表裏面の偏心及び傾きの測定方法及びその装置
【課題】 レンズ等の表裏面の偏心及び傾きを高精度に測定する表裏面の偏心及び傾きの測定方法及びその装置を提供する。
【解決手段】 レンズ２０２と真球２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃの形状を表面側及び裏面側から測定可能な被測定物保持治具２０１を用いてレンズ２０２の三次元形状データと真球２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃの中心点座標を測定し、真球２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃの中心点座標を基準にレンズ２０２の表裏面の三次元形状データを合成し、レンズ表裏面合成データからレンズの表面と裏面との間の偏心及び傾きを算出する。
【解決手段】 レンズ２０２と真球２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃの形状を表面側及び裏面側から測定可能な被測定物保持治具２０１を用いてレンズ２０２の三次元形状データと真球２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃの中心点座標を測定し、真球２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃの中心点座標を基準にレンズ２０２の表裏面の三次元形状データを合成し、レンズ表裏面合成データからレンズの表面と裏面との間の偏心及び傾きを算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズ等の被測定物の表裏面上をプローブでＸ−Ｙ軸方向に走査して各ＸＹ座標位置でのＺ座標データを測定し、採取された３次元形状データから被測定物の表裏面の偏心及び傾きを求める測定方法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レンズを表面用及び裏面用の金型から転写して製造する場合、金型の転写面の加工精度が許容範囲内であったとしても、金型の転写面に傾き又は偏心があると、２つの金型の位置関係にずれが生じ、それによって製造されたレンズの表面と裏面との光軸にずれができるため、レンズとして所要の光学特性が得られない場合が生じる。このレンズの表面と裏面との相対的傾き又は偏心を測定するための形状測定方法が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
上記形状測定方法は、測定対象物が保持された測定面上をプローブによりＸＹ座標方向に走査し、プローブの各ＸＹ座標位置でのＺ座標のデータ列を求め、このデータ列から測定対象物の三次元形状を測定できるようにした三次元形状測定機を用いるもので、前記測定手順により測定された測定対象物の表面側形状データと設計形状データとから、位置情報が既知な３点から求めた基準点からの表面形状のずれ量を算出し、同様の測定手順により測定された測定対象物の裏面側形状データと設計形状データとから、位置情報が既知な３点から求めた基準点からの裏面形状のずれ量を算出し、表面側形状のずれ量と裏面側形状のずれ量から表面側と裏面側との間の相対位置関係を算出している。
【０００４】
また、測定対象物の外形と密着させた形状が既知な３個の位置決め体をプローブをＸＹ座標方向に走査してＺ座標方向のデータ列を求めて位置決め体の形状を測定し、測定された形状データと既知形状データとから３個の位置決め体の特徴点の座標を算出し、この特徴点から形成される平面と測定対象物の外形の中心点とを算出し、測定対象物をＸＹ座標方向に走査して求めたＺ座標方向のデータ列から得られる測定対象物の形状データと設計形状データとから、先に算出された測定対象物の外形中心点からのずれ量を算出している。
【特許文献１】特開２００２−０７１３４４号公報（第３〜５頁、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、三次元測定機の測定誤差あるいは経時変化等の影響により各位置決め体の特徴点を誤差なく測定することは困難であり、表面側の位置決め体から求められる基準平面と、裏面側の位置決め体から求められる基準平面との相対位置関係を一致させることは非常に困難である。従って、上記従来技術によるレンズ表裏面の偏心及び傾きの測定方法では、測定誤差による位置決め体の各特徴点間の相対位置関係のずれ量あるいは基準点とレンズとの間の相対位置関係のずれ量がレンズ表面側と裏面側との傾き及び偏心に対する評価結果の精度を低下させる課題があった。また、経時変化が測定誤差に与える影響は不規則であるため、レンズの傾き及び偏心を高精度に測定することができない課題があった。
【０００６】
本発明が目的とするところは、レンズ等の被測定物の表裏面三次元形状測定データから被測定物の表面と裏面の傾き及び偏心を高精度に測定する表裏面の偏心及び傾きの測定方法及びその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本願第１発明に係る表裏面の偏心及び傾きの測定方法は、板状体の表裏両面にＸ−Ｙ平面が形成された被測定物保持治具の表裏両面から表裏面が露出するようにして１個以上の被測定物と３個以上の真球とを保持し、前記被測定物保持治具の表裏両面でプローブをＸ−Ｙ軸方向に走査し、プローブのＸＹ座標位置でのＺ軸方向のデータ列を検出することにより、前記被測定物の三次元形状及び真球の中心点座標を測定し、測定された被測定物の表面側形状測定データと真球の表面側中心点座標とを被測定物の表面側設計座標系に変換し、測定された被測定物の裏面側形状測定データと真球の裏面側中心点座標とを被測定物の裏面側設計座標に変換し、表面側の真球中心点座標と裏面側の真球中心点座標との距離を最小にする座標変換量を算出し、前記座標変換量を用いて被測定物の裏面側形状測定データを被測定物の表面側設計座標系に座標変換して被測定物の表面側及び裏面側の三次元形状データを合成し、三次元形状合成データから被測定物の表面側に対する裏面側の偏心及び傾きを算出することを特徴とする。
【０００８】
上記測定方法における被測定物の表面側に対する裏面側の偏心及び傾きの算出は、測定された被測定物の表面側形状測定データと真球の表面側中心点座標とを被測定物の表面側設計座標系に変換する処理工程において、真球の表面側中心点座標から任意の２個の真球の中心点を選択し、一方の真球中心点を始点とし他方の真球中心点を終点とするベクトルを算出し、前記ベクトルを被測定物の表面側設計座標系のＸ軸又はＹ軸と平行になるような座標変換量を算出し、この座標変換量を用いて被測定物の三次元形状データと真球の中心点座標とを座標変換し、被測定物の裏面側の三次元形状データを被測定物の表面側設計座標系に変換して被測定物の表面側及び裏面側の三次元形状データを合成し、この表裏面形状合成データから前記ベクトルを基準とした偏心及び傾きの方向を算出することが好適なものとなる。
【０００９】
