結果を比較してシフトを算出するシフト量算出部と、を備えるので、第１プローブ９０と第２プローブ９１のシフト量を正確に計測することができる形状測定装置を提供できる。
【００９４】
また、本実施形態によれば、上記の校正用冶具を配置可能であり、被測定物の形状に関する情報を取得するための第１プローブ９０と、校正用冶具に対して第１プローブ９０と反対側に設けられ被測定物の形状に関する情報を取得するための第２プローブ９１と、を備える形状測定装置を用いて、当該形状測定装置のシフトを算出する校正方法であって、第１プローブ９０及び第２プローブ９１により計測用基準球を測定して第１測定結果及び第２測定結果を求める測定ステップと、第１測定結果及び第２測定結果を比較してシフト量を算出するシフト量算出ステップとを備えることで、第１プローブ９０と第２プローブ９１のシフト量を正確に計測することができる校正方法を提供できる。
【００９５】
また、本実施形態によれば、上記の校正用冶具を配置可能であり、被測定物の形状に関する情報を取得するための第１プローブ９０と、校正用冶具に対して第１プローブ９０と反対側に設けられ被測定物の形状に関する情報を取得するための第２プローブ９１と、第１プローブ９０及び第２プローブ９１により、複数の計測用基準球を測定して、計測用基準球毎に第１測定結果及び第２測定結果を求める測定部と、計測用基準球毎の第１測定結果及び第２測定結果を比較して、第１プローブ９０と第２プローブ９１のチルト量を算出するチルト算出部と、を備えることで、第１プローブ９０と第２プローブ９１の散ると量を正確に計測することができる形状測定装置を提供できる。
【００９６】
また、本実施形態によれば、上記の校正用冶具を配置可能であり、被測定物の形状に関する情報を取得するための第１プローブ９０と、校正用冶具に対して第１プローブ９０と反対側に設けられ被測定物の形状に関する情報を取得するための第２プローブ９１と、を備える形状測定装置を用いて、当該形状測定装置のチルトを算出する校正方法であって、第１プローブ９０及び第２プローブ９１により、複数の計測用基準球を測定して、計測用基準球毎に第１測定結果及び第２測定結果を求める測定ステップと、計測用基準球毎の第１測定結果及び第２測定結果を比較してチルト量を算出するチルト算出ステップとを備えることで、第１プローブ９０と第２プローブ９１のチルト量を正確に計測することができる校正方法を提供できる。
【符号の説明】
【００９７】
２ 基準球
５ 台座
８ 穴
１１ 第１基準球（基準球）
１２ 第２基準球
１３ 第３基準球
１５ 軸
４１ 被検体
４２ ホルダー
４３ ＸＹステージ
４４ パルス回路
４５ 対物レンズ
４６ ビームスプリッタ
４７ 検出レンズ
４８ 分割フォトダイオード
４９ コリメートレンズ
５０ 半導体レーザ
５１ ＬＤ駆動装置
５２ Ｚステージ
５３ アンプ
６１ 対物レンズ
６３ ビームスプリッタ
６４ 検出レンズ
６６ アンプ
６７ コリメートレンズ
６８ 半導体レーザ
６９ ＬＤ駆動装置
８０ ＰＣ
８１ 制御部
９０ 第１プローブ
９１ 第２プローブ
１００ 校正用冶具
１０１，１０２ レーザ光
Ｏ１，Ｏ２ 光軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心が円周上を３等分し、計測用基準球を接するように設置できる３個の基準球を備えたことを特徴とする校正用冶具。
【請求項２】
前記３個の基準球は、球径が略等しいことを特徴とする請求項１に記載の校正用冶具。
【請求項３】
前記３個の基準球の真球度は０．２５μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の校正用冶具。
【請求項４】
前記計測用基準球が設置された状態で、設置された前記計測用基準球を、観察することができる開口を有することを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の校正用冶具。
【請求項５】
前記計測用基準球が設置されたことを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の校正用冶具。
【請求項６】
前記計測用基準球の表面は、鏡面にて構成されていることを特徴とする請求項５に記載の校正用冶具。
【請求項７】
請求項５または６に記載の校正用冶具を配置可能であり、
被測定物の形状に関する情報を取得するための第１プローブと、
前記校正用冶具に対して前記第１プローブと反対側に設けられ前記被測定物の形状に関する情報を取得するための第２プローブと、
前記第１プローブ及び前記第２プローブにより、配置された前記計測用基準球を測定して第１測定結果及び第２測定結果を求める測定部と、
前記第１測定結果及び前記第２測定結果を比較してシフトを算出するシフト量算出部と、
を備えることを特徴とする形状測定装置。
【請求項８】
請求項５または６に記載の校正用冶具を配置可能であり、
被測定物の形状に関する情報を取得するための第１プローブと、
校正用冶具に対して前記第１プローブと反対側に設けられ前記被測定物の形状に関する情報を取得するための第２プローブと、
を備える形状測定装置を用いて、当該形状測定装置のシフトを算出する校正方法であって、
前記第１プローブ及び前記第２プローブにより前記計測用基準球を測定して第１測定結果及び第２測定結果を求める測定ステップと、
前記第１測定結果及び前記第２測定結果を比較してシフト量を算出するシフト量算出ステップと、
を備えることを特徴とする校正方法。
【請求項９】
請求項５または６に記載の校正用冶具を配置可能であり、
被測定物の形状に関する情報を取得するための第１プローブと、