また、本願第２発明に係る表裏面の偏心及び傾きの測定装置は、表裏両面にＸ−Ｙ平面が形成された板状体の表裏両面から表裏面が露出するようにして１個以上の被測定物と３個以上の真球とを保持する被測定物保持治具と、前記被測定物保持治具の表裏両面をＸ−Ｙ軸方向に走査してＸ−Ｙ平面と直交するＺ軸方向のデータ列を検出することにより、前記被測定物の三次元形状及び真球の中心点座標を測定するプローブと、測定された被測定物の表面側形状測定データと真球の表面側中心点座標とを被測定物の表面側設計座標系に変換し、測定された被測定物の裏面側形状測定データと真球の裏面側中心点座標とを被測定物の裏面側設計座標に変換し、表面側の真球中心点座標と裏面側の真球中心点座標との距離を最小にする座標変換量を算出し、前記座標変換量を用いて被測定物の裏面側測定データを被測定物の表面側設計座標系に座標変換して被測定物の表面側及び裏面側の三次元形状データを合成し、前記三次元形状データから被測定物の表面側に対する裏面側の偏心及び傾きを算出する偏心傾き算出手段とを備えてなることを特徴とする。
【００１０】
上記構成における偏心傾き算出手段は、測定された被測定物の表面側測定データと真球の表面側中心点座標とを被測定物の表面側設計座標系に変換する処理工程において、真球の表面側中心点座標から任意の２個の真球の中心点を選択し、一方の真球中心点を始点とし他方の真球中心点を終点とするベクトルを算出し、前記ベクトルを被測定物の表面側設計座標系のＸ軸又はＹ軸と平行になるような座標変換量を算出し、前記座標変換量を用いて被測定物の三次元形状データと真球の中心点座標とを座標変換し、被測定物の裏面側の三次元形状データを被測定物の表面側設計座標系に変換して被測定物の表面側及び裏面側の三次元形状データを合成し、この表裏面形状合成データから前記ベクトルを基準とした偏心及び傾きの方向を算出する構成が好適である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、レンズ等の表裏面で光軸が一致するように製造されるべき被測定物の表裏面の偏心及び傾きを高精度に評価することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。以下に示す実施形態は、樹脂成形によって製造されるレンズを被測定物として、その表裏面の偏心及び傾きの測定に本発明に係る測定方法を適用した例について示すものである。
【００１３】
図１は、レンズ表裏面の偏心及び傾きの測定方法を実施するために適用した３次元形状測定機１００の構成を示すものである。この三次元形状測定機１００は、レーザ測長光学系１０２及びプローブ１０３を搭載した移動体１０４をＸステージ１０６及びＹステージ１０７によってＸ−Ｙ軸方向に自在移動できるように構成され、前記プローブ１０３は定盤１０５上に固定された被測定物１０１の測定面１０１ａに沿ってＺ軸方向に自在移動できるように構成されている。前記レーザ測長光学系１０２は、周知の光干渉法などによりプローブ１０３のＺ軸方向の移動量を測定することができるので、被測定物１０１の測定面１０１ａ上をプローブ１０３がＸ−Ｙ軸方向に走査するようにＸステージ１０６及びＹステージ１０７により移動体１０４を移動制御し、各ＸＹ座標位置におけるＺ座標データを求めることにより、Ｚ座標データの列に基づいて測定面１０１ａの形状測定を実施することができる。
【００１４】
上記構成になる三次元形状測定機１００を用いてレンズ表裏面の偏心及び傾きを測定するために、図２（ａ）（ｂ）に示すように構成された被測定物保持治具２０１にレンズ２０２を取り付け、この被測定物保持治具２０１を定盤１０５上に配置する。被測定物保持治具２０１は、板状のホルダ２１１のホルダ表面２１１ａ及びホルダ裏面２１１ｂからその一部が飛び出すように３箇所に真球２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃが取り付けられ、ホルダ表面２１１ａ及びホルダ裏面２１１ｂから所定高さに突出させて３箇所に支持体２０５を設けて構成されている。この被測定物保持治具２０１及び三次元形状測定機１００を用いた測定手順について、図３に示すフローチャート及び図４〜図７を参照してＳ１，Ｓ２…で示す手順に沿って説明する。
【００１５】
（Ｓ１）被測定物保持治具２０１にレンズ２０２を固定する。このときレンズ２０２の偏心及び傾きの方向を評価するために、レンズ２０２の任意位置にマーク２０４を付け、このマーク２０４が真球２０３ｂと真球２０３ｃとを結ぶ直線に対して直交する方向になるようにレンズ２０２を固定する。ここでは、ホルダ２１１にレンズ２０２の凸側である表面２０２ａがホルダ表面２１１ａ側に、レンズ２０２の凹側である裏面２０２ｂがホルダ裏面２１１ｂ側になるように固定している。
【００１６】
（Ｓ２）まず、レンズ表面２０２ａ側の測定データを得るために、被測定物保持治具２０１をそのホルダ２１１のホルダ表面２１１ａが上向きとなるようにして三次元形状測定機１００の定盤１０５上に配置する。このとき、真球２０３ｂと真球２０３ｃとを結ぶ直線が三次元形状測定機１００の座標系２０５のＹ軸方向と平行になるようにする。
【００１７】
（Ｓ３）ホルダ表面２１１ａから露出した真球２０３ａの表面をプローブ１０３によってＸ−Ｙ軸方向に走査してＺ軸方向のデータ列を求めることにより、真球２０３ａの三次元形状データを得る。
【００１８】
（Ｓ４）得られた真球２０３ａの三次元形状データを三次元形状測定機１００に備えた記録媒体に保存する。
【００１９】
（Ｓ５）他の真球２０３ｂ、２０３ｃについても同様にステップＳ３及びステップＳ４の手順を繰り返し行う。
【００２０】
（Ｓ６）次に、レンズ表面２０２ａをプローブ１０３によってＸ−Ｙ軸方向に走査してＺ軸方向のデータ列を求めることにより、レンズ表面２０２ａの三次元形状データを得る。
【００２１】
（Ｓ７）得られたレンズ表面２０２ａの三次元形状データを三次元形状測定機１００に備えた記録媒体に保存する。
【００２２】
（Ｓ８）次いで、被測定物保持治具２０１をＸ軸回りに回動させてホルダ２１１の表裏面を反転させ、レンズ裏面２０２ｂの形状測定ができるようにする。このとき、被測定物保持治具２０１のホルダ表面２１１ａにおける真球２０３ｂ、２０３ｃの位置関係と、ホルダ裏面２１１ｂにおける真球２０３ｂ’、２０３ｃ’の位置関係が反転することに注意を要する。これは被測定物保持治具２０１のホルダ表面２１１ａにおける真球２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃと、ホルダ裏面２１１ｂにおける真球２０３ａ’，２０３ｂ’，２０３ｃ’との位置を対応づけていることによる。
【００２３】
（Ｓ９）被測定物保持治具２０１のホルダ裏面２１１ｂ側についてもＳ３〜Ｓ７の手順と同様に、真球２０３ａ’、２０３ｂ’、２０３ｃ’及びレンズ裏面２０２ｂの三次元形状データを取得し、それを記録媒体に保存する。
【００２４】
（Ｓ１０）記録媒体に記録されたホルダ表面２１１ａ側の真球２０３ａ〜２０３ｃの三次元形状測定データ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を読み出し、測定データと同一のＸＹ座標における真球２０３ａ〜２０３ｃの設計データ（Ｘ，Ｙ，Ｚ’）と比較することにより、［数１］に示す二乗平均値ＲＭＳ（Ｒｏｏｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）を算出する。このＲＭＳを小さくするように、測定データ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対して平行移動及び回転移動に関する座標変換を行い、ＲＭＳの変化量が所定範囲内に収束するまで座標変換を行う。以下、この処理をアライメント処理と呼ぶ。このアライメント処理をホルダ表面２１１ａ側及びホルダ裏面２１１ｂ側に対して実行することにより、真球２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃの中心点の座標を算出する。
【００２５】
【数１】
（Ｓ１１）三次元形状測定機１００の記録媒体に記録されたレンズ表面２０２ａ側の三次元形状測定データを読み出し、レンズ表面２０２ａ側の設計データと比較してアライメント処理を実行し、アライメント処理によって求められた座標変換量を用いてレンズ表面２０２ａ側の測定データを設計座標系に座標変換する。
【００２６】
（Ｓ１２）レンズ表面２０２ａ側のアライメント処理による座標変換量を用いてステップＳ１０において求めたホルダ表面２１１ａ側の真球２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃの中心点の座標データをレンズ表面２０２ａ側の設計座標系に座標変換する。図４（ａ）（ｂ）は、座標変換を説明するもので、図４（ａ）は三次元形状測定機１００の測定機座標系２０５におけるレンズ表面２０２ａ側の測定データ３０１と真球２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃの中心点座標を表している。座標変換を行うことにより、レンズ表面２０２ａ側の測定データ３０１と真球２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃの中心点座標との間の相対位置関係を保ったままで、図４（ｂ）に示すように、レンズ表面２０２ａの測定機座標系測定データ３０１を設計座標系３０４の測定データ３０２に座標変換する。
【００２７】
（Ｓ１３）レンズ裏面２０２ｂ側についても同様に、三次元形状測定機１００の記録媒体に記録されたレンズ裏面２０２ｂ側の三次元形状測定データを読み出し、レンズ裏面２０２ｂ側の設計データと比較してアライメント処理を実行し、アライメント処理によって求められた座標変換量を用いてレンズ裏面２０２ｂ側の測定データを設計座標系に座標変換する。
【００２８】
（Ｓ１４）レンズ裏面２０２ｂ側のアライメント処理による座標変換量を用いてステップＳ１０において求めたホルダ裏面２１１ｂ側の真球２０３ａ’，２０３ｂ’，２０３ｃ’の中心点の座標データをレンズ裏面２０２ｂ側の設計座標系に座標変換する。図５（ａ）（ｂ）は、座標変換を説明するもので、図５（ａ）は三次元形状測定機１００の座標系２０５におけるレンズ裏面２０２ｂ側の測定データ４０１と真球２０３ａ’，２０３ｂ’，２０３ｃ’の中心点の座標を表している。座標変換を行うことにより、レンズ裏面２０２ｂ側の測定データ４０１と真球２０３ａ’，２０３ｂ’，２０３ｃ’の中心点座標との間の相対位置関係を保ったままで、図５（ｂ）に示すレンズ表面２０２ａの測定機座標系２０５の測定データ４０１を設計座標系４０４の測定データ４０２に座標変換する。
【００２９】
（Ｓ１５）図４に示す設計座標系３０４で表現されている真球３０３ｂの中心点を開始点とし、真球３０３ｃの中心点を終了点とする三次元ベクトルを考え、この三次元ベクトルがレンズ表面３０２の設計座標系４０４のＹ軸と平行になるようなＺ軸回りの回転移動に関する座標変換量を算出し、この座標変換量を用いてステップＳ１１でレンズ表面２０２ａの設計座標系３０４で表現されているレンズ表面２０２ａの測定データ３０２と、各真球２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃの中心点の座標データ３０３ａ，３０３ｂ，３０３ｃを座標変換する。
【００３０】
レンズ２０２の偏心及び傾きを求める過程において複数の座標変換を必要とし、座標変換によりレンズ形状データの向きが複雑に変化する。また、レンズ２０２に付与したマーク２０４の位置情報はレンズ形状データに含まれない。これらの理由から偏心と傾きの方向を評価できないという問題が発生する。この問題に対し、レンズ２０２及び真球２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃが被測定物保持治具２０１に固定されている状態において、レンズ２０２に付与したマーク２０４と真球２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃとの間の位置関係が既知となることを利用することにより、偏心と傾きの方向とを評価することが可能となる。図４（ｂ）において、設計座標系３０４で表現されている真球３０３ｂの中心点を開始点とし、真球３０３ｃの中心点を終了点とする三次元ベクトルを考え、この三次元ベクトルがレンズ表面３０２の設計座標系４０４のＹ軸と平行になるようなＺ軸回りの回転移動に関する座標変換量を算出し、この座標変換量を用いてステップＳ１１でレンズ表面２０２ａの設計座標系３０４で表現されているレンズ表面２０２ａの測定データ３０２と、各真球２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃの中心点の座標データ３０３ａ，３０３ｂ，３０３ｃを座標変換する。図６は、この座標変換を表したもので、図６（ａ）は設計座標系３０４のＹ軸に対して真球３０３ｂと真球３０３ｃとを結ぶベクトルが平行になっていない様子を示している。この配置のままではレンズ２０２に付与したマーク２０４の方向がわからないため、レンズ表面２０２ａの偏心と傾きの方向を評価することができないので、真球３０３ｂ及び真球３０３ｃの中心点を結ぶベクトルをレンズ表面２０２ａの設計座標系３０４のＹ軸と平行になるように座標変換する。図６（ｂ）は、座標変換後のレンズ表面の測定データ５０２と真球の中心座標データ５０３ａ，５０３ｂ，５０３ｃとを表しており、真球中心座標５０３ｂと真球５０３ｃとを結ぶベクトル５０４の向きがレンズ表面設計座標系３０４のＹ軸に対して平行になることを表している。
【００３１】
（Ｓ１６）表面側の各真球の中心点座標５０３ａ，５０３ｂ，５０３ｃに、裏面側の対応する各真球の中心点座標４０３ａ，４０３ｂ，４０３ｃが最も近づくようにアライメント処理を行い、このアライメント処理によって求められた最適な座標変換量を用いてステップＳ１１において求めたレンズ裏面側の設計座標系４０４において表現されるレンズ裏面側の測定データ４０２を座標変換することにより、レンズ表面側の設計座標系３０４におけるレンズ表裏面の三次元形状データを合成する。
【００３２】
図７（ａ）は、座標変換前のレンズ裏面側の設計座標系４０４におけるレンズ裏面の測定データと各真球中心点座標４０３ａ，４０３ｂ，４０３ｃとを示しており、図７（ｂ）は、レンズ裏面側の測定データ４０２と各真球中心点座標４０３ａ，４０３ｂ，４０３ｃをＸ軸回りに回転させる座標変換を行う過程を示し、図７（ｃ）は、表面側の各真球中心点５０３ａ，５０３ｂ，５０３ｃに裏面側の各真球中心点４０３ａ，４０３ｂ，４０３ｃを最も接近させた状態を示しており、レンズ表面側の設計座標系３０４においてレンズ表裏面形状合成データ３０５，６０１が表現される。
【００３３】