校正用冶具に対して前記第１プローブと反対側に設けられ前記被測定物の形状に関する情報を取得するための第２プローブと、
前記第１プローブ及び前記第２プローブにより、複数の前記計測用基準球を測定して、前記計測用基準球毎に第１測定結果及び第２測定結果を求める測定部と、
前記計測用基準球毎の前記第１測定結果及び前記第２測定結果を比較して、前記第１プローブと前記第２プローブのチルト量を算出するチルト算出部と、
を備えることを特徴とする形状測定装置。
【請求項１０】
請求項５または６に記載の校正用冶具を配置可能であり、
被測定物の形状に関する情報を取得するための第１プローブと、
校正用冶具に対して前記第１プローブと反対側に設けられ前記被測定物の形状に関する情報を取得するための第２プローブと、
を備える形状測定装置を用いて、当該形状測定装置のチルトを算出する校正方法であって、
前記第１プローブ及び前記第２プローブにより、複数の前記計測用基準球を測定して、前記計測用基準球毎に第１測定結果及び第２測定結果を求める測定ステップと、
前記計測用基準球毎の前記第１測定結果及び前記第２測定結果を比較してチルト量を算出するチルト算出ステップと、
を備えることを特徴とする校正方法。
【請求項１】
中心が円周上を３等分し、計測用基準球を接するように設置できる３個の基準球を備えたことを特徴とする校正用冶具。
【請求項２】
前記３個の基準球は、球径が略等しいことを特徴とする請求項１に記載の校正用冶具。
【請求項３】
前記３個の基準球の真球度は０．２５μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の校正用冶具。
【請求項４】
前記計測用基準球が設置された状態で、設置された前記計測用基準球を、観察することができる開口を有することを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の校正用冶具。
【請求項５】
前記計測用基準球が設置されたことを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の校正用冶具。
【請求項６】
前記計測用基準球の表面は、鏡面にて構成されていることを特徴とする請求項５に記載の校正用冶具。
【請求項７】
請求項５または６に記載の校正用冶具を配置可能であり、
被測定物の形状に関する情報を取得するための第１プローブと、
前記校正用冶具に対して前記第１プローブと反対側に設けられ前記被測定物の形状に関する情報を取得するための第２プローブと、
前記第１プローブ及び前記第２プローブにより、配置された前記計測用基準球を測定して第１測定結果及び第２測定結果を求める測定部と、
前記第１測定結果及び前記第２測定結果を比較してシフトを算出するシフト量算出部と、
を備えることを特徴とする形状測定装置。
【請求項８】
請求項５または６に記載の校正用冶具を配置可能であり、
被測定物の形状に関する情報を取得するための第１プローブと、
校正用冶具に対して前記第１プローブと反対側に設けられ前記被測定物の形状に関する情報を取得するための第２プローブと、
を備える形状測定装置を用いて、当該形状測定装置のシフトを算出する校正方法であって、
前記第１プローブ及び前記第２プローブにより前記計測用基準球を測定して第１測定結果及び第２測定結果を求める測定ステップと、
前記第１測定結果及び前記第２測定結果を比較してシフト量を算出するシフト量算出ステップと、
を備えることを特徴とする校正方法。
【請求項９】
請求項５または６に記載の校正用冶具を配置可能であり、
被測定物の形状に関する情報を取得するための第１プローブと、
校正用冶具に対して前記第１プローブと反対側に設けられ前記被測定物の形状に関する情報を取得するための第２プローブと、
前記第１プローブ及び前記第２プローブにより、複数の前記計測用基準球を測定して、前記計測用基準球毎に第１測定結果及び第２測定結果を求める測定部と、
前記計測用基準球毎の前記第１測定結果及び前記第２測定結果を比較して、前記第１プローブと前記第２プローブのチルト量を算出するチルト算出部と、
を備えることを特徴とする形状測定装置。
【請求項１０】
請求項５または６に記載の校正用冶具を配置可能であり、
被測定物の形状に関する情報を取得するための第１プローブと、
校正用冶具に対して前記第１プローブと反対側に設けられ前記被測定物の形状に関する情報を取得するための第２プローブと、
を備える形状測定装置を用いて、当該形状測定装置のチルトを算出する校正方法であって、
前記第１プローブ及び前記第２プローブにより、複数の前記計測用基準球を測定して、前記計測用基準球毎に第１測定結果及び第２測定結果を求める測定ステップと、
前記計測用基準球毎の前記第１測定結果及び前記第２測定結果を比較してチルト量を算出するチルト算出ステップと、
を備えることを特徴とする校正方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−２７２６（Ｐ２０１２−２７２６Ａ）
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３９１３３（Ｐ２０１０−１３９１３３）
【出願日】平成２２年６月１８日（２０１０．６．１８）
【出願人】（３０３０００４０８）コニカミノルタオプト株式会社 (3,255)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１８日（２０１０．６．１８）
【出願人】（３０３０００４０８）コニカミノルタオプト株式会社 (3,255)
【Ｆターム（参考）】
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