（Ｓ１７）レンズ表裏面の偏心量と傾き量とを算出する。レンズ表裏面一体の設計形状データとレンズ表裏面一体の測定形状データとを比較すると、ステップＳ１５において算出されたレンズ表裏面形状合成データはレンズ表面側設計座標系で表現されているため、レンズ表面側の形状データには偏心と傾きは存在しない。もし、レンズ２０２が偏心及び傾きを持つと仮定するならば、レンズ裏面側測定データが設計形状データ上に存在しないことになる。よって、レンズ裏面側の設計形状データと測定形状データとを比較し、アライメント処理を実行することによって得られる座標変換量からレンズ２０２の偏心量と傾き量とを算出することが可能となる。このアライメント処理で求められるレンズ２０２の偏心量と傾き量は、レンズ表面側に対するレンズ裏面側のずれ量を表す。また、アライメント処理によって得られる座標変換量には平行移動及び回転移動に関する量が含まれており、両者は符合により偏心及び傾きの方向が示される。ステップＳ１においてレンズ２０２に付与したマーク２０４が真球２０３ｂと真球２０３ｃとを結ぶ直線と直交した位置になるようにレンズ２０２を被測定物保持治具２０１に固定し、ステップＳ１４において真球５０３ｂと真球５０３ｃとを結ぶベクトル５０４をレンズ表面側設計座標系３０４のＹ軸と平行になるように座標変換しているため、アライメント処理によって得られる偏心及び傾きの方向をレンズ２０２の評価結果として適用することができる。
【００３４】
以上説明した測定手順は、被測定物保持治具２０１に１個のレンズ２０２を保持した場合であるが、複数のレンズ２０２を保持した場合には、ステップＳ６、Ｓ７の処理手順及びステップＳ１１〜Ｓ１７の処理手順を繰り返し実行する。
【００３５】
また、上記測定手順において、真球及びレンズに対する測定手順は任意に決定することができ、レンズ表面側とレンズ裏面側の測定順序は任意に決定することができる。
【００３６】
また、本実施形態においてレンズの凸側を表面側、凹側を裏面側としているが、レンズの形状に応じて何れの側を表面側とするかは任意に決定できる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
以上の説明の通り本発明によれば、レンズ等の表裏面で光軸が一致するように製造されるべき被測定物の表裏面の偏心及び傾きを高精度に評価することが可能となる。この測定方法は、表面側を転写する金型と裏面側を転写する金型との同軸度を調整する際にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】被測定物の三次元形状を測定する三次元形状測定機の概略構成を示す斜視図。
【図２】実施形態に係る被測定物保持治具の構成を示す斜視図。
【図３】実施形態に係る表裏面の偏心及び傾き測定の手順を示すフローチャート。
【図４】レンズ表面側測定データの座標変換を説明する模式図。
【図５】レンズ裏面側測定データの座標変換を説明する模式図。
【図６】Ｚ軸回りの回転移動に関する座標変換を説明する模式図。
【図７】レンズ表裏面形状データを合成するための座標変換を説明する模式図。
【符号の説明】
【００３９】
１０１ 被測定物
１０３ プローブ
１０６ Ｘステージ
１０７ Ｙステージ
２０１ 被測定物保持治具
２０２ レンズ（被測定物）
２０２ａ レンズ表面側
２０２ｂ レンズ裏面側
２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃ 真球
２０４ マーク
２０５ 測定機座標系
３０１ 測定機座標系でのレンズ表面側測定形状データ
３０２ 設計座標系でのレンズ表面側測定形状データ
３０３ａ 設計座標系での表面側真球ａの中心点座標
３０３ｂ 設計座標系での表面側真球ｂの中心点座標
３０３ｃ 設計座標系での表面側真球ｃの中心点座標
３０４ レンズ表面側の設計座標系
４０１ 測定機座標系でのレンズ表面側形状測定データ
４０２ 設計座標系でのレンズ裏面側測定形状データ
４０３ａ 設計座標系での裏面側真球ａの中心点座標
４０３ｂ 設計座標系での裏面側真球ｂの中心点座標
４０３ｃ 設計座標系での裏面側真球ｃの中心点座標
４０４ レンズ裏面側の設計座標系
５０１ 真球中心点を結ぶベクトル
５０２ 座標変換後のレンズ表面側設計座標系でのレンズ表面側測定形状データ
５０３ａ 真球ａの中心点座標
５０３ｂ 真球ｂの中心点座標
５０３ｃ 真球ｃの中心点座標
５０４ 真球中心点を結ぶベクトル
５０５ 座標変換後のマーク
６０１ レンズ表面側の設計座標系でのレンズ裏面側の測定形状データ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズ等の被測定物の表裏面上をプローブでＸ−Ｙ軸方向に走査して各ＸＹ座標位置でのＺ座標データを測定し、採取された３次元形状データから被測定物の表裏面の偏心及び傾きを求める測定方法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レンズを表面用及び裏面用の金型から転写して製造する場合、金型の転写面の加工精度が許容範囲内であったとしても、金型の転写面に傾き又は偏心があると、２つの金型の位置関係にずれが生じ、それによって製造されたレンズの表面と裏面との光軸にずれができるため、レンズとして所要の光学特性が得られない場合が生じる。このレンズの表面と裏面との相対的傾き又は偏心を測定するための形状測定方法が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
上記形状測定方法は、測定対象物が保持された測定面上をプローブによりＸＹ座標方向に走査し、プローブの各ＸＹ座標位置でのＺ座標のデータ列を求め、このデータ列から測定対象物の三次元形状を測定できるようにした三次元形状測定機を用いるもので、前記測定手順により測定された測定対象物の表面側形状データと設計形状データとから、位置情報が既知な３点から求めた基準点からの表面形状のずれ量を算出し、同様の測定手順により測定された測定対象物の裏面側形状データと設計形状データとから、位置情報が既知な３点から求めた基準点からの裏面形状のずれ量を算出し、表面側形状のずれ量と裏面側形状のずれ量から表面側と裏面側との間の相対位置関係を算出している。
【０００４】
また、測定対象物の外形と密着させた形状が既知な３個の位置決め体をプローブをＸＹ座標方向に走査してＺ座標方向のデータ列を求めて位置決め体の形状を測定し、測定された形状データと既知形状データとから３個の位置決め体の特徴点の座標を算出し、この特徴点から形成される平面と測定対象物の外形の中心点とを算出し、測定対象物をＸＹ座標方向に走査して求めたＺ座標方向のデータ列から得られる測定対象物の形状データと設計形状データとから、先に算出された測定対象物の外形中心点からのずれ量を算出している。
【特許文献１】特開２００２−０７１３４４号公報（第３〜５頁、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、三次元測定機の測定誤差あるいは経時変化等の影響により各位置決め体の特徴点を誤差なく測定することは困難であり、表面側の位置決め体から求められる基準平面と、裏面側の位置決め体から求められる基準平面との相対位置関係を一致させることは非常に困難である。従って、上記従来技術によるレンズ表裏面の偏心及び傾きの測定方法では、測定誤差による位置決め体の各特徴点間の相対位置関係のずれ量あるいは基準点とレンズとの間の相対位置関係のずれ量がレンズ表面側と裏面側との傾き及び偏心に対する評価結果の精度を低下させる課題があった。また、経時変化が測定誤差に与える影響は不規則であるため、レンズの傾き及び偏心を高精度に測定することができない課題があった。
【０００６】
本発明が目的とするところは、レンズ等の被測定物の表裏面三次元形状測定データから被測定物の表面と裏面の傾き及び偏心を高精度に測定する表裏面の偏心及び傾きの測定方法及びその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本願第１発明に係る表裏面の偏心及び傾きの測定方法は、板状体の表裏両面にＸ−Ｙ平面が形成された被測定物保持治具の表裏両面から表裏面が露出するようにして１個以上の被測定物と３個以上の真球とを保持し、前記被測定物保持治具の表裏両面でプローブをＸ−Ｙ軸方向に走査し、プローブのＸＹ座標位置でのＺ軸方向のデータ列を検出することにより、前記被測定物の三次元形状及び真球の中心点座標を測定し、測定された被測定物の表面側形状測定データと真球の表面側中心点座標とを被測定物の表面側設計座標系に変換し、測定された被測定物の裏面側形状測定データと真球の裏面側中心点座標とを被測定物の裏面側設計座標に変換し、表面側の真球中心点座標と裏面側の真球中心点座標との距離を最小にする座標変換量を算出し、前記座標変換量を用いて被測定物の裏面側形状測定データを被測定物の表面側設計座標系に座標変換して被測定物の表面側及び裏面側の三次元形状データを合成し、三次元形状合成データから被測定物の表面側に対する裏面側の偏心及び傾きを算出することを特徴とする。
【０００８】
上記測定方法における被測定物の表面側に対する裏面側の偏心及び傾きの算出は、測定された被測定物の表面側形状測定データと真球の表面側中心点座標とを被測定物の表面側設計座標系に変換する処理工程において、真球の表面側中心点座標から任意の２個の真球の中心点を選択し、一方の真球中心点を始点とし他方の真球中心点を終点とするベクトルを算出し、前記ベクトルを被測定物の表面側設計座標系のＸ軸又はＹ軸と平行になるような座標変換量を算出し、この座標変換量を用いて被測定物の三次元形状データと真球の中心点座標とを座標変換し、被測定物の裏面側の三次元形状データを被測定物の表面側設計座標系に変換して被測定物の表面側及び裏面側の三次元形状データを合成し、この表裏面形状合成データから前記ベクトルを基準とした偏心及び傾きの方向を算出することが好適なものとなる。
【０００９】
また、本願第２発明に係る表裏面の偏心及び傾きの測定装置は、表裏両面にＸ−Ｙ平面が形成された板状体の表裏両面から表裏面が露出するようにして１個以上の被測定物と３個以上の真球とを保持する被測定物保持治具と、前記被測定物保持治具の表裏両面をＸ−Ｙ軸方向に走査してＸ−Ｙ平面と直交するＺ軸方向のデータ列を検出することにより、前記被測定物の三次元形状及び真球の中心点座標を測定するプローブと、測定された被測定物の表面側形状測定データと真球の表面側中心点座標とを被測定物の表面側設計座標系に変換し、測定された被測定物の裏面側形状測定データと真球の裏面側中心点座標とを被測定物の裏面側設計座標に変換し、表面側の真球中心点座標と裏面側の真球中心点座標との距離を最小にする座標変換量を算出し、前記座標変換量を用いて被測定物の裏面側測定データを被測定物の表面側設計座標系に座標変換して被測定物の表面側及び裏面側の三次元形状データを合成し、前記三次元形状データから被測定物の表面側に対する裏面側の偏心及び傾きを算出する偏心傾き算出手段とを備えてなることを特徴とする。
【００１０】
上記構成における偏心傾き算出手段は、測定された被測定物の表面側測定データと真球の表面側中心点座標とを被測定物の表面側設計座標系に変換する処理工程において、真球の表面側中心点座標から任意の２個の真球の中心点を選択し、一方の真球中心点を始点とし他方の真球中心点を終点とするベクトルを算出し、前記ベクトルを被測定物の表面側設計座標系のＸ軸又はＹ軸と平行になるような座標変換量を算出し、前記座標変換量を用いて被測定物の三次元形状データと真球の中心点座標とを座標変換し、被測定物の裏面側の三次元形状データを被測定物の表面側設計座標系に変換して被測定物の表面側及び裏面側の三次元形状データを合成し、この表裏面形状合成データから前記ベクトルを基準とした偏心及び傾きの方向を算出する構成が好適である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、レンズ等の表裏面で光軸が一致するように製造されるべき被測定物の表裏面の偏心及び傾きを高精度に評価することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。以下に示す実施形態は、樹脂成形によって製造されるレンズを被測定物として、その表裏面の偏心及び傾きの測定に本発明に係る測定方法を適用した例について示すものである。
【００１３】
図１は、レンズ表裏面の偏心及び傾きの測定方法を実施するために適用した３次元形状測定機１００の構成を示すものである。この三次元形状測定機１００は、レーザ測長光学系１０２及びプローブ１０３を搭載した移動体１０４をＸステージ１０６及びＹステージ１０７によってＸ−Ｙ軸方向に自在移動できるように構成され、前記プローブ１０３は定盤１０５上に固定された被測定物１０１の測定面１０１ａに沿ってＺ軸方向に自在移動できるように構成されている。前記レーザ測長光学系１０２は、周知の光干渉法などによりプローブ１０３のＺ軸方向の移動量を測定することができるので、被測定物１０１の測定面１０１ａ上をプローブ１０３がＸ−Ｙ軸方向に走査するようにＸステージ１０６及びＹステージ１０７により移動体１０４を移動制御し、各ＸＹ座標位置におけるＺ座標データを求めることにより、Ｚ座標データの列に基づいて測定面１０１ａの形状測定を実施することができる。
【００１４】
上記構成になる三次元形状測定機１００を用いてレンズ表裏面の偏心及び傾きを測定するために、図２（ａ）（ｂ）に示すように構成された被測定物保持治具２０１にレンズ２０２を取り付け、この被測定物保持治具２０１を定盤１０５上に配置する。被測定物保持治具２０１は、板状のホルダ２１１のホルダ表面２１１ａ及びホルダ裏面２１１ｂからその一部が飛び出すように３箇所に真球２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃが取り付けられ、ホルダ表面２１１ａ及びホルダ裏面２１１ｂから所定高さに突出させて３箇所に支持体２０５を設けて構成されている。この被測定物保持治具２０１及び三次元形状測定機１００を用いた測定手順について、図３に示すフローチャート及び図４〜図７を参照してＳ１，Ｓ２…で示す手順に沿って説明する。
【００１５】
（Ｓ１）被測定物保持治具２０１にレンズ２０２を固定する。このときレンズ２０２の偏心及び傾きの方向を評価するために、レンズ２０２の任意位置にマーク２０４を付け、このマーク２０４が真球２０３ｂと真球２０３ｃとを結ぶ直線に対して直交する方向になるようにレンズ２０２を固定する。ここでは、ホルダ２１１にレンズ２０２の凸側である表面２０２ａがホルダ表面２１１ａ側に、レンズ２０２の凹側である裏面２０２ｂがホルダ裏面２１１ｂ側になるように固定している。
【００１６】
（Ｓ２）まず、レンズ表面２０２ａ側の測定データを得るために、被測定物保持治具２０１をそのホルダ２１１のホルダ表面２１１ａが上向きとなるようにして三次元形状測定機１００の定盤１０５上に配置する。このとき、真球２０３ｂと真球２０３ｃとを結ぶ直線が三次元形状測定機１００の座標系２０５のＹ軸方向と平行になるようにする。
【００１７】
（Ｓ３）ホルダ表面２１１ａから露出した真球２０３ａの表面をプローブ１０３によってＸ−Ｙ軸方向に走査してＺ軸方向のデータ列を求めることにより、真球２０３ａの三次元形状データを得る。
【００１８】
（Ｓ４）得られた真球２０３ａの三次元形状データを三次元形状測定機１００に備えた記録媒体に保存する。
【００１９】
（Ｓ５）他の真球２０３ｂ、２０３ｃについても同様にステップＳ３及びステップＳ４の手順を繰り返し行う。
【００２０】
（Ｓ６）次に、レンズ表面２０２ａをプローブ１０３によってＸ−Ｙ軸方向に走査してＺ軸方向のデータ列を求めることにより、レンズ表面２０２ａの三次元形状データを得る。
【００２１】
（Ｓ７）得られたレンズ表面２０２ａの三次元形状データを三次元形状測定機１００に備えた記録媒体に保存する。
【００２２】
（Ｓ８）次いで、被測定物保持治具２０１をＸ軸回りに回動させてホルダ２１１の表裏面を反転させ、レンズ裏面２０２ｂの形状測定ができるようにする。このとき、被測定物保持治具２０１のホルダ表面２１１ａにおける真球２０３ｂ、２０３ｃの位置関係と、ホルダ裏面２１１ｂにおける真球２０３ｂ’、２０３ｃ’の位置関係が反転することに注意を要する。これは被測定物保持治具２０１のホルダ表面２１１ａにおける真球２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃと、ホルダ裏面２１１ｂにおける真球２０３ａ’，２０３ｂ’，２０３ｃ’との位置を対応づけていることによる。
【００２３】
（Ｓ９）被測定物保持治具２０１のホルダ裏面２１１ｂ側についてもＳ３〜Ｓ７の手順と同様に、真球２０３ａ’、２０３ｂ’、２０３ｃ’及びレンズ裏面２０２ｂの三次元形状データを取得し、それを記録媒体に保存する。
【００２４】
（Ｓ１０）記録媒体に記録されたホルダ表面２１１ａ側の真球２０３ａ〜２０３ｃの三次元形状測定データ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を読み出し、測定データと同一のＸＹ座標における真球２０３ａ〜２０３ｃの設計データ（Ｘ，Ｙ，Ｚ’）と比較することにより、［数１］に示す二乗平均値ＲＭＳ（Ｒｏｏｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）を算出する。このＲＭＳを小さくするように、測定データ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対して平行移動及び回転移動に関する座標変換を行い、ＲＭＳの変化量が所定範囲内に収束するまで座標変換を行う。以下、この処理をアライメント処理と呼ぶ。このアライメント処理をホルダ表面２１１ａ側及びホルダ裏面２１１ｂ側に対して実行することにより、真球２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃの中心点の座標を算出する。
【００２５】
【数１】
（Ｓ１１）三次元形状測定機１００の記録媒体に記録されたレンズ表面２０２ａ側の三次元形状測定データを読み出し、レンズ表面２０２ａ側の設計データと比較してアライメント処理を実行し、アライメント処理によって求められた座標変換量を用いてレンズ表面２０２ａ側の測定データを設計座標系に座標変換する。
【００２６】
（Ｓ１２）レンズ表面２０２ａ側のアライメント処理による座標変換量を用いてステップＳ１０において求めたホルダ表面２１１ａ側の真球２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃの中心点の座標データをレンズ表面２０２ａ側の設計座標系に座標変換する。図４（ａ）（ｂ）は、座標変換を説明するもので、図４（ａ）は三次元形状測定機１００の測定機座標系２０５におけるレンズ表面２０２ａ側の測定データ３０１と真球２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃの中心点座標を表している。座標変換を行うことにより、レンズ表面２０２ａ側の測定データ３０１と真球２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃの中心点座標との間の相対位置関係を保ったままで、図４（ｂ）に示すように、レンズ表面２０２ａの測定機座標系測定データ３０１を設計座標系３０４の測定データ３０２に座標変換する。
【００２７】
（Ｓ１３）レンズ裏面２０２ｂ側についても同様に、三次元形状測定機１００の記録媒体に記録されたレンズ裏面２０２ｂ側の三次元形状測定データを読み出し、レンズ裏面２０２ｂ側の設計データと比較してアライメント処理を実行し、アライメント処理によって求められた座標変換量を用いてレンズ裏面２０２ｂ側の測定データを設計座標系に座標変換する。
【００２８】
（Ｓ１４）レンズ裏面２０２ｂ側のアライメント処理による座標変換量を用いてステップＳ１０において求めたホルダ裏面２１１ｂ側の真球２０３ａ’，２０３ｂ’，２０３ｃ’の中心点の座標データをレンズ裏面２０２ｂ側の設計座標系に座標変換する。図５（ａ）（ｂ）は、座標変換を説明するもので、図５（ａ）は三次元形状測定機１００の座標系２０５におけるレンズ裏面２０２ｂ側の測定データ４０１と真球２０３ａ’，２０３ｂ’，２０３ｃ’の中心点の座標を表している。座標変換を行うことにより、レンズ裏面２０２ｂ側の測定データ４０１と真球２０３ａ’，２０３ｂ’，２０３ｃ’の中心点座標との間の相対位置関係を保ったままで、図５（ｂ）に示すレンズ表面２０２ａの測定機座標系２０５の測定データ４０１を設計座標系４０４の測定データ４０２に座標変換する。
【００２９】
（Ｓ１５）図４に示す設計座標系３０４で表現されている真球３０３ｂの中心点を開始点とし、真球３０３ｃの中心点を終了点とする三次元ベクトルを考え、この三次元ベクトルがレンズ表面３０２の設計座標系４０４のＹ軸と平行になるようなＺ軸回りの回転移動に関する座標変換量を算出し、この座標変換量を用いてステップＳ１１でレンズ表面２０２ａの設計座標系３０４で表現されているレンズ表面２０２ａの測定データ３０２と、各真球２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃの中心点の座標データ３０３ａ，３０３ｂ，３０３ｃを座標変換する。
【００３０】
レンズ２０２の偏心及び傾きを求める過程において複数の座標変換を必要とし、座標変換によりレンズ形状データの向きが複雑に変化する。また、レンズ２０２に付与したマーク２０４の位置情報はレンズ形状データに含まれない。これらの理由から偏心と傾きの方向を評価できないという問題が発生する。この問題に対し、レンズ２０２及び真球２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃが被測定物保持治具２０１に固定されている状態において、レンズ２０２に付与したマーク２０４と真球２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃとの間の位置関係が既知となることを利用することにより、偏心と傾きの方向とを評価することが可能となる。図４（ｂ）において、設計座標系３０４で表現されている真球３０３ｂの中心点を開始点とし、真球３０３ｃの中心点を終了点とする三次元ベクトルを考え、この三次元ベクトルがレンズ表面３０２の設計座標系４０４のＹ軸と平行になるようなＺ軸回りの回転移動に関する座標変換量を算出し、この座標変換量を用いてステップＳ１１でレンズ表面２０２ａの設計座標系３０４で表現されているレンズ表面２０２ａの測定データ３０２と、各真球２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃの中心点の座標データ３０３ａ，３０３ｂ，３０３ｃを座標変換する。図６は、この座標変換を表したもので、図６（ａ）は設計座標系３０４のＹ軸に対して真球３０３ｂと真球３０３ｃとを結ぶベクトルが平行になっていない様子を示している。この配置のままではレンズ２０２に付与したマーク２０４の方向がわからないため、レンズ表面２０２ａの偏心と傾きの方向を評価することができないので、真球３０３ｂ及び真球３０３ｃの中心点を結ぶベクトルをレンズ表面２０２ａの設計座標系３０４のＹ軸と平行になるように座標変換する。図６（ｂ）は、座標変換後のレンズ表面の測定データ５０２と真球の中心座標データ５０３ａ，５０３ｂ，５０３ｃとを表しており、真球中心座標５０３ｂと真球５０３ｃとを結ぶベクトル５０４の向きがレンズ表面設計座標系３０４のＹ軸に対して平行になることを表している。
【００３１】
（Ｓ１６）表面側の各真球の中心点座標５０３ａ，５０３ｂ，５０３ｃに、裏面側の対応する各真球の中心点座標４０３ａ，４０３ｂ，４０３ｃが最も近づくようにアライメント処理を行い、このアライメント処理によって求められた最適な座標変換量を用いてステップＳ１１において求めたレンズ裏面側の設計座標系４０４において表現されるレンズ裏面側の測定データ４０２を座標変換することにより、レンズ表面側の設計座標系３０４におけるレンズ表裏面の三次元形状データを合成する。
【００３２】
図７（ａ）は、座標変換前のレンズ裏面側の設計座標系４０４におけるレンズ裏面の測定データと各真球中心点座標４０３ａ，４０３ｂ，４０３ｃとを示しており、図７（ｂ）は、レンズ裏面側の測定データ４０２と各真球中心点座標４０３ａ，４０３ｂ，４０３ｃをＸ軸回りに回転させる座標変換を行う過程を示し、図７（ｃ）は、表面側の各真球中心点５０３ａ，５０３ｂ，５０３ｃに裏面側の各真球中心点４０３ａ，４０３ｂ，４０３ｃを最も接近させた状態を示しており、レンズ表面側の設計座標系３０４においてレンズ表裏面形状合成データ３０５，６０１が表現される。
【００３３】
（Ｓ１７）レンズ表裏面の偏心量と傾き量とを算出する。レンズ表裏面一体の設計形状データとレンズ表裏面一体の測定形状データとを比較すると、ステップＳ１５において算出されたレンズ表裏面形状合成データはレンズ表面側設計座標系で表現されているため、レンズ表面側の形状データには偏心と傾きは存在しない。もし、レンズ２０２が偏心及び傾きを持つと仮定するならば、レンズ裏面側測定データが設計形状データ上に存在しないことになる。よって、レンズ裏面側の設計形状データと測定形状データとを比較し、アライメント処理を実行することによって得られる座標変換量からレンズ２０２の偏心量と傾き量とを算出することが可能となる。このアライメント処理で求められるレンズ２０２の偏心量と傾き量は、レンズ表面側に対するレンズ裏面側のずれ量を表す。また、アライメント処理によって得られる座標変換量には平行移動及び回転移動に関する量が含まれており、両者は符合により偏心及び傾きの方向が示される。ステップＳ１においてレンズ２０２に付与したマーク２０４が真球２０３ｂと真球２０３ｃとを結ぶ直線と直交した位置になるようにレンズ２０２を被測定物保持治具２０１に固定し、ステップＳ１４において真球５０３ｂと真球５０３ｃとを結ぶベクトル５０４をレンズ表面側設計座標系３０４のＹ軸と平行になるように座標変換しているため、アライメント処理によって得られる偏心及び傾きの方向をレンズ２０２の評価結果として適用することができる。
【００３４】
以上説明した測定手順は、被測定物保持治具２０１に１個のレンズ２０２を保持した場合であるが、複数のレンズ２０２を保持した場合には、ステップＳ６、Ｓ７の処理手順及びステップＳ１１〜Ｓ１７の処理手順を繰り返し実行する。
【００３５】
また、上記測定手順において、真球及びレンズに対する測定手順は任意に決定することができ、レンズ表面側とレンズ裏面側の測定順序は任意に決定することができる。
【００３６】
また、本実施形態においてレンズの凸側を表面側、凹側を裏面側としているが、レンズの形状に応じて何れの側を表面側とするかは任意に決定できる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
以上の説明の通り本発明によれば、レンズ等の表裏面で光軸が一致するように製造されるべき被測定物の表裏面の偏心及び傾きを高精度に評価することが可能となる。この測定方法は、表面側を転写する金型と裏面側を転写する金型との同軸度を調整する際にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】被測定物の三次元形状を測定する三次元形状測定機の概略構成を示す斜視図。
【図２】実施形態に係る被測定物保持治具の構成を示す斜視図。
【図３】実施形態に係る表裏面の偏心及び傾き測定の手順を示すフローチャート。
【図４】レンズ表面側測定データの座標変換を説明する模式図。
【図５】レンズ裏面側測定データの座標変換を説明する模式図。
【図６】Ｚ軸回りの回転移動に関する座標変換を説明する模式図。
【図７】レンズ表裏面形状データを合成するための座標変換を説明する模式図。
【符号の説明】
【００３９】
１０１ 被測定物
１０３ プローブ
１０６ Ｘステージ
１０７ Ｙステージ
２０１ 被測定物保持治具
２０２ レンズ（被測定物）
２０２ａ レンズ表面側
２０２ｂ レンズ裏面側
２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃ 真球
２０４ マーク
２０５ 測定機座標系
３０１ 測定機座標系でのレンズ表面側測定形状データ
３０２ 設計座標系でのレンズ表面側測定形状データ
３０３ａ 設計座標系での表面側真球ａの中心点座標
３０３ｂ 設計座標系での表面側真球ｂの中心点座標
３０３ｃ 設計座標系での表面側真球ｃの中心点座標
３０４ レンズ表面側の設計座標系
４０１ 測定機座標系でのレンズ表面側形状測定データ
４０２ 設計座標系でのレンズ裏面側測定形状データ
４０３ａ 設計座標系での裏面側真球ａの中心点座標
４０３ｂ 設計座標系での裏面側真球ｂの中心点座標
４０３ｃ 設計座標系での裏面側真球ｃの中心点座標
４０４ レンズ裏面側の設計座標系
５０１ 真球中心点を結ぶベクトル
５０２ 座標変換後のレンズ表面側設計座標系でのレンズ表面側測定形状データ
５０３ａ 真球ａの中心点座標
５０３ｂ 真球ｂの中心点座標
５０３ｃ 真球ｃの中心点座標
５０４ 真球中心点を結ぶベクトル
５０５ 座標変換後のマーク
６０１ レンズ表面側の設計座標系でのレンズ裏面側の測定形状データ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状体の表裏両面にＸ−Ｙ平面が形成された被測定物保持治具の表裏両面から表裏面が露出するようにして１個以上の被測定物と３個以上の真球とを保持し、前記被測定物保持治具の表裏両面でプローブをＸ−Ｙ軸方向に走査し、プローブのＸＹ座標位置でのＺ軸方向のデータ列を検出することにより、前記被測定物の三次元形状及び真球の中心点座標を測定し、測定された被測定物の表面側形状測定データと真球の表面側中心点座標とを被測定物の表面側設計座標系に変換し、測定された被測定物の裏面側形状測定データと真球の裏面側中心点座標とを被測定物の裏面側設計座標に変換し、表面側の真球中心点座標と裏面側の真球中心点座標との距離を最小にする座標変換量を算出し、前記座標変換量を用いて被測定物の裏面側形状測定データを被測定物の表面側設計座標系に座標変換して被測定物の表面側及び裏面側の三次元形状データを合成し、三次元形状合成データから被測定物の表面側に対する裏面側の偏心及び傾きを算出することを特徴とする表裏面の偏心及び傾きの測定方法。
【請求項２】
測定された被測定物の表面側形状測定データと真球の表面側中心点座標とを被測定物の表面側設計座標系に変換する処理工程において、真球の表面側中心点座標から任意の２個の真球の中心点を選択し、一方の真球中心点を始点とし他方の真球中心点を終点とするベクトルを算出し、前記ベクトルを被測定物の表面側設計座標系のＸ軸又はＹ軸と平行になるような座標変換量を算出し、この座標変換量を用いて被測定物の三次元形状データと真球の中心点座標とを座標変換し、被測定物の裏面側の三次元形状データを被測定物の表面側設計座標系に変換して被測定物の表面側及び裏面側の三次元形状データを合成し、この表裏面形状合成データから前記ベクトルを基準とした偏心及び傾きの方向を算出する請求項１に記載の表裏面の偏心及び傾きの測定方法。
【請求項３】
表裏両面にＸ−Ｙ平面が形成された板状体の表裏両面から表裏面が露出するようにして１個以上の被測定物と３個以上の真球とを保持する被測定物保持治具と、前記被測定物保持治具の表裏両面をＸ−Ｙ軸方向に走査してＸ−Ｙ平面と直交するＺ軸方向のデータ列を検出することにより、前記被測定物の三次元形状及び真球の中心点座標を測定するプローブと、測定された被測定物の表面側形状測定データと真球の表面側中心点座標とを被測定物の表面側設計座標系に変換し、測定された被測定物の裏面側形状測定データと真球の裏面側中心点座標とを被測定物の裏面側設計座標に変換し、表面側の真球中心点座標と裏面側の真球中心点座標との距離を最小にする座標変換量を算出し、前記座標変換量を用いて被測定物の裏面側測定データを被測定物の表面側設計座標系に座標変換して被測定物の表面側及び裏面側の三次元形状データを合成し、前記三次元形状データから被測定物の表面側に対する裏面側の偏心及び傾きを算出する偏心傾き算出手段とを備えてなることを特徴とする表裏面の偏心及び傾きの測定装置。
【請求項４】
偏心傾き算出手段は、測定された被測定物の表面側測定データと真球の表面側中心点座標とを被測定物の表面側設計座標系に変換する処理工程において、真球の表面側中心点座標から任意の２個の真球の中心点を選択し、一方の真球中心点を始点とし他方の真球中心点を終点とするベクトルを算出し、前記ベクトルを被測定物の表面側設計座標系のＸ軸又はＹ軸と平行になるような座標変換量を算出し、前記座標変換量を用いて被測定物の三次元形状データと真球の中心点座標とを座標変換し、被測定物の裏面側の三次元形状データを被測定物の表面側設計座標系に変換して被測定物の表面側及び裏面側の三次元形状データを合成し、この表裏面形状合成データから前記ベクトルを基準とした偏心及び傾きの方向を算出する請求項３に記載の表裏面の偏心及び傾きの測定装置。
【請求項１】
板状体の表裏両面にＸ−Ｙ平面が形成された被測定物保持治具の表裏両面から表裏面が露出するようにして１個以上の被測定物と３個以上の真球とを保持し、前記被測定物保持治具の表裏両面でプローブをＸ−Ｙ軸方向に走査し、プローブのＸＹ座標位置でのＺ軸方向のデータ列を検出することにより、前記被測定物の三次元形状及び真球の中心点座標を測定し、測定された被測定物の表面側形状測定データと真球の表面側中心点座標とを被測定物の表面側設計座標系に変換し、測定された被測定物の裏面側形状測定データと真球の裏面側中心点座標とを被測定物の裏面側設計座標に変換し、表面側の真球中心点座標と裏面側の真球中心点座標との距離を最小にする座標変換量を算出し、前記座標変換量を用いて被測定物の裏面側形状測定データを被測定物の表面側設計座標系に座標変換して被測定物の表面側及び裏面側の三次元形状データを合成し、三次元形状合成データから被測定物の表面側に対する裏面側の偏心及び傾きを算出することを特徴とする表裏面の偏心及び傾きの測定方法。
【請求項２】
測定された被測定物の表面側形状測定データと真球の表面側中心点座標とを被測定物の表面側設計座標系に変換する処理工程において、真球の表面側中心点座標から任意の２個の真球の中心点を選択し、一方の真球中心点を始点とし他方の真球中心点を終点とするベクトルを算出し、前記ベクトルを被測定物の表面側設計座標系のＸ軸又はＹ軸と平行になるような座標変換量を算出し、この座標変換量を用いて被測定物の三次元形状データと真球の中心点座標とを座標変換し、被測定物の裏面側の三次元形状データを被測定物の表面側設計座標系に変換して被測定物の表面側及び裏面側の三次元形状データを合成し、この表裏面形状合成データから前記ベクトルを基準とした偏心及び傾きの方向を算出する請求項１に記載の表裏面の偏心及び傾きの測定方法。
【請求項３】
表裏両面にＸ−Ｙ平面が形成された板状体の表裏両面から表裏面が露出するようにして１個以上の被測定物と３個以上の真球とを保持する被測定物保持治具と、前記被測定物保持治具の表裏両面をＸ−Ｙ軸方向に走査してＸ−Ｙ平面と直交するＺ軸方向のデータ列を検出することにより、前記被測定物の三次元形状及び真球の中心点座標を測定するプローブと、測定された被測定物の表面側形状測定データと真球の表面側中心点座標とを被測定物の表面側設計座標系に変換し、測定された被測定物の裏面側形状測定データと真球の裏面側中心点座標とを被測定物の裏面側設計座標に変換し、表面側の真球中心点座標と裏面側の真球中心点座標との距離を最小にする座標変換量を算出し、前記座標変換量を用いて被測定物の裏面側測定データを被測定物の表面側設計座標系に座標変換して被測定物の表面側及び裏面側の三次元形状データを合成し、前記三次元形状データから被測定物の表面側に対する裏面側の偏心及び傾きを算出する偏心傾き算出手段とを備えてなることを特徴とする表裏面の偏心及び傾きの測定装置。
【請求項４】
偏心傾き算出手段は、測定された被測定物の表面側測定データと真球の表面側中心点座標とを被測定物の表面側設計座標系に変換する処理工程において、真球の表面側中心点座標から任意の２個の真球の中心点を選択し、一方の真球中心点を始点とし他方の真球中心点を終点とするベクトルを算出し、前記ベクトルを被測定物の表面側設計座標系のＸ軸又はＹ軸と平行になるような座標変換量を算出し、前記座標変換量を用いて被測定物の三次元形状データと真球の中心点座標とを座標変換し、被測定物の裏面側の三次元形状データを被測定物の表面側設計座標系に変換して被測定物の表面側及び裏面側の三次元形状データを合成し、この表裏面形状合成データから前記ベクトルを基準とした偏心及び傾きの方向を算出する請求項３に記載の表裏面の偏心及び傾きの測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−７８３９８（Ｐ２００６−７８３９８Ａ）
【公開日】平成１８年３月２３日（２００６．３．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２６４１００（Ｐ２００４−２６４１００）
【出願日】平成１６年９月１０日（２００４．９．１０）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月２３日（２００６．３．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月１０日（２００４．９．１０）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]